Введение к работе
Актуальность работы. Постоянно растущие требования к качеству и номенклатуре изделий из пластмасс предопределяют "создание новых полимерных материалов. В современных научных исследованиях и технологических разработках указанных материалов определились две основные тенденции решения проблемы. Первая - разработка в лабораторных условиях и внедрение в производство полимеров с новыми химическими структурами. Такая тенденция связан^ со, значительными начальными затратами и продолжительным периодом времени от разработки, до промышленного производства. Вторая тенденция предполагает модификацию промышленно выпускаемых полимеров. В этом случае удается за короткие сроки и с незначительными начальными затратами придать полимерному материалу желаемые свойства. Достигается это, как правило, "введением в полимер небольших количеств ингредиентов. Особенно перспективным направлением в этой области является применение добавок многоцелевого характера, (например, высокодисперсных нульвалентных металлов и их оксидов низшей валентности), способных улучшить ряд характеристик полимера. Такой подход успешно разрабатывается в лабораториях Кабардино-Балкарского госуниверситета им. Х.М. Бербекова совместно с РХТУ им. Менделеева, ИХФ РАН и «Композит-центром» министерства образования Российской Федерации. Исследования в этом направлении продемонстрировали эффективность указанного метода для низкотермостойких полимеров - кристаллических полиолефинов.
В связи с этим значительный интерес представляет применение этого метода для стабилизации и модификации высокотермостойких поликонденсационных полимеров, в частности, аморфно-кристаллических полибутилен-терефталатов (ПБТФ). Актуальность такого подхода обусловлена тем, что ПБТФ, обладая комплексом ценных физико-химических свойств, имеют существенные недостатки. К основным из них можно отнести недостаточно высокие термостабильность расплава, стойкость к термоокислительной деструкции в конденсированном состоянии и ударную вязкость. Используемые в современной технологии производства' промышленные фенольные антиок-сиданты типа Ирганокс недостаточно эффективны в условиях высокотемпературной переработки ПБТФ из расплава и в условиях эксплуатации изделий при температурах, близких к'верхнему пределу рабочей температуры. Кроме того, в силу своей природы такие антиоксиданты практически не оказывают на полимер модифицирующего воздействия.
Тема настоящей работы сформировалась в ходе систематических исследований физико-химических свойств-ПБТФ с различным содержанием смеси Fe/FeO и соответствует программе химизации народного хозяйства,
предусматривающей создание новых конструкционных материалов с одновременным расширением их ассортимента, а также разработку и организацию малотоннажного производства для ускорения научно-технического прогресса в важнейших отраслях народного хозяйства.
Цель настоящей работы заключается в стабилизации и модификации ПБТФ антиоксидантом нецепного типа, в качестве которого использована высокодисперсная смесь Fe/FeO, полученная при термораспаде гидратиро-ванного оксалата железа i*VC204 2Н20 с целью повышения стойкости к
окислительной деструкции в широком интервале температур, ударной вязкости и других характеристик. Для решения этих задач потребовалось :
Разработка методики получения модифицированного материала на основе ПБТФ;
Исследование особенностей стабилизации ПБТФ «нецепными» ингибиторами термоокислительной деструкции; ..(.,,
Описание процесса ингибированной термоокислительной деструкции в рамках фрактального анализа (задача о ловушках);
Исследование структурных изменений ПБТФ при введении смеси Fe/FeO с привлечением современных физических концепций;
Физико-химическое описание механизмов термоокислительной деструкции ПБТФ.
Научная новизна. Впервые для стабилизации и модификации поли
конденсационного термостойкого полимера (ПБТФ) использован нецепнйй
ингибитор термоокислительной деструкции - акцептор кислорода, в качестве
которого применена высокодисперсная смесь Fe/FeO, полученная при термо
распаде оксалата железа Установлено, что смесь Fe/FeO оказывает сильное
модифицирующее влияние на ПБТФ. Впервые использованы представления
фрактального анализа и модели необратимой агрегации Виттена-Сандера для
объяснения механизмов ингибированной термоокислительной деструкции,
изменений структуры полимера и влияния введения Fe/FeO на ряд важней
ших физико-химических свойств ПБТФ. ... . _''
Практическая ценность работы. Использование стабилизатора нецепного типа позволило решить задачу сохранения комплекса физико-химических свойств ПБТФ в процессе хранения, переработки и, эксплуатации. Важным, с практической точки зрения, фактором является невысокая стоимость Fe/FeO и тот факт, что оксалат железа производится.отечественной промышленностью.
Применение Fe/FeO в качестве модификатора позволило получить полимерный материал на основе ПБТФ с пониженной газопроницаемостью и повышенной ударной вязкостью.
На защиту выносятся:
Эффективный способ стабилизации и модификации ПБТФ высокодисперсной смесью Fe/FeO;
Результаты структурных исследований, а также исследований термических, реологических, электрических и механических свойств;
Физико-химические механизмы термоокислительной и ингибнро-ванной смесью Fe/FeO деструкции ПБТФ;
Концепции фрактального анализа, кластерной модели структуры аморфного состояния полимеров и модели необратимой агрегации Виттена-Сандера как способ интерпретации механизмов термоокислительной деструкции и экспериментально наблюдаемых структурных изменений, вызывающих вариацию ряда физико-химических свойств.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на: Межвузовской научно-практической конференции, посвященной 5-летию образования ИнгГУ (Назрань, 1999),
Всероссийской студенческой конференции посвященной 130-летию открытия периодического закона Д.И. Менделеева (Екатеринбург, 1999).
Северо-Кавказской региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива-2000» (Нальчик 2000)
Научно-практической конференции, «Новые полимерные композиционные материалы» (Москва 2000)
XIX Международной конференции и выставки композиционных материалов в промышленности «СЛАВПОЛИКОМ-99» Киев.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, обзора литературы, экспериментальной части, четырех глав собственных исследований, выводов и списка цитируемой литературы из 204 наименований отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок и из 3 таблиц.
