CC BY
35
УДК 678 046.2+532.135
OA. Кохановская, О. А. Коkhcmovskaya, e-mail: kokoIgn@yandex.j-rt Г.И. Раздъяконова, GJ. Razd'yakonova, e-mail: grazdyakonova@mail.ru Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук, г. Омск. Россия
Institute of Hydrocarbons Processing of Siberian Blanch Russian Academy of Sciences (ШР SBRAS), Omsk, Russia
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ
RHEOLOGICA1 PROPERTIES FORECASTING OF POLYMER COMPOSITES
Сопоставлены реологические характеристики суспензий технического углерода и полимерных гндро- и криогелей. приготовленных на нх основе. Выявлена возможность прогнозирования упругости криогелей поливиниловый спирт/технический углерод и вязкости их прекурсоров [гидрогелей) от коэффициента Эйнштейна суспензий технического углерода.
Rheological characteristics of carbon black suspensions and polymer hydro- and cryogels prepared on tlieir basis were compared. The elasticity forecasting possibility of poly^myi[alcohol)/carbon black cryoeels and viscosity of their precursors (hydiogels) from Einstein coefficient of carbon black suspension is revealed.
Ключевые слова: криогагъ, гидрогель, суспензия, реология, технический углерод, поливиниловый cmipm
Keywords: cryogel, hydrogei, suspension, rheology, carbon black, polyvinyl (alcohol)
Полимерные крногели являются перспективными материалами хтл повышения устойчивости против офильтрационных элементов гидротехнических сооружений водохранилищ, расположенных в арктической климатической зоне [1]. Криогели поливинилового спирта -макропористые вязкоупругие полимерные материалы, получаемые в результате «криогенной» обработки (замораживания - выдерживания в замороженном состоянии - отганвания) их гидрогелей (водных растворов данного полимера).
303
Композиционные криогели представляют собой сложные композиционные системы, содержащие час типы дисперсной фазы, включенные в гелевую матрицу. В ряде предыдущих исследований [2 - 4] выявлено, что композиционные криогели поливинилового спирта (ПВС), содержащие в своем составе технический углерод обладают улучшенными эксплуатационными характеристиками а именно, повышенной прочностью н гидроф обнос гью [2], которые зависят от морфологии технического углерода и функционального покрова его поверхности. Криогели ПВС синтезируют в несколько этапов. Сначала готовят суспензию технического углерода в воде с добавкой ПВС. затем смешивают суспензию и раствор ПВС в воде, получая гидрогель, который впоследствии после криогенной обработки переходит в твёрдообразный материал - криогель. Прочность криогеля определяется структурной прочностью сеток наполнителя и полимера и прочностью межфазных слоев между ними. Представляет интерес установить взаимозависимости между реологическими характеристиками криогеля и его прекурсоров на всех этапах его приготовления, что позволит прогнозировать прочность криогеля на самой первой стадии его изготовления.
В роли наполнителей полимерных гидро- и криогелей использовали образцы технического углерода разных марок, отличающиеся морфологическими параметрами (табл. 1), определенными по методике А5ТМ 03849-07 с использованием просвечивающего электронного микроскопа ШМ-2100 и ситовым методом [5].
Таблица 1
Морфологические параметры образцов технического углерода
Марка образца технического углерода Морфологические параметры первичных агрегатов
Диаметр М. нм (по методике А31М Б3&49) Коэффициент сферичности Н (по методике [5])
П161 133 1.21
П145 139 1.23
П245 160 1,41
11514 177 1,48
N339 166 1,52
Для увеличения прочности межфазных слоев использовали селективное модифицирование технического углерода П 514 п-хиноном из водного раствора, что позволило синтезировать ряд образцов с изменяющимся содержанием хинонных функциональных групп, определенных методом [б]. Прекурсоры композиционных криогелей ПВС /технический углерод (гидрогели) имели состав [2]: 5% технического углерода, 5% поливинилового спирта со средней молекулярной массой 57000 г/моль, 1% борной кислоты в качестве сгруктурообра-зовагеля, остальное - вода. Композиционные криогели синтезировали в процессе семикратной «криогенной» обработки полученных гидрогелей в криостаге БР 45 НР, контролируя температуру н скорость встроенным в криостат микропроцессором.
Реологические характеристики суспензий определяли двумя методами. Коэффициент 'Эйнштейна (Ке), рассчитанный экстраполяцией приведенной вязкости разбавленных суспензий технического углерода к нулевому значению объёмной доли, оценивали с помошью вискозиметра ВПЖ-4 с диаметром капилляра 0,82 мм при температуре 20°С. Кинематические вязкости (ц) как концентрированных суспензий технического углерода, так и полимерных гидрогелей определяли с помощью ротационного вискозиметра «Реотест-2» при максимальной степени сдвига 1312с"1. Реологической характеристикой полимерных криогелей служил модуль их упругости (С), определенный методом одноосного сжатия.
Реологические характеристики суспензии технического углерода имели ряд особенностей. Так. рост концентрации хинонных групп на углеродной поверхности не влиял на кинематическую вязкость суспензий технического углерода, т.е. увеличение гидрофильности
Таким образом, прогнозирование упругости композшшонных полимерных криогелей. наполненных техническим углеродом сложно н неоднозначно, особенно в случае с функдно-нализированным техническим углеродом.
Библиографический список
I Пат. 2276703 Российская Федерация. МПК Е02ВЗ/16. Способ изготовления водонепроницаемого экрана в низкотемпературных грунтовых материалах элементов гидротехнического сооружения I Л. К. Алтунина [и др.]. - № 2004131314/03 - заявл. 25.10.04, опубл. 20.05.06. Бюл. № 14.
2. Кохановская, О. А. Изучение влияния морфологии и физико-химических свойств дисперсного углерода на процесс образования наполненных гелевых матриц на основе водорастворимых полимеров : дисс. ... канд. хим. наук. - Омск : ОмГТУ, 2012. - 159 с.
3. Кохановская, О. А. Новые направления использования технического углерода. Гидро- и криогели / O.A. Кохановская. Г. И. Раздьяконова, Л. К. Алтунина, В. А. Лихолобов // Каучук и резина. - 2013. 3. - С. 60-63.
4. Пат. 2332133 Российская Федерация, МПК Е02ВЗ/16 Состав для создания проти-вофильтраинонного экрана в низкотемпературных грунтах и породах и способ получения этого состава / Алтунина Л. К., Кувшинов В. А., Стасьева Л. А.[и др.]. - № 2008130223/03 -заявл. 21.07.03, опубл. 20.02.10, Бюл. № 5.
5. Stacy, С. J. Effect of carbon black structure aggregate size distribution ол properties of reinforced, lubber / С J Stacy, P. H Johnson, G. Kraus // Rubber Chem. Technol - 1975. - V. 48; № 2. - P. 538-547.
6. Кохановская, О. А. О прецизионности методики определения содержания хннон-ных функциональных групп на поверхности дисперсного углерода по их окислительно-восстановительной реакции с хлоридом олова / О. А. Кохановская, Г. И. Раз дьякова И Динамика систем, механизмов и машин ; ОмГТУ. - Омск, 2013 - № 1 - С. 196-200.
306
