Отзыв официального оппонента 1 (Разработка многокомпонентных капсулированных гетерогенных смесей полимеров с повышенной межфазной адгезией)

отзыв официального оппонента на диссертационную работу Полдушова Максима Александровича «Разработка многокомпонентных капсулированных гетерогенных смесей полимеров с повышенной межфазной адгезией», представленной на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 05.17.06 — «Технология и переработка полимеров и композатОв» Актуальность работы. Освоение и внедрение новых технологий в различных отраслях промышленного производства связано с потребностью в полимерных материалах с новыми свойствами. В области переработки и создания полимерных композиционных материалов поставленную задачу в основном решаюг путем совмещения и модификации полимеров, имен>ших технологически отлаженное многотопнажное производсгво.

Как показывает практика, модификация полимерных материалов путем их совмешсния даст весьма хорошие результаты, хотя и не лишена некоторых недостатков, таких как термодинамическая и технологическая несовместимость полимеров. Как известно, смеси несовместимых полимеров образовывают гетерогенные структуры. Свойства таких структур зависят от целого ряда факторов, важнейшим из которых является величина адгезии между полимерными фазами на границе раздела. В литературе предлагаются различные способы повышения адгсзии на межфазной границе, одним из которых является введение в гетерогенную систему специальных добавок компатибилизаторов. По своей химической структуре они являются блоксополимерами, блоки, которых имеют сродство к химической структуре смешиваемых полимеров. На сегодняшний день данные продукты имсют высокую стоимосгь и проявляют достаточную эффективность лишь для ограниченного количества совмещенных систем.

Поэтому исследования посвященные изысканию новых эффективных способов павь>шспия межфазной адгсзии совмещенных полимерных систем являются актуальными и своевременными. 11аучной новизной данной работы является разработка новой концепции создания полимерных смесей с заданным типом фазовой структуры, обладающей повышенной межфазной адгезией и высокими прочностными характеристиками. Большую ценность, как с научной„так и с технологической точки зрения представляют полученные автором значения межфазных натяжений дл» совмещенных систем «термопласт-эластомер» н «эластомер-эластомер», которые отсутствуют в научной литературе, Необходимо отметить, что экспериментально обнаруженный факт сохранения морфологии структур для вьш>с приведенных совмещенных систем полимеров при низких и высоких температурах позволяет прогнозировать структуру смесей в процессе их переработки.

Практическая значимость данной работы заключается в разработке новых многокомпонентных совмещенных систем полимеров с улучшенными физико-механическими свойствами. Эффект оптимизации свойств заключается в замене слабой границы раздела фаз в бинарных смесях иа новую границу раздела в тройных системах с капсулированной структурой, обладаюгцей более высокой межфазной адгезией, что влечет за гобой расширение области применения тройных полимерных систем в различных отраслях промышленности, С технологической точки зрения предложенная в работе методика расчета значений межфазного натяжения для смесей полимеров позволяет испол ьзовать их для прогнозирования образования морфологии миогокомпонентвых полимерных систем с капсулированной фазой, что позволит отказаться от неэффективного способа «проб и ошибок» при выборе необходимых компонентов полимерных смесей.

Достоверность н обоснованность научных положсний, практических рекомендаций, обоб<цснных результатов и выводов не вызывает сомнении„ так как они базируются на большом количестве реально полученных экспериментальных дапшлх с использованием современных методик и измерительного оборудования. Цель работы заключается в разработке методов повышения межфа зной адгезии в совмещенных полимерных системах путем создания смсссй с прогнозируемой каисулированной морфологией и улучшенными физико- механическими характеристиками. Структура диссертации: Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка сокращений и услов словных обозначений списка литературы из 253 наимеиовании. Работа изложена на 167 страницах текста компьютерного набора, содержит 43 рисунка и 47 таблиц.

Общая характеристика диссертации Во введении обсуждается актуальность работы, формулируется ее цель и задачи отме гаются научная новизна, практическая значимость проведенных исследований, а также приводятся данные об апрооиции диссертации на рв <личных конференциях. В первой главе (литературном обзоре) обсуждаются вопросы, связанные с формированием межфазных границ раздела в полимерных смесях, а также подробно рассматриваются способы усиления мсжфазиой адгезии посредством введения различных соединений (компатибилизаторов).

Особое внимание уделяется прогнозированию фазовой морфологии многокомпонентных полимерных смесей и влияние морфологии на конечные свойства композиций. Подробно обсуждаются методы определения 2 свободной поверхностной энергии и межфазного натяжения полимеров и наполнителей. Также рассматривается возможность прогнозирования распределения наполнителей и волокон в полимерных смесях на основе величин межфазных натяжений, и влияние формирующейся морфологии на свойства смесей.

После литературного обзора приведены выводы и сформулирована задача исследования. Во второй главе рассматриваются объекты и методы исследования, используемые В работе. Б частности, перечисляются все ~юлимеры, как термопласты, так и эластомеры для которых определялась свободная поверхностная энергия и ее составляющие.

Рассматриваются различные добавки, вводимые в полимерные смеси с целью их модификации, хими ~ески-активные соединения, олигомеры и углеродное волокно. Приводятся условия приготовления образцов для проведения испытаний. И качестпе методов исследования использовались сканирующая электронная микроскопия, для которой подробно обсуждалась методика препарирования образцов, физико-механические испытания, определение поверхностного натяжсние, реологическиеи реомстрические исследования. Третьи глявя посвящена анализу имеющихся медов расчета всличин свободной поверхностной энергии полимеров, а также межфазных натяжений в полимерных смесях.

Основная идея работы заключалась в создании смесей с капсурированной морфологией, которая характеризуются повышенным взаимодействием на границе раздела фаз. Такие морфологии формируются самопроизвольно в процессе смешения, причем условием их формирования является снижснис межфазпого натяжения на двух вновь образующихся границах раздела по сравнению с межфазным натяжением исходной бинарной смеси. Первая часть работы была посвящена выбору полимсрных систем, в которых данный тип морфологии наблюдался. С этой целью осуществлялось прогнозирование фазовой морфологии, для которого необходимо знать величины межфазных натяжений между контактирукпцим и полимерами.

Поскольку в литературе данные по межфазным натяжениям в смесях содержащих эластомеры практически отсутствуют, то автором была разработана опытно-расчетная методика их определения. С использованием данной методики были найдены значения межфазных натяжений для более чем 100 полимерных пар, отсутствовавших в литературе. На основе анализа многочисленных уравнений, предложенных для расчета поверхностных и мсжфазных натяжений, были выбраны уравнения и системы жидкостей, позволяющие получать наиболее адекватные значения.

Кромс того, были получены значения свободной поверхностной энергии для ряда широко применяемых наполнигелей, таких как технический углерод, белая сажа, а также углеродного и стекловолокна. В четвертой главе на основании полученных межфазных натяжений производилось прогнозирование фазовой морфологии тройных смесей 3 содержащими олигомеры, на на рисунке 4.13 б-г, не термопластов, термопластов с эластомерами и эластомеров. Прогнозирование осуществлялось с использованием двух методов расчета коэффициентов растекания, с использованием межфазных натяжений (уравнение Торза и Мэйсона) и параметров растворимости. С использованием сканирующей электронной микроскопии были исследованы реальные морфологии изученных тройных смесей и подтверждена применимость уравнения Торза и Мэйсона.

Использование уравнений включающих параметры растворимосги не позволило получить верного прогноза ни для одной смеси (табл. 4.2.1 4.2.2, 4.4 и 4,6). Предложенная в работе концепция усиления адгезии в полимерных смесях проверялась на примсрс девяти смесей термопластов и эластомеров, характеризующихся капсулироваппой морфологией. Формировяние капсулированпой морфологии приводит к снижению величины межфазного натяжения, что сопровождалось повышением прочности, модуля у~~ругости и относительного удлинения смесей !рис. 4.6, 4.

!1). Более того, было показано, что смеси содержащие в качестве капсулирующсй фазы жидкий олигомер. которы й обладает незначительными механическими свойствами, ~ акже имеют повышенные прочностные характеристики по сравнению с исходными бинарными смесями (рис. 4,14), что подтверждает основную идею работы.

В пятой главе обсуждались способы модификации границ разде га путем химической модификации одной из фаз полимера смеси и введения углеродного волокна. Оценка физико-механических свойств изученных полимерных композиций подтвердила идеи, выдвинутые в работе, касательно механизмов усиления смесей короткими высокомодульпыми волокнами. Волокна, концентрируясь в дисперсной фазе полимера, при концентрации 3-5 мас.',4 проникают в соседнюю фазу матрицы и, тем самым, скрепляют границу раздела. Формирование подобной структуры приводило к заметному повышению модуля упругости, прочности и относительного удлинения при разрыве полимерных композиций. По работе ! !олдушова М.А, имеются и отдельные замечания и пожелании; 1.