Введение к работе
Актуальность темы.
Золь-гель технология в настоящее время применяется для получения новых материалов, таких как аэрогели, новые виды стекол и керамики. Принципиальное достижение этой технологии состоит в контроле дисперсности и межфазной поверхности материала на ранней стадии его получения и создании структуры неорганического полимера с широким интервалом структурных параметров и свойств.
Методом золь-гель синтеза получают гибридные керамические материалы, модифицированные органическими соединениями, с уникальным сочетанием физических свойств. В тоже время, применение методов золь-гель синтеза для модификации эластомеров и получения новых материалов развито недостаточно. В литературе отсутствуют сведения о проведении реакций золь-гель синтеза непосредственно в растворах каучуков или в ла-тексах. Этот путь получения новых полимерных материалов является достаточно перспективным, поскольку позволяет получать чрезвычайно тонкодисперсную фазу и осуществлять направленное структурообразование наполнителя в среде эластомера с целью придания ему заданного комплекса свойств.
В связи с изложенным, проведение золь-гель синтеза диоксида кремния непосредственно в растворах эластомеров или в латексах с целью получения новых полимерных композитов представляет актуальную задачу.
Цель работы состоит в создании новых подходов к получению эла-стомерных материалов на основе проведения реакций золь-гель синтеза в водных дисперсиях или растворах эластомеров и в связи с этим в изучении закономерностей структурообразования смесей растворов и водных дисперсий эластомеров с поликремневой кислотой.
Научная новизна,
Определены кинетические константы отдельных стадий синтеза частиц диоксида кремния: гидролиза тетраэтоксисилана и конденсации поликремневой кислоты в водной среде с использованием экспоненциальной аппроксимации.
Синтезирован золь поликремневой кислоты путем гидролиза тетраэти-лового эфира, ортокремневой кислоты in situ в натуральном и агломерированном бутадиен "тирольном латексах.
Показано, что при концентрации кремнезоля в латексе ~ 2% наблюдается золь-гедь переход, что приводит к повышению предела текучести композиции.
« Методом компьютерного моделирования показано, что агрегация частиц кремнезодя в латексе приводит к образованию агрегатов фрактального типа с плотностью распределения частиц, имеющей максимум на некотором, расстоянии от поверхности глобул.
Синтезирован золь поликремневой кислоты путем гидролиза тетраэти-лового эфира ортокреадневой кислоты in situ в растворе полииаодрена.
Осуществлен золь-гель переход непосредстьенно в растворе каучука, что приводит к повышению предела текучести композиции,
Практическая значимость работы.
Составлен лабораторный регламент и выпущены опытные образцы каучука. СКй-3, модифицированного частицами диоксида кремния.
Составлен лабораторный регламент получения модифицированных латексных W?WK из натурального, ц бутадиенстирольного агломерированного латекос* ч удучдаеыиыми црочностными свойствами.
Автор» защищает:
новый подход к получению эластомерных материалов на основе прове
дения реакций золь-гель синтеза в водных дисперсиях или растворах эла
стомеров;
кинетические закономерности гидролиза тетраэтоксисилана и конденсации поликремневой кислоты в водной среде;
закономерности золь-гель синтеза и структурообразования диоксида кремния в растворах эластомеров и в латексах;
компьютерную модель Зйрёгаций частиц полнкремневой кислоты в латексе.
Апробация работы.
Отдельные части диссертационной работы доложены на научно-технической їсонференции "Промышленность нефтехимии Ярославского региона", Ярославль, 1994 г., III российской научно-практической конференции "Сырье и материалы для резинсзой промышленности: настоящее и будущее", Москва, 49% 'г.-, 'IV МеждуйЙрсйЙо'й 'конференций по наукоемким технологиям, 'Йй/ГЛШй, ]\9% 'г.
Публикации.
Результаты диссертации опубликованы в 2-х статьях и тезисах 3-х докладов ИЪ |кч5*йференциях. По теме диссертации опубликован тематический обзйр.
Структура ft 'Йб'ьем диссертации.
Диссертационная работа состоит из следующих разделов: введение,
литературный обзор, экспериментальная часть, результаты и их обсужде
ние, выводы, приложения, библиографический список. Объем рабо
ты: /36 машинописных страниц, включая рисунков, ^
таблиц; библиографический список включает /? наименовании.
Объекты исследования.
В работе применяли синтетический изопреновый каучук марки СКИ-ЗШ (ГОСТ 14925-79).
Латекс СКС-С, получен эмульсионной сополимеризацией бутадиена и стирола, агломерирован под давлением (ТУ 38.103230-85). Размер глобул после агломерации составляет 150 - 230 нм. Форма глобул анизометрич-ная.
Натуральный центрифугированный латекс марки "Квалитекс". Глобулы сферические диаметром 0.01 - 5 мкм.
ТЭОС — тетраэтоксисилан, тетраэтиловый эфир ортокремневой кис лоты — (OC2H5)4Si (ТУ 6-09-5230-85), очищали перегонкой, *„,„.= 166С.
ЭС-1 —у-глицидоксипропилтриэтоксисилан (ТУ 6-02-1077-82).
В работе применяли следующие ПАВ:
-
Анионоактивное ПАВ— олеат калия — Сі8Нзз02К; Мм. = 324, ККМ= 9,510"14 моль/л» марки ХЧ.
-
Неионогенное ПАВ - проксанол 11-206, синтезирован в НИИОПИК НО-(-СН2-СН20-)х-(-СН2-(СНз)-СН20-)у-(-СН2-СН20-)2-Н; Мм = 5000, Мм. полиоксипропиленовой-группы = 2000; ККМ= 2.5 Ю'5 моль/л.
-
Блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксилалкилена (КЭП).
-
Катионоактивное ПАВ — алкилбензилдиметиламмоний хлорид-катамин [СпН2п+,1^(СНз)СН2С6Н5]СГ; л = 10 - 18, ЮШ= 0.01% (масс).
В качестве катализатора применяли аммиак ХЧ, уксусную кислоту ХЧ, в качестве растворителя толуол Ч.Д;А\ ч*«»«сллол Ч.
* 1етоды исследования.
Размеры частиц и кинетику их образования в реакционной і системе определяли турбидиметрическим методом на фотоэлектроколориметре-нефелометре ФЭКН-57. В работе использовали различные фильтры от 390 нм до 590 нм.
Физико-механические испытания каучуков и вулканизатов на их основе проводились по стандартным методикам в соответствии с ГОСТами:
испытание резин на разрыв ГОСТ 270-75
испытание резин на раздир ГОСТ 262-79
определение пластичности каучука ГОСТ 416-75
Физико-механические свойства пленок определяли согласно ГОСТу 12580-78 на разрывной матаитне "Instron-1122" (England).
Реологические измерения йрдййдили на ротаїйтсйїном вискозиметре "Полимер РПЭ-1М".
Кондуктометрические измерения проводили с помощью моста сопротивления (Т7-13).
Степень набухания резин определяли по стандаотной методике.
Межфазное натяжение измеряли сталагмометрическим методом. (Международный стандарт документ, СИЕ 300-10-76).