Влияние этилсиликата на адгезию сополимеров этилена с винилацетатом к стали

А. Е. Чалых, В. К. Герасимов, С. Н. Русанова,

О. В. Стоянов

ВЛИЯНИЕ ЭТИЛСИЛИКАТА НА АДГЕЗИЮ СОПОЛИМЕРОВ ЭТИЛЕНА

С ВИНИЛАЦЕТАТОМ К СТАЛИ

Исследовано влияние силанольной модификации на адгезионную способность сэвиленов. Установлено, что основной вклад в прочность адгезионного взаимодействия СЭВА-сталь вносят деформационно-прочностные характеристики модифицированного сополимера.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важных эксплуатационных свойств сэвиленов, широко используемых в качестве клеев, адгезивов и праймеров, является адгезионная способность. Непредельные органосиланы широко используются как аппреты для повышения прочности адгезионной связи полимеров с неорганическими субстратами, происходит увеличение адгезионной прочности и при введении силанов в полиолефины [1, 2]. Возможность использования модифицированных тетраалкоксисиланами сэвиленов в качестве коррозионностойких покрытий обусловлило необходимость исследования адгезии модифицированных сополимеров этилена с винилацетатом (СЭВА) к стали.

Таким образом, целью настоящей работы явилось исследование влияния силаноль-ной модификации на адгезионные свойства СЭВА.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объектов исследования использовали СЭВА, содержащие различные количества сложноэфирных групп (ТУ 6-05-1636-97), производства ОАО «Сэвилен», г. Казань (табл. 1), а также этилсиликат марки ЭТС-32 общей формулы Б^ОСгНб^, (ТУ 6-02-895-78) производства ПО «Химпром», г. Новочебоксарск - маловязкая прозрачная жидкость светло-желтого цвета. Содержание кремния в ЭТС в перерасчете на двуокись кремния 30-34%, тетраэтоксисилана 50-65%; плотность 1,062 г/см3, вязкость 1,6 сП.

Таблица 1 - Характеристики полимеров

Характеристики СЭВА-7 СЭВА-14 СЭВА-20 СЭВА-29 СЭВА-30 СЭВА-31

Содержание винилацета-та, мас. %:

- омыление 7,1 14,0 20,0 29,2 30,1 31,0

- ИКС 6,8 13,8 - - 29,7 -

Степень кристалличности. % 25,5 16,6 9,0 4,0 3,0 5,3

Плотность, г/см3 0,929 0,935 0,936 0,945 0,948 0,955

Показатель текучести расплава, г/10 мин 2,4

Температура плавления, 103 96 84 75 75 74

С

Модификацию сэвиленов проводили в расплаве на лабораторных микровальцах в течение 15 мин в интервале температур от 80 до 160С (скорость вращения валков 12,5 м/мин, фракция 1:1,2).

Образцы для адгезионных испытаний готовили прессованием. Методика получения образцов для адгезионных испытаний подробно описана в работе [3]. Адгезию к стали оценивали отслаиванием полимера от подложки под углом 180°. Диаграммы напряжение - деформация (с-в) получены на разрывной машине 1п81хоп 1122.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В связи с тем, что сэвилены широко используются в качестве праймеров при антикоррозионной защите трубопроводов, были оценены адгезионные свойства модифицированных СЭВА по отношению к стали. Как показано на рис. 1 для СЭВА-14 и СЭВА-30 наблюдается рост прочности адгезионных соединений по мере увеличения содержания в исходной композиции ЭТС. Основные изменения протекают в области малых добавок модификатора (до 2-3%). Дальнейшее увеличение его содержания мало сказывается на прочности адгезионного соединения. Исследование характера разрушения методами сканирую

Рис. 1 - Зависимость прочности при отслаивании от содержания ЭТС: а - СЭВА-30; б - СЭВА-14

рациях менее 3% ЭТС характер разрушения смешанный, а при более высоких концентрациях -когезионный. Это означает, в рамках концепции Биккермана, что слабая зона смещается с межфазной границы в объем модифицированного полимера. Интересно отметить, что введение кремнийорганической добавки в СЭВА-7 практически не оказывает влияния на прочность адгезионной связи полимер-металл, при этом характер разрушения - смешанный.

Полученные результаты могут быть проинтерпретированы в рамках представлений механики разрушения адгезионных соединений [4]. Согласно данным [5], характер разрушения соединения при расслаивании определяется соотношением между величинами пре-

дельных напряжений, характеризующих либо прочность адгезионного контакта а0ад (и соответственно в0ад), либо когезионную прочность адгезива а0ког (в0ког). Если а0ад > а0ког, то имеет место когезионный тип разрушения, если а0ад < а0ког, то - адгезионный. Поскольку значения а0 и в0 связаны между собой, то можно предполагать, что при адгезионном разрушении в0ад < в0ког. Отсюда следует, что сопротивление расслаиванию является функцией суммарного напряжения, возникающего в малых по толщине деформированных слоях адгезива склейки единичной ширины

в0

А = к|^а1(В) ,

0

где к - коэффициент пропорциональности, связанный с геометрией зоны деформации; I - толщина исходного слоя адгезива; а; - напряжение в 1-ом слое. При когезионном разрушении со-

в0

единения величина к1;^а;(в) близка к удельной работе деформации А0деф при растяжении

0

0 т-т 0 0

пленки адгезива до разрыва в ког. При адгезионном разрушении в ад < в ког и, естественно,

в0

Еа|(в) - А0деф.

Величину к!^а|(в), в первом приближении, можно оценить, используя либо кри-0

вую напряжение - деформация пленки адгезива, либо предполагая линейную зависимость между а и в. В этом случае работа деформации определяется как половина произведения а и в. Используя представленные выше данные нами были построены корелляционные зависимости между работой деформации (А) и адгезией.

Результаты расчетов приведены на рис. 2. Видно, что между этими характеристиками имеет место удовлетворительная корреляционная зависимость. Это позволяет нам утверждать, что основной вклад в прочность адгезионного взаимодействия вносят деформационно-прочностные характеристики модифицированного сополимера.

0

0

Рис. 2 - Корреляционная зависимость между прочностью на расслаивание и работой деформации для СЭВА-14

Литература

1. Калнинь М.М., Капишников Ю.В. Силанольно-перекисное сшивание в процессе термического контактирования полиэтилена со сталью// Композиц. полимер. матер. - 1985.- Вып. 24.- С.3-7.

2. Влияние некоторых триалкоксисиланов на адгезионную прочность СЭВА/Каковка Т.Н., Василенко Е.А., Салтанова В.Б., Румянцев В.Д.// Пласт. массы. 1985.№ 8. С. 17-18.

3. Русанова С.Н. Дисс...канд. техн. наук. Казань. КГТУ. 2000.

4. Кинлок Э. Адгезия и адгезивы. М.: Мир. 1991.

5. Чалых А.А. Дисс.канд. хим. наук. М. ИФХ РАН. 2003.

© А. Е. Чалых - д-р хим. наук, проф., зам. дир. ИФХ РАН; В. К. Герасимов - сотр. ИФХ РАН; С. Н. Русанова - канд. техн. наук, доц., докторант каф. технологии пластических масс КГТУ; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., декан факультета технологии, переработки и сертификации пластмасс и композитов КГТУ.