Аномальная проводимость винилового и винилхлоридного сополимера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российская академия наук

Институт общей физики

Аномальная проводимость винилового и винилхлоридного сополимера

Власова Татьяна Викторовна - научный сотрудник, Цвигун Наталья Викторовна - инженер, Крыштоб Виталий Ильич - старший научный сотрудник; Расмагин Сергей Иосифович - научный сотрудник

Аннотация

Проявления аномальной проводимости в полярных диэлектрических пленках демонстрируются на образцах сополимера винилена и винилхлорида, полученных в результате термообработки. На основе экспериментальных результатов важно новое понимание физического смысла традиционно используемого в этих условиях объемного и поверхностного удельного сопротивления, которые следует заменить поперечным и продольным сопротивлением (в соответствии с поверхностью полимерной пленки) соответственно, поскольку удельное сопротивление полимерного материала не позволяет рассчитывать как обычное сопротивление образца произвольной формы.

Ключевые слова: поливинилхлорид, продольное удельное сопротивление, поперечное удельное сопротивление.

Abstract

Manifestations of anomalous conductivity in polar dielectric films are demonstrated on samples of the copolymer of vinylen and vinyl chloride obtained as a result of heat treatment. On the basis of experimental results, a new understanding of the physical meaning of the specific volume and surface resistivity, traditionally used in these conditions, is important, which should be replaced by the transverse and longitudinal resistance (in accordance with the surface of the polymer film), respectively, because the resistivity of the polymer material can not be calculated as the usual resistance of the sample of arbitrary forms.

Keywords: polyvinyl chloride, longitudinal resistivity, transverse resistivity.

Изменение электропроводящих свойств полимеров введением в их объем различных ингредиентов (пластификаторов, стабилизаторов и т.д.) давно известно [1, 2]. С другой стороны, изменять в широких пределах электропроводящие свойства полимерного материала можно с помощью выбора и использования вида самого полимера [3]. Наиболее высокими электропроводящими свойствами обладают полимеры с системой полиеновых сопряженных связей (ПСС) в цепи самой макромолекулы [4]. Сегодня самыми известными являются полипиррол, полипарафенилен, политиофен, полиацетилен и поливинилхлорид с двойными сопряженными связями углерода [5]. Для усиления электропроводящих свойств полимеров, содержащих в цепи ПСС, используют способы химической модификации (легирование) за счет реакции полимера с донорами или акцепторами легирующих примесей [6]. Легирование приводит к сильным изменениям электропроводности полимера, вплоть до перехода их в металлической состояние [7]. Так как сильные изменения электропроводности обнаружены в полимерах c ПСС основной интерес исследователей обращен именно к ним [8]. Наиболее перспективным является использование поливинилхлорида (ПВХ) как технологичного, широко распространенного и экологически чистого полимера [9, 10]. ПВХ обладает очень низкой электропроводностью (удельное объемное сопротивление порядка 10¹³-10¹⁶ ОмЧсм) [2].

Известно, что полиацетилен (ПАЦ), содержащий в макромолекулах исключительно ПСС и условно представляющий собой ПВХ, подвергнутый операции 100%-дегидрохлорирования, обладает большей электропроводностью (удельное объемное сопротивление 10¹²-10¹⁶ ОмЧсм). Но полиацетилен совершенно непригоден с технологической точки зрения [1]. Поэтому, целью данной работы было отыскать оптимум электропроводящих свойств сополимеров винилхлорида и винилена, используя термообработку исходных образцов ПВХ.

Опытные образцы ПВХ методом термообработки в растворе получали следующим образом. В начале получали 4% раствор ПВХ марки С-70 в растворителе ацетофеноне. Растворение ПВХ осуществляли при перемешивании при температуре t=22⁰C в течение 12 часов до получения гомогенного прозрачного раствора. В дальнейшем раствор подвергался термообработке при t=195⁰С в течение 20, 240, 320 и 480 минут. И подвергалась сушке при Т=95⁰С в течение 48 часов. В результате получали серию термообработанных пленек ПВХ. Измерения образцов ПВХ-пленок по показаниям электропроводности осуществляли на тераомметре, как в работе [11]. Важно отметить, что при использовании конфигурации определения значений продольного (поверхностного) сопротивления образцов сополимерных пленок (Rs) [12], нижняя (не соприкасающаяся с измерительными электродами) поверхность пленки образца была изолирована пленкой из фторопласта. Результаты и их обсуждение

Данные по электрофизическим свойствам исходного ПВХ и термообработанных образцов (сополимеров винилхлорида и винилена) представлены в Таблице 1.

Таблица 1. Зависимость поперечного и продольного удельного сопротивления от времени термообработки

Для образцов сополимеров винилхлорида и винилена (с временем термообработки с 240 мин и выше) происходит переход из состояния с высоким сопротивлением 10¹⁵ ОмЧсм в полупроводящее состояние с с_V»10²-10⁴ ОмЧсм. Данные переходы носят спонтанный характер. Переход в полупроводящее состояние термообработанных образцов ПВХ осуществляется быстрее при большем времени термообработки, т.е. при большей концентрации двойных сопряженных связей углерода. Замечено, что переходы из состояния низкой проводимости в полупроводящее состояние наблюдались лишь в случаях измерения поперечного сопротивления (Rv) и остались практически без изменения при измерениях продольного сопротивления образцов (Rs). Это показывает аномальные изменения электропроводности термообработанных образцов ПВХ, не подчиняющихся закону Ома.

Таким образом, с учетом вышеизложенного, приходим к следующим основным выводам:

1) В образцах сополимера винилена и винилхлорида, удалось обнаружить аномальный характер проводимости и переходы из состояния низкой проводимости в полупроводящее состояние, носящие обратимый, спонтанный характер.

2) Наблюдалось гигантское изменение поперечного удельного сопротивления на 12-13 порядков термообработанных ПВХ образцов

3) Близкие к полупроводящим, измеренные значения сопротивления R_V при использовании стандартной формулы R=сL/S, дают в пересчете на геометрию Rs, значение сопротивления порядка кОм. Однако, в эксперименте это сопротивление превышает 10¹² Ом, что однозначно свидетельствует о том, что расчет удельных сопротивлений и соответствующей формулы пересчета (R=сL/S) для полимерных образцов не имеет физического смысла даже для оценок по порядку величины.

аномальный проводимость сополимер термообработка

Список литературы

1. Блайт А., Блур Д. Электрические свойства полимеров. М.: Физматлит, 2008.

2. Энциклопедия Полимеров. Ред. коллегия: В.А. Кабанов (глав. ред.) и др. Т. 2. М.: Сов. Энциклопедия, 1974. С. 1224.

3. Санникова Н.С. Синтез кристаллического полиацетилена межфазным дегидрохлорированием поливинилхлорида и его свойства. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. хим. наук, 1999. Уфим. науч. центр. Ин-т орган. химии.

4. Крыштоб В.И., Власов Д.В., Миронов В.Ф., Апресян Л.А., Власова Т.В., Расмагин С.И., Кураташвили З.А., Соловский А.А. Исследование температурной зависимости электроизоляционных свойств пленок из пвх, подвергнутого моделирующему тепловое старение термолизу в растворе // Электротехника, 2015. № 8. С. 39-42.

5. Крыштоб В.И., Расмагин С.И. Анализ свойств дегидрохлорированных пленок поливинилхлорида (08) // Журнал технической физики, 2017. Т. 87. № 11. С. 1687-1689.

6. Лачинов А.Н., Воробъева Н.В. Электроника тонких слоев широкозонных полимеров // УФН, 2006. № 17. С. 1249-1266.

7. Новиков И.К., Крыштоб В.И., Расмагин С.И. Изменение электрических и оптических свойств поливинилхлорида в результате термообработки // Прикладная физика, 2017. № 5. С. 71-75.

8. Расмагин С.И., Крыштоб В.И. Оптические свойства растворов поливинилхлорида после термолиза // Успехи современной науки, 2017. Т. 2. № 5. С. 54-57.

9. Rasmagina V.V., Kryshtob V.I., Rasmagin S.I. Means of preventing the creation of dioxins in the recycling of polyvinyl chloride // Modern Science, 2017. № 6-1. С. 11-13.

10. Расмагин С.И., Крыштоб В.И., Расмагина В.В. Безопасная утилизация поливинилхлорида методом сжигания // Проблемы современной науки и образования, 2017. № 35 (117). С. 5-8.

11. Крыштоб В.И., Власов Д.В., Миронов В.Ф., Апресян Л.А., Власова Т.В., Расмагин С.И., Кураташвили З.А., Соловский А.А. Особенности пробоя в электрических кабелях с полимерной изоляцией // Электротехника, 2014. № 5. С. 60-63.

12. Власов Д.В., Крыштоб В.И., Власова Т.В., Апресян Л.А., Расмагин С.И. Температурная зависимость электропроводности пленок сополимера поливинилхлорида-полиацетилен // Высокомолекулярные соединения. Серия А, 2015. Т. 57. № 3. С. 242.

Размещено на Allbest.ru