Содержание к диссертации
Введение
2. Литературный обзор 4
2.1. Получение и свойства хлорсульфированного полиэтилена 4
2.2. Влияние на свойства хлорсульфированного полиэтилена различных сшивающих агентов 8
2.3. Применение ХСПЭ в защитных составах 11
2.4. Деструкция и стабилизация полимеров 17
2.5. Полимер-силикатные нанокомпозиты 28
3. Экспериментальная часть 39
3.1. Объекты исследования 39
3.2. Методы исследования 45
4. Обсуждение результатов 55
4.1. Изучение процесса формирования пространственно-сетчатой структуры хлорсульфированного полиэтилена 55
4.2. Регулирование свойств модифицированного хлорсульфированного полиэтилена 71
4.3. Исследование структуры и свойств наполненного хлорсульфированного полиэтилена 79
5. Практическая значимость результатов исследования 108
6. Выводы 109
7. Список литературы 110
8. Приложение 125
- Применение ХСПЭ в защитных составах
- Полимер-силикатные нанокомпозиты
- Изучение процесса формирования пространственно-сетчатой структуры хлорсульфированного полиэтилена
- Исследование структуры и свойств наполненного хлорсульфированного полиэтилена
Применение ХСПЭ в защитных составах
Разработано много двухкомпонентных составов, в которых в качестве отвердителей используются ароматические диамины, продукты их конденсации с кетонами, глицидиловыми эфирами и эпоксидными смолами, полиизоцианаты, низкомолекулярные полиамидные смолы, продукты конденсации фенола, формальдегида и алкиламина (основания Манниха), дицианэтилированные амины, полиорганосилазаны, продукты конденсации дифенилолпропана с уротропином и т. д. В такие составы входят два раствора: раствор ХСПЭ в смеси с пигментами, наполнителями и другими синтетическими смолами в толуоле или смеси толуола с ксилолом и раствор отвердителя в полярном растворителе. Если для растворения ХСПЭ использовался толуол, то для отвердителя — метилэтилкетон, если ХСПЭ растворяли в смеси толуола с ксилолом, то отвердитель—в циклогексаноне. Стабильность растворов до смешения в этом случае высока, а жизнеспособность можно регулировать в широких пределах [31-39, 65].
Ароматические диамины, как известно, используются в лакокрасочной и электротехнической промышленности как отвердители для эпоксидных смол. Они оказались весьма эффективными отвердителями и для композиций на основе ХСПЭ. Среди исследованных отвердителей (п -, м-, о-фенилендиамины, диаминодифенилметан, диаминодифенилсульфон, бензидин) наиболее эффективными оказались п- и м-фенилендиамины. Применение этих соединений дает возможность получать покрытия, как холодной, так и горячей сушки с хорошими физико-механическими показателями. Наиболее эффективным растворителем для п-фенилендиамина является метилэтилкетон, для м-фенилендиамина — циклогексанон. Покрытия на основе ХСПЭ, отвержденные ароматическими диаминами, обладают высокой стойкостью в газообразных и жидких агрессивных средах. Так, в покрытиях по бетону образцы не изменили внешнего вида после выдержки в течение 180 суток в парах азотной, соляной, серной и уксусной кислот. В покрытиях по металлу образцы показали высокую стойкость в агрессивных средах, но только при комнатной температуре. Это связано, по-видимому, с ухудшением адгезии покрытия к металлу при повышении температуры и значительным увеличением скорости диффузии агрессивных сред (в особенности воды) при повышенной температуре. Тем не менее, при 20С покрытия на основе ХСПЭ, отвержденные ароматическими диаминами, стойки в таких средах, как 20%-ные соляная и азотная кислоты, 80%-ная и 60%- ная серная кислота, 30%-ная перекись водорода, 40%-ная плавиковая кислота, 85%-ная фосфорная кислота, 40%-ный и 10%-ный раствор едкого натра, насыщенный раствор перманганата калия, изопропиловый спирт, 10%-ная уксусная кислота и 37%-ный формальдегид. Покрытия на основе ХСПЭ,отвержденные м-фенилендиамином, обладают хорошей атмосферостойкостью, превосходя в этом отношении другие композиции на основе ХСПЭ [10, 40-45].
Покрытия из смеси ХСПЭ с фенолоформальдегидными смолами имеют наилучшую стойкость в агрессивных средах в тех случаях, когда содержание смолы не превышает 30—40 масс. ч. на 100 масс. ч. ХСПЭ. Такие покрытия отличаются низкой диффузионной проницаемостью и высокой стойкостью к таким агрессивным средам, как, например, 20%-ная и 30%-яая азотная кислота, 20%-ная и 37%-ная соляная кислота, 60%-ная серная кислота.
Увеличения адгезионной прочности между покрытием и подложкой можно добиться также применением грунтовочных покрытий. Наиболее эффективными грунтами под ХСПЭ оказались аллопреновый и каучукофенольный [15].
ХСПЭ считается одним из лучших материалов для кабельной промышленности. Резины на основе ХСПЭ применяют для изготовления оболочек проводов и кабелей низкого и среднего напряжения, для ряда изделий электро- и радиотехники, работающих во влажной среде и при температурах до 120 С. для высокочастотной техники они не пригодны вследствие относительно высокой диэлектрической постоянной [131].
ХСПЭ широко используют для изготовления различных деталей и изделий для авиационной, судостроительной, автомобильной и автотракторной промышленности, от которых требуется высокая теплостойкость, стойкость к атмосферным воздействиям, к действию озона, масел и топлив. Из ХСПЭ изготавливают коррозийно-термостойкие диафрагмы и уплотнительные детали для химического оборудования. ХСПЭ один из немногих материалов, который может быть использован в деталях озонных генераторов.
Предложено изготавливать из ХСПЭ ролики и конвейерные ленты для производства синтетических волокон, детали для телефонных аппаратов, искусственные кровеносные сосуды, не вызывающие свертывания крови, эластичные магнитные вставки для домашних холодильников, электропроводящие резины, спорттовары, цветные резиновые игрушки.
ХСПЭ применяется для изготовления губчатых изделий (ковров, матов) и высококачественных пенопластов, резиновых микропористых подошв и подошвенных материалов.
Из ХСПЭ изготавливают заливочные составы и герметики, работоспособные в диапазоне от -45 до 120С и по комплексу свойств превосходящие герметики из бутилкаучука и полихлоропрена. Прозрачные и окрашенные лаки на основе ХСПЭ образуют эластичные блестящие покрытия и широко применяются для защиты и лакировки резиновых технических изделий, резиновой обуви, спиральных проводов и т.д. [50, 51]
Из резин на основе ХСПЭ делают рукава и шланги различного назначения, стойкие к кислотам, щелочам и сильным окислителям. ХСПЭ применяется для изготовления пожарных рукавов, рукавов и шлангов для перекачки перегретой воды под давлением, молока, бензина, масел, смазок и антифризов.
Таким образом, свойства покрытий и пленкообразующей основы ХСПЭ можно изменять в широких пределах с учетом условий эксплуатации, характера подложки, возможного срока службы и т. д. При этом следует учитывать, что покрытия на основе ХСПЭ атмосферостойки, стойки к воздействию большинства неорганических кислот, щелочей и солей, эластичны и относительно дешевы. [10]
В качестве сшивающих агентов холодного отверждения для ХСПЭ применяют различные аминосодержащие соединения, из которых наиболее распространенными являются триэтаноламин, диэтиламин и др. [8, 16].
Для придания более высоких эксплуатационных свойств составам на основе ХСПЭ как горячего, так и холодного отверждения используют ароматические диамины, продукты их конденсации с кетонами и эпоксидными смолами, а также низкомолекулярные полиамидные смолы, иолиорганосилазаны и др. [6].
Несмотря на достаточный объем информации по использованию в качестве сшивающих агентов различных аминопроизводных. в большинстве случаев отсутствует сравнительный анализ эффективности их действия на глубину и скорость формирования структурной сетки ХСПЭ соответственно, на технологические и эксплуатационные характеристики зашитых покрытий на его основе.
Следует отметить, что многие аминные отвердители применяют при вулканизации полимера в условиях повышенных температур. Эффективные амины холодного отверждения ХСПЭ в ряде случаев резко снижают адгезионные, деформационно-прочностные характеристики и жизнеспособность композиций, что ограничивает область их использования в реальных условиях эксплуатации.[1].
Для сшивания ХСПЭ используются также первичные ароматические и алифатические диамины, в основном для получения пленочных материалов и покрытий.
Наибольшая часть диаминов взаимодействуют весьма активно с сульфохлоридной группой.
Первичные алифатические диамины реагируют с ХСПЭ уже при комнатной температуре с образованием сульфонамидов. При повышенных температурах в присутствии акцептора хлороводорода это взаимодействие сопровождается сшиванием ХСПЭ с образованием сульфонамидных поперечных связей: RS02Cl+KR S02NHR +MgO- RS02NR"S02R+MgC10H, где R, R, R - остатки цепи полимера.
Полимер-силикатные нанокомпозиты
В последнее время полимер-силикатные нанокомпозиты вызывают все больший интерес как с научной, так и практической точек зрения, что объясняется проявлением в них значительного улучшения свойств не только по сравнению с исходным полимерами, но и с более известными микро- и макрокомпозитами. Технологический интерес к данным материалам вызван улучшением по сравнению с исходным полимером следующих свойств: происходит увеличение модуля упругости, прочности, уменьшение газопроницаемости и воспламеняемости, а также облегчение процесса разрушения биодеградируемых полимеров.
С другой стороны, предметом научных изысканий становится разработка процесса и условий приготовления нанокомпозитов, а также изучение влияния различных факторов на свойства получаемых материалов. Помимо этого стоит упомянуть и тот факт, что данные композиты являются модельными системами для изучения структуры и свойств полимеров, находящихся в стесненных условиях.
В основе строения пластинболынинства глинистых минералов лежат два структурных элемента: один элемент состоит из двух слоев атомов кислорода или гидроксильных групп, между которыми в октаэдрической координации расположены атомы алюминия, железа или магния, а второй структурный элемент - кремнекислородные тетраэдры. Расстояния между атомами кислорода в октаэдре 2,60 А, а тетраэдре оно составляет 2,55А.
Кислородные атомы в октаэдре являются общими и для тетраэдрического слоя, в результате чего возникают внутренние напряжения, которые приводят к образованию пластин глины с небольшим распределением по диаметру.
Изоморфное замещение в пределах слоя (например, А1 замещенный на Mg или Fe , Mg замещенные на Li ) генерирует отрицательные заряды, нейтрализуемые щелочными или щелочноземельными катионами (Li+, Na+, Са"+ и др.), расположенными в межслойном пространстве. Поскольку силы, связывающие отдельные силикатные пластинки вместе, относительно слабы, внедрение маленьких молекул между слоями происходит легко [52-54].
Размеры неорганических слоев составляют порядка 200 нм в длину и 1 нм в ширину. Таким образом, соотношение линейных размеров частиц глинистых материалов достаточно велико.
Все глинистые минералы обладают определенной емкостью катионного обмена (ЕКО) - от 10 до 150 мг-экв /100 г глины. ЕКО - характеристика глинистого минерала и обозначает количество обменных катионов (выраженное в мг-эквивалентах), способных к замещению на катионы другого типа в расчете на 100 г глины. Качество природной глины зависит от содержания в ней Ма+-монтмориллонита и состава обменных катионов, находящихся в межслоевых пространствах с ограниченной геометрией [74-76].
Монтмориллонит: структура и свойства
Среди глинистых минералов для получения полимерных нанокомпозитов особый интерес представляют минералы, способные к разбуханию (смектиты), в частности монтмориллонит (ММТ) - глины на его основе обладают высокой дисперсностью и ЕКО (до 150 мг-экв/100 г). Вследствие этого, монтмориллонитовые глины обладают рядом преимуществ по сравнению с другими глинистыми минералами.Кристаллическая решетка ММТ состоит из трех слоев — октаэдрический слой, в котором центральным ионом является алюминий (или магний), совмещен с двумя внешними кремнекислородными тетраэдрическими слоями [55, 92, 95].
Состав минерала может быть представлен химической формулой: Mx(Al4-xMgx)Si8C 2o(OH)4, где М - катион щелочных или щелочноземельных металлов, х — степень изоморфного замещения, х=0,5 - 1,3. Изоморфное замещение в октаэдрическом слое ионов А1 на Mg приводит к накоплению отрицательного заряда в силикатной пластинке. Чаще всего этот заряд компенсируется катионами Na или Са" .
Слои ММТ самоорганизуются в структуру, напоминающую кипу листов бумаги с регулярными «проходами» между отдельными слоями, называемыми межслоевым пространством. Толщина силикатного слоя составляет около 1 нм, а поперечные размеры — до 1 мкм [91,93,94].
Величина межслоевого (межплоскостного) пространства зависит от содержания в ней воды — для воздушно-сухой глины оно составляет 3,5 А. Чаще употребляют термин «межпакетное пространство» глины, которое включает в себя межслоевое пространство и толщину одного силикатного слоя (9,6 А).
В последнее время многослойные нанокомпозиты на силикатной основе привлекают большое внимание, поскольку изготавливаются с помощью простого и рентабельного метода, позволяющего совершенствовать свойства полимеров за счет добавления небольшого количества подходящих специально подобранных наполнителей (органоглин) [96-100]. За счет этого образуются композитные материалы, в которых армирующие частицы распределяются в полимерной матрице на наноразмерном уровне.
Модификация монтмориллонита Поверхность глинистых минералов является гидрофильной, что затрудняет её взаимодействие с неполярными полимерами (такими, как полиолефины, полистирол и др.) и препятствует равномерному распределению пластинок силиката в полимерной гидрофобной матрице. Важнейшей задачей при получении полимерных нанокомпозитов, которые формируются за счет раздвижения силикатных пластин в результате внедрения (интеркаляции) полимерных цепей в межслоевые пространства, является создание органофильных слоев на поверхности глины [116, 117]. Модификация поверхности глины позволяет: во-первых — разрушить иерархию, образованную в результате слипания отдельных кристаллитов слоевого силиката; во-вторых - обеспечить проникновение макромолекул в пространство между силикатными пластинами; в-третьих - достичь такого уровня взаимодействия на поверхности наполнителя, который требуется для создания высоких физико-механических свойств материала [82-85].
Как известно, монтмориллонит обладает определенной ЕКО: катионы щелочных металлов, находящиеся в межслоевом пространстве, могут быть замещены другими катионами [101,102]. На основании многочисленных экспериментов различные катионы могут быть расположены по способности к замещению в следующий ряд: А13+ Са2+ К+ [(C4H9)4N]+ [(C2H5)4N]+ [(CH3)4N]+ NH4+ Na+ Li+
Как следует из этого ряда, четвертичные алкиламмониевые катионы могут вытеснять ионы Na+ с обменных позиций в монтмориллоните, причем увеличение числа углеродных атомов в неполярных алифатических группах способствует более эффективному вытеснению межслоевых катионов. В связи с этим, чаще всего в качестве модификаторов используют катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ), в которых число углеродных атомов составляет от 6 до 20 [56].
В результате сорбции объемных органических катионов и десорбции малых ионов натрия, происходит увеличение межплоскостного расстояния в пластинках глины, которое зависит от длины алифатических цепей. Межплоскостное расстояние в органоглинах также зависит от ЕКО слоистого силиката, которая управляет упаковкой цепей молекул модификатора [57-58, 103-105].
Как видно из рис. 2.1, межпакетное расстояние монтмориллонита увеличивается ступенчато в зависимости от количества атомов углерода в цепи модификатора первичного амина.
Изучение процесса формирования пространственно-сетчатой структуры хлорсульфированного полиэтилена
Получение полимерных материалов с заранее заданными свойствами является весьма актуальной проблемой. Этот вопрос тесно связан со структурой отвержденных материалов, т.к. именно структура определяет конечные свойства полимера.
Отвержденный хлорсульфированный полиэтилен является пространственно-сетчатой структурой, которая характеризуется наличием макромолекул, связанных поперечными связями; при этом чем меньше в сетке дефектов - петель, зацеплений, свободных концов, тем совершеннее пространственно-сетчатая структура, тем качественнее получаемый материал. Поэтому задача получения материала со стабильными в процессе эксплуатации характеристиками сводится к формированию структуры полимера с минимальным количеством дефектов.
Процесс формирования пространственно-сетчатой структуры ХСПЭ протекает медленно, т.к. содержание сульфохлоридных групп не велико, и при температурах 20 - 40 С достигаемая степень отверждения в присутствии АГМ-9 составляет не более 70% (рис. 4.1.1). Для получения материала со стабильными свойствами необходимо обеспечить условия наиболее полного протекания реакций отверждения.
Для регулирования процессов формирования сетчатой структуры ХСПЭ использовали низкомолекулярные кремнийорганические соединения с функциональными группами - алкилалкоксисиланы; октаметилциклотетрасилоксан; оловоорганическое соединение диэтилдикаприлат олова в тетраэтоксисилане. Предварительные исследования показали, что при комнатной температуре система ХСПЭ-алкоксисилан практически не отверждался (наблюдалось растворение образцов при экстракции). Отверждение происходило в присутствии АГМ-9, который вводили в композицию в количестве 1 мас.% (согласно [61]).
Наличие этокси- групп в алкилалкоксисиланах предполагало способность силанов образовывать силоксановые связи. Кроме того, ожидалось, что увеличение размера алкильного радикала от СНз- до С2Н5- и алкоксигрупп от -ОС2Н5 до - ОС2Н40С2Н5 позволит регулировать эксплуатационные и-технологические свойства материала [69, 86, 87].
С целью управления процессом формирования сетчатой структуры ХСПЭ использовали низкомолекулярные кремнийорганические соединения: алкилалкоксисиланы, октаметилциклотетрасил океан (МЦТС). Процесс формирования пространственно-сетчатых структур изучали по изменению вязкости раствора ХСПЭ во времени на ротационном вискозиметре РВ-8М. На рис. 2.1.2 показано изменение вязкости ХСПЭ в зависимости от количества вводимого МЦТС. Как видно из рис. 4.1.2, введение МЦТС значительно снижало вязкость ХСПЭ, что очень важно при переработке материала и повышения его времени жизнеспособности. Увеличение количества МЦТС свыше 5 мае. %не приводило к заметному снижению вязкости, поэтому является нецелесообразным. В результате проведенных исследований была выбрана концентрация МЦТС 5 мас.% Однако время жизнеспособности ХСПЭ оставалось весьма значительным и нетехнологичным (до 140 мин.).
Для регулирования времени жизнеспособности и снижении вязкости в полимер вводили алкилалкоксисиланы. На рис. 4.1.3 -4.1.7 представлено изменение вязкости ХСПЭ в зависимости от природы и количества алкилалкоксисилана. Показано, что введение алкилалкоксисилана от 1 мас.% до 5мас %. увеличивало вязкость системы и уменьшало время жизнеспособности с 90 мин до 60 мин. Установлено, что увеличение размера алкильного радикала от -СНз до -С2Н5 и уменьшение группы -ОС2Н4ОС2Н5 до -ОС2Н5 при атоме кремния увеличивало активность алкилалкоксисиланов в процессах структурирования ХСПЭ.
С точки зрения наиболее приемлемых технологических свойств целесообразно вводить в композиции 3 мае. % алкоксисилана.
В работе для снижения вязкости и повышения жизнеспособности в систему ХСПЭ-алкилалкоксисилан вводили октаметилциклотетрасилоксан (МЦТС) до 5 мае. %. Результаты показали эффективность использования: МЦТС. Так, для ХСПЭ, модифицированного ЭТС-40, происходило увеличение времени жизнеспособности с 60 мин до 100 мин и снижение начальной вязкости на 20%. Таким образом, процесс формирования пространственно-сетчатых структур ХСПЭ регулировали, используя в качестве модифицирующих добавок октаметилциклотетрасилоксан (5мас.%), алкилалкоксисиланы (3мас.%) и АГМ-9 (1 мас.%).
Для ускорения процесса отверждения в систему, содержащую ХСПЭ, октаметилциклотетрасилоксан (МЦТС) и винилтриэтилоксиэтоксисилана (ВТЭОС) (модифицированный ХСПЭ) вводили оловоорганическое соединение диэтилдикаприлат олова (ДЭДКО).На рис. 4.1.8 показано, что введение диэтилдикаприлата олова в количестве от 0,5мас.% до 1,0 мас.% сокращало время жизнеспособности системы с 60 мин. до 30 мин. Установлено, что введение 1мас.% ДЭДКО сокращало время вязкотекучего состояния до 30 мин. На основе полученных данных для ускорения процесса формирования пространственно-сетчатых структур в ХСПЭ предложено вводить 1мас. % ДЭДКО.
Таким образом, процесс отверждения ХСПЭ можно регулировать, используя в качестве модифицирующих добавок октаметилциклотетрасилоксан (5мас %.), алкилалкоксисиланы (Змас %.) и диэтилдикаприлат олова (1мас.%) и осуществляя его при температурах 20 — 40 С.
Глубину процесса отверждения ХСПЭ оценивали различными методами, что связано с трудностями контроля степени отверждения сетчатых полимеров.
Пространственно-сетчатая структура проявляет себя в равновесных свойствах, например при набухании. Для исследования образования пространственно-сетчатых структур ХСПЭ использовали прибор Догадкина. Глубину процесса отверждения оценивали пс содержанию гель-фракции в образцах немодифицированного и модифицированного ХСПЭ, полученных при температурах 20 С и отверждённых в течение 3, 5 и 7 суток.
Установлено, что при набухании образцов, отверждённых в течение 3-х суток, равновесие наступало через 3 ч, но содержание гель-фракции невелико и. составляло 48-64%.
При набухании образцов, отверждённых в течение 5-ти суток равновесие устанавливалось через 4-5 ч, содержание гель-фракции в немодифицированном ХСПЭ 55%, в модифицированном 65-75%.
При набухании образцов, отверждённых в течение 7-й суток, равновесие устанавливалось через 6-7 ч, содержание гель-фракции в немодифицированном ХСПЭ 65%, в модифицированном 92-96%.
Дальнейшее увеличение времени отверждения образцов не приводило к заметному изменению содержания гель-фракции.
Как видно из табл. 4.1.1, увеличение алкильного радикала от СНз-до С2Н5- у атома кремния в алкилалкоксисилане способствовало более глубокому процессу отверждения ХСПЭ.
Исследование структуры и свойств наполненного хлорсульфированного полиэтилена
Одним из возможных путей повышения химической стойкости полимерных материалов, может быть введение в полимерную матрицу слоистых природных неорганических структур, которые встречаются в глинах. Но сами глины имеют гидрофильную природу, в связи с чем не совмещаются с полимерной матрицей. Несовместимость этих неорганических и органических компонентов — основная проблема, которую приходится преодолевать при создании таких материалов. Эта проблема может быть решена путем модификации глины органическим веществом.
Модификация слоистой силикатной глины
Для исследований в работе использовали минеральное сырьё с содержанием глинистых минералов — монтмориллонита и папыгорскита в различных пробах 20-54% и 6-38% соответственно, их размеры — менее 200-300 нм. Исходное минеральное сырьё кроме глинистых минералов в значительной мере содержало кластический материал: кварц, альбит, кальцит, доломит, пирит. Его суммарное количество - от 33% до 54% Технология обогащения глин (удаление кластического материала) предусматривала диспергирование глин в воде и удаление кластического материала, модификацию поверхностно-активными веществами для придания им органофильности с последующей сушкой глины перед её введением в полимер.
Суспензию (6мас.%) предварительно очищенных и переведенных в натриевую форму путём обработки различными количествами жидкого стекла глинистых минералов готовили диспергированием в дистиллированной воде при нагревании до 50 С и интенсивном перемешивании в течение 6-8 ч.
Модификатор (четвертичную аммониевую соль) добавляли в суспензию глины при перемешивании в течение 4 часов при температуре 30 С. Количество модификатора рассчитывали, чтобы оно равнялось ёмкости катионного обмена данного образца глинистых минералов. Образовавшийся осадок отфильтровывали через тонкопористый фильтр на водоструйном насосе, дважды промывали дистиллированной водой и далее сушили.
В работе для модификации ХСПЭ использовали модифицированные слоистые силикатные глины, в том числе модифицированный стеклом.
Важнейшей задачей при получении полимерных нанокомпозитов, которые формируются за счет раздвижения силикатных пластин в результате интеркаляции полимерных цепей в межслоевые пространства, является создание органофильных слоев в межслоевых пространствах глины. Такая модификация глины позволяет:
- разрушить крупные агломераты, образованные в результате слипания отдельных кристаллитов слоевого силиката;
- обеспечить проникновение макромолекул в пространство между силикатными пластинами
При смешении слоистого силиката с полимером в зависимости от природы используемых компонентов (слоистого силиката, органического катиона — модификатора, и полимерной матрицы), а также от метода приготовления получают три основных типа композитов.
В случае если полимер не может внедриться между слоями силиката, образуется обычный фазово-разделенный композиционный материал, чьи свойства остаются в том же диапазоне, что и у традиционных микрокомпозитов. Помимо этого классического семейства композитов существует еще несколько типов нанокомпозитов. Интеркалированные - это нанокомпозиты, в которых отдельная протяженная полимерная цепь внедряется между слоями силиката с образованием хорошо упорядоченной многослойной структуры, созданной чередованием полимерных и неорганических слоев.
Необходимо отметить, что возможно проникновение более чем одной цепи, в таком случае расстояние между отдельными слоями увеличится. Флокулированные нанокомпозиты — это фактически те же самые интеркалированные нанокомпозиты, однако силикатные слои иногда могут соединяться.Если слои силиката полностью и однородно рассеяны в непрерывной полимерной матрице, получают т.н. эксфолиированную или деламинированную структуру нанокомпозита. На практике часто встречаются композиты, структура которых является промежуточной между интеркалированной и эксфолиированной[59].
Исследования состава минерального сырья, очищенной глины и полимер-силикатныхкомпозитов проводилиметодом рентгеновской дифракции с использованием рентгеновских дифрактометров В/МАХ-2200,фирмы Шаки(использовали медное излучение СиКаД= 0,154 нм, монохроматизированное графитовыммонокристаллом).
Обработка экспериментальных данных проводилась в специализированном программном продукте Jade-6.5 сподключенной базой данных PDF-2 (PowderDiffractionFiles, ICDD). Интерпретация минерального составаосуществлялась на основании сопоставления экспериментальных данных и эталонных спектров из базы данных.
Для уточнения состава глинистой компоненты проводилась съёмка: препаратыготовились путем медленного осаждения насыщенной суспензии на стеклянную подложку.
Препараты исследовались с использованием рентгеновского дифрактометра О/МАХ-2200фирмы Шаки(медное монохроматизированное излучение) в воздушно-сухом инасыщенным этиленгликолем состоянии. Этиленгликолем образцы насыщались в течение суток при комнатнойтемпературе в эксикаторе для достижения полного насыщения.
В работе проводилась модификация очищенного глинистого сырья содой и жидким стеклом (рис. 4.3.1-4.3.2).
Как показали исследования, модификация поверхности палыгорскита в натриевую форму не приводит к изменению положения рефлекса на дифрактограмме, относящегося к нему, т.к. палыгорскит не является слоистым минералом (рис.4.3.1).
Показатель ёмкости катионного обмена (ЕКО) проводился на основании определения количества метиленового голубого, адсорбированного на 1 г. глины (ГОСТ 21283-93). Влажность образцов - 9%.
У исходного очищенного образца значение ЕКО очень низкое, в нём мало обменных ионов натрия и много кальция и магния. Введение жидкого стекла, содержащего ионы натрия, приводит к изменению количества обменных катионов натрия и двухвалентных ионов на поверхности глинистых минералов, находящихся в суспензии (в холостом опыте обнаружено, что само жидкое стекло никакой обменной емкости в процессе стандартного определения ЕКО не обнаруживает). При обработке сырья жидким стеклом наблюдалось увеличение численности обменных катионов натрия в суспензии глины с 10 мг-экв/100 г до значения 40,1 мг-экв/100 г глины. До количества Na+, введенного в суспензию минералов с жидким стеклом 66,4 мг-экв/100г глины происходит увеличение численности обменных катионов натрия в суспензии глины до значения 40,1 мг-экв/100г глины (таб.1). Можно констатировать, что при этом ЕКО глины возрастает в 4 раза по сравнению с исходной очищенной в гидроциклоне. Однако далее наблюдатеся его снижение (табл.4.3.1).
