Диссертация (1091405), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Введение 5% ТМДЭТА снижает прочность пленок более чем в 2 раза(8,7 МПа), а ДСДМАХ — в 7 раз (3,2 МПа). Таким образом, применение более1% каждого агента нежелательно ввиду ухудшения физико-механическиххарактеристик.Следует отметить, что разрабатываемые композиции должны содержатькакбиоразлагаемыеповерхностиотпластики,клетокотвечающиебактерий,такизаэффектсамоочищенияантибактериальныеагенты,ингибирующие рост микроорганизмов. Поскольку введение и пластиков, иагентовотрицательновлияетнафизико-механическиехарактеристики,необходимы испытания пленок из ДСТ, содержащих одновременно пластики иагенты в различных соотношениях, и на их основании решить компромисснуюзадачу — разработать состав материала покрытий с необходимым уровнемфизико-механических, адгезионных и антибактериальных свойств.793.3.2.
Изучение адгезионных свойств покрытийВведениедополнительныхингредиентовврецептурупокрытиянеизбежно повлечет за собой изменение не только физико-механических, но иадгезионных свойств покрытия. Поэтому было проведено изучение влияниясодержания биоразлагаемых пластиков и антибактериальных агентов впокрытиях из ДСТ на динамические характеристики покрытий и на прочностьсвязи при расслаивании системы покрытие-резина.На рисунке 3.10 приведены результаты динамических адгезионныхиспытаний покрытий из ДСТ/ПЛА и ДСТ/ПГБ.250300Уст. выносл. приизгибе, тыс.цикловУст.выносл. прирастяжении, тыс.циклов35025020015010050020015010050005101520Содержание пластиков, % масс.05101520Содержание пластиков, % масс.Рисунок 3.10.
Зависимость усталостной выносливости покрытия примногократном растяжении (слева) и многократном продольном изгибе(справа) от содержания в ДСТ ПЛА (сплошные линии) и ПГБ (штриховыелинии).Из представленных зависимостей видно, что покрытие из ДСТпоказывает наибольшую динамическую выносливость, составляющую 300 тыс.циклов растяжения и более 180 тыс. циклов при продольном изгибе. Введениепластиков снижает динамическую выносливость покрытий, что особеннонаглядно видно при многократном растяжении. Так, при введении 15% масс.ПЛА снижается количество циклов растяжения в 3 раза, а 15% ПГБ — в 6 раз;количество циклов изгиба снижается не столь значительно — на 25% для ПЛА80и на 45% для ПГБ.
Полученные результаты можно объяснить, главнымобразом, появлением местных напряжений в пленке покрытия при наличии вней неоднородностей (частиц пластика), а также снижением интенсивностиадгезионного взаимодействия покрытие-резина при введении в пленкупокрытия полярных пластиков, несовместимых с каучуком резины.На рисунке 3.11 приведены результаты динамических адгезионныхиспытаний пленок из ДСТ+ТМДЭТА и ДСТ+ДСДМАХ для концентрацийантибактериальных агентов 0,0; 0,5; 1,0; 3,0; 5,0% масс. на модельной резине изнатурального каучука.250350Уст. выносл.
приизгибе, тыс.цикловУст. выносл. прирастяжении, тыс.циклов40030025020015010020015010050500-10135-1Содержание агента, % масс.135Содержание агента, % масс.Рисунок 3.11. Зависимость усталостной выносливости покрытия примногократном растяжении (слева) и многократном продольном изгибе(справа) от содержания в ДСТ ТМДЭТА (сплошные линии) и ДСДМАХ(штриховые линии).Из диаграмм, представленных на рисунке 3.11, видно, что введениеДСДМАХ(штриховыелинии)монотонноснижаетдинамическуювыносливость покрытий, причем при содержании ДСДМАХ 3% масс.количество циклов растяжения до разрушения снижается по сравнению снемодифицированным ДСТ в 15 раз (20 тыс. циклов), а количество цикловизгиба в 19 раз (10 тыс. циклов). Подобное выраженное негативное влияние насвойства покрытия связано с тем, что ДСДМАХ является поверхностно-81активным веществом и, следовательно, антиадгезивом, способствуя снижениюадгезионноговзаимодействияпокрытие-резина.Резкоеуменьшениединамической выносливости при увеличении содержания ДСДМАХ более 1%может быть связано с образованием обратных мицелл ДСДМАХ в массивеДСТ.
Таким образом, введение более 1% масс. ДСДМАХ в ДСТ нерекомендуетсяпопричинесущественногоснижениядинамическойвыносливости системы покрытие-резина.ВведениеТМДЭТА(сплошныелинии)по-другомувлияетнадинамические характеристики системы покрытие-резина. Следует отметить,что при введении 0,5% масс. ТМДЭТА динамическая выносливость нескольковозрастает: на 16% при многократном растяжении и на 5% при многократномизгибе. При увеличении содержания ТМДЭТА до 1% количество циклов доразрушения снова снижается примерно до уровня немодифицированного ДСТи продолжает снижаться при дальнейшем увеличении концентрации. В целом,снижение динамической выносливости покрытий при введении ТМДЭТАменее выражено по сравнению с покрытиями, содержащими ДСДМАХ.Экстремальный характер зависимостей количества циклов от концентрацииТМДЭТА может быть связан со стабилизирующими свойствами этогосоединения по отношению к ДСТ, поскольку известно, что ТМДЭТА являетсяпротивостарителем по отношению к диеновым полимерам.
Менее выраженноеснижениединамическойвыносливостиприувеличенииконцентрацииТМДЭТА свыше 1% связано с меньшей его склонностью к концентрациинапряжений и меньшим влиянием на адгезионное взаимодействие ДСТ-резинапо сравнению с ДСДМАХ, поскольку ТМДЭТА не проявляет заметныхповерхностно-активных свойств и не склонен к мицеллобразованию. Тем неменее, введение более 1% ТМДЭТА существенно снижает динамическуювыносливость покрытий.Длятого,чтобыоценитьдолюадгезионнойсоставляющейвдинамической выносливости системы покрытие-резина, была определена82прочность связи в данной системе.
Результаты приведены на рисунках 3.12 и3.13.1,4Прочность связи, кН/м1,210,80,60,40,2005101520Содержание пластиков, % масс.Рисунок 3.12. Зависимость прочности связи при расслаивании системыпокрытие-резина от содержания в покрытии ПЛА (сплошная линия) и ПГБ(штриховая линия).Из рисунка 3.12 видно, что введение пластиков снижает прочность связипокрытие-резина; при концентрации пластика 10% масс. прочность связиснижается в 2 раза по сравнению с ДСТ, не содержащим пластика.
Этоподтверждает предположение о том, что пластики уменьшают динамическуювыносливость покрытий из-за ухудшения адгезионного взаимодействия наповерхности раздела пленка «покрытия-резина». ПГБ снижает прочность связинесколько сильнее, чем ПЛА, так же как и динамическую выносливость.Вместе с тем, при введении, например, 20% ПЛА в ДСТ прочность связиуменьшается на 70%, а динамическая выносливость при многократномрастяжении (см. рисунок 3.10) — почти на 95%. Таким образом, на ухудшениединамических характеристик покрытий оказывает влияние как адгезионное83взаимодействие на поверхности раздела системы покрытие-резина, так иснижение физико-механических свойств пленки покрытия (см.
главу 3.2.1).1,4Прочность связи, кН/м1,210,80,60,40,2000,511,522,533,544,55Содержание агентов, % масс.Рисунок 3.13. Зависимость прочности связи при расслаивании системыпокрытие-резина от содержания в покрытии ТМДЭТА (сплошная линия) иДСДМАХ (штриховая линия).Из рисунка 3.13 видно, что ТМДЭТА умеренно, а ДСДМАХ выраженноснижают прочность связи в системе покрытие-резина.
В случае с ТМДЭТА этоможет быть связано с дискретностью системы ДСТ+ТМДЭТА. Следуетотметить, что введение 0,5% масс. ТМДЭТА не вызывает значимого сниженияпрочности связи, в то время как динамическая выносливость даже несколькоповышается за счет стабилизирующего действия на ДСТ (см. рисунок 3.11).ДСДМАХкакповерхностно-активноевеществосущественноснижаетадгезионное взаимодействие покрытие-резина, как и предполагалось выше.Введение 3% ДСДМАХ снижает прочность связи в 6 раз, а 5% — уже в 40 раз.Итак, по результатам адгезионных испытаний можно сделать вывод отом, что содержание в пленке покрытия более 10% масс.
пластиков или более841% агентов нежелательно, поскольку существенно снижает адгезионныехарактеристики системы покрытие-резина.3.3.3. Физико-механические и адгезионные свойства пленок ипокрытий, содержащих одновременно пластики и антибактериальныеагентыРазрабатываемые покрытия должны проявлять не только эффектсамоочищения поверхности от бактерий за счет биоразлагаемых пластиков, нои эффект угнетения роста бактерий за счет антибактериальных агентов. В связис этим необходимо рассмотреть свойства пленок и покрытий из ДСТ,содержащих как пластики, так и агенты.
Для таких систем, содержащих 5 и10% пластиков и 0,5-1% агентов были изучены физико-механические идинамические свойства (при многократном растяжении и многократномпродольном изгибе), а также определена прочность связи при расслаивании всистеме покрытие-резина. Зависимость некоторых показателей покрытий длясистем ДСТ/ПЛА/ТМДЭТА и ДСТ/ПЛА/ДСДМАХ представлена на рисунке3.14.11700.812180 тыс.цикл0.60.419016 МПа180.200Cодержание ДСДМАХ, масс.ч.Содержание ТМДЭТА, масс.ч.120800.8100 тыс.цикл468Содержание ПЛА, масс.ч.100.616 МПа0.40.217026010001218201401702468Cодержание ПЛА, масс.ч.10Рисунок 3.14.
Зависимости условной прочности при растяжении(жирные линии) и усталостной выносливости покрытий при многократномизгибе(пунктирныелинии)длясистемДСТ/ПЛА/ТМДЭТАиДСТ/ПЛА/ДСДМАХ.Результаты испытаний приведены в таблице 3.1. Для сравненияприведены данные, соответствующие пленкам/покрытиям, не содержащимагентов (отмечены полужирным шрифтом).85Таблица 3.1. Физико-механические и адгезионные свойства пленок ипокрытий, содержащих и пластики, и антибактериальные агентыСоставпленки/покрытия, Усл.
прочДСТ+..., % масс.ностьпленкиприПЛА ПГБТМД- ДСД- растяжеЭТА МАХ нии, МПа550,551,050,551,010100,5101,0100,5101,0550,551,050,551,010100,5101,0100,5101,0ДСТ без пластиков иагентовОтн.удлинениеприразрыве,%Уст.выносл.примногокр.растяжении, тыс.цикловУст.выносл.примногокр.изгибе,тыс.цикловПрочностьсвязипокрытиерезина,кН\м18,416,511,613,49,516,512,510,19,26,417,316,010,513,19,015,411,29,78,66,062562560055052560060055060057560060055052550055055050052547526025522015040210210180901021023019014035130130955071781821701107016817116585471601681511056514014513060350,900,900,750,600,450,650,600,400,550,350,800,800,700,650,300,500,450,350,300,1522,26753001861,20Из таблицы 3.1 видно, что одновременное введение пластиков и агентовожидаемо привело к снижению характеристик пленок и покрытий посравнению с аналогичными результатами для систем, содержащих толькопластик или только агент, причем ПГБ по отношению к ПЛА и ДСДМАХ поотношению к ТМДЭТА снижают характеристики пленок и покрытий из ДСТзначительнее.
Исходя из того, что введение ДСДМАХ в количестве 1% масс.совместно с пластиками существенно ухудшает свойства покрытий, для всехпоследующих экспериментов была выбрана концентрация обоих агентов (с86целью сравнения) 0,5% масс. в сочетании с биоразлагаемыми пластиками вколичестве 5 и 10% масс.Для дальнейших испытаний были использованы материалы из ДСТ, каксодержащие только пластики или агенты, так и содержащие пластики и агентыодновременно, которые сравнивали с ДСТ, не содержащим пластики и агентыкак контроль. Исследуемые рецептуры представлены а таблице 3.2.Таблица 3.2. Состав материалов покрытийШифрматериалаДСТПЛ1ПЛ2ПБ1ПБ2ПТПДПЛ1ТПЛ2ТПЛ1ДПЛ2ДПБ1ТПБ2ТПБ1ДПБ2ДСодержание пластиков и агентов в ДСТ, %масс.ПЛАПГБТМДЭТА ДСДМАХ‒‒‒‒5‒‒‒10‒‒‒‒5‒‒‒10‒‒‒‒0,5‒‒‒‒0,55‒0,5‒10‒0,5‒5‒‒0,510‒‒0,5‒50,5‒‒100,5‒‒5‒0,5‒10‒0,5Примечание.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
