CC BY
35
И. А. Старостина, О. В. Стоянов, Н. В. Махрова,
Д. А. Нгуен
ОЦЕНКА КИСЛОТНОГО И ОСНОВНОГО ПАРАМЕТРОВ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова: метод ван Осса-Чодери-Гуда, нелинейная система уравнений, решение методом наилучшего приближения, кислотный и основной параметры.
Применен новый способ получения параметров свободной поверхностной энергии тестовых жидкостей и на их основе проведен расчет соответствующих величин для полимерных материалов.
Key words: van Oss-Chaudhury -Good theory, non-linear system of equations, best-fit optimized
solution, acid and base parameters.
A new approach to obtain the acid and base parameters of the surface energy of probe liquids is applied by means of which the same parameters of polymer materials are established.
Знание кислотного y+ и основного у" параметров свободной поверхностной энергии (СПЭ) полимеров, композиционных материалов и металлов в значительной мере может способствовать созданию адгезионных соединений с высокими прочностными показателями. Последние, согласно современным научным взглядам, достигаются при участии материалов с высокими значениями у+ и у-. Данное положение лежит в основе кислотноосновного подхода, идеи которого в настоящее время находят практическое подтверждение в работах О.В.Стоянова с колл. [1-5].
Задача нахождения названных величин с применением метода ван Осса с колл.[6] в нелинейной модификации Д.Вольпе и Сибони [7] сводится к решению системы нелинейных уравнений методами многомерной оптимизации. Проведенное нами решение системы 39-ти уравнений для семи тестовых жидкостей и четырех полимерных поверхностей свидетельствует скорее об ограниченной работоспособности предлагаемого подхода, т.к. в данном случае вычисление физически независимых величин - кислотных и основных свойств различных веществ - происходит зависимо одно от другого, не одновременно, а по очереди (использовался метод градиентного спуска Левенберга-Марквайерта).
Однако в процессе решения выяснилось, что вышеуказанные параметры полимеров слабо «реагируют» на перемену начальных условий и остаются при этом практически постоянными. При этом получаемые данные хорошо описывают химическую природу изучаемых поверхностей. Данный факт дал основание рассматривать полимерные поверхности в качестве тестовых, что существенно упрощает решение, т.к. в системе появляются уравнения, не зависящие друг от друга. Многомерная оптимизация сводится к двумерной и не представляет серьезных проблем для нахождения корней. В результате нами были получены кислотные и основные параметры для СПЭ тестовых жидкостей, которые приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры СПЭ тес- Оригинальные (авторские) параметры СПЭ
товых жидкостей (мДж/м2) тестовых жидкостей хорошо соответствуют их
химической природе и дают непротиворечивые результаты при расчетах свойств неизвестных поверхностей. Результаты проведенной апробации полученных значений на разнообразных полимерных поверхностях представлены в таблице 2. Отметим нейтральную природу полистирола, бутилкаучука, полиэтилена, слабокислотную, в порядке возрастания, - полипропилена, поливинилхлорида и поликарбоната (обусловленную остатками двухатомного фенола после полимеризации), выраженно кислотную - отвержденной эпоксидной смолы.
Таким образом, с помощью полученных данных появилась перспектива корректной оценки параметров и составляющих СПЭ жидкостей, полимеров, а также других твердых гладких поверхностей, например, металлических. Эта информация необходима при создании полимерных адгезионных соединений с заданными эксплуатационными свойствами.
Литература
1. Старостина И.А. и др. // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2005. - №2. - С.122-125.
2. АлееваЯ.Ии др. // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2008. - №6, ч.1. -С.179-185.
3. Стоянов О.В. и др. // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2008. №5. - С.13-20.
4. Старостина И.А., Стоянов О.В.// Вестник Казанского технол. ун-та. - 2010. - №4. - С. 58-68.
5. Старостина И.А. и др. // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2009. №3. - С. 85-95.
6. van Oss C. J., Chaudhury M. K. and GoodR. J.// Adv. Colloid Interface Sci. 1987.-№28.- Р. 35-60.
7. Della Volpe C., Siboni S. // Journal of Colloid and Interface Sci. 1997. - № 195. - Р. 121 - 136.
© И. А. Старостина - канд. техн. наук, доц. каф. физики КГТУ; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КГТУ, ov_stoyanov@mail.ru; Н. В. Махрова - асп. той же кафедры; Д. А. Нгуен - студент той же кафедры (магистратура).
Таблица 2 - Значения параметров и составляющих СПЭ для различных полимерных поверхностей_____________
Полимер Y Y d + Y Y '
Поливинилхлорид 39,0 37,75 1,25 0,3
Поликарбонат 40,3 39,0 2,2 0,19
Полистирол 41,2 41,2 0 0,06
Полипропилен 34,16 34,15 0,95 ~0
Бутилкаучук 22,3 20,9 0,67 0,7
ЭД-20+ДЭТА 39,05 32,4 7,53 1,47
Полиэтилен 36,46 36,46 0 0,5
Жидкость + Y Y '
Глицерин 16,38 14
Дийодометан 1,32 0
Бром 0,05 0
ФА 5,25 39,89
Вода 61,45 10,58
ДМСО 1,25 14
Анилин 0,02 43,91
