Споживчі властивості нової клейової мастики на основі інгредієнтів у водному середовищі

У роботі наведені результати експериментальних досліджень впливу структури полімерів на молекулярному і надмолекулярному рівнях, на їх фізико-механічні показники, тобто на споживчі властивості полімерів і матеріалів на їх основі.

Підходи до одержання клейової мастики базуються на результатах діелектричної релаксації сегментів макромолекул полімеру, який знаходиться у водному середовищі і містить розчинену у воді іоногенну структуруючу компоненту та наповнювач. В цій суміші існують позитивні і негативні іони, які виникають в результаті дисоціації структуруючої складової.

Наявність їх в композиції створює фізичне іоногенне структурування полімеру за рахунокїх взаємодії з сегментами макромолекули та активними центрами наповнювача. Це приводить до часткового розвертання клубка макромолекули і таким чином збільшення ТРАНС-конформацій ланцюга макромолекули за рахунок зменшення ГОШ-конформацій і до утворення трьохвимірної фізичної сітки. Зростання ТРАНС-конформаційного складу макромолекул приводить до зміни величини сегментів і до збільшення молекулярної рухливості, що супроводжується зміщенням максимуму еґґ дипольно-сегментального процесу релаксації в сторону низьких температур в температурній залежності еґґ, або до обмеження (зменшення) молекулярної рухливості, тобто зміщення максимуму еґґ процесу релаксації сегментів макромолекул полімеру в бік високих температур. Така двояка релаксаційна поведінка в створеній клейовій композиції може відбуватися в залежності від виникаючих взаємодій між ланками ланцюгів макромолекул полімеру, поверхнею наповнювача, та іонами іоногенної складової клейової мастики, що супроводжується перерозподілом внутрішньомолекулярних взаємодій в макромолекулах полімеру.

З ефектом тиксотропії в іоногенних композиціях пов'язані гістерезисні явища. Але можлива реологічна поведінка полімерних композицій в яких відсутні гістерезисні явища, тобто після руйнування структури (деструктурування) відновлення попереднього в'язкісного стану системи (структурування) проходить так швидко, що прямий і зворотній хід при дослідженні на ротаційному віскозиметрі Rеotest-2 повністю описується однією і тією ж лінією.

Такі нетрадиційні ефекти нами спостерігались при дослідженні інгредієнтів нової клейової мастики, одержаної з використанням полімерів у водному середовищі. Одержані результати показали, що вона має велику швидкість відновлення структури після деструктурування. Проходить дуже велике падіння в'язкості, що говорить про велику тиксотропію інгредієнту.

Дослідження полімеру у водному середовищі показали аналогічні структуруючи компоненті залежності і від ??, одна із яких =(??).

Спостерігається велике падіння в'язкості при збільшенні швидкості зсуву без гістерезисної петлі, що говорить про велику тиксотропію і практично миттєве відновлення структури. Однак розглянемо поведінку суміші полімера в водному середовищі і структуруючої компоненти в співвідношенні 75 мас.ч.: 25 мас.ч. відповідно. Функціональна залежність т=(??) проявляє гістерезисну петлю, що вказує на існування взаємодії між компонентами і утворення сумішної структури нездатної до швидкого структурування після її деструктурування. Гранична напруга текучості т. достатньо велика і система приймає властивість пружнього тіла. При введенні наповнювача (25 мас.ч.) в цю сумішну систему залежність lg=(??) проявляє гістерезисну петлю малої площі, а площа гістерезисної петлі в наповненій системі дещо більша ніж в ненаповненій. При цьому слід відмітити, що в'язкість зменшується більше ніж на два порядки. Тому наповнена система має велику тиксотропію, а параметр т характеризує наповнену систему з певними пружними властивостями, що запобігає розтіканню. Така наповнена сумішна полімерна система виступає новоствореною клейовою мастикою.

Результати досліджень ф=f(??) і з=f(??) показують, що для ненаповненого і наповненого латексу карбонатом кальцію течії в'язких рідин проявляють одночасно властивості в'язкопластичних і псевдопластичних рідин.

Наявність граничної напруги текучості фт і прямолінійної функції ф= f(??) при високих градієнтах швидкості зсуву при криволінійному спаді залежності з= f(??) дозволяє стверджувати про те, що латексні системи мають в'язкопружні властивості їх можна віднести до в'язкопластичних рідин.

Але нелінійність графічної залежності ф від і той же криволінійний спад ефективної в'язкості при зростанні швидкості зсуву ?? говорить про те, що в'язкі течії рідин повинні бути псевдопластичними. Із вище приведених результатів досліджень витікає, що латексні системи є в'язкопластично-псевдопластичними рідинами.

Аналіз залежності lg=f(lg??) - напруги зсуву від швидкості зсуву показує, що латекс при градієнтах швидкостей більших ніж lg??=1,7 має другу ньютонівську течію, так як залежності lgф= f (??) тут описуються прямою лінією. Такий же характер течії проявляється в композиції з 20 і 60 мас.ч карбонату кальцію при градієнтах швидкостей більших ніж lg??= 1,4 і lg??= 1,1 відповідно. Ці лінійні залежності характеризуються постійним нахилом і при збільшенні в'язкості зміщуються вліво.

Слід звернути увагу, що в композиції з вмістом 50 мас.ч. карбонату кальцію не проявляється прямолінійності залежності lgф= f (lg??), тобто в цій системі відсутня як ньютонівська область течії, так і область з постійною степінню аномалії в'язкості. Існує перехідна структурна організація зв'язана з переходом від раніше існуючих надглобулярних структур до нової структурної організації при більш високих степенях наповнення. Такого роду складні структурні перетворення при певних умовах приводять до проявлення реологічної течії з постійним ступенем аномалії в'язкості.

Для виявлення більш тонких причин оптимальних властивостей нової клейової мастики представляють інтерес інфрачервоні спектроскопічні дослідження. Експериментальні результати були одержані на спектрометрі UR-20 з використанням приставки для БНПВВ. Проведені дослідження полімерів, їх сумішей і наповнених композицій. Аналіз спектральних досліджень проводили по характеру зміни оптичних щільностей смуг поглинання одержаних спектрів, які оброблялись методом базових ліній з вибором характерного внутрішнього стандарту.

Для суміші поліаніонітного силікату натрію з поліізопреном показали, що в залежності від вмісту залишкової води суттєво змінюється спектральна поведінка таких систем. Це витікає із залежності оптичних густин від інтенсивності смуги 1660см-1, яка оцінює присутність води в досліджуваних системах. Як видно із приведених залежностей Ді/Двн.ст. від Й1660 самий більший спад оптичної щільності має місце для смуг 1025см-1 і 1125 см-1 (менший спад оптичних щільностей спостерігається для смуг 1450 см-1 і 890 см-1 і незначний спад оптичних щільностей існує в смугах поглинання 720-730 см-1 та 1380см-1.

Таким чином, в досліджуваних системах має місце складний комплекс взаємодій, який включає іонні, координаційні, водневі, дипольні та Ван-дер-Ваальсівські, що сприяє формуванню нових надмолекулярних структур і дозволяє регулювати споживчі властивості.

Розглядаючи функціональні властивості нових клейових мастик слід відмітити, що в залежності від співвідношення компонентів клейової композиції можна одержати широку номенклатуру клейових мастик. Клейова здатність всіх марок буде високою і проходить через плавний максимум. При цьому мастики володіють стійкістю до дії вологи. Застосування мастик забезпечується універсальністю: вони мають високу клейову здатність при склеюванні деревини, паркету та лінолеуму по бетону, керамічних плиток на горизонтальні та вертикальні поверхні, органічної та неорганічної природи тканин та волокон.

На підставі результатів виконаних досліджень створено нову екологічно-чисту клейову мастику, яка захищена патентом України № 26087 на винахід. Розроблено технологію виробництва клейової мастики. Виробництво клейової мастики дає значний економічний ефект за рахунок економії електроенергії, працезатрат та малокомпонентної рецептури.

Для обробки результатів досліджень були використані стандартні пакети програм, що застосовуються в сучасних комп'ютерах типу IBM PC у середовищі Windows 95/98. Зокрема використовувалась стандартна інтегрована система Mathematica 3, що являється системою програмування високого рівня, яка зорієнтована на підготовку документів, що містять текстовий, графічний та математичний матеріал. Одержані графічні залежності в трьохвимірному просторі.

Загальні висновки

Проведено наукові товарознавчі дослідження по створенню нової клейової мастики з високими споживчими властивостями. Нова клейова мастика створена з використанням наповнених сумішей полімерів у водному середовищі на основі каучука в латексі, силікатного поліаніоніту натрію та карбонату кальцію. Закономірності регулювання споживчих властивостей новоствореної клейової мастики лежать в основі змін взаємодій між компонентами сумішної композиції, перебудові надмолекулярних структур і формуванні нових асоціатів в плівкоутворюючих системах клейових мастик, що досягається шляхом селективного перерозподілу іонних, координаційних, водневих, дипольних та Ван-дер-Ваальсівських взаємодій і витікає із результатів реологічних та ІЧ-спектроскопічних досліджень.

Вперше показано, що в полімерних іоногенних в'язких композиціях, одержаних на основі латексу, силікатного поліаніоніту натрію та карбонату кальцію, реологічна поведінка відхиляється від в'язкопластичної і псевдопластичної течії, тобто їм властива нова течія в'язких рідин - в'язкопластично-псевдопластична, що витікає із експериментальних функціональних залежностей ефективної в'язкості і напруги зсуву від швидкості зсуву.

Базуючись на проведеному аналізі реологічних досліджень, оцінки характеру протікання процесів діелектричної релаксації макромолекул полімеру і зміни молекулярної рухливості в структурованій сумішній системі (латексу з силікатним поліаніонітом) вказано, що в створеній клейовій мастиці виникають взаємодії між ланками ланцюгів макромолекул полімеру, поверхнею наповнювача та іоногенною складовою, протікає перерозподіл надмолекулярних структур внутрішньо- та міжмолекулярних взаємодій на границях розділу фаз з впливом цих факторів на формування високої клейової здатності, яка змінюється від 1,0 до 4,2 МПа при вмісті структуруючої компоненти відповідно в межах 0,02мас.ч.-0,40 мас.ч.

Показано, що в наповнених в'язких іоногенних полімерних рідинах в залежності від ступенню наповнення має місце друга ньютонівська течія і течія з постійним ступенем аномалії в'язкості, що пов'язано з руйнуванням існуючої структурної організації, перебудовою структур і формування нових структурних глобул і асоціатів за рахунок селективного перерозподілу міжмолекулярних взаємодій і взаємодій на границі розподілу полімеру з наповнювачем.

Результати досліджень залежності ефективної в'язкості від швидкості зсуву суміші поліізопрену з силікатним аніонітом натрію та напруги зсуву від швидкості зсуву дозволили вперше встановити, що досліджувані системи володіють великою тиксотропією, що слідує із сильного спаду в'язкості при незначному збільшенні швидкості зсуву. При незначному збільшенні швидкості зсуву від 0,1до 15,0 с-1 в'язкість досліджуваних систем зменшується в 4-14 разів. Великі тиксотропні властивості вказують на те, що структурування системи протікає миттєво бо гістерезисна петля не проявляється або проявляється в дуже незначній мірі. Введення наповнювача в досліджувану систему спонукає незначному гальмуванню зворотнього структурування після зняття навантаження, тому що проявлена гістерезисна петля має дуже незначну площу.

Розроблено клейову мастику з використанням полімерів у водному середовищі з високими споживчими властивостями. Такий показник споживчих властивостей, як клеюча здатність, що є одним з найголовніших для клеючих матеріалів, більший ніж в існуючих мастиках майже на порядок. Мастика екологічно чиста. Реологія мастики характеризується високою тиксотропією, що забезпечує високі функціональні властивості. В мастиці відсутні посторонні включення і комкування, життєздатність складає 12 місяців. Технологічні особливості виробництва мастики пов'язані з тим, що виготовлення мастики забезпечується одним змішувачем, в той час як у виготовленні існуючих мастик застосовується що найменше три складних апаратурних одиниці-вальці, гумозмішувач і змішувач в'язких систем. Час виготовлення одної партії мастики складає 35-45 хвилин, для існуючих 6-7 годин. Викладені технологічні переваги нової мастики з урахуванням малокомпонентності рецептури і дешевизна сировини забезпечують низьку собівартість, яка в 13 разів менша собівартості існуючих клейових мастик.

Основні положення дисертації викладено в роботах

Мірошніков А.Є., Осієвська В.В., Масленнікова Л.Д. Особливості в одержанні клейової мастики з використанням інгредієнтів у водному середовищі // Проблеми товарознавства в ринкових умовах. - Київ: КДТЕУ, - 1998, - с. 23-27.

Осієвська В.В., Фабуляк Ф.Г., Масленнікова Л.Д. Реологічні особливості водних дисперсій з використанням карбонату кальцію і водного розчину силікату натрію // Науковий вісник Миколаївського державного педагогічного університету, - 1999, - № 1, с. - 215-219.

Мірошніков А.Є., Осієвська В.В., Фабуляк Ф.Г. Вплив природи полімерного в'яжучого на ньютонівську течію в наповнених системах карбонатом кальцію // Сучасні проблеми товарознавства, - Київ: КДТЕУ, - 1999, - с. 214-221.

Осієвська В.В., Мірошніков А.Є., Фабуляк Ф.Г. Тиксотропія в новій клейовій мастиці і компонентах її одержання // Сучасні проблеми товарознавства, - Київ: КДТЕУ, - 1999, - с. 223-230.

Осієвська В.В., Мірошніков А.Є., Фабуляк Ф.Г., Масленнікова Л.Д. Товарознавчі аспекти одержання нової клейової мастики // Вісник Державної Академії легкої промисловості України, - 1999, - № 1, - с. 93-96.

Осієвська В.В. Реологічні властивості латексу при вмісті карбонату кальцію // Хімічна промисловість України, - 1999, - № 6, - с. 45-47.

Miroљnikov A.E., Oseevska V.V., Maslennikova L.D., Fabuljak, Galko S.V. Wlaњciwoњci uїytkowe nowega kleju kauczukowegoll zeszyty naukowe. - Akademii Ekonomicznej w Krakowie, - 1999, - nr 525, - c. 83-86.

Пат. 26087 Україна С 09 J 111/00. Клейова мастика //Фабуляк Ф.Г., Мірошніков А.Є., Масленнікова Л.Д., Осієвська В.В., Єщенко О.І. (Україна); Заявл. 30.12.96; опубл. 30.04.99., Бюл. № 2.

Размещено на Allbest.ru