Изучение воздействия агрессивных сред на свойства биоразлагаемых материалов

Поскольку в каждом конкретном случае требуется определенный комплекс физико-химических свойств полимерных композиций, остановимся подробнее на химической стойкости некоторых наполненных термопластов, так как именно химическая стойкость определяет срок годности изделия, работающего в контакте с рабочей средой.

1.2 Химическая стойкость наполненных полиолефинов

Дл

я получения наполненных материалов на основе полиолефинов общими требованиями, которым должны удовлетворять порошкообразные наполнители, являются: высокая дисперсность с более или менее однородным фракционным составом, минеральное содержание посторонних примесей (в основном окислов железа) и влаги [5].

Основные минеральные наполнители для полиолефинов: мел (полиэтилен низкой плотности и высокой плотности – ПЭНП и ПЭВП), тальк (ПП и ПЭНП), каолин (ПЭВП), слюда (ПЭНП и ПЭВП), аэросил (ПЭНП), асбест хризолитовый (ПП, ПЭВП); существенное улучшение физико-механических совйств полиолефинов достигается путем введения в них различных волокнистых наполнителей и прежде всего стекловолокна. Чаще всего применяют бесщелочное алюмоборосиликатное стекло, что связано с повышенной химической стойкостью, реже - щелочное [6].

Полиолефины, которые относятся к карбоцепным полимерам, в целом являются стойкими к действию полярных агентов. Воздействие среды может проявляться в изменении их структуры без нарушения их химической целостности, либо сопровождаться внешним разрушением (растворение, растрескивание).

По характеру воздействия на полиолефины такие среды можно классифицировать как физически активные. На стойкость полимеров к этим средам существенное влияние оказывает их проницаемость, зависящая от физического состояния и степени кристалличности. Присутствие частиц наполнителя не сказывается на механизме элементарных актов диффузии и проявляется лишь в понижении суммарной скорости переноса низкомолекулярных веществ за счет увеличения средней длины пути переноса и уменьшения доступного объема, особенно если введение наполнителя приводит к увеличению степени кристалличности.

В работах, где изучалось влияние некоторых минеральных наполнителей на химическую стойкость полиолефинов показано, что введение до определенного предела мела, талька, аэросила и ряда других наполнителей не ухудшает этот показатель.

Высокой кислотостойкостью отличаются полиолефильные композиции, обладающие равномерной белой окраской и содержащие наполнители минерального происхождения: диатомовую землю, кварцевый песок, кислые глины, каолин, тальк, вулканический пепел.

В работе [7] изучалась химическая стойкость ПЭВП, наполненного асбест-пылью и кизельгуром марки Х-Р4 И РС2 по изменению массы и линейных размеров в следующих средах: 10% раствор серной кислоты и бензин. Изменение массы образцов, содержащих 5 и 10 % наполнителя, при контакте с этими средами не превышает сотых долей процента, а при больших концентрациях (20 и 30%) происходит увеличение с среднем на 0,2 и 1%, в то время как масса образцов исходного полиэтилена в водных растворах щелочи и кислоты уменьшается. Самый большой привес композиций наблюдается в экстракционном бензине, однако его значение ниже, чем для исходного ПЭ. Изменение линейных размеров находится на уровне характерном для ненаполненного полиэтилена. Кроме того, экспериментальные данные показывают, что введение наполнителей в ПЭ сопровождается резким увеличением стойкости к растрескиванию полученных композиций, особенно в случае асбест-пыли и кизельгура Х-Р4. Увеличение стойкости к растрескиванию полимерных композиций при введении наполнителей авторы объясняют изменениями в надмолекулярной структуре полиэтилена, связанными с гомогенизацией и уменьшением размеров сферолитов.

Среди большого круга разнообразных наполнителей важное место занимают синтетические волокна. ПЭ, наполненный полимерными волокнами – лавсаном, ПП-волокном – обладает химической стойкостью в кислых средах. Большой стойкостью обладают органоволокниты по отношению к 30% -му раствору серной кислоты [8].

Пластификация полимерных композиций может приводить к изменениям надмолекулярной структуры и, следовательно, к изменению ее плотности. Разрыхление структуры снижает химическую стойкость наполненных полимерных материалов из-за увеличения количества поглощенной системой жидкой среды, при этом происходит существенное уменьшение величины разрушающего напряжения после экспонирования материала в среде. Подобное явление отмечается для стекло- и асбестонаполенного полиэтилена при введении в качестве пластификатор рубракса. Уменьшение плотности структуры связывают с наличием дефектов, особенно в поверхностном слое, на границе раздела полимер- наполнитель. Микротрещины и воздушные полости облегчают миграцию жидкой среды в пластик, что снижает межмолекулярное взаимодействие и приводит к уменьшению прочностных характеристик материала. Однако в некоторых случаях введение пластификатора может увеличивать плотность полимерной композиции и тем самым их химическую стойкость. Например, это наблюдается при введении в качестве пластификатора низкомолекулярного полиизобутилена в асбестонаполненный полиэтилен.

Введение в ПЭ стекловолокна (степень наполнения до 30%), покрытого специальными аппретирующими составами, позволяет получать ПЭ с высокими прочностными свойствами. Образование прочной структуры препятствует проникновению влаги и агрессивных сред на границе раздела и обуславливает сохранение исходной прочности. Так, введение парафиновых замасливателей АТМ – 9 в комбинации с сополимером этилена, с винилацетатом или эпоксидной смолой или продуктом конденсации поливинилового спирта с формальдегидом снижает процент водопоглощения по сравнению с использованием необработанного стекловолокна, т.е. для ПЭНП за 3 сут. Экспозиции в среде снижение происходит с 0,017 до менее 0,01%, при этом наблюдается и лучшая сохранность прочностных характеристик после кипячения в воде в течение 14 суток.

Благодаря высокой стойкости к агрессивным средам, ПЭ широко используется в контакте с разными жидкими средами. Так, в связи с предполагаемой заменой глиняных экранов отстойников полиэтиленовыми изучалось влияние среды, моделирующей сточные воды содово-цементного комбината, на свойства саженаполненного полиэтилена. Отмечено, что значение величины тангенса диэлектрических потерь не превышает 30%. Авторы объясняют такое изменение тангенса диэлектрических потерь при старении пленок из саженаполненного полиэтилена в данной среде изменениями надмолекулярной структуры. Отмечено, что в этих условиях не происходит деструкции полимера. Характеристика пленки из саженаполенного полиэтилена низкой плотности при выдержке в таких условиях изменяется менее значительно, чем при атмосферном старении.

В некоторых работах изучено влияние циклической термообработки в воде на механические свойства наполненного полиэтилена. В качестве наполнителей применялись высокодисперсные порошки двуокиси титана и двуокиси кремния, а также неаппретированное рубленное стекловолокно. Из результатов следует, что в присутствии воды при циклической термообработке коэффициент сохранения твердости у ненаполненного ПЭВП снизился на 7%, а у наполненного ПЭВП 30% стекловолокна – на 23%. У композиций ПЭ с высокодисперсным наполнителем (22 % двуокиси титана) твердость после циклического термостарения в воде практически не изменяется.

 Скачать реферат