Влияние силанольной модификации сополимеров этилена с винилацетатом на поверхностные энергетические характеристики

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

О. В. Стоянов

ВЛИЯНИЕ СИЛАНОЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ СОПОЛИМЕРОВ ЭТИЛЕНА С ВИНИЛАЦЕТАТОМ НА ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Исследовано влияние предельных алкоксисиланов на энергетические характеристики поверхности к стали модифицированных сополимеров этилена с винилацетатом. Установлено, что в результате модификации наблюдается снижение полярной составляющей поверхностной энергии, что свидетельствует об обогащении поверхностного слоя силоксанами.

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что многие свойства полимерных материалов определяются структурой и свойствами поверхностного слоя. Поверхностная энергия определяет такие характеристики полимеров и материалов как когезионная прочность, смачиваемость, фазовая структура, технологическая совместимость, адгезионные свойства и т.д., поэтому значение величины свободной поверхностной энергии является необходимым для оценки этих свойств [1, 2]. Одним из самых распространенных методов косвенной оценки поверхностной энергии твердых полимеров является измерение краевых углов смачивания различных жидкостей на полимерной поверхности.

Целью настоящей работы явилось изучение влияния модификации этилсиликатом сополимеров этилена с винилацетатом на энергетические их характеристики поверхности.

Экспериментальная часть

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.

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

Измерения краевых углов смачивания проводили по известной методике с использованием стандартного набора тестовых жидкостей (табл. 2) при 20°С на оптическом горизонтальном микроскопе с гониометрической шкалой. Обработку экспериментальных данных с целью получения информации об общей поверхностной энергии, ее полярной и дисперсионной составляющих, проводили с использованием известного уравнения Оуэнса-Вендта [3].

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

Содержание винилаце- тата, 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 35,6

Плотность, г/см3 0,929 0,935 0,936 0,945 0,948 0,955 0,920

Показатель текучести 2,4 9,9 27,8 18,0 25,6 12,2 2,0

расплава, г/10 мин

Температура плавления, С 103 96 84 75 75 74 113

Таблица 2 - Характеристики тестовых жидкостей

Жидкость ^ г/см3 Т °С 1 кип у V, мДж/м У°іГ, мДж/м УіУ, мДж/м

Вода 1,00 100,0 50,2 22,0 72,2

Глицерин 1,26 290,0 30,0 34,0 64,0

Формамид 1,1334 210,7 26,0 32,3 58,3

Этиленгликоль 1,1090 197,2 19,0 29,3 48,3

Диметилсульфоксид 1,0960 189,0 8,7 34,9 43,6

Диметилформамид 0,9445 153,0 4,9 32,4 37,3

о-Трикрезилфосфат 1,165 263,0 4,5 36,2 40,7

*

- полярная составляющая поверхностного натяжения жидкости;

- дисперсионная составляющая поверхностного натяжения жидкости.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Знание величины поверхностной энергии необходимо для понимания возможности обогащения поверхности модификатором, с одной стороны, и прогнозирования адгезионных свойств, с другой стороны.

Полученные данные по полярной и дисперсионной составляющей поверхностной энергии представлены в табл. 3 и на рис. 1-3.

Можно видеть, что по мере увеличения модификатора в смеси наблюдается закономерное снижение полярной составляющей поверхностной энергии, что свидетельствует об обогащении поверхностного слоя силоксанами. При этом общая поверхностная энергия модифицированных этилсиликатом сэвиленов возрастает, что позволяет предположить увеличение адгезионной способности таких материалов.

Сополимер Содержание ЭТС, % 2 у, мДж/м 2 Ур, мДж/м 2 уо, мДж/м

СЭВА-7 1 29,8 6,4 23,4

3 32,9 5,6 27,3

7 32,3 3,3 29,0

СЭВА-14 1 31,9 8,9 23,0

3 33,7 5,4 28,3

7 36,5 3,6 32,9

СЭВА-30 1 29,7 8,4 21,3

3 30,9 4,1 26,8

7 30,9 2,9 28,0

Рис. 1 - Концентрационная зависимость поверхностной энергии и ее составляющих для модифицированного СЭВА-7: у

Рис. 2 - Концентрационная зависимость поверхностной энергии и ее составляющих для модифицированного СЭВА-14: у

Рис. 3 - Концентрационная зависимость поверхностной энергии и ее составляющих для модифицированного СЭВА-30: у

Необходимо иметь в виду, что данная поверхность была сформирована в контакте с воздухом. Можно ожидать, что при сопряжении модифицированного СЭВА с высокоэнергетической поверхностью будут происходить конформационные перестройки, в результате которых на межфазной поверхности возможно появление гидроксильных групп. Аналогичные эффекты для СЭВА были описаны в работе [4].

Литература

1. Ву С. Межфазная энергия, структура поверхностей и адгезия между полимерами. В кн. Полимерные смеси / Под ред. Пола Д., Ньюмена С. М.: Мир, 1981. Т. 1. С. 282-336.

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

3. Owens D. K., Wendt R. C. / Estimation of the surface free energy of polymers // J. Appl. Polymer Sci. 1969. V. 13. P. 1741-1747.

4. Балашова Е.В. 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.