Введение к работе
Актуальность работы
В процессе развития человека менялись и его потребности, а вместе с этим и требования, предъявляемые им к материалам, которые использовались в бытовых и промышленных целях. В начале XX века началась эпоха синтетических полимеров, которые активно стали внедряться в различные области промышленности. В настоящее время человечество уже просто не может представить свое существование без полимеров, поэтому для удовлетворения нужд постоянно разрабатывают и получают новые материалы на основе композиций различных полимеров. Для того, чтобы понять и расширить область применения того или иного полимерного материала, необходимо изучить его структуру и основные свойства. Сегодня существует огромное количество методов для изучения структуры полимеров. Одним из перспективных методов в этом направлении является зондовая микроскопия. С момента создания в 1981 году Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером первого зондового микроскопа прошло более 30 лет. За это время с его помощью удалось достичь уникальных научных результатов в различных областях науки. Новые экспериментальные возможности данного метода в сравнении с традиционными методами исследования поверхности делают его особенно перспективным. Однако тот факт, что большинство полимерных материалов являются диэлектриками, затрудняет применение туннельной микроскопии и выдвигает на передний план атомно-силовой вариант зондовой микроскопии. Однако к настоящему времени существует достаточно небольшое количество работ, посвященных изучению и разработке композиционных полимерных материалов с помощью данного метода.
Цель работы
Установить взаимосвязи параметров структуры поверхности композиционных материалов с их свойствами в объеме для управления свойствами реальных полимерных материалов различного функционального назначения на основе аморфных и аморфно-кристаллических полимеров.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Разработка методик получения образцов с высокой плоскостной ориентацией и низкой зашумленностью изображений.
-
Выбор методик обработки изображения с целью получения параметров наноструктуры поверхности исследуемых материалов.
-
Проведение исследований по оптимальному алгоритму с использованием взаимодополняющих методик исследования.
-
Найти практическое применение результатам исследования.
Объекты исследования
-
Композиционный материал на основе ограниченно совместимых производных поливинилацетата.
-
Эпоксидная смола, структурированная в различных температурно-концентрационных режимах.
-
Ориентированные пленки полиолефинов (полиэтилен, полипропилен) с различной кратностью фильерной вытяжки расплава.
Методы исследования
Основным физическим методом для выполнения работы является метод сканирующей зондовой микроскопии в атомно-силовом варианте, а также сканирующая электронная микроскопия и дифференциальная гравиметрия; методы анализа изображений объектов исследования, включая: морфологический, гранулометрический, математическую статистику и анализ Фурье-образа для различных сканов.
Научная новизна
1. Изучены и описаны особенности морфологического строения аморфно-кристаллических полимеров: поливиниловый спирт, полиэтилен и полипропилен, а также аморфных: поливиниловый спирт с низкой степенью омыления исходного поливинилацетата и эпоксидных смол. При этом установлена взаимосвязь ламелярной структуры полипропилена в пленках, полученных на стадиях экструзии расплава полимера и последующего отжига со структурой мембран, изготовленных путем одноосной вытяжки пленок. Поливиниловый спирт, с низкой степенью омыления исходного
поливинилацетата, в комбинации с водой образует растворители, термодинамически лучшие, чем вода, для поливинилового спирта глубокой степени омыления исходного поливинилацетата. Установлены корреляции параметров шероховатости поверхности, таких как: средняя, среднеквадратичная и максимальная шероховатости, с условиями отверждения эпоксидной смолы отвердителем сложного состава.
-
Доказана возможность регулирования растворимости композиционных пленок из смеси поливинилового спирта с разной степенью омыления исходного поливинилацетата.
-
Показана высокая эффективность и выразительность результатов, полученных методом атомно-силовой микроскопии для анализа морфологической структуры исследованных полимеров, обусловленные особенностью препарирования образцов для исследования.
Практическая значимость и реализация результатов
Установлены пределы регулирования растворения смесей производных поливинилового спирта в физиологическом растворе и воде. Результаты исследования нашли применение в технологии композиционных смесей поливинилового спирта со своим аналогом при изготовлении имплантов пролонгированного действия.
Положения, выносимые на защиту
Проведенные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования позволили вынести на защиту следующие основные положения:
-
Сополимеры винилацетата и винилового спирта выступают в качестве растворителя для глубоко омыленного поливинилацетата.
-
Изменение концентрационного состава полимерной композиции определяет время полного ее растворения.
-
Распределение фазы включения в композиционной пленке предопределяет шероховатость ее поверхности на наноуровне.
-
Переход от аморфно-кристаллической структуры производных поливинилацетата к глобулярной структуре эпоксидной смолы предопределяет повышение уровня плоскостности поверхности.
-
Стадия одноосной вытяжки пленок полиолефинов на основе полиэтилена и полипропилена предопределяет образование ориентированных ламелей и их агрегатов.
Апробация работы
Результаты исследования, приведенные в диссертационной работе, представлены и обсуждены на ежегодных научных конференциях факультета фотографии и технологий дизайна СПбГУКиТ «Химия и химическая технология: наука и практика XXI века» (2011 - 2012 гг.), на I международной итоговой научно-практической конференции «По страницам диссертаций 2012 года», а также на XIV международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2012».
Публикации
По главам диссертации опубликованы: одна статья в рецензируемом журнале «Физика твердого тела», в тезисах докладов XIV международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии -2012», в сборнике материалов I международной итоговой научно-практической конференции «По страницам диссертаций 2012 года», а также в материалах конференций СПбГУКиТ в рамках «Неделя науки и творчества 2011- 2012».
Структура и объем диссертации
Похожие диссертации на Параметры и корреляции наноструктуры поверхности и свойств полимерных материалов различного функционирования назначения
