ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КЛЕЕВ

АННОТАЦИЯ

В статье изучено основные эксплуатационные свойства разработанного композиционного полимерного клея в зависимости от концентрации наполнителей (древесная мука, декстрин, крахмал).

ABSTRACT

The article studies the main operational properties of the developed composite polymer glue, depending on the concentration of fillers.

Ключевые слова. Органические и неорганические ингредиенты, сырьё, структура, клей, физико-химические свойства, наполнитель, полиакрилонитрил, волокно.

Keywords. Organic and inorganic ingredients, raw materials, structure, glue, physical and chemical properties, filler, polyacrylonitrile, fiber.

Современный этап развития химии и технологии композиционных полимерных материалов во многом определяются поиском путей создания материалов с улучшенными комплексами свойств, среди которых особое место занимает композиционные материалы для получения клеев.

Клей в основном применяется для наклеивание бумажных этикетов, корьерезок и других распознавательных предупредительных знаков на металлическую, стеклянную пластиковую, картонную и другие тары, а также может быть использовано также в пищевой промышленности.

Этикеточные клеи на водной основе применяются издавна. Первые подобные клеи имели в своей основе такие натуральные полимеры, как декстрин, крахмал или казеин. Сегодня клей на основе казеина занимает лидирующие положение при нанесение этикеток на стеклянные бутылки, поскольку они могут наносится как влажные, так и на сухие холодные или теплые поверхности с помощью очень высокоскоростных машин (до 80 тыс. бутылок в час) и обеспечивают отдельные результаты склеивания.

В настоящее время известно большое количество методов адгезионных испытаний систем полимер-металл. Однако, большинство из них предлагает испытания образцов в виде различных склеек. Для оценки адгезии полиакрилонитриловых композиционных покрытий испытания проводили по методике [1,2] путем растяжения металлической подложки с клеем. 

Для определения оптимального состава модификаторов нами проведены исследования зависимости адгезионной прочности на основе модифицированного полиакрилонитрильного композиционного клея от концентрации целевых добавок, таких как, древесная мука, декстрин, крахмал (рис.1)  [3].

Как видно из рисунка 1 у всех исследованных покрытий на основе полиакрилонитриловых композиций появляется экстремальная зависимость адгезионной прочности клея от концентрации наполнителей в материале покрытия. При этом у всех полиакрилонитриловых композиционных покрытий до 25% содержаний наполнителей адгезионная прочность повышается, а при дальнейшем увеличении содержания наполнителей она снижается [4].

Рисунок 1. Зависимость адгезионной прочности на основе модифицированного композиционного клея от концентрации крахмала(1), декстрина (2) и древесной муки (3), 4-немодифицированный

Было исследовано водостойкость композиционного полимерного клея по ГОСТ 30535-97. При длительном действии воды на клеевое соединение происходит уменьшение его прочности. Эффект уменьшения прочности зависит от вида клея, склеиваемых материалов, технологии склеивания и т.д., а также от соотношения площади клеевого соединения к его периметру, открытого действия воды.

Механизмы снижения прочности могут значительно различаться. В большинстве случаев конечный эффект определяет различие напряжений при увлажнении или сушке независимо от характера разрушения - адгезионного, когезионного или по склеиваемым материалам. Ряд клеев подвержен гидролитической деструкции, некоторые клеи при длительном действии воды растворяются.

Стойкость к действию воды определяется сравнением прочности образцов, выдержанных в течение определенного времени в воде и на воздухе. Чаще всего водостойкость определяют по изменению прочности при сдвиге, иногда - при неравномерном отрыве. Продолжительность испытаний в отечественной практике, как правило, составляет 30 сут (с промежуточными сроками 10, 15, 20 сут). Образцы выдерживают в обычной водопроводной воде при комнатной температуре, потом сушат и испытывают на сдвиг. При этом фиксируют не только снижение прочности, но и характер разрушения. Для более полной характеристики испытуемого клея целесообразно испытывать на водостойкость несколько образцов, поверхность которых неподготовлена разными способами.

На рисунке 2 приведены результаты исследования зависимости водопоглощения разработанной композиции модифицированного поли-акрилонитрильного композиционного клея от продолжительности пребывания их в воде в течение 30 суток. Снижения показателя водопоглощения наполненных образцов объясняется тем, что в процессе отверждения образуются взаимопроникающие трехмерно сшитые сетчатые структуры. Такая структура композиции не позволяет проникновению молекул воды вглубь образцов и это в свою очередь ведет к снижению водопоглощения материала в целом [5].

немодифицированный (1), модифицированный крахмалом (2), декстрином (3) и  древесной мукой (4)

Рисунок 2. Зависимость водопоглощения композиционного полимерного клея на основе полиакрилонитрила модифицированный различными целевыми добавками от продолжительности пребывания в воде

Как видно из кривых 1,2,3,4 рисунка рис.  2 степень водопоглощения образцов во всех случаях увеличивается и в течении 30 дней. При дальнейшем пребывании в воде водопоглощения образцов сильно замедляются и практически сохраняется на этом уровне до 40 дней пребывания в воде, то есть увеличение водопоглощения не происходит.

Для сравнения параллельно была исследована водостойкость немодифицированного образца. Как видно из кривой 1 водопоглощения немодифицированного образца резко отличается от модифицированных образцов. При модифицированных композиционных полимерных клеев значительно снижается их водопоглощение. Наименьшее водопоглощение наблюдается у композиционного полимерного клея, наполненного древесной мукой.

На основе синтезированных полимерных клеев получают адгезионные тонкие пленки, на поверхности бумаги. При этом адгезивный слой должен обладать высокой однородностью как по толщине, так и по содержанию компонентов системы.  Эти показатели должны сопровождать основное свойство тонкой пленки - высокую энергию адгезии к бумажной основе и поверхности, на которую будет закрепляться стикер. Величина адгезии полимерной пленки к поверхности бумаги задается химическим составом синтезированного полимера и введенных в исходную дисперсию различных добавок.

Таким образом, разработанные рецептуры синтеза композиционных полимерных клеев позволяют сократить число дополнительно вводимых химических компонентов. Проведенные исследования показали, что используемые смеси целевых добавок позволяют обеспечить весь необходимый спектр свойств, предъявляемым к клеям, используемой для формирования адгезивной пленки на поверхности бумаги.

Список литературы:

1. Поздняков О.О., Поздняков А.О., Регель В.Р. Экспериментальные исследования механической и термоокислительной стабильности межфазной области полимер-подложка // Физика твердого тела, 2005,том 47, вып.5, -С.924-930.
2. ГОСТ 32299-2013 (ISO 4624: 2002) Межгосударственный стандарт материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом отрыва. М.: Стандартинформ, 2014, 15 с.
3. Tukhliyev G.A, Negmatova K.S, Babakhanova M.G, Soliyev R.Kh, Munavvarkhanov Z.T. Research of physical-chemical and strength properties of composite polymer adhesives based on local and secondary raw materials. //”Journal of critical reviews” 2020. ISSN- 2394-5125 №103.- Рр.326-329.
4. Негматов С.С., Саидахмадов Р.Х., Тухлиев Г.А., Абед Н.С., Улмасов Т.У. Изучение и анализ адгезионной прочности полимерных композиционных покрытий // Композиционные материалы. – Ташкент, 2017. №2. - С. 81-82.
5. Тухлиев Г.А., Бабаханова М.Г., Негматова К.С., Рахимов Х.Ю., Негматов С.С. Водостойкость композиционного полимерного клея, наполненного разлиычними цулевыми добавками // Композиционные материалы –Ташкент, 2020. №1-С. 139-140.