с 01.01.2010 по настоящее время
Ангарск, Иркутская область, Россия
Предложен альтернативный способ определения структуры полимерных композиционных материалов, основанный на комплексном использовании физико-механических и спектральных методов анализа
полимерные композиционные материалы, микроструктура
Одним из перспективных направлений химии и технологии высокомолекулярных соединений является получение композиционных материалов на основе органических полимеров и кремнийорганических производных. Такие материалы отличаются от классических полимеров наличием двух или более фаз с четкой границей раздела. Благодаря такому составу композиты могут превосходить традиционные материалы по целому комплексу характеристик, что делает их привлекательными для использования в самых разных отраслях промышленности.
Важным вопросом при получении таких материалов является определение их структуры. Это связано с тем, что в процессе их синтеза могут образовываться различные типы связывания фаз композита с получением:
- обычной механической смеси двух разнородных полимеров – органического и кремнийорганического, в которой сами компоненты представлены в виде крупных частиц, не связанных между собой ни химически, ни физически;
- продуктов сополимеризации (или сополиконденсации), в которых молекулы полимеров будут химически связаны между собой;
- материалов смешанного типа, когда одновременно присутствуют и молекулы чистых полимеров, и продукты их химического взаимодействия;
- взаимопроникающих полимерных сеток (ВПС) и полувзаимопроникающих полимерных сеток (полу-ВПС) – особых структур композиционного материала, которые представляют собой либо сетки двух полимеров, переплетенные между собой (ВПС) или сетку одного полимера, в которую интеркалированы линейные молекулы второго (полу-ВПС). При этом в обоих случаях отсутствует химическое связывание между молекулами, а удерживание сеток осуществляется за счет механического переплетения цепей полимеров [1].
Чтобы определить, к какому типу принадлежит получаемый продукт, оценивают термодинамическую совместимость его компонентов, основываясь на энергии их смешения [2].
Альтернативным вариантом решения данной проблемы может быть использование комплекса методов анализа, которые будут отличаться меньшими временными и ресурсными затратами.
Для того, чтобы охарактеризовать структуру получаемого полимерного или композиционного материала, нужно определить:
- связаны ли компоненты фаз композита между собой химически (чтобы определить, имеет ли место наличие двух разнородных фаз);
- насколько крупные частицы представляют собой элементы фаз;
- насколько прочно связаны между собой фазы композита.
Для определения наличия химического связывания между фазами композита можно использовать методы спектроскопии (например, ИК или ЯМР-спектроскопию). По характеру полос поглощения в области предполагаемой химической связи между функциональными группами компонентов композита можно определить не только факт химического взаимодействия между ними, но также и характер их взаимного влияния.
Определить размеры частиц отдельных фаз можно с помощью сканирующей или просвечивающей электронной микроскопии. На основе данных о размерах и форме микрочастиц композита можно сделать вывод об однородности его состава и свойств.
Степень связывания фаз можно оценить с помощью методов калориметрии (например, дифференциальной сканирующей калориметрии) и термомеханического анализа получаемых образцов композита [3].
Несмотря на то, что предложенный комплекс методов требует достаточного количества образца для проведения исследований, а также определенной приборной базы, благодаря ему можно не только с достаточной достоверностью определить структуру композита, но и получить дополнительную информацию о его химических и физико-механических характеристиках.
1. Липатов, Ю. С. Взаимопроникающие полимерные сетки : монография / Ю. С. Липатов, Л. М. Сергеева. - Киев: Наукова думка, 1979. - 160 с.
2. Тагер, Α. А. Термодинамическая совместимость полимеров / А. А. Тагер, В. С. Блинов // Успехи химии. - 1987. - Т. LVI. - Вып. 6. - С. 1004-1023.
3. Павлюченко, В. Н. Композиционные полимерные гидрогели / В.Н. Павлю-ченко, С. С. Иванчев // Высокомолекулярные соединения. Серия А. - 2009. - Т. 51. - № 7. - С. 1075-1095.
