Введение к работе
Актуальность темы.
Одним из перспективных методов модифицирования поверхности, интенсивно развивающихся в мире, является обработка полимерных материалов под воздействием ускоренных электронов. Преимуществами данного подхода являются возможность направленного изменения структуры поверхностного слоя (химические превращения могут протекать и без применения химических реагентов) и прецизионного регулирования степени и направленности функционально-химических и структурных превращений за счет подбора параметров процесса.
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) - один из наиболее распространенных
полимерных материалов: в настоящее время по мировым объемам продаж он
занимает первое место. ПЭТФ нашел применение для изготовления волокон,
пленок, композиционных материалов, при этом объем его переработки в виде
разнотолщинных пленочных продуктов в два раза превышает объем
производства ПЭТФ-волокон. ПЭТФ применяется для изготовления пленочных
материалов и композитов индустриального, медицинского, хозяйственно-
бытового назначения: в производстве видео-, аудио-, фото- пленок, пленочных
конденсаторов, мембран, аппликаторов и т.д. С начала 90-х наблюдается резкое
увеличение производства тонкостенных ПЭТФ-контейнеров для упаковки
содержимого в различных агрегатных состояниях - косметических,
фармацевтических, медицинских средств, пищевых продуктов практически
всех видов. .. . . ... .- ;
К числу основных характеристик пленочных материалов на основе ПЭТФ следует отнести высокие прочностные и оптические характеристики, малые набухание и усадка, термостабильность (т.е. отсутствие или протекание с минимальными скоростями релаксационных и кристаллизационных процессов в условиях изменения температуры), химическую индифферентность по отношению к сопряженным средам. Однако названные параметры не являются; универсальными преимуществами для всех применений и индифферентность поверхности, необходимая в случае упаковочной пленки, существенно осложняет технологии изготовления пленочных композитов на основе ПЭТФ. Разработка методов направленного модифицирования пленок ПЭТФ, без изменения химического строения основного вещества, с целью получения заданных физико-химических свойств и эксплуатационных характеристик является важнейшей технологической задачей. Следует подчеркнуть, что в случае ПЭТФ особенности химического строения полимера, характеризующегося сочетанием алифатических, ароматических и карбонильных фрагментов, открывают расширенные возможности для специфической функционализации и проведения реакций на поверхности пленок и волокон ПЭТФ.
Целью диссертационной работы является выполнение базовых физико-химических исследований для осуществления направленного электроннолучевого модифицирования пленок ПЭТФ и получение пленочных материалов с улучшенными гидрофильно-гидрофобными и адгезионными свойствами.
Для решения поставленных задач выполнены следующие стадии работы:
Обработка пленок ПЭТФ под воздействием ускоренных электронов при варьировании технологических параметров (энергия, поглощенная доза).
Анализ изменений функционального состава поверхности пленки в зависимости от условий электронно-лучевой обработки на воздухе.
Исследование сопутствующих физико-химических превращений, включая структурно-фазовые и релаксационные переходы.
Исследование гидрофильно-гидрофобных, оптических и термических свойств обработанного материала в сравнении с его исходными характеристиками.
Определение корреляции между параметрами электронно-лучевой обработки и целевыми характеристиками модифицированных материалов.
Научная новизна.
Впервые исследовано распределение активных центров по кислотно-основным и донорно-акцепторным свойствам на поверхности исходного и радиационно-модифицированного ПЭТФ с использованием методов адсорбции кислотно-основных индикаторов, ИК-спектроскопии и анализа взаимодействия со стандартными жидкостями различной полярности.
Установлены механизмы взаимных превращений поверхностных функциональных групп (в частности образования гидроксильных групп различной природы) под воздействием ускоренных электронов и изучена зависимость направления и степени превращения от параметров электроннолучевой обработки.
Проанализированы особенности инициируемых ускоренными электронами функционально-химических превращений и изменения физико-химических свойств для двухосно-ориентированных пленок ПЭТФ.
Проанализирована зависимость физико-химических и эксплуатационных свойств модифицированных пленок ПЭТФ (термических характеристик фазовых и релаксационных переходов, гидрофильно-гидрофобных свойств, оптических и физико-механических показателей) от технологических параметров электронно-лучевой обработки поверхности ПЭТФ.
Оптимизированы параметры электронко-лучевой обработки, определяющие наиболее эффективное изменение целевых характеристик пленок.
Практическая значимость.
Получены материалы с новыми гидрофильно-гидрофобными свойствами, что определяет перспективы их использования для изготовления слоевых композитов улучшенного качества, в том числе в производстве КФМ.
Результаты исследования процесса изменения функционального состава поверхности ПЭТФ и физико-химических показателей под воздействием ускоренных электронов указывают на возможность создания высокоэффективной технологии электронно-лучевого модифицировании пленки.
Научные положения выносимые на защиту.
1. Способ электронно-лучевого модифицирования пленок ПЭТФ для
направленного регулирования гидрофильно-гидрофобного баланса функцио
нальных групп на поверхности пленок ПЭТФ.
Обоснование оптимальных параметров электронно-лучевого модифицирования пленок ПЭТФ (энергия ускоренных электронов, поглощенная доза).
Обоснование количественных методов определения адсорбционных центров на поверхности пленок ПЭТФ с помощью адсорбции кислотно-основных индикаторов.
Применение метода поверхностного натяжения для определения гидрофильно-гидрофобного баланса функциональных групп на поверхности пленок ПЭТФ.
6. Обоснование параметров электронно-лучевой обработки пленок ПЭТФ для проведения прививочной сополимеризации с п-винилпирролидоном.
Апробация работы. Тезисы доклада «Электронно-лучевая обработка пленок полиэтилентерефталата» были представлены на III международной конференции «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии» (совместно с И.В.Васильевой, С.В.Мякиным и M.Lutsche). Санкт-Петербург: СПбГУ, 2001. С. 123. Тезисы доклада «CONTROL OF THE SURFACE FUNCTIONALITY BY ELECTRON BEAM PROCESSING» были представлены на Sixth International Symposium «Surface Heterogeneity Effects. Adsorption and Catalysis on Solids» (Zakopane, Poland, 28.08-2.09.2006). Zakopane: ISSHAC-6, 2006.P.106.
Диссертация обсуждалась на научно-технических семинарах кафедры технологии регистрирующих материалов Санкт-Петербургского Государственного университета кино и телевидения и в НИИ Ядерной Физики Санкт-Петербургского Государственного политехнического университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 7 разделов включая введение, заключение, выводы и приложения, изложена на 134 страницах,
включает 21 таблицу и 22 рисунка, содержит список литературы из 101 наименований.
