Связь разрывной прочности и числа фоторазрывов макромолекул полистирола Текст научной статьи по специальности «Физика»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2016, том 59, №5-6_

ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ

УДК 541.123

Т.Б.Бобоев, С.Дж.Гафуров, Ф.Х.Истамов, Н.С.Истамов

СВЯЗЬ РАЗРЫВНОЙ ПРОЧНОСТИ И ЧИСЛА ФОТОРАЗРЫВОВ МАКРОМОЛЕКУЛ ПОЛИСТИРОЛА

Таджикский национальный университет

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан Р.М.Маруповым 07.12.2015)

Показано, что независимо от характера действия механического напряжения, температуры и длины волны УФ-света на фотохимические процессы полистирола, между прочностью и числом разрывов химических связей существует линейная зависимость.

Ключевые слова: фотодеструкция, механическое напряжение, УФ-свет, температура, число разрыва связей.

Известно, что фотохимические процессы, инициированны квантами УФ-света, приводят к разрушению химических связей в основной цепи макромолекул полимера, а следовательно, и к уменьшению сопротивления полимера к действию механических нагрузок [1-5]. По мере облучения число разорванных УФ-светом связей возрастает, а прочность падает. В этом смысле ухудшение прочностных свойств полимерных материалов определяется накоплением фоторазрывов в зависимости от дозы облучения.

В настоящей работе с целью установления зависимости разрывной прочности от числа фоторазрывов изучалась кинетика фотодеструкции полистирола при разной длине волн УФ-света, температуре и механическом напряжении.

Изучение фотодеструкции образцов проводилось как в свободном, так и в нагруженном состоянии в условиях облучения УФ-светом с длинами волн ^=254 нм, ^2=313 нм и ^3=365 нм. О ходе фотодеструкции при этом судили по изменению молекулярной массы и разрывной прочности образцов. Разрывная прочность определялась с помощью специально созданной установки [6], а для определения молекулярной массы применялся вискозиметрический метод [7].

По изменениям молекулярной массы образцов из полистирола определяли число фоторазрывов по формуле, предложенной в [5]:

хт / 1 1 л

П р = ^ А ( М " М } ,

где: р - плотность полимера, - число Авогадро, М1 и М0 - соответственно молекулярная масса облученного и исходного образцов.

Адрес для корреспонденции: Гафуров Сафархон Джураевич. 734025, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. Рудаки, 17, Таджикский национальный университет. E-mail: [email protected]

На рис.1 в качестве примера приведена зависимость разрывной прочности ор от величины приложенного напряжения оп для образцов полистирола предварительно облученных УФ-светом с ^=254 нм в течение 10 часов при температуре 293 и 333 К.

Рис. 1. Зависимость прочности от величины приложенного напряжения для образцов полистирола, облученных УФ-светом с ^1=254 нм в течение 10 час, при температурах 1 - 293 К; 2 - 333 К.

Из рис.1 видно, что в условиях облучения образцов УФ-светом ^1=254 нм при 293 К разрывная прочность нагруженных образцов выше, чем у ненагруженных, то есть при воздействии УФ-света нагрузка в пределах 0-30 МПа тормозит в некоторой степени потерю прочности.

Предварительное облучение полистирола УФ-светом ^1=254 нм при 333 К приведет к ускоряющему действию нагрузки на потерю прочности образцов. Оказалось, что чем больше величина приложенной нагрузки, тем быстрее падает прочность облученных образцов.

Для других длин волн УФ-света (Х1=313 и ^1=365 нм) вид и характер зависимости качественно не отличаются.

Полученные результаты на молекулярном уровне показывают, что эффект действия растягивающей нагрузки на кинетику накопления фоторазрывов зависит от температуры, при которой облучается полистирол.

Рис. 2. Зависимость числа разрывов макромолекул от величины приложенного напряжения для образцов полистирола, облученных УФ-светом с Х1=254 нм в течение 10 час, при температурах 1- 293 К; 2-333 К.

Доклады Академии наук Республики Таджикистан

2016, том 59, №5-6

Как видно из рис. 2, если облучение образцов провести при комнатной температуре, зависимость пр от оп подобно зависимости разрывной прочности от величины приложенного напряжения, растягивающая нагрузка тормозит развитие фотодеструкции полистирола. Из рис.2 также видно, что если облучение образцов провести при 333 К, то число разрывов в нагруженных образцах больше, чем в ненагруженных, то есть в отличие от опытов при температуре 293 К, в опытах при температуре 333 К наблюдается ускоряющее действие нагрузки на кинетику накопления разрывов связей.

Неоднотипное влияние растягивающей нагрузки при температурах 293 и 333 К можно объяснить следующим образом. Тормозящее действие растягивающей нагрузки на развитие фотодеструкции при низкой температуре возможно связано с развитием молекулярной реакции разрыва макромолекул, для осуществления которой необходимо наличие гош-изомеров. Приложенная нагрузка приводит к уменьшению гош-изомеров [8].

Несмотря на неоднотипное влияние нагрузки на кинетику фотодеструкции полистирола, зависимость разрывной прочности от количества связей, разрушенных в процессе УФ-облучения, оказалась линейной (рис.3).

Рис. 3. Зависимость прочности от числа разрывов макромолекул полистирола, облученных УФ-светом в течение 10 час под нагрузкой и без нагрузки О, Д, □ - при 293 К, \ А, И - при 333 К; О • - при Х1=254 нм;

А А - при Х2=313 нм; П И - при Х3=365 нм.

Видно, что между данными механического испытания (ор) и числом фоторазрывов связей наблюдается определенная корреляция. Эта зависимость, независимо от длины волны УФ-света, температуры облучения и величины приложенного напряжения, в первом приближении имеет линейный характер и подчиняется уравнению

Ор = Оро(1+РПр),

где ор0 - исходная прочность образцов Р=0.95 10"23м3.

Из изложенного следует, что независимо от характера влияния нагрузки, температуры облучения и энергии кванта УФ-света на кинетику фотодеструкции полистирола изменение прочности образца связанно с числом разрыва макромолекул, вызыванного внешним воздействием.

Поступило 11.12.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ренби Б., Рабек Я. Фотодеструкция, фотоокисление, фотостабилизация полимеров. - М.: Мир, 1988, 675 с.

2. Шляпинтох В.Я. Фотохимические превращения и стабилизация полимеров. - М.: Химия,1979, 344 с.

3. Заиков Т.Е. Деструкция и стабилизация полимеров. - М.: Издательство МИТХТ,1993, 248 с.

4. Бобоев Т.Б. Фотомеханическое разрушение полимеров. - Душанбе: Матбуот, 2000, 241 с.

5. Бобоев Т.Б., Истамов Ф.Х., Гафуров С.Дж., Джонов Е. Фотодеструкция механически напряженного полиэтилентерефталата. - ДАН РТ, 2014, т.57, №2, с.116-121.

6. Джонов Е. Влияние УФ-облучения и механического напряжения на кинетику разрушение полиэтилентерефталата: Дисс... к.физ.-мат.н. - Душанбе,1992, 158 с.

7. Марголин А.Л. Исследование фотостарения поликапроамида: Дисс. к.хим.н., - М., 1976, 140 с.

8. Гафуров У., Новак И.И. Конформационные переходы при деформации ориентированных волокон. - Механика полимеров, 1970, №1, с. 170-171.

Т.Б.Бобоев, С.^.Еафуров, Ф.Х.Истамов

РОБИТАИ БАЙНИ МУСТА^КАМЙ ВА ТЕЪДОДИ ФОТОКАНДАШАВИИ МАКРОМОЛЕКУЛАМИ ПОЛИСТИРОЛ

Донишго^и миллии Тоцикистон Нишон дода шудааст, ки новобаста аз хусусиятдои таъсири бори механикй, температура ва дарозии мавчдои ултрабунафш ба раванди фотохимиявии полистирол байни мустадкамй ва теъдоди кандашавии банддои химиявй вобастагии хаттй чой дорад.

Калима^ои калидй: фотовайроншави, бори механики, нури ултрабунафш, температура, теъдоди банд^ои кандашуда.

T.B.Boboev, S.J.Gafurov, F.H.Istamov COMMUNICATION AND NUMBERS TENSILE STRENGTH OF THE GAP POLYSTYRENE MACROMOLECULES

Tajik National University

It is shown that irrespective of the action of mechanical tension, temperature and wavelength of the UV light by photochemical processes strength between the polystyrene and the number of chemical bond exists a linear dependence.

Key words: photodestrucmion, mechanical tension, UV light, the temperature, the number of bond rupture.