Синергические системы в многокомпонентных эластомерных материалах - идентификация, анализ, формирование

На правах рукописиНАУМОВА ЮЛИЯ АНАТОЛЬЕВНАСИНЕРГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХЭЛАСТОМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ:ИДЕНТИФИКАЦИЯ, АНАЛИЗ, ФОРМИРОВАНИЕ05.17.06. – Технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква 20131Работа выполнена в федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования«Московский государственный университет тонких химических технологийим. М.В.

Ломоносова» на кафедре Химии и технологии переработки эластомеровНаучный консультант:Агаянц Иван Михайлович, доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Коврига Владислав Витальевич, доктор технических наук, профессор,ООО «Группа ПОЛИМЕРТЕПЛО» – директор по науке и развитиюСоловьев Михаил Евгеньевич, доктор физико-математических наук,профессор, ФГБОУ ВПО Ярославский государственный техническийуниверситет – профессор кафедры Химии и технологии переработкиполимеровКейбал Наталья Александровна, доктор технических наук, доцент,Волжский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПОВолгоградский государственный технический университет – профессоркафедры Химической технологии полимеров и промышленной экологииВедущая организация – ООО «Научно-технический центр «НИИШП»Защита состоится «23» декабря 2013г.

в 1500 часов на заседанииДиссертационного Совета Д 212.120.07 при Московском государственномуниверситете тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова по адресу:г. Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1.Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по адресу:119571, Москва, проспект Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М.В. Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскогогосударственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносовапо адресу: Москва, проспект Вернадского, д.

86.С авторефератом диссертацииhttp://www.mitht.ru и http://vak.ed.gov.ru.можноознакомитьсянасайтахАвтореферат разослан «22» ноября 2013 г.Ученый секретарь Диссертационного Советадоктор физико-математических наук, профессор:2Шевелев В.В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В резиновой промышленности существует тысячиуникальных рецептур, что связано с разнообразными условиями эксплуатациирезинотехнических изделий и спектром предъявляемых к ним требований.

Этоопределяет широкий выбор ингредиентов для достижения определенногокомплекса свойств эластомерных материалов. Выбор ингредиентов и их сочетаний вявном или скрытом виде подразумевает реализацию синергических эффектов,связанных с достижением свойств, отличных от средневзвешенной суммысвойств ингредиентов, взятых в отдельности.

При этом следует особо отметитьмножество неиспользованных возможностей, связанных с синергическимдействием компонентов в такого рода материалах.В общем случае эластомеры и композиционные материалы на их основепредставляют собой гетерогенные, многокомпонентные, многофазные, анизотропные системы. Изучение этих систем связано с решением задач по нахождениюоптимальных условий протекания технологических процессов и оптимизациисвойств плохо организованных (диффузных) систем. При этом сложностизаключаются в наличии множества неконтролируемых факторов и в отсутствиивозможности выделить явления или процессы одной физической природы,зависящие от небольшого числа переменных и представить результаты хорошоинтерпретируемыми функциональными зависимостями, параметры которых,имели бы физический смысл.Построение рецептур полимерных композиционных материалов зачастуюосуществляется с применением однофакторного эксперимента.

Это приводит нетолько к необходимости проведения большого массива экспериментальныхисследований, что существенно снижает эффективность организации научноисследовательских работ, но и затрудняет исследование композиционныхматериалов с учетом процессов, обусловленных взаимодействием всех компонентоврецептуры. Использованная в работе методология активного многофакторногоэксперимента, основы которого были заложены В.В. Налимовым, позволяет вполной мере реализовать потенциал смесевых ингредиентов, входящих врецептуру композиционного материала, например, комбинаций наполнителей,компонентов вулканизующей группы. Это приобретает особое значение внастоящее время, когда современные тенденции рецептуростроения эластомерныхматериаловподразумеваютприменениеингредиентовмногоцелевогоназначения.

Такой подход позволяет проводить оптимизацию составов резин иэффективно решать технико-экономические задачи и экологические проблемысоздания эластомерных материалов для современных технических изделий.До настоящего времени не разработаны научно обоснованные подходыдля количественной оценки эффектов взаимодействий компонентов, что непозволяет полностью раскрыть потенциал многокомпонентных эластомерныхкомпозиций и мешает переходу исследований на качественно новый уровень.Таким образом, разработка методов целенаправленного создания рецептур набазе синергических систем может рассматриваться как мощный инструмент3рецептуростроения эластомерных композиционных материалов и представляетсобой актуальную задачу.Целью работы является разработка методологических принциповидентификации, анализа и формирования синергических систем компонентовэластомерных композиций; оптимизация их составов с учетом предъявляемыхтребований к изделиям, что в совокупности позволяет научно обоснованнорешать практические задачи рецептуростроения эластомерных материалов ивыбора параметров технологических процессов их переработки.Для достижения поставленной цели были выбраны и реализованыследующие направления исследований: формирование терминологической базы применительно к эластомернымкомпозиционным материалам (ЭКМ) – синергизм, виды и формысинергизма, синергический эффект, синергическая система; разработка научно обоснованных подходов к поиску и анализу условийформирования свойств эластомерных материалов, отличных от значений,рассчитанных по правилу аддитивности, при взаимодействии комбинацийкомпонентов эластомерных композиций; создание методологических принципов количественной оценки эффектовсинергизма и антагонизма при формировании технологических итехнических свойств эластомерных материалов; прогнозирование физико-химических, технологических и эксплуатационныхсвойств полимерных композиционных материалов, формирующихся врезультате реализации синергических эффектов, путем построения и изучениядиаграмм состав-свойство и применения методов парной и множественнойкорреляции; разработка и апробация методологических подходов целенаправленногоформирования синергических систем компонентов в рецептурах резин дляпроизводства шин и РТИ и в материалах, получаемых переработкой растворовполимеров, с целью эффективной реализации потенциала ингредиентовкомпозиционных материалов и повышения качества выпускаемой продукции.Научная новизна. На основании онтологического анализа вопросов, связанных сконкретизацией ключевых понятий и определений – синергизм, синергическийэффект, синергическая система, расширены представления о формах и видахсинергизма, наблюдаемых в эластомерных композиционных материалах. Разработаны методологические принципы анализа синергических иантагонистических эффектов, наблюдаемых в отношении свойств ЭКМ иреализуемых при взаимодействии компонентов рецептур резиновых смесей, чтопозволяет с применением комплекса экспериментальных методов и математического аппарата эффективно решать задачи целенаправленного формированиясинергических систем в эластомерных материалах и изделиях на их основе. Разработан метод количественной оценки синергических эффектов,проявляемых комбинациями низкомолекулярных и высокомолекулярныхкомпонентов эластомерных материалов, основанный на использовании аппарата4математической химии: теории нелинейных дифференциальных уравнений,принципов топологии, теории графов, фрактальной геометрии; с привлечениемсовременных программных продуктов и основных приемов статистическойобработки данных и планирования эксперимента. Предложены математические модели, описывающие основные стадииформирования эластомерных материалов в технологических процессах приварьировании компонентов синергических систем.