Введение к работе
Актуальность. В настоящее время трудно переоценить значение эластомерных клеящих материалов во всех областях промышленности В ряде случаев уровень развития промышленного производства определяется достижениями в области их создания и применения Разработка клеев с комплексом заданных и новых свойств - задача исключительно сложная ввиду многостадийности и многофакторности явления склеивания В середине прошлого столетия ведущие специалисты в области исследования процессов склеивания, в том числе и Де-Бройн, высказывали мнение о том, что «препятствия, стоящие на пути к теоретическому пониманию процессов, позволяющих предсказать клеящие свойства полимеров на основе молекулярных характеристик, настолько значительны, что любые попытки научного подхода к технологии практически бесполезны, а успехи в области создания клеев могут быть достигнуты не на основе теоретических предсказаний, а эмпирическим путем» Это в определенной степени сказалось на развитии исследований в данной области, в том числе и касающихся эластомерных клеев Вместе с тем, наиболее успешно данное направление развивалось именно в тех странах, где имел место симбиоз науки и технологии, примером которых может служить Германия В то же время отсутствие научного анализа изменения адгезионных характеристик эластомерных растворных клеев в зависимости от структурных особенностей эластомеров и их поведения в растворе существенно затрудняет выявление потенциальной адгезионной способности клеевых композиций, их свойств и расширения областей применения
Наблюдающаяся в мире с конца прошлого столетия тенденция уменьшения промышленного выпуска новых адгезионно-активных эластомеров и ассортимента олигомерных и низкомолекулярных добавок для эластомерных клеев, особенно в России, диктует необходимость использования принципиально нового подхода к их созданию путем модификации полимерной основы, усовершенствования рецептуры и технологии изготовления клеевых композиций с учетом все возрастающих к ним требований Решение проблемы создания новых композиционных клеящих материалов лежит в данное время в России в плоскости изыскания их внутренних резервов, которые еще далеко не исчерпаны
Полученные в данной работе закономерности позволяют не только устанавливать связь между молекулярно-массовыми характеристиками эластомеров и их адгезионными свойствами, но и предлагают реальные пути направленного изменения процессов на границе раздела адгезив - субстрат и в самом клее, которые дают возможность решить широкий круг проблем по созданию новых эластомерных клеевых композиций с заданными свойствами Таким образом, работа посвящена решению крупной научно-технической проблемы - обоснованию концепции создания эластомерных клеевых композиций на основе комплексного подхода, заключающегося в сочетании физико-химических и технологических основ выбора эластомера,
\
растворителя, промотора адгезии и других компонентов клеевых композиций, направленного регулирования свойств переходных слоев и учета влияния внешних физических воздействий, позволяющего создавать обширную группу клеевых эластомерных композиций с комплексом новых и улучшенных характеристик
Целью работы является установление основных научно обоснованных принципов создания эластомерных клеевых композиций, отвечающих требованиям современной техники, с определенным, заранее заданным комплексом эксплуатационных свойств, углубление представлений о механизмах адгезионных процессов, что позволило расширить ассортимент и улучшить качество клеев на основе используемых для этих целей эластомеров полихлоропрена, полиизопрена, их хлорпроизводных, диен-винилароматических и уретановых термоэластопластов Для достижения поставленной цели были выбраны и реализованы следующие направления исследований
регулирование молекулярных характеристик эластомерной основы клеев,
улучшение свойств эластомерных клеевых композиций за счет изменения термодинамического качества растворителя,
регулирование процессов массопереноса в граничных слоях адгезив - субстрат,
модификация полимеров, традиционно применяемых для клеевых композиций,
регулирование процессов химического и физического взаимодействия на границе раздела адгезив - субстрат и в клеевых композициях за счет использования новых промоторов адгезии и воздействия внешних физических факторов (электрических полей),
м поиск новых ингредиентов клеевых композиций, влияющих на технологические и технические свойства эластомерных клеев,
усовершенствование технологии изготовления клеевых композиций
Научная новизна. Разработана и обоснована концепция применения в
клеевых композициях эластомеров с определенными молекулярными характеристиками - молекулярной массой и ММР, а также использования смеси каучуков одинаковой химической природы, но с отличающимися по значениям молекулярными характеристиками Впервые предложено использование коэффициента асимметрии кривых ММР как количественного критерия влияния ММР на адгезионные свойства материалов
Разработан новый принцип подбора растворителей для эластомерных композиций, учитывающий термодинамические характеристики растворителей и охватывающий многогранность влияния растворителя как компонента клея Установлено, что термодинамические характеристики определяют не только реологические свойства клеев, но и энергетическое состояние поверхности, процессы химического взаимодействия на границе раздела адгезив - субстрат и в клеевых композициях, а, следовательно, и адгезионные характеристики последних
Предложен принцип выбора промотора адгезии для эластомерных
клеев, учитывающий, необходимость его бифункциональное, то есть
способности функциональных групп промотора к химическому
взаимодействию, как с компонентами клеевой композиции, так и с субстратами, а также его растворимость в растворителях клеев Впервые показано, что хиноловые эфиры, удовлетворяющие этим требованиям, обеспечивают высокие эксплуатационные свойства клеев и особенно эффективны в клеевых композициях на основе смесей каучуков Изучен механизм промотирующего действия хиноловых эфиров в клеевых композициях на основе различных эластомеров Показана полифункциональность их действия не только как промоторов адгезии, но также как структурирующих агентов и противостарителей
Разработана концепция исследования переходной области адгезив -субстрат, учитывающая негативное влияние образования слабых граничных слоев на прочность клеевых соединений, и сформулированы условия их упрочнения с помощью рецептурно-технологических приемов, в том числе за счет регулирования процессов массопереноса ингредиентов
Показана возможность повышения прочности связи в клеевых соединениях при воздействии внешних электрических полей с напряженностью до 1,5 кВ/м
Впервые предложен оригинальный способ целенаправленного изменения химической природы эластомера за счет прививки к нему мономера с целью использования раствора привитого сополимера в качестве основы адгезионных композиций различного назначения
Практическая значимость. В работе решена важная научно-техническая проблема повышения качества эластомерных клеевых композиций, сформулированы основные направления создания новых и модификации известных клеящих материалов На основе полученных в работе результатов составлены технические условия на хлорированный хлоропреновый каучук - хлорнаирит (ТУ № 6-01-515-76), по которым он серийно выпускался на Ереванском химкомбинате им С М Кирова с 1976 года
Развиты представления о путях улучшения свойств клеев, которые послужили основой для создания и выпуска в промышленности новых типов эластомерных клеевых композиций различного назначения по разработанным автором техническим условиям клей «РОСКЛ-2» (ТУ 6-15-1858-96) для выполнения основных операций при изготовлении и реставрации обуви, клей «АВТОК-1» (ТУ 6-15-1908-96) для крепления различных материалов к металлу при сборке автомобилей «Жигули», клей 88-СА(П) (ТУ 2242-001-48499049-00) для склеивания поролона, клей 88- НП для крепления резин к металлу, дереву и т п (ТУ 2385-003-31854575-00), клей «Наиритовый обувной» (ТУ 2385-002-31854575-00) для изготовления и ремонта обуви, клей «Уретановий» (ТУ 23-85-001-31854575-00) для крепления элементов обуви, клей КДС (2385-006-31854575-00) для склеивания в блоки металлических скобок, мастика клеящая «Неоплен» (ТУ
2252-002-20645302-95) для приклеивания рулонных кровельных материалов и линолеума в строительстве, мастики «Гекопрен» (ТУ 6-15-1961-97) и «БНК - М» (ТУ 5775-004-31854575-02) для выполнения гидроизоляции, герметизации и противокоррозионной защиты строительных конструкций и оборудования Перечисленные эластомерные клеящие материалы получили высокую оценку со стороны потребителей
Апробация работы. Полученные в работе результаты докладывались и обсуждались на 1 Московском совещании «Способы повышения адгезии полимеров, М, ВХО им Д И Менделеева, 1977, Всесоюзной конференции «Пути повышения эффективности использования эластомерных материалов в производстве шин и РТИ», Ярославль, ЯПИ, 1982, ХХ11 конференции по высокомолекулярным соединениям, Алма-Ата, 1985, Всесоюзной конференции «Смеси полимеров», Иваново, ИХТИ, 1986, Всесоюзной конференции «Повышение качества и надежности резинотканевых и резинометаллических композиционных материалов и изделий из них, Днепропетровск, ДХТИ, 1988, Всесоюзной конференции «Смеси полимеров», Казань, КХТИ, 1990, Всесоюзном совещании «Адгезия и адгезионные соединения, М, МДНТП, 1991, Всероссийской конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», Екатеринбург, УГУ, 1993, Российских научно-практических конференциях «Сырье и материалы для резиновой промышленности настоящее и будущее, Москва, 1993, 1994-1997, 1999, 2001-2003, 2005-2006, Международных конференциях по каучуку и резине «IRC-1994», «IRC-2004» Москва, 1994, 2004, Симпозиумах «Проблемы шин и резино-кордных композитов», Москва, 1993, 1996 - 1998, 2001-2002, 2005-2006, 1 Всероссийской конференции по каучуку и резине, Москва, 2002, VI Международной конференции «Наукоемкие химические технологии», Москва, 1999, Научно-практической конференции «Композиционные материалы в промышленности (Славполиком)», Ялта, 2005, V International scientific aims for future of engineenng, Paris, 2004, 7-th Israel Conference on Corrosion and Electrochemistry, Tel Aviv, 2006
Отдельные результаты работы были представлены на выставках, в том числе на Ш Специализированной выставке «Нанотехнологии и материалы NTMEX - 2006», Москва, 5-7 декабря 2006 г, а также на зарубежных, отмечены дипломом лауреата на выставке ТТМ-84 в г Варшаве (Польша)
Достоверность научных положений и выводов, приведенных в диссертационной работе, базируется на применении современных методов исследования полимеров, таких как ИК, УФ, ЯМР - спектроскопии, ЭПР, методов электронной микроскопии и масс-термического анализа, прецизионных средств измерений, а также широким использованием математико-статистических методов обработки результатов Разработанные рекомендации подтверждены в производственных условиях на предприятиях резиновой промышленности и научно-производственных фирмах по производству клеящих и строительных материалов
Личный вклад автора состоит в определении научного направления исследований, постановке задачи, интерпретации и обобщении полученных
результатов, формулировании научных положений и выводов, внедрении практических результатов в промышленность Результаты исследований получены автором лично или при его непосредственном руководстве
Публикации. По теме диссертации опубликовано 94 печатных работы, среди них 1 обзор, 46 статьи и 43 тезисов докладов на различных конференций, получено 3 патента и 9 авторских свидетельств на изобретения Перечень основных публикаций (64) приведен в конце автореферата
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений Работа изложена на 260 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков и 31 таблицу Список литературы включает 311 наименований
Похожие диссертации на Физико-химические и технологические основы создания эластомерных клеевых композиций
