Влияние типа растворителя на структуру, механические и тепловые свойства фуллеренсодержащих пленок полиэтилена

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2010, том 53, №3_________________________________

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 54.123

Ш.Туйчиев, Б.М.Гинзбург*, Д.Рашидов, С.Х.Табаров, А.Мухамад

ВЛИЯНИЕ ТИПА РАСТВОРИТЕЛЯ НА СТРУКТУРУ, МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ ПЛЕНОК ПОЛИЭТИЛЕНА

Таджикский национальный университет,

Институт проблем машиноведения Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия

Получены композитные пленки, отлитые из общих растворов полиэтилена низкой плотности и фуллерена С60 в различных растворителях - бромбензоле и всех изомерах ксилола. Данные механических испытаний обсуждаются в совокупности с результатами исследований аналогичных композитных пленок, отлитых из растворов в бензоле и его производных. Установлено, что пленки из галогенсодержащих растворителей обладают лучшими механическими свойствами, чем пленки из растворителей с алифатическими производными бензола.

Ключевые слова: полиэтилен низкой плотности - фуллерен С60 - ароматические растворители -деформационное поведение.

Ранее было исследовано влияние добавок фуллерена С60 на механические свойства (прочность, модуль Юнга, разрывное удлинение) тонких пленок из разных полимеров [1-4]. В работе [4] были исследованы композитные пленки из полиэтилена низкой плотности ПЭНП и фуллерена С60 (ПЭНП+С60), отлитые из растворов в двух растворителях - толуоле и орто-дихлорбензоле (о-ДХБ). Было обнаружено, что пленки, отлитые из растворов в о-ДХБ, имеют в 3-4 раза более высокие значения предела текучести и прочности при одноосном растяжении. При анализе этих результатов было обращено внимание на наличие в составе молекул о-ДХБ атомов галогена, что, по-видимому, играет существенную роль в формировании различных физических свойств одноядерных ароматических соединений.

В данной работе исследованы композитные пленки (ПЭНП+С60), отлитые из растворов в бромбензоле - растворителе, содержащем галоген, и из всех изомеров ксилола - растворителей, не содержащих атомов галогенов. Цель работы заключалась в сравнительном анализе и обобщении результатов, полученных для пленок (ПЭНП+С60), отлитых из различных растворителей.

Для приготовления образцов использовали порошки ПЭНП (Россия, ГОСТ 16337-77, марка 10802-020, молекулярная масса 60000) и фуллерен С60 с химической чистотой 99.7%. Все растворители имели марку "хч". Технология получения пленок (ПЭНП+С60) из растворов во всех исследованных ароматических растворителях была примерно одинакова. Готовили предварительно доста-

Адрес для корреспонденции: Туйчиев Шарофиддин. 734025, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул.Рудаки, 17, Таджикский национальный университет. E-mail: tuichiev@mail.ru

точно разбавленные растворы ПЭНП и растворы фуллерена с концентрацией, близкой к концентрации насыщения. В раствор ПЭНП добавляли в заданном массовом соотношении раствор фуллерена Сбо, смешивали растворы на водяной бане при 80оС и отливали на стеклянной подложке. Из полимерных пленок готовили образцы в форме двойной лопатки с рабочей длиной 22 мм и шириной 4-5 мм. Механические испытания проводили по ГОСТ 1262-68 на разрывной машине РМ-1. Скорость движения нижнего зажима - 12 мм-мин-1.

На термоанализаторе 204Б1 фирмы методом дифференциальной сканирующей кало-

риметрии определяли температуру плавления ПЭНП в композите. Структуру пленок контролировали методами большеугловой и малоугловой рентгенографии, оптической микроскопии.

Для всех исследованных пленок методом оптической поляризационной микроскопии наблюдали наличие сферолитов диаметром 10-20 цм, как основной формы надмолекулярной структуры на данном размерном уровне. Методами малоугловой и большеугловой рентгенографии показано, что при концентрациях фуллерена от 0.005 масс.% до 5 масс.% кристаллическая и надмолекулярная структура (большие периоды ~25-30 нм) образцов не менялась, т.е. фуллерен находится между лучами сферолитов или межсферолитных областях, не образуя агрегатов заметного размера. Лишь при концентрациях фуллерена, равных 10 ша88.%, на большеугловых рентгенограммах появлялся рефлекс, соответствующий зародышам кристаллической фазы фуллерена, состоящим примерно из 100 молекул. Оценка размеров кристаллитов по ширине рефлекса 110 (с использованием формулы Шер-рера [6]) в случае пленок, отлитых из растворов в бромбензоле дала 4-4,5 нм, тогда как пленки из других растворителей - ДХБ, толуола и ксилолов — дали 5-6 нм.

На рисунке представлены некоторые типичные серии деформационных кривых для композитных пленок (ПЭНП+Сб0), полученных из растворов в различных ароматических растворителях. Из сравнения и анализа можно сделать выводы о том, что пленки, отлитые из растворов ПЭНП в бром-бензоле обладают заметно более высоким пределом текучести и прочности (~20 - 30 МПа), чем пленки, полученные из растворов в толуоле и ксилоле (~ 2-4 МПа). При этом разрывное удлинение также значительно выше (~500% против 300%). Введение фуллерена Сб0 уменьшает пластичность всех пленок при некотором увеличении начального модуля упругости. Необходимо отметить, что увеличение концентрации Сб0 не приводит к изменению температуры плавления композита (Тш = 106°С).

В литературе имеются сведения о корреляции растворимости с механическими свойствами образующихся пленок. По-видимому, высокая растворимость связана с повышенным взаимодействием растворителя и растворенного вещества, что приводит к большей однородности композиции.

Известно, что галогены — фтор, хлор и бром — являются наиболее электроотрицательными элементами [8], т.е. в наибольшей степени "оттягивают" на себя электроны и тем самым ослабляют межъядерные взаимодействия, что и повышает растворимость фуллерена в галогенозамещенных одноядерных соединениях.

Следовательно, наличие атомов галогенов в одноядерных ароматических растворителях способствует увеличению прочности и предела текучести пленок, полученных отливкой растворов ПЭНП и (ПЭНП+Сб0) в указанных растворителях.

а,МР»

J__________________і_________________і___________________і_ II « 1

о юо 200 є. о ЮО 200 є,»о

Рис. Деформационные кривые композитных пленок (ПЭНП+Сбо), отлитых из растворов в бромбензоле (а), дихлорбензоле (Ь), п-ксилоле (с), толуоле (ф при концентрациях фуллерена:

1 - С=0; 2 - 1; 3 - 3; 4 - 5; 5 - 10 ша88.%.

Введение в пленки фуллерена Сбо приводит к резкому уменьшению пластичности пленок, выражающемуся в уменьшении разрывного удлинения при растяжении и увеличении начального модуля упругости.

По-видимому, достигнутые значения эксплуатационных характеристик образцов не являются оптимальными. При соответствующем подборе технологических параметров взаимодействующих компонент в исходной смеси и технологии формования можно получать композиты с довольно высокими механическими характеристиками.

Поступило 14..02.2010 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гинзбург Б.М., Табаров С.Х. и др. - Письма в ЖТФ, 2007, т.33, в.23, с.43-50.

2. Туйчиев III., Табаров С.Х. и др. - Письма в ЖТФ, 2008, т.34, в.2, с. 28-31.

3. Туйчиев III., Табаров С.Х., Гинзбург Б.М. - ЖТФ, 2008, т. 78, №7, с. 140-144.

4. Рашидов Д., Шоимов У и др. - ЖПХ, 2008, т.81, №9, с.1543-1546.

5. Китайгородский А.И. Рентгеноструктурный анализ мелкокристаллических и аморфных тел. - М., Л.: ГИТТЛ, 1952, 588 с.

6. Зверев М.П., Зубов П.И. и др. - ВМС, сер. А, 1974, т.16, №3, с.511-518.

7. Нехаенко Е.А., Роговина Л.З. и др. - ВМС, сер. В, 1979, т.21, №4, с.279-281.

8. Полинг Л. Природа химической связи. - М.- Л.: Госхимиздат, 1947, 440 с.

Ш.Туйчиев, Б.М.Гинзбург*, Д.Рашидов, С.Табаров, А. Мухамад

ТАЪСИРИ НАМУДИ ^АЛКУНАНДА БА СОХТОР, ХОСИЯТ^ОИ МЕХАНИКИ ВА ГАРМИИ ЛАВ^А^ОИ ПОЛИЭТИЛЕНИ ФУЛЛЕРЕНДОШТА

Донишго^и миллии Тоцикистон,

*Институти масоили мошиншиносии Академияи илм^ои Россия, Санкт-Петербург

Дар маколаи мазкур сохтор ва хосиятх,ои физикии лавхдаои полиэтилении фуллерени Сбо дошта, ки аз махлулх,ои дар х,алкунандах,ои гуногуни ароматй х,осил гашта омухта шуданд. Та^лили натичахри дастовардашуда нишон доданд, ки хосиятхри физикии маводх,ои компози-тии аз махлулх,ои дар х,алкунандах,ои галогендошта нисбат аз х,алкунандах,ои алифатии бензол х,осил гашта хубтаранд.

Калима^ои калиди: полиэтилени зичиаш паст - фуллерени С60 - халкунандахои ароматй - рафто-ри деформатсионй.

Sh.Tuichiev, B.M.Ginzburg*, D.Rashidov, S.Kh.Tabarov, A.Mukhamad INFLUENCE OF TYPE OF SOLVENT ON STRUCTURE, MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES OF FULLERENECONTAINING FILMS OF POLYETHYLENE

Tajik National University,

Research Institute of Mechanical Engineering Problems, Russian Academy of Sciences, St.-Petersburg In work the structure, mechanical and thermal properties of fullerencontaining films of polyethylene cast of solutions in various aromatic solvents of benzene and its derivatives are investigated. Data of mechanical tests are discussed in aggregate with results of researches similar composit films cast of solutions in benzene and its derivatives. It is established, that a film from halohene solvents possess the best mechanical properties, than a film from solvents with aliphatic derivatives of benzene.

Key words: low density of polyethylene - fullerene C60 - aromatic solvents - deformational behavior.