Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СЕТЧАТЫХ ПОЛИМЕРОВ И НАНОКОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Магомедов Г. М., Козлов Г. В.,

ВВЕДЕНИЕ

Сетчатые полимеры в последнее время получили широкое распростра­нение в разных областях промышленности в качестве адгезивов, матриц полимерных композитов и т.п. Тем не менее, их теоретическое исследова­ние и вытекающие отсюда практические приложения остаются на уровне примерно сорокалетней давности. Общепринято считать, что основным параметром, контролирующим свойства сетчатых полимеров, является их плотность сшивки. В области химии получения сетчатых полимеров по-прежнему доминируют полуэмпирические кинетические теории.

В настоящей монографии эти проблемы исследованы с принципиально новой точки зрения, когда в основе рассмотрения химических или физиче­ских процессов лежит структура объекта, будь то структура макромолеку-лярного (микрогеля) или конденсированного состояния. Такой подход воз­может только при наличии соответствующих структурных моделей, в каче­стве которых использованы фрактальный (мультифрактальный) анализ и кластерная модель структуры аморфного состояния полимеров. Первый из указанных подходов является общим математическим аппаратом, тогда как второй представляет собой чисто «полимерную» концепцию. Это обстоя­тельство определяет их превосходное сочетание и дополнение друг друга.

Применение фрактального анализа и моделей необратимой агрегации для описания процессов сшивания сетчатых полимеров позволило выяс­нить, что структура макромолекулярного клубка (микрогеля), характери­зуемая ее фрактальной размерностью, играет в указанных процессах не меньшую (а то и большую) роль, чем чисто химические аспекты. Исполь­зование такого подхода позволило получить количественное описание, как кинетики процесса сшивания, так и его конечных результатов.

Совместное использование фрактального анализа и кластерной модели для описания структуры конденсированного состояния сетчатых полиме­ров позволило впервые получить ее количественную трактовку на разных структурных уровнях: молекулярном, топологическом и надсегменталь-ном, а также определить взаимосвязь между указанными уровнями. В свою очередь, разработка количественной модели структуры твердофазных сет­чатых полимеров позволила впервые получить соотношения структу­ра-свойства, что является основной задачей физики полимеров.

Особо следует остановиться на новых, и поэтому малоисследованных, аспектах применения сетчатых полимеров в практических приложениях. Это относится в первую очередь к новому классу полимерных нанокомпози-тов (полимер-полимерных нанокомпозитов) и трактовке сетчатых полиме­ров как естественных нанокомпозитов. Исследование полимер-полимерных нанокомпозитов, в которых матрицей является полиэтилен, а нанонаполни-телем - наночастицы эпоксидного полимера, позволило выяснить как ряд теоретических аспектов физики полимеров, так и обосновать целесообраз­ность их применения в ряде практических приложений. Рассмотрение эпок­сидных полимеров как естественных нанокомпозитов в рамках кластерной модели структуры аморфного состояния полимеров позволило выявить ре­сурс повышения эксплуатационных характеристик этих материалов, кото­рые в настоящее время реализуются в лучшем случае на 30-40%.

И в заключение отметим практические аспекты теоретических постула­тов, изложенных в настоящей монографии. Прежде всего укажем, что плотность сшивки не определяет однозначно свойства сетчатых полиме­ров, а контролирующим эти свойства параметром является состояние на­ноструктуры полимера, которое может быть очень различающимся при од­ной и той же плотности сшивки. Получены уравнения, позволяющие про­гнозировать свойства сетчатых полимеров не только в рамках интеграль­ных характеристик их структуры, но и по данным наноуровня, т.е. отдель­ных нанокластеров. Предложены практические методы регулирования на­ноструктуры, которые предполагают получение сетчатых полимеров (на­пример, эпоксидных полимеров) с характеристиками, превышающими со­ответствующие параметры для нанокомпозитов полимер/органоглина, счи­тающиеся в настоящее время наиболее перспективными.

Авторы полагают, что настоящая монография будет полезна как для ученых, занимающихся теоретическим исследованием сетчатых полиме­ров, так и для инженеров, использующих эти полимеры в практических приложениях.