CC BY
10
пГГТГгГ; ГГ КтШГ-ГКй I 77
-1 (29). 2084/ ШШ
а итейное1
/производство
There is shown that using of copolymers reveals more wide opportunities of modi-fication.
J:
ю. и. ЛЕДНЕВ, БНТУ
ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПАУНДА ДЛЯ ЕДИНЫХ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ
УДК 621.74
щего материала, где карбоксильная цепь полимера выступает в роли дополнительного структурообразующего (соединяющего) звена, способного закрепляться на твердой поверхности или в гид-ратных слоях соседних частиц бентонита и кварца благодаря наличию активных функциональных групп. Те же активные функциональные группы способны взаимодействовать с активными элементами на поверхности частиц углеродсодержа-щих материалов, крахмалистых добавок, прикрепляя их к структуре связующего. Из этого следует, что основной вклад в формирование связей между элементами структуры компаунда вносят функциональные группы молекул полимера, а сила этих связей и их количество предопределяют прочностные и пластические свойства коагуляционно-дисперсных структур связующего и впоследствии смеси.
При рассмотрении такой модели были выдвинуты две возможные схемы образования связи между функциональными группами полимера и
Изучение процессов адсорбции, коагуляции, флокуляции, изменения £ потенциала частиц глинистой дисперсной фазы в суспензиях, а также адсорбции полимеров минеральными сорбентами позволяет выделить основные механизмы взаимодействия синтетических водорастворимых высокомолекулярных соединений (СВВС) с минеральными частицами водных дисперсий: по механизмам химической взаимосвязи, катионной реакции, электростатического взаимодействия.
На практике, как правило, реализуются многофункциональные возможности СВВС, представляющих собой комбинации перечисленных выше методов.
При этом макромолекулы полимера закрепляются на адсорбционных поверхностях и в гидрат-ных слоях соседних дисперсных частиц минерального и синтетического происхождения, взаимодействуя с ними свободными функциональными группами и связывая основной углеводородной цепью. При этом модифицирующие свойства СВВС зависят от физико-химической активности функциональных групп макромолекул к этим поверхностям и слоям. В частности, образование связей глина-полимер, кварц—полимер протекает по схеме, соответствующей хемосорбцион-ному и молекулярному механизму взаимодействия. Функциональные группы СНООМН2, СОСЖа, СК и другие в составе СВВС образуют физико-химические связи с ОН-группами алюмо-кислородного слоя (А1-ОН-А1), атомами кислорода кремнекислородной поверхности (0-81-0), молекулами воды.
Такие свойства СВВС по отношению к частицам глинистого коллоида позволили предложить следующую физическую модель компаунда. Макромолекула СВВС работает как связующий мостик (рис. 1), соединяющий Компоненты коагуляционно-дисперсной Рис- Схема структурообразующего действия ВРП в компаунде: 1 - угле-
родсодержащие добавки; 2 — крахмалистые вещества; 3 - макромолекулы
ВРП
структуры комплексного связую-
частицами гидратированного бентонита, а также комплексных добавок: химическую адсорбцию непосредственно на твердой активной поверхности минералов и комплексных добавок (рис. 2, поз. 8) и взаимодействие с гидратной оболочкой частиц по водородным связям (рис. 2, поз. 9). Химическое взаимодействие функциональных групп полимера с твердой поверхностью минерала с точки зрения формирования прочности структур рассматривалось определяющим, поскольку оно формирует более высокую энергию дополнительных связей в сравнении с молекулярными связями. Хемосорбция макромолекул на дисперсных частицах структуры бентонитового связующего вносит дополнительное количество активных функциональных групп на поверхность дисперсных частиц компаунда, тем самым, повышая физико-химическую активность частиц бентонита и комплексных добавок, предопределяя их эксплутационные свойства в связанном состоянии. Такое взаимодействие представляет собой процесс модифицирования и формирует свойства активированного комплексного связующего. Но большинство функциональных групп разветвленных полимеров все-таки не взаимодействует с поверхностью частиц бентонита и вынужденно закрывает свою активность связями с молекулами воды и другими функциональными группами (рис. 2). Вместе с тем, по нашей гипотезе, эти функциональные группы могут быть звеньями структуры компаунда, на которых можно закрепить частицы и молекулы комплексных добавок.
Таким образом, природа функционального состава и структура элементарного звена полимерной цепи характеризуют возможную удельную энергию физико-химических связей (химическую активность) полимерной матрицы. Молекулярная масса полимера и его количество в модифицируемой системе дают информацию об общем количестве свободных функциональных групп и о химической активности макромолекул полимера, а степень ее реализации зависит от ряда внешнйх факторов: заряда полимера, рН-фактора модифицируемой системы, концентрации дисперсной фазы, условий введения СВВС, типа внешних нагрузок и др.
С учетом изложенного выше были сделаны следующие заключения о перспективности применения СВВС-модификаторов для создания формовочных компаундов.
1. Модифицирующий эффект СВВС, проявляющийся в структуризации системы компаунда
Рис. 2. Схема взаимодействия СВВС разветвленной конфигурации с гидратированными частицами структуры компаунда: 1 — твердая поверхность дисперсной частицы; 2 - слой молекулярной воды; 3 - слой адсорбционно-связанной воды; 4 — слой капиллярной воды; 5 — свободная вода; 6 — основная полимерная цепь; 7 - функциональные группы; 8 ~ химические связи функциональных групп с твердой поверхностью бентонита; 9 — Н-связи функциональных групп в гидратных слоях; 10 — химические связи функциональных групп различных макромолекул друг с другом
и увеличении энергии взаимодействия дисперсных частиц компонентов, зависит от химической активности функциональных групп к базальным поверхностям дисперсных частиц структуры компаунда. В связи с этим эффективность применения в качестве СВВС-модификатора зависит от вида и количества химически активных элементов, радикалов на поверхности дисперсных компонентов компаунда, а также функциональных групп макромолекул СВВС.
2. Структурообразующим эффектом обладают СВВС, размер макромолекулы которых соизмерим с расстоянием между частицами бентонита в структуре связующего, т.е. молекулярная масса полимера такова, что с учетом конформацион-ных состояний обеспечивает линейные размеры полимера, равные или больше размеров межпакетного пространства гидратированного бентонита (21,410~4м).
3. Интерес представляют конформации макромолекулы СВВС с большим содержанием числа боковых групп длинных цепей развернутого типа.
Использование сополимеров раскрывает более широкие возможности модифицирования. Возможен такой подбор функциональных групп, когда одни хорошо связываются с поверхностью компонентов за счет химического взаимодействия, водородных связей и других факторов, а другие — обладают высокой гидрофильностью.
