Исходя из максимального значения угла смачивания, установлено оптимальное содержание модификатора в количестве 4% от массы наполнителя, придающее древесине наивысшую степень гидрофобности (лиофобности). Дальнейшее повышение концентрации вероятно приводит к адсорбции второго слоя модификатора на первый слой, при этом поверхность наполнителя опять становится гидрофильной. Когда два тела i и j соприкасаются, их свободная энергия изменяется и переводится в область единиц свободной энергии адгезии (СЭА) 
– отрицательной величины работы адгезии для фаз i и j:
, (1)
где 
– работа адгезии, 
– свободная поверхностная энергия – СПЭ тела i, 
– свободная поверхностная энергия – СПЭ тела j, 
– межфазная поверхностная энергия (межфазное натяжение) тел i и j (дополнительная, свободная энергия на поверхности раздела двух конденсированных фаз).
После преобразований получаем выражение для свободной энергии адгезии:
(2)
Для определения адгезионного взаимодействия, а также устойчивости адгезионного контакта между компонентами композиционной системы были найдены краевые углы смачивания (q) поверхности образцов тремя различными тестовыми жидкостями.
Измеряя их краевые углы смачивания на исследуемой поверхности твердого тела 
, и подставляя их значения в систему уравнений (3) – (5) с тремя неизвестными, решением которых, можно получить значения кислотно-основного (
и 
) и неполярного (
) факторов СПЭ данного тела :
(3)
(4)
(5)
где γ – СПЭ (для жидкостей поверхностное натяжение жидкостей), мДж/м2; верхний индекс LW – физические неполярные (Лившиц-Ван-дер-Ваальсовы) компоненты СПЭ, мДж/м2; θ – краевой угол смачивания поверхности твердого тела тестовой жидкостью, градус; нижний индекс «пробная» характеризует тестовую неполярную или инертную жидкость, то есть дийодметан; нижние индексы s и 
указывают на принадлежность параметров к твердому телу или жидкости соответственно; нижние индексы 1 и 2 указывают на принадлежность параметров двум полярным тестовым жидкостям, например, воде и формамиду; верхние индексы + и – Льюисовы (или Брэнстеда) кислотные и основные компоненты поверхностного натяжения соответственно. Для выбранных жидкостей, все 
, 
, 
, 
и 
значения известны [2].
Таблица 1
Свободная поверхностная энергия связующих и наполнителя (СПЭ, ), ее полярная ()и неполярная () составляющие
Материалы |
|
|
мДж/м2 |
мДж/м2 |
мДж/м2 |
|
Древесина (сосна) | 49,75 | 41,15 | 8,60 | 0,91 | 20,32 | 17,29 |
Древесина, модифицированная сополимером | 58,27 | 51,05 | 6,05 | 0,47 | 27,7 | 10,39 |
ВПЭТ | 43,9 | 39,71 | 4,19 | 7,3 | 0,6 | 9,54 |
ВПЭ | 32,01 | 30,20 | 1,81 | 1,20 | 0,68 | 5,65 |
, %Анализ значений, приводимых в табл. 1, показал, что при модификации древесины происходит значительная гидрофобизация поверхности: уменьшение доли полярной составляющей СПЭ с 17,29% до 10,39% за счет снижения кислотной составляющей, но происходит незначительный рост основной и закономерный рост составляющей Лившица – Ван-дер-Ваальса и уменьшение угла смачивания полярными жидкостями. Повышение СПЭ обработанного модификатором наполнителя показывает повышение активности поверхности, что свидетельствует об изменении морфологии и энергетического состояния поверхности и активирует адгезию посредством введения функциональных групп родственным неполярным связующим (циклогексеновый радикал от ВЦГ сополимера). Расчет составляющих поверхностной энергии свободных энергий адгезии приведены в табл.2:
Таблица 2
Свободная энергия адгезии и работа адгезии композиционных материалов
Композит |
|
|
Опилки + ВПЭТ | -91 | 91 |
Обработанные модификатором опилки + ВПЭТ | -100 | 100 |
Опилки + ВПЭ | -80 | 80 |
Обработанные модификатором опилки + ВПЭ | -89 | 89 |
, мДж/м2Детальное рассмотрение данных табл. 2 показывает выравнивание полярностей связующих и наполнителя ведет к увеличению адгезии и соответственно усилению молекулярного взаимодействия между контактирующими фазами связующего и наполнителя, что выражается снижением СЭА и соответственно ростом работы адгезии. Присутствие в модификаторе ВЦГ, обладающего сродством к неполярным материалом за счет циклогексенового радикала, так же увеличивает адгезию наполнителя и связующего. Причем, композиты на основе ВПЭТ имеют большую адгезию, чем на основе ВПЭ. Стоит заметить, что ВПЭ и ВПЭТ имеют довольно высокие СПЭ и 
, а также определенную долю кислотной составляющей Льюиса что, возможно, связано с образованием на поверхности полярных групп в процессах старения и термообработки.
Таким образом, статистическая обработка полученных величин позволила дать предварительную оценку термодинамической совместимости, как отдельных пар ингредиентов, так и совместимости модифицированного наполнителя к связующему на основе ВПЭ и ВПЭТ. Показано (табл.2), что минимальной величиной адгезии обладают чистая древесина и вторичный полиэтилен. Последнее удовлетворительно согласуется с особенностями их структурно-функционального состава.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Good R. J. Contact angle, wetting, and adhesion: a critical review // Contact Angle, Wettability and Adhesion. – The Netherlands: Ed. K. L. Mittal. VSP, Utrecht. – pp. 3 – 36.
2. C. J. van Oss. Interfacial Forces in Aqueous Media. – New York: Marcel Dekker, 1994. – 154 р.
3. С., В., В. // Тез. докл. 2-я Международная конференция "Образование и устойчивое развитие". М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2004. С. 150.
УДК 674.817.41:667.62.633
С. канд. техн. наук, доцент, Б. д-р хим. наук, профессор
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
ОТДЕЛОЧНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
При исследовании возможности модифицирования карбамидоформальдегидных смол (КФС) латексными композициями авторами достигнуты определенные положительные результаты [1,2]. Они обусловлены как пластифицирующим эффектом, так и влиянием карбоксильных групп в составе бутадиен-стирольных полимеров на устойчивость коллоидной системы и физико-механические свойства связующего [3].
Состав клеевой латексной композиции (КЛК) на основе бутадиен-стирольного латекса может включать следующие ингредиенты: загуститель – защитный коллоид, вещество, повышающее клейкость (ВПК), эмульгатор-стабилизатор ОП-10, тринатрийфосфат (ТНФ)- 20%-ный раствор, активный наполнитель - аэросил (вулкасил). Стабилизацию бутадиен-стирольных латексов обеспечивают введением в их состав водорастворимых полимеров (ПВС, КМЦ, казеин др.). В частности для латекса БС-65А показано, что процесс стабилизации коллоидной системы 10%-ным раствором КМЦ сопровождается изменением величин поверхностного натяжения (s) и краевого угла смачивания (q). Для этих величин наблюдается экстремум: максимум для первой и минимум для второй, находящиеся в интервале от 2 до 6 % раствора КМЦ. Величины термодинамических работ в исследованном диапазоне содержания КМЦ проходят через максимум, который в 2-3 раза выше, чем для исходного латекса. Выполняя роль защитного коллоида, молекулы КМЦ за счет полярных (гидроксильных) групп обеспечивают структурирование коллоидных частиц латекса в более крупные агломераты.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
Основные порталы (построено редакторами)