Введение к работе
Актуальность работы. Непрерывный рост производства и потребления полимеров требует разработки новых способов улучшения их технических характеристик, в том числе по результатам оценки влияния на структуру и свойства изделий таких технологических параметров как температура, механические нагрузки, контакты с кислородом воздуха и т. д. Одним из возможных вариантов исследования поведения и регулирования свойств полимеров на отдельных стадиях переработки является их испытания в условиях многократных воздействий различных технологических операций.
В связи с этим актуальным является изыскание возможностей регулирования и оптимизации свойств полимеров, их композиций на стадиях получения изделий при варьировании различных технологических параметров. В частности, такими параметрами являются многократные изменения температуры, давления и сдвига в повторяющихся циклах «нагрев - экструзия под давлением -охлаждение».
Цель работы. Исследование молекулярной структуры и свойств полимеров винилового ряда с различной нспредельностью при многократной экструзии, а также теоретическое обоснование и практическое применение физико-химических процессов, происходящих в полимерах при комбинировании изменений температуры, давления и сдвига.
Научная новизна. Показано, что в кинетике изменения характеристик полимеров винилового ряда при многократных повторениях циклов экструзии можно выделить 3 области изменений структуры и свойств экструдатов: 1 - постоянный уровень характеристической вязкости при уменьшении или аномальном увеличении показателя текучести расплава; II - резкое снижение вязкости расплава и характеристической вязкости образцов вследствие деструкции; III - ассимптотические увеличение показателя текучести расплава и уменьшение характеристической вязкости экструдатов.
Установлено, что при многократной экструзии в исследуемых полимерах конкурируют два процесса - деструкции и структурирования цепей. Подструктурированис в начале испытаний
происходят на фоне минимальных изменений ММ и малого количества прореагировавшего с полимером кислорода, а интенсивный распад цепей обусловлен активным окислением полимеров. Оценено количество «осколков», на которые распадаются макромолекулы в различных условиях эксперимента.
Отмечено, что изменение экструзионных свойств и молекулярно-структурных характеристик полимеров при многократной экструзии виниловых сополимеров носит сходный характер для образцов, содержащих двойные связи как в составе и боковых привесках, разветвлениях цепи, так и в виде механической смеси предельных ВМС с полидиенами.
Установлено, что у сополимеров, содержащих С=С фрагменты структуры цепей, в ходе многократной экструзии происходит потеря растворимости в толуоле на фоне снижения характеристической вязкости экструдатов, при сохранении текучести расплавов.
Показано, что предельная степень термо-механо-окислительного распада цепей в условиях эксперимента может происходить при экстраполяционной температуре - Тр, которая совпадает с температурой возгорания исследуемых полимеров.
Объяснено аномальное явление потери растворимости экструдатов с использованием клубкообразнной модели строения полимеров, в которой принимается, что наружная поверхность сформирована из более структурно неоднородных, а потому химически активных макромолекул - склонных к структурированию, а внутренняя часть из сравнительно однородных цепей - склонных к деструкции.
Практическая значимость. Показано что многократным пропуском полимеров через ИИРТ можно моделировать изменение вязкости полимерных систем в ходе периодических термомеханических воздействий, что может быть использовано для оптимизации технологических процессов переработки ВМС.
Изучены и объяснены изменения химических и физических свойств виниловых полимеров при многократных изменениях температуры, давления и сдвига. Результаты эксперимента позволяют производить оценку поведения исследованных (и аналогичных им) полимеров на отдельных этапах переработки.
Создана и объяснена методика повышения физико-механических и технологических показателей качества виниловых
полимеров за счёт оптимизации основных технологических параметров процессов переработки. На защиту выносится:
исследование процессов, происходящих в полимерах винилового ряда при многократном периодическом изменении температуры, давления и сдвига на приборе ИИРТ;
оценка влияния вида непредельных связей на изменение реологических свойств и характеристической вязкости полимеров при многократных изменениях температуры давления и сдвига;
модель изменения макроструктуры и свойств полимеров при повторяющихся термомеханических операциях, представленной как совокупность клубков, которые при испытаниях образуют поверхностно сшитые оболочки из неоднородных участков макромолекул и внутреннюю часть, заполненную продуктами распада цепей.
Апробация работы. Основные материалы работы изложены и
обсуждены на международных научно-практических конференциях (г
Москва, Санкт-Петербург, Воронеж 2007-2010 г.) и отчетных
научных конференциях Воронежской государственной
технологической академии в 2007-2010 годах.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в издании, рекомендованном ВАК, 1 публикация в материалах XIII международной научно-практической конференции «РЕЗИНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ. СЫРЬЕ, МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНОЛОГИЯ» и 2 публикации в материалах Четвёртой Санкт-Петербургской конференции молодых учёных с международным участием "Modern Problems of Polymer Science".
Структура работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, описания объектов и методов исследования, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на ($% страницах, содержит 6 ь рисунков и 8 таблиц. Список литературы включает f%S~наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
