Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

9. Оценка межфазного взаимодействия полимер-волокна при различных приемах их совмещения на стадии выделения эмульсионного каучука

Важным показателем для оценки свойств получаемых композитов является присутствие или отсутствие межфазного взаимодействия матрицы каучука (резины) с поверхностью волокнистого наполнителя, вводимого на стадии выделения каучука из латекса.

С целью оценки проявления межфазного взаимодействия добавок вискозного волокна с матрицей каучука исследовали кинетику набухания вулканизатов на основе бутадиен-стирольного каучука (БСК) в разнополярных растворителях.

Оценивали межфазные взаимодействия по равновесной степени набухания (amax) и константе скорости набухания образцов (k, ч-1) вулканизатов, содержащих вискозный наполнитель, в таких растворителях как н-октан, толуол, хлороформ (табл. 34).

Независимо от природы растворителя значимого влияния содержание волокна в интервале от 0,3 до 0,7 масс. % на amax не обнаружено. С увеличением полярности растворителей: октана с параметром растворимости (ρокт) - 15,4; толуола (ρтл) - 18,2 и хлороформа (ρхл) - 18,8 (МДж)0,5×(м-1,5) [96], а также независимо от содержания волокна установлен рост amax с 154 ÷ 168 до 312 ÷ 360 и 614÷675 масс.%. Наибольшая amax БСК - вулканизата с волокнистым наполнителем в хлороформе указывает на увеличение полярности вулканизата и на приближение его параметра растворимости к ρхл=18,8, против 17,4 (МДж)0,5×(м-1,5) для исходного БСК, по причине присутствия волокна и появления вулканизационной сетки.

 

Таблица 34

Влияние природы растворителя, размеров и  содержания добавоквискозного волокна на степень (amax, %) и скорость (k, ч-1) набухания
вулканизатов на основе БСК

Размер и содержание волокон в каучуке,

мм/ % масс.

н - Октан

Толуол

Хлороформ

amax

k

amax

k

amax

k

2 / 0,3

168

-0,93

360

-1,43

675

-1,07

5 / 0,3

162

-0,93

316

-1,43

600

-1,07

10 / 0,3

145

-0,93

294

-1,43

582

-1,43

2 / 0,7

150

-1,19

302

-1,33

590

-1,33

5 / 0,7

154

-1,19

312

-1,33

614

-1,43

Кажущаяся движущая сила величина amax не оказывала влияния на скорость набухания. Различие в термодинамической совместимости растворителей и БСК- вулканизата с волокном определила его скорость набухания.

Для системы «БСК - вулканизат - октан» с большей величиной β=(ρполимера - ρрастворителя)2 [96, 97], составляющей 4 - 12 (МДж)×(м-3) выявлена меньшая скорость набухания (величина k=0,93 - 1,19 ч-1), а для системы «БСК - вулканизат - толуол (или хлороформ)» с меньшей b = 0,4 - 2,0 (МДж)×(м-3) скорость набухания увеличилась (k=1,07 - 1,43 ч-1).

Для вискозных волокон значимого влияния их содержания и размера на скорость набухания не установлено, по-видимому, по причине слабого межфазного взаимодействия, граничных слоев из-за больших различий в ρБСК и ρвискоза=31,9 (МДж)0,5×(м-1,5), где  b=(ρБСК - ρвискоза)2 »170 - 210.

Для вулканизатов, содержащих капроновый наполнитель также оценивали межфазные взаимодействия по равновесной степени набухания (amax) и константе скорости набухания образцов (k, ч-1) в растворителях (табл. 35).

С увеличением полярности растворителей: октана с параметром растворимости (ρокт)-15,4; толуола (ρтл)-18,2; хлороформа (ρхл) -18,8 (МДж)0,5×(м-1,5), а также независимо от содержания волокна установлен рост amax с 120 ¸ 140 до 243 ¸ 276 и 514 ¸ 550 % масс. Наибольшая amax БСК - вулканизата с волокнистым наполнителем в хлороформе указывает на увеличение полярности вулканизата и на приближение его параметра растворимости к ρхл = 18,8 против 17,4 (МДж)0,5×(м-1,5) для исходного БСК, по причине присутствия добавок волокна и вулканизационной сетки [98].

Кажущаяся движущая сила величина amax не оказывала влияния на скорость набухания.

Таблица 35

Влияние природы растворителя, размеров и  содержания добавок

капронового волокна на степень (amax, %) и скорость (k, ч-1) набухания

вулканизатов на основе БСК

Размер и содержание волокон в каучуке,

мм/ % масс.

н - Октан

Толуол

Хлороформ

amax

k

amax

k

amax

k

2 / 0,3

140

-1,38

272

-1,73

550

-1,38

5 / 0,3

142

-0,97

276

-1,73

525

-1,38

10 / 0,3

134

-1,19

252

-1,20

520

-1,66

2 / 0,7

128

-1,73

270

-1,73

540

-2,14

5 / 0,7

120

-1,43

243

-0,84

514

-2,25

10 / 0,7

122

-1,54

262

-0,93

524

-1,96

Различие в термодинамической совместимости растворителей и БСК - вулканизата с волокном определила его скорость набухания. Для системы                      «БСК - вулканизат - октан» с большей величиной b=(rполимера - rрастворителя)2, составляющей 4 - 12 (МДж)×(м-3) была характерна меньшая скорость набухания (величина k=0,97 - 1,54 ч-1) [98], а для систем «БСК - вулканизат - толуол (или хлороформ)» с меньшей b=0,4 - 2,0 (МДж)×(м-3) скорость набухания увеличилась (k=0,84 - 2,25 ч-1).

Увеличение скорости набухания в хлороформе с ростом содержания капронового волокна с 0,3 до 0,7 % масс., по-видимому, объясняется «эффектом проводимости» создаваемым граничным слоем «БСК - вулканизат - капрон» состоящим, по-видимому, из продуктов взаимодействия модифицированной поверхности полиамида (rПА = 27,8 (МДж)0,5×(м-1,5)) с полярными низкомолекулярными соединениями содержащимися в резине (например, жирными и абиетиновыми кислотами) по ониевому механизму [98], вследствие высокого вклада водородных связей в присутствии хлороформа [97].

Для толуола с малым вкладом водородных связей выявлено снижение скорости набухания при увеличении содержания волокон капрона в результате проявления барьерных свойств граничными слоями с высокой полярностью.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074