Разработка композиционных материалов на основе полиэтилена, перлита и соолигомеров 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом

Составлены новые композиции, состоящие из полиэтилена низкой плотности (1), перлита (2) (месторождения Пойли Агстафинского района Азербайджана) и соолигомеров 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом (3). Композиционный материал, полученный вальцеванием смеси, состоящий из 36–38 % (1), 54–57 % (2) и 5–10 % (3) обладает прочностью при разрыве 14,3–15,7 МПа.

Ключевые слова: полиэтилен, перлит, олигомерный модификатор, композиты

The physical-mechanical properties of composites of polyethylene-matrix, filler (perlite) and modifier of various compositions have been shown that the strength of composites in all depend on nature of modifier, matrix and used filler.

Key words: polyethylene, perlite, oligomer modifier, composites

Композиционные материалы, полученные на основе крупнотоннажных полимеров, различных наполнителей и олигомерных связующих, находят разнообразное применение [1].

При использовании в качестве основы полиолефинов, в частности полиэтилена, необходимо принимать во внимание степень его кристалличности, прочность связей в основной цепи, наличие разветвлений и др. факторы, от которых в значительной степени зависят протекание механохимического синтеза при вальцевании, экструзии и др. методах переработки [2]. Под влиянием значительных тепловых и механических воздействий может происходить деструкция полимера, сопровождающаяся изменением молекулярной массы, молекулярно-массового распределения, степени разветвленности макромолекул и др. показателей.

В настоящей статье приводятся результаты наших исследований по разработке композиционных материалов Пойли, Агстафинского района Азербайджана на основе полиэтилена низкой плотности, двойных соолигомеров 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом и наполнителя – (природного материала) перлита из месторождения. Последний представляет собой смесь, состоящую из SiO₂ (66,82 %), Al₂O₃ (13,23 %), K₂O (3,61 %), Na₂O (3,36 %), MgO (1,47 %), FeO (3,27 %) и др. оксидов.

Использованные в работе соолигомеры были синтезированы блочной инициированной соолигомеризацией 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом (температура 80⁰С, инициатор — Диниз, время реакции 3 часа). M_w=4486, M_n=630(M_w/M_n=6,9) (данные получены хроматографированием соолигомеров на гель-хроматографе «Kovo» (Чехия), неподвижная фаза — SeparonSGX, эльент – ДМФА) [6]. Независимо от соотношения исходных мономеров имеет место образование соолигомеров со строго чередующимися звеньями 2-пропенилфенола и малеинового ангидрида, что находится в соответствии с литературными данными по соолигомеризациивинильных мономеров с малеиновым ангидридом.

Рис. 1. Схема реакции

Композиции готовили смешением расплавленного полиэтилена (марки 15803–020) с наполнителем (перлитом) и соолигомером на лабораторных вальцах при температуре 130–140⁰С в течение 15–20 мин, до получения гомогенной массы.

Вначале были проведены лабораторные испытания композиций, состоящих только из ПЭ и наполнителя. Их соотношение составляло 90:10, 80:20, 70:30, 50:50 и 30:70. Было установлено, что с увеличением содержания наполнителя в смеси с ПЭ от 10 до 30 % не оказывает существенного влияния на прочностные свойства полученных композиций, в то время, как значения относительного удлинения, как и следовало ожидать, падают.

Далее были проведены испытания композиций, состоящих из ПЭ и наполнителя при их вышеуказанных соотношениях, но дополнительно содержащих в небольших количествах соолигомеры (5 и 10 %).

Были составлены также композиции, состоящие из ПЭ и соолигомеров, т. е. в которых наполнитель отсутствовал.

Прочностные свойства составленных композитов определяли на разрывной машине ЗИП (модель МР 0.5.1).

Полученные результаты приводятся в табл. 1.

Результаты испытаний составленных новых композиций

Как видно из представленных в табл.1 данных, существенное влияние на прочностные свойства композиции оказывает наличие в нейсоолигомеров 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом (композиции 4–6). Предел прочности при растяжении составляет 12,1–12,5 Мпа (при относительном удлинении 17 %). Композиции, состоящие только из ПЭ и наполнителя (при их соотношении 90–70:20–30) по своим прочностным свойствам близки с ПЭ без наполнителя.

Однако при увеличении количества перлита до 60–70 % наблюдается значительное улучшение прочностных свойств и снижение относительного удлинения.

Из этих результатов проведенных сравнительных исследований видно, что при включении в состав композиции ПЭ-наполнитель дополнительно модификатора (соолигомеров) достигаются достаточно высокие результаты по устойчивости к растяжению.

Следует отметить, что модифицирующие добавки (обычно соединения с полярными группами) в процессе вальцевания составленной композиции участвуют в так называемых «механико-химических синтезах». Очевидно, что при этом происходит частичная деструкция полиэтиленовых цепей и участие модификатора в реакции «сшивки» цепей. При включении в композицию 5 % модификатора (что составляет 4,8 % в смеси) происходит образование относительно редкой сетки. При увеличении его количества до 10 % (в композиции ~9,5 %) частота сетки выше, предел прочности при этом достигает 12,1–12,5 Мпа (относительное удлинение составляет 17 %). По-видимому, в реакции могут частично участвовать и винилиденовые группы обычно имеющиеся в ПЭ.

Общеизвестно, что при вальцевании например, каучуков на холоду и даже при простом многократном сжатии под прессом в присутствии малеинового ангидрида наблюдается присоединение последнего к полимерным цепям, при которых возможны, как внутримолекулярные, так и межмолекулярные превращения [7].

Очевидно, что при взаимодействии ПЭ с соолигомером 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом можно ожидать образования сшитых структур путем участия звеньев малеинового ангидрида с макрорадикалами, образующимися вследствие частичной механодеструкции [8].

Таким образом, структура и прочность образующихся композитов будет во многом зависит от природы модификатора, полимера и наполнителя.

Полученные композиционные материалы рекомендуются при изготовлении различных изделий в промышленности и в быту.

Литература:

1. Филиппов П. В., Крюкова И. М. // Современные техника и технологии: Труды VI Межд. научно-практ. Конф. Молодых ученых, Томск, 2000, с. 331–333.
2. Джафаров В. Д. Исследование влияния наполнителей на надмолекулярную структуру и свойства полиэтиленовых композиций. // Процессы нефтехимии нефтепереработки, 2005, с. 63–80.
3. Джафаров В. Д. Исследование свойств наполненных полиэтиленовых материалов, аппретированных сополимерами малеинового ангидрида. // Высокомолекулярные соединения, 2006, с. 71–79.
4. Джафаров В. Д., Эфендиев А. А. Синергетический эффект смесей минеральных наполнителей в композициях на основе аппретированного полиэтилена высокого давления. // Пластические массы, 2007, с. 28–30.
5. Джафаров В. Д., Бабаева Г. Р., Велиев И. В. Создание высоконаполненных композиций на основе полиэтилена низкой плотности, каолина и полимерного аппрета. // Вестник Азерб. Инженерной Академии, 2013, с. 83–86.
6. Магеррамов А. М., Байрамов М. Р., Азимова Н. В. Получение соолигомеров 2-пропенилфенола с малеиновым ангидридом и исследование их превращений с аминами в качестве ингибиторов коррозии стали. // Прикладная химия, 2014, т. 87, вып. 4, с. 463–467.
7. Барамбойб Н. К. Механохимия высокомолекулярных соединений, М., изд. Химия, 1971, с. 151–152.
8. Гуль В. Е. Структура и прочность полимеров, М., изд. Химия, 1071, с. 340.