Модификация ударопрочных полистирольных пластиков в процессе механохимического синтеза

Актуальность: Существуют различные способы получения ударопрочных тройных сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС-пластиков): привитая эмульсионная сополимеризации смеси стирола и акрилонитрила с полибутадиеновым или акрилонитрил-бутадиеновым каучуком, сокоагуляция латексов каучука и сополимера стирола с акрилонирилом, механическое смешение в расплаве каучука и сополимера стирола с акрилонитрилом. Выбор способа производства АБС-пластика определяется многими техническими и экономическими факторами. Метод привитой сополимеризации позволяет получать материал с более равномерным составом, лучшей перерабатываемостью в изделия и более высокими физико-механическими свойствами, чем в случае сокоагуляции латексов и, тем более, механического смешения (механохимический способ). Из всех существующих методов механохимический способ получения АБС-пластиков является самым дешевым и экологически безопасным (отсутствие растворителей, сточных вод и т. д.), реализуемым на простейшем стандартном оборудовании резинотехнической промышленности: вальцах, резиносмесителях, пластикаторах, шприц-машинах и т. д. При этом отпадает необходимость в применении инициаторов, ингибиторов, растворителей и других компонентов.

Вследствие этого совершенствование технологии производства и эксплуатационных свойств АБС-пластиков, получаемых механохимическим способом является актуальной и экономически оправданной задачей. Получение механохимическим способом на простейшем оборудовании ударопрочного пластика, не уступающего по свойствам материалам, получаемым более дорогими, требующими больших материальных затрат методами (эмульсионная сополимеризация, получение в блоке), — заманчивая перспектива развития технологии производства ударопрочных сополимеров.

Решение указанной задачи возможно несколькими способами и кроме совершенствования и модернизации технологии может осуществляться также за счет химической модификации состава и структуры путем добавления небольших количеств третьего компонента (модификатора) на стадии механохимического получения АБС-пластика. Подбор концентрации и природы добавки, варьирование технологических условий получения, основанные на знании теоретических закономерностей, лежат в основе оптимизации свойств АБС-сополимеров. Специфичные черты модификации данного типа пластика обуславливаются особенностями его многокомпонентной гетерофазной структуры, когда модификации могут подвергаться, во-первых, пластическая и эластомерная составляющие как вместе, так и по отдельности, и, во-вторых, действие модификатора может быть направлено на усиление межфазного взаимодействия.

Целью данного исследования является изучение закономерностей и механизма механохимического способа синтеза и модификации АБС-пластика, с целью направленного регулирования его структуры и свойств варьированием технологических параметров, соотношением компонентов и химической модификацией тройного сополимера добавлением химически активных соединений.

Конкретные задачи исследования: -определение оптимальных составов композиций,.

— изучение влияния технологических режимов получения композиций на их свойства,.

— моделирование взаимосвязи в системе «состав — свойства», -исследование комплекса свойств полученных композиций, -изучение кинетических закономерностей получения композиций, -идентификация и исследование структуры материала.

Научная новизна:

— предложено наиболее вероятное направление процесса механохимического синтеза АБС-пластика и показано, что в процессе синтеза происходит образование привитых и пространственно-сшитых продуктов с участием обоих исходных сополимеров;

— проведена модификация механохимического АБС-пластика небольшими количествами изоцианатсодержащих соединений и обнаружено, что введение модификаторов в процессе синтеза приводит к улучшению теплои термостойкости пластика.

Практическая ценность работы состоит в ее направленности на совершенствование экономически выгодного и технологически удобного механохимического способа получения АБС-пластика. Совершенствование технологии и введение дополнительного компонента способствует улучшению технологических и эксплуатационных свойств АБС-пластика, расширению области его применения.

Используемые в работе методы: импульсная ЯМР-спектроскопия, ЯМР высокого разрешения, дифференциально-термический анализ, термогравиметрия, инфракрасная спектроскопия, термомеханический анализ, установка для определения периода индукции окисления, элементный анализ, экстрагирование с помощью аппарата Сокслета, физико-механические испытания.

Апробация работы. Полученные в работе результаты представлялись на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2000» (Москва, Россия, 2000 г.), IX Конференции по деструкции и стабилизации полимеров (РАН, Москва, Россия, 2001 г.), X международной конференции студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, Россия, 2001 г.), ежегодных научных сессиях Казанского государственного технологического университета (2001 г.), международной конференции «Полимерные материалы 2002» (Хаале, Германия, 2002 г.).

Структура и объем диссертации

Работа изложена на 102стр., содержит 19 табл. и 46 рис., перечень литературы из 76 наименований и состоит из введения, трех глав (литературный обзор, экспериментальная часть и обсуждение результатов), выводов, списка использованной литературы.

ВЫВОДЫ.

1. Определены режимы получения и соотношение основных компонентов при механохимическом синтезе АБС-пластика, и показано, что получаемый механохимический АБС-пластик по основным показателям свойств не уступает промышленному АБС-пластику, получаемому методом эмульсионной полимеризации.

2. На основании полученных экспериментальных данных показано, что при механохимическом синтезе происходит образование привитых и пространственно-сшитых продуктов, а выделенная нерастворимая фракция содержит не только сшитый каучук, но и химически связанный с ним стирольный сополимер.

3. Проведена модификация АБС-пластика в процессе механохимического синтеза реакционно-способными соединениями, относящимися к классу органических изоцианатов (ДТТ — димер 2,4-толуилендиизоцианата и БКТ -2,4-толуилендиизоцианат, блокированный s-капролактамом), олигоуретаном СКУ-ПФЛ, эпоксидной смолой ЭД-20. Показано, что значительные положительные результаты в улучшении свойств АБС-сополимера наблюдаются только в случае использования изоцианатсодержащих модификаторов.

4. На основании ИК-, ЯМР-спектроскопии, метода экстрагирования при исследовании композиций модификатора с исходными компонентами (САН и СКН) в отдельности показано, что химическое взаимодействие наблюдается только в случае нитрильного каучука, при этом в модифицированном каучуке происходит значительное увеличение содержания гель-фракции.

5. Обнаружено, что при введении модификаторов в АБС-пластик на стадии механосинтеза происходит улучшение ряда свойств данного пластика и, прежде всего, теплофизических. В частности, в результате ввода модификатора наблюдается увеличение периода индукции окисления (с 5 до 20 минут), теплостойкости по Вика (на 10−15%), температура начала окисления (по.

98 данным ДТА) сдвигается более чем на 100 °C в область высоких температур. Установлено, что оптимальным с точки зрения показателей свойств является содержание модификатора равное 3%.