Влияние изоцианатов на свойства смеси полимеров на основе хлорсульфированного полиэтилена и этилен-пропиленового каучука тройного

М. Ю. Перухин

ВЛИЯНИЕ ИЗОЦИАНАТОВ НА СВОЙСТВА СМЕСИ ПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ ХЛОРСУЛЬФИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА И ЭТИЛЕН-ПРОПИЛЕНОВОГО КАУЧУКА ТРОЙНОГО

Ключевые слова: изоцианат, смеси полимеров, хлорсульфированный полиэтилен, этилен-пропиленовый каучук тройной.

В статье рассматривается влияние изоцианат содержащих добавок на свойства полимерной смеси хлорсульфированный полиэтилен - этилен-пропиленовый каучук тройной. Экспериментально показано, что введение изоцианата в одну из фаз значительно изменяет картину характерную для несовместимых полимерных смесей, не содержащих модифицирующих добавок.

Key words: isocyanate, polymer mixes, chlorosulfonic polyethylene, triple ethylene-propylene rubber.

The article examines the impact of isocyanate-containing additives on the properties of the polymer blend of chlorosulfonated polyethylene - ethylene-propylene rubber triple. It was shown in the course experiment that the introduction of isocyanate to one of the phases significantly changed the picture characteristic of incompatible polymer blends containing no modifiers.

Полимерные материалы и изделия из них занимают неотъемлемую часть в нашей повседневной жизни. Однако при разработке полимерных композиций большинство

исследователей сталкиваются с тем, что полимеры, подвергнутые модификации, наполнению или пластификации не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. На помощь приходят смесевые композиции, состоящие из двух или более полимеров. Но большинство полимерных смесей являются несовместимыми. Проблема

совместимости полимеров исследуется достаточно давно. Для улучшения совместимости полимеров в их смесь вводили такие соединения как диблок-сополимеры, наполнители и пластификаторы. Сравнительно недавно ряд исследователей стали использовать в качестве «связующего» между двумя полимерами изоцианаты.

Формирование полимерных смесей -типичный вопрос образования коллоидной гетерогенной системы, в котором важную роль играют межфазные явления на границе раздела двух фаз [1]. Отнесение таких систем к дисперсным коллоидным основано на том, что в большинстве случаев в них реализуется коллоидная степень дисперсности одного из компонентов, который может рассматриваться как дисперсная фаза в среде другого компонента - дисперсионной среды [1].

В качестве объекта исследования была выбрана полимерная смесь ХСПЭ-СКЭПТ. В одну из фаз предварительно вводился модификатор изоцианатной природы (СКУ-ПФЛ). Смешение полимеров осуществлялось на валковом оборудовании в течение 10 минут при температуре 60°С. Образцы для последующих испытаний, прессовались при температуре 140°С.

Для исследованных полимерных смесей характерна одна особенность, которая усложняет их анализ. Практически все ингредиенты высокомолекулярных композиций исходно представляют собой сополимерные продукты, в

составе которых, наряду со специфическими для каждого из сополимеров компонента, присутствует однотипный (общий по природе и длине) блок.

Таким образом, с одной стороны, эти системы объединяет общая структурно-

динамическая единица, а, с другой, при анализе поведения подобных полимеров на молекулярном уровне всегда открытым остаётся вопрос - имеем ли мы дело с взаимодействием макромолекул в целом или должны отдельно рассматривать и учитывать характер взаимовлияния их отдельных блоков или блочных последовательностей (фрагментов)?

Если учитывать (блок)сополимерное строение исходных полимеров, то анализируемые смеси можно рассматривать двояко: как бинарные системы (ХСПЭ+СКЭПТ), или, как минимум тройные смеси, образованные этиленовыми, пропиленовыми и винилхлоридными звеньями.

Для полимерных смесей был проведен термомеханический анализ. Данные

термомеханического анализа дают информацию о модуле упругости как функции температуры и времени [2].

Как следует из рис.1, использование вместо ХСПЭ или СКЭПТ их завулканизованных смесей значительно повышает как верхнюю температуру (Тр- температуру размягчения), так и протяжённость всего температурного интервала работоспособности (ДТ = Тр - Тс) обоих полимеров в качестве эластомерных продуктов. При этом температура размягчения (Тр) смесей меняется приблизительно в соответствии с изменением объёмной доли того или иного полимера в композиции. Однако температуры стеклования тех же смесей меняются нелинейно. При этом по мере увеличения доли СКЭПТ в смеси экспериментальные значения температуры стеклования (Тс) сначала остаются почти постоянными, в результате чего расхождение между расчетными и экспериментальными значениями температуры стеклования (Тс) заметно возрастает вплоть до соотношения ХСПЭ:СКЭПТ = 25:75 [3].

Рис. 1 - Зависимость температуры размягчения смесей ХСПЭ и СКЭПТ от соотношения и природы их компонентов (Тс-температура стеклования; Тр-температура размягчения; АТ=

Тр- Тс - интервал высокоэластичности; Н, ,  с

добавками СКУ-ПФЛ вулканизованные смеси

(3% масс.); А,Д,А-

Расчеты проводились по формуле: Тс12 = Тс1+а2 (Тс2 - Тс1), где Тс12 - температура стеклования сополимера; Тс1 - температура стеклования

этиленовых звеньев в составе сополимера, которая принималась равной Тс чистого полиэтилена; Тс2 -температура стеклования или винилхлоридных (для ХСПЭ), или пропиленовых (для СКЭПТ) звеньев; а2 - объемная доля II компонента в сополимере (принималась равной 0,40^0,45 для обоих Тс2); также полагалось, что Тс1(ПЭ) = - 900С, Тс2 (ПВХ) = +800С, Тс2 (ПП) = -150С.

Согласно экспериментальным данным по мере увеличения доли СКЭПТ температура стеклования (Тс) смеси сначала меняется слабо, но при соотношении ХСПЭ:СКЭПТ=25:75 здесь наблюдаются сразу 2 области стеклования, одна из которых совпадает с температурой стеклования

смесей при меньшем содержании СКЭПТ, а также появляется температура стеклования

соответствующая СКЭПТ. Характерно, что сами исходные экспериментальные значения

температуры стеклования (Тс) ХСПЭ и СКЭПТ также примерно соответствуют результатам

теоретических расчетов (рис. 1) [3].

Механизмом закрепления (стабилизации) состояния смеси в данном случае (в ходе формирования сополимеров) являются

преимущественно процессы химической природы. Если учитывать природу сил, преимущественно определяющих и поддерживающих исходное

состояние механических смесей, то их совместимость закономерно относить к разряду «физической» или «физико-химической». Но в любом случае для смесей на основе ХСПЭ и СКЭПТ характерна анизотропия макроскопических свойств, которая проявляется, с одной стороны, в практически аддитивной зависимости температуры размягчения (Тр) от состава, а, с другой, в существенной нелинейности аналогичной функции для температуры стеклования (Тс). И, судя по температуре стеклования (Тс), только при избытке СКЭПТ соответствующие смеси становятся однозначно (на молекулярном уровне) гетерогенными, о чем свидетельствует разделение процесса стеклования на 2 этапа - а! и а2 (рис. 1) [34].

Таким образом, проведенные исследования методом ТМА позволили выявить влияние изоцианата уретановой природы на свойства несовместимой полимерной композиции.

Литература

[1] Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. Киев: Наукова думка, 1980. 260с.

[2] Мэнсон Дж. Полимерные смеси и композиты / под ред. Ю.К.Годовского. М.: Химия, 1979. 440с.

[3] Перухин М.Ю. Клеевые и гидроизоляционные материалы на основе некоторых несовместимых смесей полимеров. Дис. ... канд. техн. наук. Казань. 2006. 165с.

[4] Перухин М.Ю., Архиреев В.П., Суханов П.П. Модификация смесей сополимерных полиолефинов изоцианатами // Вестник Казанского технол. ун-та. 1998. №1. С. 55-70.

© М. Ю. Перухин - канд. техн. наук, доц. каф. АССОИ КНИТУ, perukhin@inbox.ru.