CC BY
42
УДК 678.742.2
Доцент В.А. Седых, профессор О.В. Карманова, аспирант А.С. Москалёв, магистрант С.Р. Рамазанов
(Воронеж. гос. ун-т. инж. технол.) кафедра химии и химической технологии органических соединений и переработки полимеров, тел. (473) 249-92-37
Изучение технических и технологических свойств СтироТЭП-65
Изучены упруго-прочностные и реологические свойства дивинил-стирольного сополимера СтироТЭП-65. С целью расширения области применения СтироТЭП-65 проведена оценка его совместимости с ПММА .
Elastic-strength properties and rheology of the styrene-butadiene block copolymer StiroTEP-65 were studied. In order to expand the sphere of application StiroTEP-65 studied its compatibility with PMMA.
Ключевые слова: термоэластопласт, реология, прочность, хрупкость, совместимость
В настоящее время сохраняется спрос на термоэластопласты в различных областях народного хозяйства.
Трехблочные сополимеры, в которых средний блок обладает достаточно высокой гибкостью полимерных цепей (полибутадиен или полиизопрен), а концевые блоки являются жесткоцепными (полистирол или поли-а-метилстирол), проявляют свойства термоэла-стопластов (ТЭП).
Синтез таких «трехблочников» основан на анионной полимеризации с использованием «живых» полимеров [1]. Достоинством метода синтеза является возможность управления строением получаемого продукта, т.е. химическим составом, длиной и последовательностью блоков [2]. Чтобы сополимер обладал хорошей эластичностью и термопластичностью, необходимо, чтобы содержание звеньев гибкоцепных блоков в его макромолекулах составляло не менее 50 %. При содержании звеньев гибкоцеп-ных блоков менее 50 % мономер теряет эла-стичность, но сохраняет термопластичность. В высокостирольных блоксополимерах типа Сти-роТЭП, средний блок представляет собой статистический сополимер стирола и бутадиена, включающийдо 12 % 1,2-звеньев бутадиена.
Дивинил-стирольные сополимеры обладают всеми необходимыми качествами для проектирования производства и разработки многочисленных видов прозрачных плёнок и листов, отвечающих самым строгим требованиям, предъявляемым к пищевым упаковкам [3-5].
Благодаря таким свойствам как высокая прозрачность, достаточная прочность и высокая
© Седых В.А., Карманова О.В., Москалёв A.C., Рамазанов С.Р., 2013
устойчивость к стерилизации гамма-лучами, окисью этилена или электронным пучком, высо-костирольные ТЭП являются превосходными материалами для прецизионных и сложных деталей, компонентов медицинских приборов и их упаковок. Легкость переработки делают его идеальным материалом для использования в производстве игрушек, вешалок для одежды, прозрачных деталей офисных приспособлений, рекламного оформления.
Используются следующие технологические способы переработки СтироТЭП-65:
- литье под давлением жестких и прочных изделий с высокой текучестью и прозрачностью;
- экструзия с раздувом; экструзия рукавных пленок, получение тонких пленок;
- каландрование пленки.
Бутадиен-стирольные сополимеры пригодны для вторичной переработки и в качестве твердых отходов разрешены к утилизации путем сжигания или захоронения на мусорных полигонах.
Было проведено изучение упруго-прочностных и реологических свойств Сти-роТЭП-65.
Разработанный Воронежским филиалом ФГУП НИИСК СтироТЭП-65 предназначался в качестве материала упаковочной плёнки товарного полистирола с ограниченной областью применения.
В связи с этим целью работы являлось уточнение технических свойств СтироТЭП-65 и оценка его совместимости с полиметилметак-рилатом (ПММА) марки 8К
В таблице 1 приведены характеристики изучаемого сополимера по опубликованным данным.
Таблица 1 Технические характеристики СтироТЭП-65
Наименование показателей Показатели
Содержание связанного стирола, % 65
Показатель полидисперсности М„/Мп) 1,3
Содержание 1,2-звеньев в полибутадиеновом блоке, % 13,9
Потери массы при сушке, % 0,4
Условная прочность при растяжении, МПа 26
Относительное удлинение, % 520
Эластичность по отскоку, % 30
Твердость по Шору А, у. ед. 90
Ударная вязкость, кДж/м2 58,5
Показатель текучести расплава, г/10 мин (190°С; 49 Н) 20
В представленном выше сертификате не отображены в полной мере реологические показатели расплава. Поэтому первый этап работы заключался в изучении зависимости напряжения сдвига и вязкости расплава от скорости сдвига при температурах его переработки 190-200 °С.
Определяли показатель текучести расплава с помощью прибора ИИРТ-5М. Полученные данные представлены в таблице 2.
Таблица 2
Влияние температуры и нагрузки расплава на показатель текучести расплава СтироТЭП-65 (диаметр капилляра 2,09 мм, длина 8 мм)
Температура, °C Нагрузка, Н ПТР, г/10 мин
190 21,2 2,7
200 21,2 8,7
190 49,0 18,1
200 49,0 21,4
Установлено, что повышение температуры на 10 °С (с 190 до 200 °С) при нагрузке 21,2 Н приводило к увеличению текучести в 3,2 раза, а при нагрузке 49 Н - в 1,2 раза. В свою очередь, увеличение нагрузки с 21,2 до 49 Н при 190 °С приводило к росту показателя чувствительности расплава к скорости сдвига (ПТР49/ПТР21,2) в 6,7 раза, а при 200°С - в 2,6 раза.
Дальнейшие исследования проводились на реометре SmartRheo-1000 с программным обеспечением «Ceast VIEW 5.94-4D». Гранулы СтироТЭП-65 прогревались в камере прибора при 190 °С и 200 °С. Расплав термоэластопла-ста выдавливали через калиброванные капил-
ляры диаметром 1 мм и длинной 5 и 30 мм с нарастающей скоростью.
Установлено, что с ростом скорости сдвига от 100 до 400 с-1 напряжение сдвига возрастало по линейной зависимости (рисунок 1). Увеличение температуры на 10 °С приводило к снижению уровня напряжения сдвига (В, Па) и показателя кратности его изменения (А, Па'с) при длине капилляра 5 мм - в 1,1 раза, а при длине капилляра 30 мм - в 1,3 раза. Отмечено, что увеличение длины капилляра в 6 раз при 200 °С приводило к снижению показателя А в 1,2 раза, а при 190 °С он практически не изменялся (таблица 3).
Таблица 3
Влияние скорости сдвигах (с-1), температуры расплава и длины капилляра на показатель кратности изменения напряжения сдвига расплава А (Па-с)
Температура испытания (длина капилляра) Коэффициенты уравнения регрессии Y = A -т + B
А, Пах В, Па
190 °С (5 мм) 136,5 25177
190 °С (30 мм) 132,0 18271
200 °С (5 мм) 124,8 14759
200 °С (30 мм) 104,2 14019
Увеличение скорости сдвига приводило к снижению вязкости расплава (рисунок. 2). Отсюда следует, что характер течения расплава СтироТЭП-65 соответствует псевдопластичным жидкостям. Увеличение температуры на 10 °С приводило к снижению вязкости и показателя кратности её изменения К (Па-с2) при длине капилляра 5 мм - в 1,7 раза, а при 30 мм - в 1,3 раза (таблица 4). Увеличение длины капилляра в 6 раз при 190 °С приводило к снижению К в 1,4 раза, а при 200 °С показатель К не зависел от изменения длины капилляра.
Таблица 4 Влияние скорости сдвига т (с-1), температуры расплава и длины капилляра на показатель кратности изменения вязкости расплава К (Пас2)
Температура испытания Коэффициенты уравнения ре-
грессии Y = C ' т + D :
(длина капилляра) К, Па -с2 D, Па 'с
190 °С (5 мм) -0,53 391
190 °С (30 мм) -0,39 319
200 °С (5 мм) -0,31 274
200 °С (30 мм) -0,31 249
80000 -60000 -
"та
П.
>Г 40000 -20000 -0
50 100 150 200 250 300 350 400 450
т (с-1)
о 1 * 2 3 4
Рисунок 1 - Влияние скорости сдвига т (с-1), температуры расплава и длины капилляра (Ъ) на напряжение сдвига У (Па) СтироТЭП-65 (диаметр капилляра -1мм) 1 - 190 °С (Ъ=5 мм), 2 - 190 °С (Ъ=30 мм), 3 - 200 °С (Ъ=5 мм), 4 - 200 °С (Ъ=30 мм)
400 -| 300 -
"о
£ 200 -100 -0
50 100 150 200 250 300 350 400 450
т (с-1)
о1«2д3»4
Рисунок 2 - Влияние скорости сдвига т (с-1), температуры и длины капилляра (Ъ) на вязкость ц (Пах) расплава Сти-роТЭП-65 (диаметр капилляра - 1мм) 1-190 °С (Ъ=5 мм), 2-190 °С (Ъ=30 мм), 3-200 °С (Ъ=5 мм), 4-200 °С (Ъ=30 мм)
Далее была проведена оценка совместимости СтироТЭП-65 с ПММА.
С целью снижения хрупкости композиции на основе оргстекла ПММА 814, а так же расширения области применения СтироТЭП-65, исследовалась их совместимость. Выбор оргстекла и СтироТЭП-65 в качестве компонентов смешения объясняется тем, что оба материала являются прозрачными. Основные показатели ПММА приведены в таблице 5.
Гранулы оргстекла и СтироТЭП-65 (5%) смешивали и распрессовывали в пластины толщиной 2 мм. Далее полученные образцы измельчали для проведения испытаний на установке ИИРТ-5М, предназначенной для определения показателя текучести расплава термопластов (ПТР) в соответствии с требованиями ГОСТ 11645-73 (при 190 и 200 °С).
Испытания на ударную вязкость проводили на приборе «Динстат», который предназначен для испытания образцов на ударный и статический изгиб по Шарпи (с надрезом). Результаты испытаний приведены в таблице 6.
Таблица 5 Технические характеристики ПММА 8N ( по ISO 527, 179, 306, 75, 1133, 13458)
Наименование показателей Параметры испытания Показатели
Модуль упругости, МПа 1 мм/мин 3300
Нагрузка при разрыве, % 5 мм/мин 5,5
Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2 23°С 20
Температура размягчения, °С В/50 108
Температурная деформация при нагрузке, °С 0,45 МПа 1,8 МПа 103 98
Объем расплава, МУЯ, м3/10мин 320 °С/ 3,8 кгс 3
Светопропускание, % Б 65 92
Таблица 6
Технические показатели ПММА 8N в присутствии СтироТЭП-65
Состав композиции Текучесть расплава (ПТР), г/10мин Ударная вязкость, кДж/м2 Угол разрушения, град.
сред. max min сред. max min
ПММА 8N (без добавок) 0,74 0,8 0,68 15 15 15 24
ПММА 8N + 5%, мае. СтироТЭП-65 1,96 6,34 1,34 31 60 7 15
Таким образом, уточнены реологические, упруго-прочностные свойства Сти-роТЭП-65 и дана оценка совместимости тер-моэластопласта с ПММА.
ЛИТЕРАТУРА
1 Ткачев, A.B. Современные технологии анионной полимеризации мономеров [Текст] /
A.B. Ткачев, В.А. Седых // Вестник ВГУИТ. -2013. - №3. - С.143-156.
2 Седых, В.А. Технология производства каучуков растворной полимеризации [Текст]: учебное пособие / В.А. Седых, A.B. Гусев, В.В. Разумов идр. - Воронеж: ВГТА, 2010. - 308 с.
3 Термоэластопласты [Текст] / под ред.
B.В. Моисеева. - М.: Химия, 1985. - 184 с.
4 Лобанов, A.B. Свойства блок-сополимера стирола и бутадиена марки «Сти-роТЭП-70» [Текст] / A.B. Лобанов, Д.В. Пряников, A.A. Алексеев мл., B.C. Осипчик // Успехи в химии и химической технологии. -2012. - Т. 26. - №4. - С. 32-36.
5 Лобанов, A.B. Свойства бутадиен-сгирольных блок-сополимеров [Текст] / A.B. Лобанов, A.A. Алексеев мл., B.C. Глуховской, B.C. Осипчик // Успехи в химии и химической технологии. - 2013. - Т. 27. - №3. - С. 82-86.
REFERENCES
1 Tkachev, A.V. Modern techniques of anionic polymerization of monomers [Text]/ A.V. Tkachev, V.A Sedih // Bulletin of VSUET. -2013. - №3. - P. 143-156
2 Sedih, V.A. Technology of production of rubber solution polymerization [Text]: tutorial / V.A. Sedih, A.V. Gusev, V.V. Razumov et al. -Voronezh: VSTA, 2010. - 308 p.
3 Thermoelastoplastic [Text] / ed V.V. Moiseev. - M.: Himiya, 1985. - 184 p.
4 Lobanov, A.V. Properties of the block copolymer of styrene and butadiene brand "Stiro-TEP-70" [Text] / A.V. Lobanov, D.V. Prianikov, A.A. Alekseev Jr., V.S. Osipchik // Advances in Chemistry and Chemical Technology. - 2012. -V. 26. - №4. - P. 32-36.
5 Lobanov, A.V. Properties of the block copolymer of styrene and butadiene [Text] / A.V. Lobanov, A.A. Alekseev Jr., V.S. Gluhovskoy, V.S. Osipchik // Advances in Chemistry and Chemical Technology. - 2013. - V. 27. - №3. -P. 82-86.
