Целью данной работы являлось установление оптимальной концентрации раствора полимера при модификации поверхности гетероцеклических нитраминов, обеспечивающей наибольшее адгезионное взаимодействие на межфазной границе.
Объектами исследования являлись пленки ПВН и ПВБ, полученные из раствора в хлористом метилене (ХМ) методом полива на инертную фторопластовую подложку, а также на наиболее развитые грани поверхности монокристаллов нитраминного типа: циклотриметилентринитрамина (Нп1) (120) и циклотетраметилентетранитрамина (Нп2) (010). Концентрация раствора полимера варьировалась от 0,5 до 4% по массе. Термостарирование образцов осуществлялось при температуре 500С в течение суток.
Учитывая, что выбор модифицирующего полимерного покрытия осуществлялся с учетом концепции кислотно-основных взаимодействий молекулярной теории адгезии, подбор оптимальной концентрации раствора полимера-модификатора также проводился с точки зрения данных теоретических представлений.
Оценка кислотно-основных характеристик поверхности (параметр D) проводилась по методу Э.Бергер [3], с использованием полярной и дисперсионной составляющих поверхностной энергии и краевых углов смачивания исследуемой поверхности кислотами и основаниями Льюиса (этиленгликоль и глицерин, 5%-ный раствор аммиака в воде и формамид соответственно). Для поверхностей, содержащих преимущественно кислотные группы (доноры протона), параметр кислотности D > 0, а для поверхностей - акцепторов протона D < 0.
Анализ полученных данных, представленных в таблице, свидетельствует о том, что зависимость изменения параметра D исследуемых пленок от концентрации исходного раствора имеет линейный характер.
Таблица 1. Кислотно-основные характеристики поверхности пленок ПВН и ВВБ
|
Полимер |
Подложка |
Значение параметра D [(мН/м)0,5] пленки сформированной из раствора в ХМ концентрацией |
||||
|
0,5 % |
1,0 % |
2,0 % |
3,0 % |
4,0 % |
||
|
ПВН |
Фторопласт |
-2,44 |
-2,38 |
-2,22 |
-2,15 |
-2,02 |
|
Нп1 |
-1,20 |
-1,06 |
-0,92 |
-0,81 |
-0,73 |
|
|
Нп2 |
-1,01 |
-0,79 |
-0,70 |
-0,58 |
-0,50 |
|
|
ПВБ |
Фторопласт |
-1,70 |
-1,62 |
-1,30 |
-1,21 |
-1,09 |
|
Нп1 |
-0,72 |
-0,61 |
-0,52 |
-0,38 |
-0,26 |
|
|
Нп2 |
-0,51 |
-0,40 |
-0,32 |
-0,21 |
-0,13 |
|
Наиболее основной оказалась поверхность пленок ПВН и ПВБ, полученных из 0,5%-ных растворов, независимо от используемой подложки. С дальнейшим увеличением концентрации происходит ослабевание основных характеристик исследуемых поверхностей.
Наблюдаемое смещение параметра D в область близкую к кислотной с увеличением концентрации раствора полимера, по-видимому, обусловлено влиянием остаточного сильнокислотного хлористого метилена.
Данное предположение было подтверждено ИК-спектроскопическими исследованиями. Наличие характерных максимумов на ИК-спектрах рассматриваемых пленок и сравнение их с эталонными спектрами чистого хлористого метилена, а также ПВН и ПВБ свидетельствует о повышении доли остаточного растворителя в пленке с увеличением концентрации исходного раствора полимера. Наблюдаемое явление, по-видимому, обусловлено отсутствием стандартной стадии отжига при получении пленок, поскольку данная операция невозможна в процессе модификации наполнителя.
Обращает на себя внимание, что во всем концентрационном интервале исследуемых полимеров наибольшей основностью характеризуются поверхности пленок, сформированных на фторопластовой подложке. В свою очередь, основные свойства поверхностей пленок, сформированных на гранях монокристаллов гетероциклических нитраминов, менее выражены. Это, вероятно, объясняется влиянием кислотных поверхностей Нп1 и Нп2 [4], на границу с которыми смещается часть винилового каркаса ПВН и ПВБ, обуславливающего основность поверхности пленки.
Таким образом, для обеспечения наилучшего взаимодействия кислотных поверхностей Нп1 и Нп2 с рассматриваемыми полимерными покрытиями целесообразно использовать ту концентрацию раствора, при которой поверхность полимера характеризуется наименьшим значением параметра D.
В связи с этим, для модификации поверхности наполнителей нитраминного типа целесообразно рекомендовать концентрацию раствора ПВН и ПВБ в ХМ от 0,5 до 2% мас.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Кленько А.В., Баранова Н.В., Бандорин В.Г. и др. Улучшение физико-механических свойств нитратцеллюлозных композиций за счет модификации поверхности наполнителя // материалы Всероссийской научно-технической конф. «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2006. - С. 199-202.
- Баранова Н.В., Бандорин В.Г., Кленько А.В. и др. Влияние дисперсности модифицированного наполнителя на эксплуатационные свойства энергоёмких нитратцеллюлозных композиций // материалы XXVI Международной научно-практической конф. «Композиционные материалы в промышленности». - Киев, 2006. - С. 20-22.
- Berger E.J. A method of determining the surface acidity of polymeric and metallic materials and its application to lap shear adhesion // J. Adhesion Sci. Tech. - 1990. - Vol. 4. - N5. - P. 373-391.
- Баранова Н.В., Богданова С.А., Бандорин В.Г. и др. Энергетические и кислотно-основные характеристики поверхностей наполнителей нитраминного типа для полимерных композиций // Журнал прикладной химии, 2005. - Том 78. - № 10. - С. 1687-1690.