Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одними из полимерных материалов с постоянно растущей долей мирового потребления являются динамически вулканизованные термоэластопласты (ДТЭП).
Наибольшее распространение получили ДТЭП, производимые на основе смеси полиэтилена (ПЭ) или полипропилена (ПП) с олефиновыми или диеновыми каучуками, бутилкаучуком (БК) этиленпропилендиеновым каучуком (СКЭПТ). Однако такие ДТЭП имеют низкую стойкость к воздействию углеводородов, что в значительной степени сужает сферу их применения. Проблему низкой маслобензостойкости (МБС) можно решить заменой неполярного каучука, входящего в их состав, на полярный каучук. Благодаря своей доступности и хорошей стойкости к неполярным жидким углеводородам, как нельзя лучше для этого подходят такие полярные полимеры как бутадиен-нитрильный каучук (БНК) и сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА).
В то же время, неполярные полиолефины (ПП, ПЭ) и полярные эластомеры (БНК, СЭВА) являются не совместимыми. Чрезвычайно низкая межфазная адгезия приводит к тому, что композиции на их основе имеют неудовлетворительно низкие деформационно-прочностные свойства.
В настоящее время наиболее эффективным способом повышения адгезии между несовместимыми полимерами является ввод в их смесь блок- или привитых сополимеров с блоками химически идентичными каждому из них. Однако такой способ приводит к усложнению и удорожанию процесса получения целевого ДТЭП, поскольку появляется дополнительная стадия синтеза специальных сополимеров для разных пар полимеров.
Более привлекательным способом повышения межфазной адгезии полимеров представляется синтез привитых или блок-сополимеров, реализуемый в одну стадию, параллельно с процессом смешения и вулканизации.
Такой синтез можно попытаться осуществить путем смешения расплавов разнородных полимеров в присутствии свободных активных радикалов и различных полифункциональных низкомолекулярных соединений. Развивающийся радикально-цепной процесс может привести к образованию блок- или привитых сополимеров, обладающих химическим сродством к обоим полимерным компонентам.
В связи с вышесказанным, целью данной работы стало создание маслобензостойкого ДТЭП на основе смеси полипропилена с бутадиен-нитрильным каучуком или сополимером этилена с винилацетатом путем проведения динамической вулканизации этих смесей в расплаве в присутствии пероксидной вулканизующей системы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: изучение влияния пероксидной вулканизующей системы на технологические и эксплуатационные свойства смесей ПП с СЭВА и ПП с БНК;
изучение влияния пероксида и соагентов вулканизации на образующуюся морфологическую структуру смесей ПП и БНК, межфазную адгезию и свойства полимерных компонентов;
изучение влияния ДТЭП на основе этиленпропилендиенового каучука на эксплуатационные свойства ДТЭП основе смесей ПП и БНК;
разработка оптимальной рецептуры и технологии получения маслостойкого ДТЭП на основе ПП и БНК.
Научная новизна работы. Впервые установлено, что введение олигоэфиракрилата (ОЭА) или аллилцианурата в присутствии органического пероксида в смесь полипропилена и бутадиен-нитрильного каучука в 4-6 раз повышает ее прочность и приводит к росту адгезии между полимерными компонентами, что обусловлено образованием привитого блок-сополимера полипропилена и бутадиен-нитрильного каучука. Данный эффект усиливается с ростом содержания акрилонитрила в каучуке.
Впервые показано, что введение ОЭА снижает деструктивное воздействие пероксидных радикалов на полипропилен в процессе его смешения с бутадиен-нитрильным каучуком.
Практическая ценность работы. Разработан одностадийный метод получения маслобензостойкого ДТЭП на основе смеси полипропилена с бутадиен-нитрильным каучуком, не уступающего по характеристикам известным зарубежным аналогам. Выпущена опытная партия разработанного материала, которая прошла успешные лабораторные испытания.
Основные положения, выносимые на защиту:
влияние пероксидной вулканизующей системы на физико-механические свойства и маслобензостойкость (МБС) смеси ПП с БНК и ПП с СЭВА;
образование сополимера ПП с БНК в процессе их смешения в расплаве в присутствии пероксида и олигоэфиракрилата;
взаимосвязь физико-механических характеристик ДТЭП на основе смеси ПП и БНК с изменениями некоторых характеристик фаз ПП и БНК, их межфазной адгезией и морфологической структурой смеси;
влияние содержания акрилонитрила в БНК на свойства смеси ПП с БНК пероксидной вулканизации;
закономерности влияния ДТЭП на основе ПП и СКЭПТ на эксплуатационные свойства ДТЭП на основе смесей ПП и БНК;
рецептура и технология получения маслостойкого ДТЭП на основе смеси ПП с БНК пероксидной вулканизации, не уступающего зарубежным аналогам.
Достоверность результатов и выводов обеспечена большим объемом не противоречащих между собой экспериментальных данных, полученных различными методами исследования полимеров и композиций на их основе. Кроме того, большинство полученных закономерностей не вступает в противоречие с данными, уже описанными в работах российских и зарубежных исследователей.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на XXI и XXIII Всероссийских конференциях «Структура и динамика молекулярных систем»
(Яльчик, 2014, 2016 г.г.), IX Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы инновационного развития нефтехимии» (Нижнекамск, 2016 г.).
Личный вклад автора состоит в сборе и анализе уже представленных в научной литературе данных по теме исследования, участии в формулировке проблематики работы и ее решении, в постановке экспериментов, обсуждении и оформлении полученных результатов в виде публикаций и диссертации, в формулировании выводов по проделанной работе.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 8 статей (в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в журнале, входящем в международную реферативную базу Scopus) и 3 работы в сборниках конференций. По результатам проведенных исследований подана заявка на изобретение № 2015102866, 01 июля 2016 получено положительное решение о выдаче патента.
Структура и объем работы. Работа изложена на 135 страницах, содержит 57 рисунков и 18 таблиц, перечень литературы из 95 ссылок и состоит из введения, трех глав (литературный обзор, экспериментальная часть, обсуждение результатов), заключения, списка используемой литературы и приложения.