Теоретичні основи технологій гетерофазної модифікації термопластів полівінілпіролідоном (стр. 1 )

Національний університет “Львівська політехніка”

Левицький Володимир Євстахович

УДК 678.675’126:746.222:746.523

Теоретичні основи технологій гетерофазної модифікації термопластів полівінілпіролідоном

05.17.06 – технологія полімерних та композиційних матеріалів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Львів – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант: доктор хімічних наук, професор

,

Національний університет “Львівська політехніка”, завідувач кафедри хімічної технології переробки пластмас

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Пахаренко Валерій Олександрович,

Київський національний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри технології полімерів і хімічних волокон

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Білошенко Віктор Олександрович,

Донецький фізико-технічний інститут

ім. іна НАН України,

заступник директора з наукової роботи

доктор хімічних наук, професор

Солтис Михайло Миколайович,

Львівський національний університет ім. Івана Франка, професор кафедри фізичної та колоїдної хімії

Захист відбудеться “___” _____________ 2008 року о ____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.07 у Національному університеті “Львівська політехніка” (79013, Львів-13, пл. Св. Юра, 3/4, корпус 8, ауд.339).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” (79013, Львів, в)

Автореферат розісланий “___” ___________ 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к. т.н., доцент Дзіняк Б. О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сьогодні відчувається потреба в нових матеріалах з спеціальними властивостями, які в повній мірі могли б задовольнити зростаючі вимоги сучасних споживачів в різноманітних галузях промисловості. У цьому зв’язку підвищену увагу привертають полімери, оскільки на їх основі порівняно технологічно просто з мінімальними затратами можна створювати найрізноманітніші матеріали з прогнозованими властивостями. Поряд з цим, передові новітні технології створення сучасних полімерних матеріалів базуються на використанні складних гетерофазних систем. Різноманітність, багатогранність, важливість таких процесів спричинена наявністю надлишкової енергії на межі фаз, можливістю впливати через комплекс фізико-хімічних чинників на технологічні особливості процесів і властивості створених матеріалів.

У багатьох технологіях, які базуються на гетерофазних процесах вирішальну роль відіграють високомолекулярні сполуки з високою поверхневою активністю, до яких, безсумнівно, належить полівінілпіролідон (ПВП), який перебуваючи в розчині чи в розтопі, під впливом багатьох фізико-хімічних чинників завдяки своїй специфічній будові може активно впливати на енергетичні характеристики межі фаз, набувати різноманітних конформацій, суттєво відрізнятись властивостями в приграничній області і в об’ємі, в деяких випадках впливати на ступінь гетерогенності системи. Завдяки таким особливостям відкриваються додаткові можливості, деколи унікальні, для вдосконалення сучасних або ж створення нових як на макро-, так і на нанорівні технологій. Крім цього, ПВП притаманне поєднання ще цілого спектру унікальних властивостей, а саме, здатність розчинятись як в протонних, так і апротонних розчинниках, здатність до комплексоутворення з найрізноманітнішими низькомолекулярними чи високомолекулярними речовинами, достатньо легко сорбуватись на поверхнях різної природи, змінюючи їх характеристики. Разом з тим, наявність у структурі карбаматних груп, які за природою є близькими до пептидних груп білків також дає можливість, поряд з відчутним впливом на характеристики межі фаз, надавати матеріалам, до складу яких входять ланки ПВП ряду специфічних технологічних та експлуатаційних властивостей, що суттєво розширює сфери використання таких матеріалів.

Однак, відомості про наукові дослідження в напрямку створення таких модифікованих полівінілпіролідоном полімерних матеріалів в гетерофазних умовах та технологій їх виробництва є відсутніми. У зв’язку з цим, розроблення теоретичних основ технологій гетерофазної модифікації термопластів в присутності ПВП та технологій одержання виробів на їх основі є актуальним завданням в галузі технології полімерних і композиційних матеріалів і становить наукову та практичну цінність.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до напрямів наукових досліджень кафедри хімічної технології переробки пластмас (ХТПП) Національного університету “Львівська політехніка” згідно тематики держбюджетних тем, які входили до координаційних програм та планів науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України (№№ держ. реєстрації 0197U017253, 0100U000528, 0104U002287, 0104U005953, 0106U000031). Здобувач був відповідальним виконавцем і співвиконавцем цих тем.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає в розробленні теоретичних основ технологій одержання модифікованих полівінілпіролідо­ном термопластів в гетерофазних умовах за допомогою направленого впливу фізико-хімічних чинників на міжфазні характеристики систем, надмолеку­лярну структуру та властивості одержуваних матеріалів різного призначення.

Для досягнення основної мети в дисертації були вирішені наступні завдання:

- науково-технічне обґрунтування напрямків та методів одержання модифікованих полівінілпіролідоном матеріалів у гетерофазних умовах;

- встановлення закономірностей і розроблення теоретичних основ одержання кополімерів вінілових мономерів з полівінілпіролідоном в емульсійних та дисперсійних умовах, дослідження їх технологічних та експлуатаційних властивостей у взаємозв’язку з їх структурними особливостями і міжфазними характеристиками;

- розроблення теоретичних основ технологій одержання сумішей термопластів різної природи з ПВП у в’язкотекучому стані, дослідження їх морфології, властивостей та фізико-хімічних і технологічних чинників впливу;

- встановлення фізико-хімічних закономірностей модифікації полівініл­піролідоном пінополістирольних відходів і розроблення технології одержання модифікованого пінополістиролу та сумішей полімерів на його основі;

- розроблення технологічних схем і обґрунтування стадій та технологічних параметрів процесів одержання модифікованих полівінілпіролідоном матеріалів і виробів на їх основі.

- одержання нових модифікованих ПВП в гетерофазних умовах матеріалів різного призначення, проведення їх промислового опробування і розроблення рекомендацій щодо практичного застосування.

Об’єкт дослідження: процеси одержання емульсій і дисперсій з мінеральними наповнювачами на основі кополімерів полівінілпіролідону з вініловими мономерами, а також сумішей ПВП з промисловими термопластами.

Предмет дослідження: технологічні методи гетерофазної модифікації, фізико-хімічні засади технологій одержання кополімерів і сумішей, модифікованих полівінілпіролідоном у гетерофазних умовах та технологічні параметри розроблених технологій.

Методи досліджень. Експериментальні результати були отримані з використанням стандартних методик та сучасних методів досліджень, у тому числі, методами диференційної скануючої калориметрії (ДСК), динамічно-механічного термічного аналізу (ДМТА), оптичної мікроскопії, рентгено­структурного аналізу, ІЧ спектроскопії, а також потенціометричними, віскозиметричними, фотоколориметричними, кінетичними, седиментацій­ними, реологічними та термомеханічними дослідження.

Наукова новизна роботи. Вперше встановлені закономірності та фізико-хімічні чинники впливу на процеси гетерофазної хімічної і фізичної модифікації полівінілпіролідоном термопластичних матеріалів різної хімічної природи в полімеризаційному середовищі, в’язкотекучому та твердому набряклому станах через направлену дію на зміну конформацій та структурних параметрів макромолекул ПВП на межі фаз.

Вперше виявлено взаємозв’язок між характером міжмолекулярних взаємодій у гетерофазних ПВП-вмісних полімеризаційних системах на основі вінілових мономерів, конформаційними змінами і структурними параметрами макромолекул ПВП та кінетичними закономірностями полімеризації таких систем, що покладено в основу технологій одержання в емульсійних та дисперсійних умовах кополімерів ПВП з направленим регулюванням їх структури, складу та технологічних і експлуатаційних властивостей.

Науково обґрунтована можливість регулювання сорбційних властивостей модифікованих полівінілпіролідоном поліметиметакрилату (ПММА) і полістиролу (ПС) за допомогою направленої зміни компонентних складів та технологічних параметрів їх одержання залежно від функціональності та рКa сорбованих речовин і встановлено, що залежність сорбції від рКa носить бімодальний характер з максимумами при значенні рКa 1,3 та 5, що корелює з структурними параметрами макромолекул ПВП у водних розчинах; причому сумарна сорбційна здатність вища для кополі(ВП-пр-стирол) порівняно з кополі(ВП-пр-ММА).

Вперше розроблені фізико-хімічні та технологічні засади одержання полімер-неорганічних композитів на основі ПВП, гідрофобних вінілових мономерів та оксидів цинку і титану полімеризацією в дисперсійних умовах. Встановлено, що активність реакційної суміші вища в присутності оксиду цинку, а розбілююча та покривна здатність одержаних дисперсій значно вища у випадку оксиду титану.

Вперше встановлені закономірності гетерофазної модифікації полівінілпіролідоном у в’язкотекучому стані промислових термопластів, які відрізняються за своєю хімічною природою, текучістю та надмолекулярною структурою. На основі виявлених морфологій під впливом ПВП залежно від природи термопласту доведена сумісність між компонентами сумішей ПА – ПВП, для котрих встановлена підвищена здатність до кристалізації під впливом ПВП при нижчих температурах розтопу (503-508 К) і форми (313-333 К), що обґрунтовує нижчі температурні параметри при литті під тиском, а отже, передбачає підвищення продуктивності процесу, не впливаючи на експлуатаційні показники виробів.