Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одним из наиболее эффективных и экономически выгодных способов модификации свойств полиэтилена (ПЭ) является введение в него различных наполнителей органического или неорганического происхождения. Подобная модификация необходима, так как ПЭ не обладает высокими физико-химическими свойствами. Длительное время минеральные наполнители в виде порошков и волокон наряду с органическими наполнителями были основными наполнителями в производстве наполненных полимерных композиционных материалов (ПКМ). При этом следует отметить, что большое разнообразие минеральных наполнителей позволяет регулировать в широких пределах прочностные, электрические, теплофизические, химические и другие свойства ПКМ. В частности, на основе минеральных наполнителей разработан большой ассортимент ПКМ с микроразмерными дисперсными наполнителями. Однако развитие нанотехнологий предопределило, при разработке наполнителей для полимерных материалов, переход от использования макро- и микроразмерных добавок к использованию наноразмерных модификаторов. Эти новые материалы по сравнению с обычными ПКМ обладают новыми или улучшенными физико-химическими, термическими, барьерными, оптическими и другими специальными свойствами, что делает их коммерчески перспективными и интересным классом инженерных пластмасс.
Минеральные наполнители обычно представляют собой порошки, а полиолефины поставляются в виде гранул. Поэтому минеральный наполнитель, например, СаСО3, должен быть, сначала диспергирован в полимере в процессе компаундирования, соответственно должен быть подготовлен в форме, которая хорошо диспергируется. В этом плане интерес представляет промышленно выпускаемый модификатор Nano-cal, который представляет собой 70%- композит на основе ПЭ и наноразмерного СаСО3. Nano-cal получают из легкодоступного в природе СаСО3–традиционного наполнителя ПЭ в производстве пленок. Введение в ПЭ модификатора - Nano-cal, позволит повысить рентабельность производства за счет уменьшения толщины пленочных материалов, которые будут обладать повышенными физико-механическими характеристиками.
Цель работы состояла в создании новых нанокомпозиционных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), наноразмерного СаСО3. В работе также использовался углеродный наноматериал «Таунит», органомодифицированная глина и Mg(OH)2.
В соответствии с целью в работе были поставлены и решены следующие задачи:
-отработка технологии введения наномодификаторов в полимерную матрицу;
-разработка оптимального состава полимерного нанокомпозита;
-проведение комплекса физико-механических исследований с целью изучения влияния наноразмерных частиц СаСО3, органоглины, «Таунита» и Mg(OH)2 на основные свойства ПЭНП;
- анализ полученных экспериментальных данных и оценка области применения нанокомпозитов.
Научная новизна. Впервые выявлены основные закономерности изменения свойств ПЭНП при введении в него таких наполнителей как: наноразмерный СаСО3, «Таунит», смеси на основе наноразмерного СаСО3 и монтмориллонита, модифицированного 10% акрилатгуанидином, наноразмерного СаСО3 и «Таунита». Показано, что при использовании смеси наполнителей - наноразмерный СаСО3 и 5 масс. % монтмориллонита, модифицированного 10% акрилатгуанидином, достигается максимальное повышение механических свойств нанокомпозитов.
Впервые проведен систематический сравнительный анализ физико-механических свойств нанокомпозитов, содержащих смеси: наноразмерный СаСО3/«Таунит»; наноразмерный СаСО3/5 масс. % монтмориллонита, модифицированный 10% акрилатгуанидином.
Практическая значимость. Показана возможность получения на основе ПЭНП и различных наноразмерных модифицирующих добавок нанокомпозитов с комплексом ценных физико-химических и эксплуатационных характеристик.
Результаты работы могут быть использованы при создании полимерных нанокомпозиционных материалов, которые найдут широкое применение в технике, например в производстве пленок.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Способ получения нанокомпозитов на основе ПЭНП, наноразмерного СаСО3, органомодифицированной глины, «Таунита» и Mg(OH)2.
-
Основные закономерности изменения свойств ПЭНП от содержания наноразмерных добавок – СаСО3, органоглины, «Таунита» и Mg(OH)2.
-
Результаты физико-химических и эксплуатационных характеристик, полученных нанокомпозитов.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: Международном форуме по нанотехнологиям – Rusnanotech 08 (г. Москва, 2008 г.); Всероссийской конференции по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90» (г. Москва, 2008 г.); Всероссийской конференции «Физико-химические аспекты технологии наноматериалов, их свойства и применение» (г. Москва, 2009 г.); II Международной научно-практической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты» (г. Нальчик, 2009 г.); V Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (г. Нальчик, 2010 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц, 19 рисунков, список используемой литературы включает 123 наименований.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Похожие диссертации на Композитные материалы на основе полиэтилена низкой плотности и наноразмерного карбоната кальция
