Диссертация (Создание высоконаполненных эластомерных композиционных материалов на основе латексов нк и шунгита (карелита)), страница 9

Расчёт углов происходит автоматически.Образец помещался на горизонтальный предметный столик передобъективом видеокамеры таким образом, чтобы его поверхность былапараллельна оси объектива.Капли жидкостей (вода, латекс) наносились на поверхность образцов(шунгит, кварц, графит) с помощью микрошприца. Объём капель равен 3±0,5мкл.На основании величины контактного угла можно непосредственнорассчитать значения поверхностного натяжения, используя различные подходы[87].

Еще в 60-х годах Фоукс рассматривал поверхностное натяжение каквеличину, включающую целый ряд компонентов [88], и для простоты свел их вдвапараметра-полярную(σp)инеполярнуюσd )(дисперсионнуюсоставляющую. Таким образом, величину поверхностного натяжения можновыразить следующим образом:σ = σ d +σ p(1)Основываясь на данном предположении, Оуэнс и Вендт выразиливеличину поверхностного натяжения через его дисперсионную и полярнуюсоставляющую, используя уравнение геометрического среднего:⎛ σ d ⋅σ dσ lp ⋅ σ spls⎜1 + cosθ = 2+⎜ σlσl⎝⎞⎟⎟⎠(2)Ван Осс с сотрудниками, несколько переработав и усовершенствовавконцепцию Фоукса, предложили следующее выражение для величиныповерхностного натяжения:σ = σLW + σAB(3)В данном уравнении, также как в уравнении (1) σLW - неполярнаясоставляющая, названная компонентом Лифшица-Ван дер Ваальса (КЛВ), а σAB– полярная составляющая, названная кислотно-основным компонентом (ККО).

48Однако в отличие от предположения Фоукса неполярный компонент включаетвсебяпомимодисперсионныхвзаимодействий,диполь-дипольныевзаимодействия и взаимодействия диполь-наведённый диполь. Кислотноосновный компонент Льюиса выражается следующим образом:σAB = 2(σ+ · σ-)0,5(4)где σ+ и σ- - электроноакцепторные и электронодонорные параметрыполярного компонента соответственно.Таким образом, выражение для величины поверхностного натяжениявыраженное через величину контактного угла имеет следующий вид:(1 + cosθ = 2 ⋅ σ lLW ⋅ σ sLW + σ l− ⋅ σ s+ + σ l+ ⋅ σ s−)(5)3.2.3 Ротационная вискозиметрияДлякомпозиций,определениянаполненныхструктурно-механическихшунгитоммаркисвойств"Карелит"латексныхиспользовалсявискозиметр марки «Полимер РПЭ-1М» (ГДР).Вискозиметр «Полимер РПЭ-1М» работает следующим образом.

Взависимостиотвязкостиисследуемогоматериалаинеобходимостиобеспечения заданных напряжений сдвига и градиента скорости сдвигавыбирается система воспринимающих элементов и устанавливается навискозиметре. Исследуемый материал в требуемом количестве (в зависимостиот цилиндра) помещается в зазор между воспринимающими элементами.Устанавливается выбранный режим испытания: скорость вращения ротора икоэффициент воспринимающих элементов. При вращении воспринимающегоэлемента, связанного с приводом, происходит торможение внутреннегоэлемента, которое воспринимается измерительной пружиной пропорциональномоменту сопротивления, то есть вязкости жидкости. Наличие двенадцатискоростей вращения и большого набора воспринимающих элементов позволяет 49проводитьизмерениявязкостиразличныхматериаловипроводитьисследования реологических характеристик в широких пределах напряжениясдвига и градиентов скорости сдвига.

Температура контролируется с помощьютермостата. Все кривые снимались при постоянной температуре t = 25 °C.Погрешность измерений прибора составляет 4%.Исследуемая жидкость помещается в пространство между двумяцилиндрами, ротор вращается с постоянной скоростью, переключаемой припомощи передаточного механизма. При взаимодействии ротора со статоромчерез слой жидкости возникает момент, отклоняющий статор на определённыйугол.

Величина данного угла пропорциональна вязкости исследуемыхжидкостей. Для получения кривой течения псевдопластических жидкостейизмерения начинают с наибольшей скорости, а после установления постояннойвеличины переключают скорость.Предел текучести определяли графически по отрезку, отсекаемомуасимптотическойпрямой,проведеннойпопрямолинейномуучасткузависимости напряжения сдвига (определялось по показаниям прибора) отскорости сдвига на оси напряжений.Вязкости при различных скоростях сдвига в Па*с определялось какотношением напряжения сдвига к скорости сдвига.3.2.4Методы изучения дисперсного состава исходных латекса НК ишунгита, а также их смесейПри определении дисперсного состава исходных латекса и шунгита, атакже их смесей, съемка полученных растворов производилась на анализатореразмеров частиц DelsaNano (Beckman Counter).

Режим съемки выбирался всоответствии с рекомендациями, предложенными в руководстве к прибору:резмер щели (pinhole – 100 мкм2, время набора сигналов (accumulation time) –50 (в ряде случае 100, для более получения более точной информации), дляобсчета использовался метод временных интервалов (time intervals) с 50использованием метода куммуолянтов, рекомендованного для определения РЧРвполидисперсныхсистемах(cumulantmethod).Дляполучениявоспроизводимых результатов каждый образец снимался не менее 3-5 раз, вряде случаев съемку производили повторно.

Для получения адекватныхрезультатов методом ДСР возможен анализ только достаточно разбавленныхсистем (для исключения вторичного рассеяния света и других нежелательныхэффектов). В этой связи производилось разбавление анализируемых систем,точные условия которого указаны в тексте.При анализе систем методом динамического светорассеяния, длярасчетовразмеровчастициспользуетсякоэффициентдиффузии(трансляционный) и затем уравнение Эйнштейна Стокса (1):D=kБT,3πηd H(1)где kБ -константа Больцмана, T – абсолютная температура, К, η вязкость, анализируемой дисперсии, dH – гидродинамический диаметр частиц.Таким образом, результат выдается двояко – в виде коэффициентовдиффузии (средних по образцу, и усредненных при этом по интенсивностисветорассеяния) и виде продукции расчета по уравнению 1, т.е.

в виде среднихзначений(среднеобъемное,среднечисленное,Z-усредненное)идифференциальных (гистограммы) и интегральных кривых распределениячастиц по размерам (численных и объемных).Наиболееточнуюинформациюрекомендуетсяполучатьсиспользованием объемных кривых распределения частиц по размерам.Метод лазерной дифракцииLS 13 320 является одним из передовых приборов для определенияразмерачастицметодомлазернойдифракции.Использованиетеориисветорассеяния Ми и Фраунгофера позволяет получить высокое разрешение,непревзойденную точность и увеличение воспроизводимости.Выпускается 2 модификации анализатора LS 13 320.

Запатентованнаятехнология PIDS (Дифференциальная интенсивность поляризованного света) 51предполагает использование волн различной длинны, что дает возможностьанализировать частицы размером от 0,04 до 2000 мкм, тогда как одноволноваясистема может обработать частицы, размер которых находится в диапазоне от0,4 до 2000 мкм.Модуль подачи образца представляет собой разработку последнегопоколения и обеспечивает не только гибкость и простоту использованияприбора, но и стандартизацию процесса.

Сменить модуль можно в считанныесекунды с помощью уникального механизма "Auto-dock". Автоматическоеразбавление может производиться как в модуле большой емкости, так и встандартном модуле маленького объема, предназначенного для работы срастворителями.Использование анализатора частиц LS 13 320 в лаборатории любогомасштабагарантируетпростуюработуирешениелюбыхзадач.Удобное программное обеспечение позволяет легко и просто управлятьприбором и собирать и обрабатывать данные. Создавать репорты в удобнойформе.

Программное обеспечение LS13320 поставляется с настраиваемойсистемой секретности. Пользователь может выбирать из 5 уровней от полногоотсутствия до соответствия 21 CFR Part II (в соответствии с нормами FDA оэлектронных подписях и записях).3.2.5 Метод Динамического механического анализа (ДМА) дляисследования полимеровМетод динамического механического анализа (ДМА) применяется дляисследования вязкоупругих свойств материалов (модуля упругости E', модулявязкости E'', тангенса угла механических потерь пробы) в зависимости отвремени, температуры или частоты при различных осциллирующих нагрузках.Стандарты: DIN 53513, DIN 53440, ASTM D 4065, ASTM D 4092.Метод позволяет получить информацию об изменении механическиххарактеристик (E’, E’’ и tan) под действием динамической нагрузки 52(определеннойсилытемпературы.

Изприопределеннойграфиковчастоте)температурнойиконтролируемойзависимостиопределяюттемпературу стеклования, плавления и других физических и фазовыхпереходов. Возможно также определение энтальпии перехода.Области применения ДМА:•методпопулярен в «полимерных» лабораториях контроля качества иисследовательскихлабораториях;вбиохимическихлабораториях,поскольку это самый чувствительный метод для изучения стеклования идругих физических и фазовых переходов.•в лакокрасочной промышленностей и при производстве зубопротезныхнаполнителей•особоеместозанимаютиспытанияматериаловвусловияхконтролируемой влажности, или погруженных в ванну с раствором.

Этивозможности широко применяют, например, предприятия производителиавтомобилей.Задачи, решаемые при помощи ДМА:• идентификацияматериалов по характерным температурамфизических и фазовых переходов;• определениеинтервала вязкоэластичности полимеров;• определениестепени кристалличности полимеров;• исследованиевлияния модифицирующих добавок, характеристиксмесей и композиционных материалов;• старениематериалов, затвердевание / сшивание материалов поддействием различных факторов;• влияниесодержания физически и / или химически связанной водына свойства материалов;• изменениесвойств материалов под действием факторов внешнейсреды (коррозия металлов, набухание полимеров) и многие другие. 533.2.6 Метод определения электрокинетического потенциала латексаНК и дисперсии шунгитаЭлектрокинетическийпотенциалзаряженныхчастицврастворехарактеризуется электрофоретической подвижностью частиц в электрическомполе.

Скорость движения частиц, отнесенная к единице напряженностиэлектрического поля, называется электрофоретической подвижностью (UE) ирассчитывается по формуле (1):(1)UE = u / EОпределяя электрофоретическую подвижность (UE), ζ-потенциал можнорассчитать по уравнению Эйнштейна-Смолуховского (2):UE =εξf ( K a )6πη(2)где: ε - диэлектрическая постоянная среды, ζ - электрокинетический потенциал,f(Ka) - фактор, который зависит от диаметра частиц и эффективной толщиныдвойного электрического слоя (равняется 1,0 для неполярной среды; и 1,5 дляполярной среды), η - вязкость дисперсионной среды.Измерения ζ-потенциала частиц проводились на приборе Zetasizer NanoZS, фирмы «Malvern» (Великобритания).