Влияние этилсиликата на структурно-механические свойства сополимеров этилена с акрилатами

С. Н. Русанова, А. О. Янаева, Э. Р. Мухамедзянова,

О. В. Стоянов

ВЛИЯНИЕ ЭТИЛСИЛИКАТА НА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОПОЛИМЕРОВ ЭТИЛЕНА С АКРИЛАТАМИ

Ключевые слова: сополимеры этилена, этилсиликат, физико-механические свойства, эластификация, индекс расплава, вязкость, адгезия.

Изучено влияние этилсиликата на физико-механические, реологические и адгезионные характеристики сополимеров этилена с акрилатами и сополимеров этилена с бутилакрилатом и малеиновым ангидридом.

Key words copolymers of ethylene, ethylsilicate, physical-mechanical properties, elastification,

melt index, viscosity, adhesion.

The ethylsilicate influence on physical-mechanical, rheological and adhesive characteristics of ethylene-acrylate copolymers and copolymers of ethylene-butylacrylate with maleic anhydride was studied.

Введение

Ранее [1-8] было показано, что модификация этилен-винилацетатных сополимеров этилсиликатом позволяет улучшить их деформационно-прочностные свойства.

В данной работе исследовано влияния этилсиликата на структурно-механические свойства сополимеров этилена с этилакрилатом (СЭЭА), сополимера этилена с бутилакрилатом (СЭБА), сополимера этилена с бутилакрилатом и малеиновым ангидридом (СЭБАМА).

Экспериментальная часть

В качестве объектов исследования использовались сополимер этилена с бутилакрилатом (СЭБА) марки Lotryl 35 ВА 320 (ATOFTNA), сополимер этилена с бутилакрилатом и малеиновым ангидридом (СЭБАМА) марок Lotader 4210 b 3200 (ARKEMA), сополимер этилена с этилакрилатом (СЭЭА) CAS № 9010-86-0 (Sigma Aldrich).

В качестве модификатора использован этилсиликат ЭТС-32 (ТУ 6-02-895-78). Смешение полимеров с этилсиликатом проводили на лабораторных вальцах при температурах 100-120 °С. Содержание модификатора варьировали в интервале 0-10 мас. %. Образцы для исследований готовили методом прессования при 160 °С.

Физико-механические испытания образцов проводились на разрывной машине типа программы LabMaster. Скорость перемешивания захватов машины 100 мм/мин. Испытания проводили при комнатной температуре 21±2 °С и относительной влажности 50±5%. Вязкость определяли по ГОСТ 20015-88. Показатель текучести расплава (ПТР) определяли на капиллярном вискозиметре ИИРТ в соответствии с ГОСТ 11645-73 при температуре 125°С и нагрузке 2,16 кг.

Результаты и их обсуждение

Введение кремнийорганического модификатора приводит к изменению структуры полимера, и как следствие к изменению молекулярной массы, разветвленности. Это можно оценить по изменению характеристической вязкости полимера и показателя текучести его расплава. Анализ полученных результатов показал (рис. 1, 2), что при введении в исследо-

ванные сополимеры небольших количеств модификатора наблюдается повышение характеристической вязкости полимера и снижение ПТР. Это связано, вероятно, с увеличением молекулярной массы в результате образования силанольных мостиков между макромолекулами. Дальнейшее увеличение концентрации этилсиликата, приводящее к образования привитых силоксановых и короткоцепных разветвлений, поэтому происходит снижение вязкости модифицированного сополимера и возрастание индекса расплава, вероятно, за счет низкой вязкости самого силоксана, выступающего в качестве пластификатора.

Рис. 1 - Концентрационная зависимость вязкости и показателя текучести расплава для сополимеров этилена с акрилатами

СЭБАМА4210

1,2 1,1 1,0

JE 0,9 0,8

0,7  I ' I  I  I  I ' I  I  I  I   г

0123456789 10

[ЭТС],% масс

а

СЭБАМА3200

[ЭТС],% мас б

Рис. 2 - Концентрационные зависимости вязкости и показателя текучести расплава для СЭБАМА

Введение модификатора оказывает влияние и на изменение эксплуатационных свойств композиций. Физико-механические испытания показали, что модификация сополимеров этилена с акрилатами позволяет улучшить деформационно-прочностные показатели сополимеров. Для СЭБА на 5-10%, для СЭЭА на 25-35% соответственно. Величина модифицирующего эффекта зависит от концентрациии акрилатных групп в сополимере (рис. 3), чем меньше акрилата, тем большее количество этилсиликата расходуется на рост

-   ' 1 • * * *

'( ш ~ • (

- • СЭБА

'  СЭЭА

0 2 4 6 8 10

[ЭТС], % масс а

[ЭТС], % масс

б

Рис. 3 - Зависимость относительных значений физико-механических показателей от концентрации модификатора

силоксановых цепей, эластифицируя полимер. Введение модификатора в сополимеры этилена с акрилатами более 2-3 % масс нецелесообразно, поскольку дальше увеличение его содержания не оказывает существенного влияния на улучшение свойств сополимеров.

Напряжение при разрушении и относительное удлинение у сополимеров этилена с бутилакрилатом и малеиновым ангидридом практически не изменяется, поскольку вводимый модификатор реагирует как с акрилатной так и с ангидридной группой, что приводит к образованию большого числа коротко-цепных разветвлений, существенно не влияющих на изменение физико - механических свойств.

Исследовано влияние этилсиликата на адгезионную прочность системы полимер -сталь. Установлено, что введение даже небольших количеств модификатора позволяет улучшить адгезионную прочность для всех исследованных тройных сополимеров на 1530%. (рис. 4).

Рис. 4 - Концентрационная зависимость прочности адгезионного соединения модифицированных сополимеров по отношению к стали

Литература

1. Русанова, С.Н. Дисс. ... канд. техн. наук: 02.00.16 / Русанова Светлана Николаевна. - Казань: Казанский гос. технол. ун-т, 2000.- 119с.

2. Стоянов, О.В. Химическое строение сополимеров этилена с винилацетатом, модифицированным предельным алкоксиланом, по данным ИК спектроскопии / О.В.Стоянов, С.Н.Русанова, О.Г.Петухова, А.Б.Ремизов // Журн. прикл. химии.- 2001. -Т. 74.- № 7.- С. 1174-1177.

3. Стоянов, О.В. Модификация промышленных этиленвинилацетатных сополимеров предельными алкоксисиланами / О.В.Стоянов, С.Н.Русанова, Р.М.Хузаханов, О.Г.Петухова, А.Е.Чалых, В.К.Герасимов// Вестник Казанского технологического университета. - 2002.- №1-2.- С.143-147.

4. Чалых, А.Е. Влияние фазовой структуры сополимеров этилена с винилацетатом, модифицированных этилсиликатом, на их реологические свойства/ А.Е.Чалых, В.К.Герасимов, С.Н.Русанова, О.В.Стоянов// Вестник Казан. технол. ун-та. - 2006. - №1. - С. 156-163.

5. Чалых, А.Е. Влияние этилсиликата на адгезию сополимеров этилена с винилацетатом к стали/ А.Е.Чалых, В.К.Герасимов, С.Н.Русанова, О.В.Стоянов// Вестник Казан. технол. ун-та. - 2006. -№2. - С.184-187.

6. Чалых, А.Е. Влияние силанольной модификации сополимеров этилена с винилацетатом на поверхностные энергетические характеристики / А.Е.Чалых, В.К.Герасимов, С.Н.Русанова, О.В.Стоянов// Вестник Казан. технол. ун-та. - 2006. -№2. - С.180-184.

7. Русанова, С.Н. Влияние кремнийорганических модификаторов на структурные характеристики и эксплуатационные свойства полимеров./ С.Н.Русанова, С.Ю.Софьина, О.В.Стоянов// Вестник Казан. технол. ун-та. - 2008. - №5. - С.85-90.

8. Янаева, А. О. Модификация акрилатных сополимеров кремнийорганическими соединениями / А.О.Янаева, С.Н.Русанова, О.В.Стоянов, А.Б.Ремизов // Структура и динамика молекулярных систем: Сб. статей, Йошкар-Ола: МарГТУ. -2009- Вып XVI ч. 1 - С. 298-302.

© С. Н. Русанова - канд. техн. наук, доц. каф. технологии пластических масс КГТУ; А. О. Янаева -асп. каф. технологии пластических масс КГТУ; Э. Р. Мухамедзянова - канд. техн. наук, доцент той же кафедры; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, профессор, зав. каф. технологии пластических масс КГТУ, ov_stoyanov@mail.ru.