ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИФИКАЦИИ И НАПОЛНЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОЛИПРОПИЛЕНА И КОМПОЗИТОВ НА ЕГО ОСНОВЕ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ная, во-вторых, на ситуацию, в которой происходит приветствие, (время суток, праздники, как государственные, так и религиозные, встречи в пути, прощание и т. д.).

Итак, обращаясь к теме вербального приветствия, можно заключить, что социолингвистические сведения очень важны для молодого поколения. Конечно, знание формул приветствия в той или иной этнокультурной среде не гарантирует овладение языком. Однако, зная их, можно использовать язык правильно.

УДК 669.017

Литература

1. Гаврилина И.С. Коммуникативная специфика приветствия// Современные проблемы филологии и методики преподавания иностранных языков: Материалы международной научной конференции. - Астрахань, 2013. - С.176-179.

2. Формановская Н.И. Речевой этикет и культура общения. - М.: Высшая школа, 1989. -156 с.

ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИФИКАЦИИ И НАПОЛНЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОЛИПРОПИЛЕНА И КОМПОЗИТОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

Слонов А. Л., младший научный сотрудник УНИИД

ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. X М. Бербекова» Алоев В. З., доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физики и прикладной механики ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В. М. Кокова» Козлов Г. В., старший научный сотрудник УНИИД ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. X М. Бербекова» Микитаев А. К., доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой органической химии и ВМС ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. X. М. Бербекова»

THE PLASTICIZER AND FILLING INFLUENCE ON STRUCTURE AND PROPERTIES OF POLYPROPYLENE AND COMPOSITES ON ITS BASIS

Slonov A. L., Junior research worker of UNIID

FSBEIHPE «Kabardino-Balkarian State University named after Н. M. Berbekov» Aloev V. Z., Doctor of Chemical Sciences, Professor Head of a faculty of Physics

and Applied (Technical) Mechanics FSBEI HPE «Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V. M. Kokov» Kozlov G. V., Senior research worker of UNIID FSBEI HPE «Kabardino-Balkarian State University named after Н. M. Berbekov» Mikitaev A. K., Doctor of Chemical Sciences, Professor Head of a faculty of Organic Chemistry

and High-molecular compounds FSBEI HPE «Kabardino-Balkarian State University named after Н. M. Berbekov»

Показано, что изменение модуля упругости пластифицированного полипропилена и дисперсно-наполненного композита на его основе полностью определяется вариацией структуры аморфной фазы полипропилена, а точнее, вариаций размера нанокластеров. Увеличение содержания пластификатора приводит к росту размеров нанокластеров и соответствующему снижению модуля упругости исследуемых полимерных материалов, тогда как введение наполнителя дает противоположный эффект.

Ключевые слова: полипропилен, композит, пластификатор, надсегментальная структура, нанокластер, модуль упругости.

It has been sown, that the change of elasticity modulus of plasticized polypropylene and particulate-filled composite on its basis is defined fully by polypropylene amorphous phase structure variation or, more precisely by nanoclusters size variation. The plasticizer content increasing results in nanoclusters size growth and corresponding reduction of studied polymeric material elasticity modulus, whereas the filler introduction gives opposite effect.

Key words: polypropylene, composite, plasticizer, suprasegmental structure, nanocluster, elasticity modulus.

В последнее время было предложено рассматривать структуру аморфного состояния полимеров как естественный нанокомпозит [1, 2]. В рамках кластерной модели структуры аморфного состояния полимеров предполагается, что указанная структура состоит из областей локального порядка (кластеров), погруженных в рыхлоупакованную матрицу, в которой сконцентрирован весь свободный объем полимера [3]. В свою очередь, кластеры состоят из нескольких коллинеарных плотноупакованных статистических сегментов разных макромолекул, т.е. являются аморфным аналогом кристаллитов с вытянутыми цепями. Было показано [4], что кластеры являются объектами наномира (истинными наночастицами - нанокластерами) и в случае представления полимеров как естественных нанокомпозитов они играют роль нанона-полнителя, а рыхлоупакованная матрица - роль матрицы нанокомпозита. Характерно, что размерный эффект нанокластеров идентичен указанному эффекту дисперсного нанонаполнителя в полимерных нанокомпозитах - уменьшение размеров и нанокластеров [1, 2], и дисперсных наночастиц [5] приводит к резкому повышению модуля упругости нанокомпозита. В связи с указанными наблюдениями возникает вопрос: как введение пластификатора и наполнителя влияет на размер нанокластеров и как вариация последнего влияет на величину модуля упругости полимерного материала. Целью настоящей работы является выяснение двух указанных вопросов на примере пластифицированного полипропилена и композитов на его основе.

Использован гомополимер полипропилена «Ставролен» марки PPG 1035 08 (I II 1С), пластифицированный сополимером этилена и винил-ацетата (сэвилен) марки 12206-007, содержащего до 20 % винилацетата и имеющего показатель текучести расплава 1 г/10 мин при температуре 463 К. Содержание сэвилена WG варьировалось в пределах 0-30 масс. %.

Кроме того, использован дисперсно-наполненный композит на основе пластифицированного ППС с содержанием сэвилена Wc=0, 10, 15 и 20 масс. %. В качестве наполнителя применялся гидрофобизированный стеариновой кислотой карбонат кальция (СаСО3) марки

М90Т, производства фирмы «Руслайм», со средним размером частиц 1 мкм и содержанием WH=20 масс. %.

Исследуемые полимерные материалы получены смешиванием компонентов в расплаве на

двухшнековом экструдере Thermo Haake модели Reomex RTW 25/42, производство ФРГ. Смешивание выполнено при температуре 463-503 К и скорости вращения шнека 50 об/мин в течение 5 мин. Образцы для испытаний получены методом литья под давлением на литьевой машине Test Sample Molding Apparate RR/TS MP фирмы Ray-Ran (Тайвань) при температуре 503 К и давлении 43 МПа.

Механические испытания на одноосное растяжение выполнены на образцах в форме двухсторонней лопатки с размерами согласно ГОСТ 112 62-80. Испытания проводили на универсальной испытательной машине Gotech Testing Machine CT-TCS 2000, производства ФРГ, при температуре 293 К и скорости деформации ~ 2х10-3 с-1.

Для решения первого из указанных вопросов оценим количество статистических сегментов в одном нанокластере пкл и его вариацию по мере изменения содержания пластификатора Wc и наполнителя WH. Последовательность расчета параметра пкл включает следующие стадии [6]. Сначала рассчитывается фрактальная размерность df структуры полимерного материала согласно уравнению [7]:

df = (d-1x1 + v), (1)

где:

d - размерность евклидова пространства, в котором рассматривается фрактал (очевидно, в нашем случае d=3),

V - коэффициент Пуассона, который оценивается по результатам механических испытаний с помощью соотношения [8]:

<Jr

1 - 2v

(2)

А б(1+уУ

где:

оТ и Е - предел текучести и модуль упругости полимерного материала, соответственно.

Относительную долю нанокластеров ф^, можно определить с помощью уравнения [9]:

г .. у/2

, (3)

d7 = 3 - 6 х 10

10

9ёё

V

где:

5 - площадь поперечного сечения макромолекулы, равная 27,2 А2 для 1111 [9],

Сш - характеристическое отношение, которое связано с размерностью ^ следующим уравнением [9]:

2dr 4

00 = d (d -1)d - df ) + 3 .

Далее плотность кластерной сетки макромо-лекулярных зацеплений укл можно оценить следующим образом [9]:

V, = ■

(5)

где:

¡0 - длина скелетной связи основной цепи, равная для 1111 0,154 нм [9].

Затем была определена молекулярная масса участка цепи между нанокластерами Мкл согласно уравнению [9]:

I „ =-

V,

(6)

где:

рп - плотность полимера, равная для 1111 910 кг/м3 [10], ЫЛ - число Авогадро.

И, наконец, величина пкл определяется согласно формуле [9]:

пя, = , (7)

I

где:

Мзах - молекулярная масса участка цепи между традиционными узлами зацеплений (макро-молекулярными «захлестами» [9]), равная для 1111 3,5 кг/моль [6].

Как показано в работе [4], величина показателя текучести расплава ПТР для полимерных материалов может быть выражена следующим образом:

' 3 Л

ЮВ = 0,329

I

II

(8)

где:

ММ - молекулярная масса полимера.

На рисунке 1 приведена зависимость ПТР(Жс) для рассматриваемых полимерных материалов, из которой следует условие ПТР«соп81;, т.е. величина ПТР практически не зависит ни от содержания пластификатора Жс, ни от содержания наполнителя Жн. Поскольку пластификация и наполнение не изменяют молекулярную массу матричного полимера [11], то из графика рисунке 1 и уравнения (8) следует условие Мзах«соп81 и равенство этого параметра соответствующей характеристике для исходного ППС.

ПТР, г/10 мин

О

й—СГ

о п

4 -

О

О - 1 Д- 2

10

20

30 Жс, масс. %

Рисунок 1 - Зависимость показателя текучести

расплава ПТР от массового содержания пластификатора Шс для пластифицированного ППС (1) и композитов ППС/СаСО3 (2)

Величина пкл по своей сущности отражает размер нанокластера, а точнее, его диаметр Бкл, который можно выразить следующим образом [9]:

В^ = 2

/ \ 1/2

щ

(9)

У

где:

щ - коэффициент упаковки, который в случае плотной упаковки равен 0,868 [9].

На рисунке 2 приведена зависимость Е(Окл) для рассматриваемых полимерных материалов, из которой следует снижение модуля упругости по мере роста размера нанокластеров, рассматриваемых в случае трактовки полимеров как естественных нанокомпозитов в качестве нанона-полнителя [1, 2]. Такое поведение пластифицированного ППС и композитов ППС/СаСО3 полностью идентично поведению как дисперсно-наполненных [5], так и естественных наноком-позитов (полимеров) [1, 2]. Отметим, что поведение модуля упругости как ненаполненного, так и наполненного ППС описывается одной и той же корреляцией.

На рисунке 3 приведена зависимость пкл, т.е. размера нанокластеров, от массового содержания пластификатора Жс для рассматриваемых полимерных материалов. Как можно видеть, несмотря на некоторый разброс данных, эта зависимость демонстрирует увеличение размера на-нокластеров по мере роста содержания пластификатора, что и является физической основой соответствующего снижения модуля упругости (Рисунок 2). Отсутствие пластификатора введе-

8

0

2

ние наполнителя снижает величину пкл (Рисунок 3).

Е, ГПа

О - 1

Л- 2

0,7

Dkm, нм

Рисунок 2 - Зависимость модуля упругости Е от диаметра нанокластеров Dkm для пластифицированного ППС (1) и композитов ППС/СаСОз (2)

13 -

0

1

2

3 Wc, масс. %

Рисунок 3 - Зависимость числа статистических сегментов в одном нанокластере пкл от массового

содержания пластификатора Шс для пластифицированного ППС (1) и композитов ППС/СаСОз (2)

Таким образом, результаты настоящей работы показали, что изменение модуля упругости пластифицированного полипропилена и дисперсно-наполненного композита на его основе полностью определяется вариацией структуры аморфной фазы полипропилена, а точнее, ва-УДК 681.322

риацией размера нанокластеров. Роль как пластификатора, так и наполнителя сводится к изменению указанного размера. Увеличение содержания пластификатора приводит к росту размеров нанокластеров и соответствующему снижению модуля упругости исследуемых полимерных материалов, тогда как введение наполнителя дает противоположный эффект.

Литература

1. Башоров М.Т., Козлов Г.В., Микитаев А.К. Наноструктуры и свойства аморфных стеклообразных полимеров. - М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2010. - 269 с.

2. Kozlov G.V., Mikitaev A.K. Polymers as Natural Nanocomposites: Unrealized Potential. -Saarbrücken: Lambert Academic Publishing, 2010. - 323 p.

3. Козлов Г.В., Новиков В.У. Кластерная модель аморфного состояния полимеров. // Успехи физических наук, 2001. - Т. 171. - № 7. - С. 717764.

4. Микитаев А.К., Козлов Г.В., Заиков Г.Е. Полимерные нанокомпозиты: многообразие структурных форм и приложений. - М.: Наука, 2009. - 278 с.

5. Edwards D.C. Polymer-filler interactions in rubber reinforcement. // J. Mater. Sci., 1990. -V. 25. - № 12. - P. 4175-4185.

6. Джангуразов Б.Ж., Козлов Г.В., Микита-ев А.К. Структура и свойства нанокомпозитов полимер/органоглина. - М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013. - 316 с.

7. Баланкин А.С. Синергетика деформируемого тела. - М.: Изд-во Министерства Обороны СССР, 1991. - 404 с.

8. Козлов Г.В., Сандитов Д.С. Ангармонические эффекты и физико-механические свойства полимеров. - Новосибирск: Наука, 1994. - 261 с.

9. Козлов Г.В., Овчаренко Е.Н., Микита-ев А.К. Структура аморфного состояния полимеров. - М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. - 392 с.

10.Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов. - Л.: Химия, 1983. -288 с.

11.Козлов Г.В., Яновский Ю.Г., Карнет Ю.Н. Структура и свойства дисперсно-наполненных полимерных композитов: фрактальный анализ. -М.: Альянстрансатом, 2008. - 363 с.

n

кл