CC BY
41
УДК 678.742
Д. Р. Хузаханова, А. И. Ахметшина,
С. Н. Русанова, С. Ю. Софьина, О. В. Стоянов
ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВИНИЛАЦЕТА В СЭВИЛЕНАХ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА СОПОЛИМЕРОВ ПРИ СИЛАНОЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ
Ключевые слова: сополимеры этилена, алкоксисиланы, физико-механические свойства.
Исследовано изменение физико-механических свойств сополимеров этилена с винилацетатом при модификации глицедокси- и аминосилана. Изучено влияние содержания винилацетата на эффективность модифика-циисополимеров.
Keywords:ethylene copolymers, alkoxisilanes, physico-mechanicalproperties.
The studyofchange in the physical and mechanical properties of ethylene vinyl acetate copolymer in modifying glitsedoksi- and aminosilane. The study of contentvinyl acetate on the efficiency of the modification of copolymers.
Введение
Этиленовые сополимеры широко используются для получения материалов и изделий различного назначения, в том числе в качестве клеящих слоев в многослойных защитных покрытиях и многослойных полимерных пленках. На свойства подобных многослойных систем влияет как адгезия между различными слоями, так и характеристики каждого слоя. Ранее было показано, что химическая модификация алкоксисиланами, содержащими в своем составе амино- или глицидоксигруппы, сополимеров этилена с винилацетатомимпортного производства, выпускаемых под торговым названием БУЛТЛМ [1-4] приводит к некоторому улучшению прочностных и адгезионных характеристик мате-риалов.Поэтому изучение влияния кремнийоргани-ческих модификаторов на физико-механические свойства сополимеров этилена с винилацетатом производства ПАО «Казаньоргсинтез» представляет значительный практический интерес.
Объекты и методы исследований
В качестве объектов исследования использовались сополимеры этилена с винилацетатом (СЭВА) (ТУ 2211-211-00203335-2013) марок 11104-030, 11306-075, 11607-040, 11808-340 содержащие различные количества сложноэфирных групп и полиэтилен высокого давления (ПЭ) марки 15313-003 (ГОСТ 16337-77, изм. 1-3), производства ПАО «Казаньоргсинтез». Основные характеристики полимеров приведены в таблице.
В качестве модификаторов использованы:
у-аминопропилтриэтоксисилан (АГМ-9) (ТУ 6-02-724-77).Прозрачная жидкость светло- соломенного цвета. Плотность 1062 кг/м3 . Молярный вес 179,29. Коэффициент преломления при 25°Сп25с=1,420. Температура плавления - 70°С, температура распада 217°С, температура кипения 194°С;
(3-глицедоксипропил)триметоксисилан(ГС) -Прозрачная бесцветная жидкость с молекулярной массой 236. Плотность 1070 кг/м3. показатель преломления п2°с|=1,4367, содержание глицидоксигрупп 31%. Температура плавления -70°С, температура
вспышки 135°C, температура кипения 264°C.Производство DowCorningCorporation, США.
Таблица 1 - Основные характеристики полимеров
Характеристи- ПЭ 15313 СЭВА 11104- СЭВА 11306- СЭВА 11607- СЭВА 11808-
ки -003 030 075 040 340
Условное ПЭ СЭВА СЭВА СЭВА СЭВА
обозначение -7 -14 -21 -30
Содержание
винилацетата, 0 5-8 10-14 17-21 26-30
%
Показатель
текучести
расплава, г/10
мин,
125°С 3,34 27,5
190°С 0,32 1,95 6,07
Разрушающее
напряжение при растяжении, МПа 20,2 19,3 10,8 7,5 5,3
Относительное
удлинение при 650 655 740 750 760
разрыве, %
Реакционное смешение компонентов осуществляли в расплаве на лабораторных вальцах при скорости вращения валков 12,5 м/мин и фрикции 1:1,2 в течение 10 мин при температуре для ПЭ и СЭВА-7 - 140°С,СЭВА-14 - 120°С,СЭВА-21 - 100°С, СЭВА-3° - 80°С. Образцы для испытаний получали прессованием в ограничительных рамках в соответствии с ГОСТ 12019-66.Физико-механические испытания образцов проводились на разрывной машине 1шрект1т. Скорость перемешивания захватов машины 100 мм/мин.
Результаты и их обсуждение
В настоящее время создание новых материалов чаще осуществляется модификацией существующих полимеров или создания композиционных материалов, чем синтезом принципиально новых полиме-
ров. Химическая модификация позволяет за счет изменений химических структур полимеров изменять свойства материалов.
Важнейшими эксплуатационными показателями материала, определяющими области их применения, являются деформационно-прочностные характеристики, которые изменяются при изменении химической и надмолекулярной структуры полимеров. При этом на увеличение разрушающего напряжения при растяжениимодифицированныхсэвиленоввлияет не только природа дополнительной функциональной группы алкоксисилана, но и содержание винилаце-тата в исходном сополимере (рис. 1,2).
Концентрация, %мас.
Рис. 1 - Зависимость разрушающего напряжения модифицированныхПЭ и СЭВА от концентрации АГМ-9: 1 - ПЭ, 2 - СЭВА-7, 3 - СЭВА-14, 4 -СЭВА-21, 5 - СЭВА-30
Концентрация, %мас.
Рис. 2 - Зависимость разрушающего напряжения модифицированныхПЭ и СЭВА от концентрации ГС: 1 - ПЭ, 2 - СЭВА-7, 3 - СЭВА-14, 4 - СЭВА-21, 5 - СЭВА-30
Как видно из данных, представленных на рис.1 и 2, введение кремнийорганических модификаторов в меньшей степени оказывает влияния на свойства ПЭ, не имеющего в своем составе сложноэфирных групп. Эффективность влияния модификаторов возрастает с ростом содержания винилацетатных групп в ряду ПЭ ^ СЭВА-7 ^ СЭВА-14 ^ СЭВА-21 ^ СЭВА30. Так разрушающее напряжение при введении аминосилана АГМ-9 (рис.1) в сополимеры уве-
личивается для СЭВА-7 на 15%, СЭВА-14 - на 30%, а для СЭВА-21 и СЭВА-30 этот показатель возрастает в 2 раза. Аналогичные результаты получены при использовании в качестве модификатора глицидоксисиланаГС (рис.2), так прочность ПЭ и СЭВА-7 увеличивается на 15%, СЭВА-14-на 30%, СЭВА-14- на60%, СЭВА-30- на 85%. При этом для всех сополимеров наблюдается экстремальный характер зависимости с максимумом в области малых количеств модификатора. Введение добавки более 3 % нецелесообразно, так как это приводит к снижению прочности материала.
Модификация сополимеров этилена с винилаце-татом у-аминопропилтриэтоксисиланом приводит и к увеличению относительного удлинения при разрыве полимеров (рис. 3). Относительное удлинение при разрыве для всех модифицированных СЭВА увеличивается на 15-30%. Наблюдаемое при введении небольших (до 3% мас.) количеств АГМ-9 одновременное увеличение прочности и эластичности материала что характерно длят слабосшитых и разветвленных структур.
Концентрация, %мас.
Рис. 3 - Зависимость относительного удлинения при разрыве модифицированныхПЭ и СЭВА от концентрации АГМ-9: 1 - ПЭ, 2 - СЭВА-7, 3 -СЭВА-14, 4 - СЭВА-21, 5 - СЭВА-30
Введение же (3-глицедоксипропил)тримето-ксисилана в сополимеры не приводит к существенным изменениям деформационных показателей материала.
Выводы
Таким образом было установлено, на эффективность процесса силанольной модификации сужетст-венным образом влияет не только природа кремний органического модификатора, но и содержание ви-нилацетата в исходном сополимере. Эффективность влияния модификаторов возрастает с ростом содержания винилацетатных групп в ряду ПЭ ^ СЭВА-7 ^ СЭВА-14 ^ СЭВА-21 ^ СЭВА30.
Учитывая, что модификация сополимеров этилена с винилацетатом аминосиланами является предпочтительной, с точки зрения улучшения прочности клеевых соединений сэвиленов с другими материалами [1,5], проведенные исследования позволяют предположить, что полученные материалы могут
быть использованы для разработки многослойных полимерных пленочных материалов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки России в рамках выполнения комплексного проекта по договору M02.G25.31.0037, согласно постановлению Правительства Российской Федерации № 218 от 9 апреля 2010 г
Литература
1. Н.Е. Темникова: Дис. ... канд. хим. наук, Казань, 2013. 154 с.
2. N. E. Temnikova, S. N. Rusanova, S. Yu. Sofina, O. V. Stoyanov, R. M. Garipov, A. E. Chalykh, and V. K. Gerasimov, Polymer Science Series D,7, 3, 84-187 (2014)
3. Н.Е. Темникова, С.Н. Русанова, С.Ю. Софьина, О.В. Стоянов, Р.М.Гарипов, А.Е.Чалых, В. К.Герасимов, Клеи. Герметики. Технологии, 7, 18-22 (2013)
4. Н.Е. Темникова, С.Н. Русанова, Ю.С.Тафеева, С.Ю. Софьина, О.В. Стоянов, Клеи. Герметики. Технологии, 4, 32-39 (2012)
5. Н.Е. Темникова, С.Н. Русанова, О.В. Стоянов, Вестн. Казан.технол. ун-та, 17, 7, 151-153 (2014)
© Д. Р. Хузаханова - студентка гр.5201-11 КНИТУ; А. И. Ахметшина - студентка гр.525-М4 КНИТУ; С. Н. Русанова -канд. техн. наук, доцент каф. технологии пластических масс КНИТУ; С. Ю. Софьина - канд. техн. наук, доцент той же кафедры; О. В. Стоянов — д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, [email protected].
© D. R. Chusachanova - student, Department of Technology of plastic masses of KNRTU; A. I. Achmetshina - student, Department of Technology of plastic masses of KNRTU; S. N. Rusanova - associate professor of the Department of Technology of plastic masses of KNRTU; S. Yu. Sofina - associate professor of the Department of Technology of plastic masses of KNRTU; O. V. Stoyanov -Doctor of Engineering Sciences, professor of department of Technology of plastic masses of KNRTU, [email protected].
