Модификация полиамида ацетатом металла

АННОТАЦИЯ

Одним из простейших способов улучшения свойств полимера является их модификация c различными добавками. В данной работе исследована модификация полиамида ацетатами цинка, никеля, кадмия и свинца. Модификация полиамида позволяет улучшить физико-механические свойства базового полиамида. Ацетаты металлов оказали значительное влияние на теплостойкость полиамида.

ABSTRACT

One of the simplest ways to improve the properties of polymers is to modify them with various additives. In this work, we studied the modification of polyamide with acetates of nickel, zinc, cadmium, and lead. Modification of polyamide can improve the physical and mechanical properties of the base polymer. Metal acetates had a significant effect on the heat resistance of polyamide.

Ключевые слова: полиамид, ацетат никеля, ацетат цинка, ацетат свинца, ацетат кадмия, плотность, удлинение, усадка.

Keywords: polyamide, nickel acetate, zinc acetate, lead acetate, cadmium acetate, density, elongation, shrinkage.

Введение. В настоящее время материалы из полимеров находят широкое применение в народном хозяйстве. Применение полимеров служит повышению научно-технического уровня, развитию страны в различных областях. Однако в подавляющем большинстве случаев физико-механические характеристики базовых полимеров (полиэтилена, полипропилена, полиамида и др.) сами по себе оказываются недостаточными для эффективного применения в различных областях. Поэтому практически сразу после освоения промышленного производства базовых полимеров стали прибегать к его модификации, компаундируя с наполнителями различной природы, с целью улучшения эксплуатационных качеств материала. Так, широко применяемым приемом для повышения жесткости и теплостойкости полимера является введение различных добавок в состав полимера [5].

Целью данной работы являлось исследование влияния ацетата металлов на теплофизические свойства базового полиамида.

Объекты и методы исследования

В работе использовался полиамид марки Ultramid PA66 А3K c показателем текучести расплава (ПТР) 115 гр/10 мин производство БАСФ. Синтез ацетата металлов осуществлялся по ранее известной методике [4].

Перемешивание состава компаундов проводили в лабораторном двухшнековом экструдере при температуре 240–280 °С и частоте вращения шнеков 80 об/мин. Предварительно все компоненты смешивали вручную в течение 15 мин и затем загружали в лабораторный экструдер.

Образцы для испытаний были изготовлены методом инжекционного литья при температуре 260 °С. Полученные образцы выдерживались при температуре 23 °С и относительной влажности 50%, не менее 40–60часов для измерения усадки образцов и не менее 40 часов для измерения других показателей, согласно требованиям стандарта ISO.

ПТР образцов определялcя по стандарту ISO-1133 в приборе фирмы TiniusOlsen, модель МР 1200.

Модуль упругости при растяжении (стандарт ISO-527-1/2), модуль упругости при изгибе (стандарт ISO-179) измерялись в универсальной тест-машине фирмы TiniusOlsen, модель UTM Н25 КТ.

Ударная вязкость по Изоду (стандарт ISO-180) измерялась в маятниковом приборе фирмы TiniusOlsen, модель PLASTIC IMPACT IT 504.

Температура изгиба под нагрузкой измерялась по стандарту ISO-75-2 в приборе фирмы TiniusOlsen, модель 303HTDM.

Измерение усадки полимерных компаундов проводилось на оптическом микроскопе «OLYMPUS STM 6» по стандарту ISO-294. В литьевой форме имеются отметки, которые появляются в отлитых образцах. Усадка определяется разницей расстояний в форме и в образце.

Полученные результаты и обсуждение

Нами разработан специальный метод введения синтезированного ацетата цинка (никель/кадмий/свинец) в полимерной матрице методом смешения в расплаве. Во время компаундирования за счет высокой температуры ~270 °С и трения между шнеками ацетат цинка деструктируется на СO₂, H₂O и кристаллический Zn. Нанокристаллический Zn является многофункциональным неорганическим материалом, привлекающим все большее внимание в последние годы в связи с его значительной физической и химической стабильностью, высокой каталитической и антибактериальной активностью.

В настоящей работе с помощью метода деструкции ацетата цинка непосредственно при компаундировании были получены нанокомпозиты полимер-металл равномерной степени дисперсности неорганической фазы. Присутствие наночастиц цинка в полимерной матрице преобразует свойства базового полимера, как показано в таблице 1.

В таблице 1 предоставлены физико-механические свойства полученных компаундов с ацетатами металлов (Zn, Ni, Pb, Cd).

Таблица 1.

Физико-механические свойства компаундов

В таблице 1 показаны физико-механические свойства компаундов с различными ацетатами металлов. При этом концентрация модификаторов составила 3% масс. Это сделано для оценки влияния природы и типа частиц металлов на базовые свойства полиамида.

При добавлении добавок 3% масс. в ПА плотность компаундов увеличивается незначительно, а показатель текучести расплава увеличивается в среднем на 5–9%. Это связано с присутствием мономеры ацетатов в межслоевом пространстве макромолекул полиамида.

Модуль упругости композита увеличивается на 17–24%. Как видно из полученных результатов, при добавлении частиц металлов различной природы наблюдается монотонное увеличение модуля упругости, что объясняется блокирующими эффектами частиц металлов, что препятствует конформациям макромолекул полиамида.

Относительное удлинение при разрыве и ударная вязкость по Изоду также улучшаются из-за равномерно рассеянных частиц металла, что позволяет равномерно распределять энергию удара по всей полимерной матрице.

Показаны изменения теплостойкости базового полиамида от содержания частиц металлов различной природы. При добавлении ацетата металлов увеличивается температура изгиба под нагрузкой при 0,45 МПа на 7–12 °С. Данный показатель может быть результатом того, что частицы металлов служат зародышеобразователями кристаллизации макромолекулы полиамида. Отсюда и более высокая теплостойкость модифицированного полиамида. Следовательно, роль частиц металлов в этом случае сводится к видоизменению надмолекулярной структуры полимерной матрицы.

Выводы

Полученные экспериментальные данные позволяют предположить перспективность данного направления исследований, поскольку разработка новых полимерных компаундов на основе ацетата металлов и полиамида позволяет расширить область применения базового полиамида.

Список литературы:
1. Дерягин Б.В., Жеребков С.К. Смачивание минеральных наполнителей каучуками общего назначения // Журнал прикладной химии. – № 2. – Т. 1. – С. 122–129.
2. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. – Киев, 1986. – 260 с.
3. Тураев Э.Р., Джалилов А.Т., Микро- и нанокомпозиционные материалы на основе полиолефинов : монография. Ташкент : Fan va texnologiyalar Markazining basmaxonasi, 2017. – С. 1–90.
4. Химическая энциклопедия / редкол.: И.Л. Кнунянц [и др.]. – М. : Советская энциклопедия, 1995. – Т. 4. – 639 с.
5. Harper С.А. Handbook of plastics, elastomers and composites. – New York : Mc Grow Hill Handbooks, 2002. – 210 p.