Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из основных тенденций в создании новых полимерных материалов в соответствии с непрерывно растущими требованиями промышленного прсизводства и расширяющимися сферами потребления является модификация крупнотоннажных полимеров. Нуждается в направленном совершенствовании свойств и самый приоритетный полимер - полиэтилен ШЭ),а также другие полиолефины. получаемые в процессах нефтехимического производства. Модификация ПЭ путём сшивания его макромолекул позволяет увеличить его термомеханическую стабильность, устойчивость к растрескиванию, ударную вязкость, снизить ползучесть и улучшить некоторые другие важные технические показатели. Для сшивания ПЭ плёночных материалов, которые находят широкое практическое применение, в частности для антикоррозионной защиты нефте- и газопроводов, различных электроизоляционных и упаковочных материалов, используется радиационный метод. Наряду с ним весьма перспективным является применение фотохимического (ФХ) сшивания, реализация которого требует меньших капиталовложений и эксплуатационных затрат, а также не предполагает использования сложного дорогостоящего оборудования и специальных средств защиты. Известные работы по ФХ модификации ПЭ начатые в 60-е годы, позволили установить фотоинициирующую способность ряда соединений, осуществить сшивание,, фотопривитую полимеризацию некотс^ых мономеров и ряд полимераналогичных фотопревращений. Однако широта и уровень этих исследований значительно уступает развитию научных основ альтернативных методов модификации, что тормозит практическое применение фотохимии для сшивания и функционализации ПЭ.
Прогресс в области светотехники,достигнутый за последнее десятилетие, возрастающие требования к энергоемкости и селективности процессов, их экологической безопастности, обусловилизначительное увеличение интереса к работам в области ФХ модификации ПЭ. На создание теоретической базы использования этого метода для получения изоляционных и упаковочных материалов на основе ПЭ. модификации высокомодульных ПЭ волокон был направлен ряд тематических исследований выполненных в ИБОНХ АН Украины с начала 80-х годов В их рамках получены результаты диссертационной работы.
Цель настоящей работы состояла в разработке научных основ метода ФХ сшивания и модификации ПЭ. Для её достижения работы проводились в следующих направлениях:
- г -
изучение механизмов фотопревращения в ПЭ соединений различной природы обладающих инициирующей способностью (ароматических кето-нов,хинонов.кеталей,эфиров бензойной кислоты,пероксидов, хлорпро-изводных серу- и фосфорсодержащих соединений и др.) и установление связи эффективности фотоинициаторов (In) с их структурой;
разработка методов интенсификации процесса ФХ сшивания ПЭ;
определение зависимостей эффективности ФХ сшивания ПЭ и параллельных процессов деструкции и окисления от условий УФ-облучения;
установление путей термостабилизации ФХ сшитого ПЭ;
исследование влияния молекулярной структуры, морфолигии и ориентации на эффективность сшивания ПЭ и топологию образующейся сетки;
установление взаимосвязи физико-механических характеристик ФХ сшитого ПЭ. со строением образующейся сетки и связанными с нею изменениями кристаллической структуры.
Научная новизна. Впервые исследованы ФХ превращения большой группы карбонильных ароматических соединений, пероксидов, фосфор, кремний и серусодержащих хлоридов (более 100) в ПЭ матрице. Отработаны методы количественной оценки эффективности сшивания полимеров в присутствии различных In. Показано, что значительное число сшивок образуется при рекомбинации макрорадикалов, возникших во вторичных . ФХ реакциях-. Доказана значительная роль клеточного эффекта при инициировании радикальных процессов в полимерных матрицах фотовосстанавливающимися соединениями. Систематически исследовано влияние интенсивности УФ-облучения, температуры, концентрации In и атмосферы на'эффективность ФХ сшивания ПЭ пленок различной толщины, в том числе содержащих антиоксиданти и коагенты.
На основании полученных закономерностей установлены пути существенного повышения производительности процессов ФХ сшивания ПЗ. Показана перспектива использования для этой цели модифицированных концентратов In или многофункциональных акриловых и аллиловых мономеров в качестве коагентов сшивания.
Найдены антиоксиданти практически не сникающие эффективности ФХ сшивания ПЭ. Установлен синергический эффект фенольных антиок-сидантов и фотопродуктов монохлористой серу или тиофосфорил хлорида образующихся в ПЭ, использование которого позволило получить сшитые материалы с пролонгированной термостабильностью.
Установлены закономерности влияния молекулярной структуры, морфологии ПЭ и условий ФХ сшивания на строение образуемой при этом сетки и зависимости происходящих в результате сшивания изме-
- з -нений в кристаллической структуре, прочностных и термоусадочных свойствах от плотности и гетерогенности этой сетки.
Для получения достоверных результатов и создания надежной базы для их интерпретации применяли современные методы исследования (электронная спектроскопия поглощения и испускания. ИК-спентроско-пия. малоугловое и широкоугловоо рассеяния рентгеновских лучей, электронная микроскопия и дифракция, поляризационная микроскопия, гель-проникающая хроматография и вискозиметрия, дифференциальная сканирующая калориметрия.механические испытания с компьютерной обработкой данных,оксихемолюминесценция и ряд других),а также оригинальные методы для определения плотности и топологии сетки в сшитом ПЭ,его ползучести и долговременной прочности. Важнейшие параметры характеризовали двумя~тремя параллельными методами.
Практическая значимость работы. Определены новые эффективные In, найдены методы позволяющие существенно интенсифицировать процесс ФХ сшивания ПЭ. Установлены пути оптимизации процесса сшивания пленочных и волоконных материалов на основе ПЭ путем изменения условий УФ-облучения (интенсивности, температуры, продолжительности экспозиции или скорости подачи материала в рабочую зону облучателя) .
Разработаны основы направленного регулирования физико-механических свойств сшитого ПЭ путем изменения строения сетки и кристаллической структуры полимера.
Разработаны композиции и технология получения ФХ сшитых пленочных материалов, армированных разреженной стеклотканью для завода "Электроизолит" Московской обл. для замены производимых в настоящее время лакотканей. На Гастомельском стеклозаводе Киевской обл. реализован оригинальный способ получения ФХ модифицированной термоусадочной ПЭ пленки путем ее УФ-облучения в рукаве в зоне раздува, и запущена установка производительностью 400 т в гом.
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу были представлены на IV и V Всесоюзных совещаниях по фотохимии (Ленинград, 1981; Черноголовка, 1985) и Международной конференции по фотохимии СНГ (Киев,1992): IV Всесоюзной конференции молодых ученых по нефтехимии (Москва, 1983); Республиканских семинарах "Радиационная химия и технология"(Киев. 1984) и "Фотохимия, теория и практические аспекты"(Алушта, 1991); П и III Всесоюзных конференциях молодых ученых по физической химии (Москва 1943,1986); Всесоюзных и республиканских школах-семинарах по химии высокомолекуляр-
. 4 -ных соединений (Одесса. 1984; Алушта, 1986,1988, 1990; Баку. 1987; Ленинград. 1989); Международных школах-семинарах "Нетрадиционные методы в синтезе полимеров" (Алма-Ата, 1990) и "Модификация полимеров" (Алушта, 1992); Всесоюзной конференции "Кинетика радикальных жидкофаэных реакций"(Ярославль, 1990) и XI Конференции Стран СНГ по кинетике и механизму химических реакций в твердом теле (Минск,1992); III Всесоюзной конференции по композиционным полимерным материалам (Москва, 1Р87); IX Всесоюзной конференции по химикатам-добавкам для полимерных материалов (Тамбов,1990); I Международной конференции "Ориентационные явления в полимерах" (Ст.Петербург, 1992); Международной конференции "Пластмассы и методы их испытания" (ЧССР, Брно, 1986); ПЛАСГК0*1987 (ЧССР,Готвальдов, 1987); VII ИЮПАК Симпозиуме по модификации полимеров (ЧССР, Братислава. 1988); V Конференция Международного общества получения и испытания полимеров (Нидерланы, Керкрейд.1989); XIV Международная конференция "Модификация полимеров" (Польша,Вроцлав, 1990); I Полимерной конференции Восток-Запл' (Чехословакия, Смоленица, 1992).
Публикации. Результаты исследований изложены в 72 публикациях, включающих 3 обзора и монографию "Фотоинициированное модифицирование полиолефинов",опубликованную в соавторстве с проф.А.А.Качаном.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов,Bbmqn,OB,списка литературы (371 источник), приложений. Диссертация изложена на 222 страницах, содержит 16 таблиц, 50 рисунков, приложения й состоит из 7 глав, каждая из которых предваряется кратким 'обзором литературы и завершается заключением, і' Г
