Реферат по предмету "Химия"


Влияние состава гибких сегментов на структуру и свойства полиуретанов

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ГИБКИХ СЕГМЕНТОВ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОЛИУРЕТАНОВ
Известно, чтоструктура и свойства ПУ на основе олигомерных гли-колей во многомпредопределяется характеристиками олигогликолевых составляющих [1]. Вчастности, это относится к способности к кристаллизации и типу возникающихкристаллических структур; способность к кристаллизации гибкой олигомернойсоставляющей является стимулирующим фактором для протекания сегрегационныхпроцессов в ПУ сегментного строения [2]. Поэтому представляло несомненныйинтерес изучение влияния состава исходной олигогликолевой составляющей,представляющей собой бикомпонентную смесь олигоэфиров, различающихся по природеи ММ, обладающих различной способностью к кристаллизации и степенью сродства куретансодержащему жесткому сегменту, на структуру и свойства сегментированныхПУ.
В качествеолигоэфироглнколей были выбраны ОТМГ-1000 и ОБГА-2000 (простой и сложныйолигоэфпры). Проведенные ранее исследования смесей этих олигоэфиров обнаружилихарактерные особенности их структурообразования [3, 4].
СегментированныеПУ получали по двустадийному способу синтеза. На первом этапе получалипредполимер, состоящий из олигоэфирной смеси ОТМГ ф4 и ОБГА q>2 и 4,4'-дифенилметандиизоцианата(ДФМДИ), а на втором осуществляли удлинение цепи жестких блоков1,4-бутандиолом. Во всех случаях синтеза соотношение олигоэфирная смесь: ДФМДИ: удлинитель оставалось неизменным 1:2:1, т. е. общее соотношение ОН-групп к NCO-группам былоравно единице. Состав олигоэфирной составляющей изменялся через 0,1 моля одногоиз компонентов с условием, что Ф1+Ф2=1. В соответствии с изменениемсостава олигоэфирных блоков обозначения исследуемых ПУ имеют следующую форму:ПУ-1 содержит чистый ОТМГ, ПУ-2 — 0,9 моля ОТМГ и 0,1 моля ОБГА и так далее доПУ-11 на основе чистого ОБГА. Логарифмическая приведенная вязкость изменялась впределах 0,73— 0,80 дл/г.
Исследовалипленки ПУ, полученные из 20%-ных растворов ПУ в ДМФА, которые вначале сушили при 60, а затем при 80° в вакууме (давление 1,33 Па) до постоянного веса. Длядостижения структурного равновесия полученные пленки выдерживали в течение 6мес при 20—25°.
Методамиисследования были рентгенография под малыми углами, сканирующая калориметрия, атакже пикнометрический метод определения плотности ПУ в изооктане при 25°.
На рис. 1приведены расчетные зависимости плотности полимера (кривая 1) и концентрации полярных групп гибкогоблока (кривая 2) в зависимости от изменения cpi в составеПУ. Рассчитанная по методике работы [5] плотность ПУ-1, как видно из рисунка,находится в хорошем согласии с экспериментальным значением. Способностьолигоэфира ОБГА-2000 к кристаллизации, наряду с высокой насыщенностьюводородными связями макроцепей ПУ на его основе, обусловили то, что для ПУ-11.
Симбатный ходзависимостей экспериментальной плотности полимеров и концентрации полярныхгрупп гибкой составляющей в зависимости

/>
Рис. 1.Влияние концентрации гибких блоков ОТМГ ci на расчетнуюплотность р полимеров ПУ-1 — ПУ-11 (1),концентрацию полярных групп гибкого блока спг (2), экспериментальные значения плотностиПУ (3), Тс гб гибкихблоков (4) и ТаЖб жесткихблоков (5)
Рис. 2.Кривые малоуглового рассеяния рентгеновых лучей образцами полимеров ПУ-1 (1) и ПУ-11 (2) от ее компонентного состава указываетна существование такой же взаимосвязи между этими характеристиками ПУ, как иранее наблюдалось для жесткой составляющей [6, 7].
Существенно,что особенности свойств олигоэфирных смесей проявляются и в сегментированных ПУна их основе. Из рис. 1 видно, чтопри количествах ОТМГ -30 и 80 вес.% в составе гибких сегментов значенияплотности ПУ изменяются скачкообразно. Характерно также и то, что этиэкстремумы р совпадают сэкстремумами на кривой изменения Тсгибких сегментов в зависимости от их состава в ПУ. Следует отметить, чтопри этих соотношениях олигоэфиров в их исходных смесях, как показано в работах[3, 4], наступает обращение фаз, в результате чего структура и свойства смесейизменялись также скачкообразно. Несомненно, что проявляющиеся особенностисвойств ПУ в той или иной степени отражают их структурные изменения. В связи сэтим были проведены структурные исследования данного ряда ПУ методоммалоугловой рентгенографии.
Отметимнекоторые особенности гетерогенной структуры исходных ПУ, т. е. ПУ-1 и ПУ-11. Хорошоизвестно, что гетерогенность ПУ-1 обусловленапрежде всего различием электронных плотностей жестких доменов (ассоциатовжестких сегментов) и гибкой олигоэфирной матрицы. Гетерогенность ПУ-11 имеет более сложный характер, так как обусловленасуществованием по крайней мере трех элементов структуры. Это кристаллиты гибкихблоков, жесткие домены и гибкая матрица, которая состоит изнезакристаллизованных сложноэфирных сегментов.
Наличие трехсоставляющих структуры ПУ-11, в которыхэлектронная плотность первой р( и третьей р3 существенно различны, а плотностьвторой составляющей в соответствии с работой [8] изменяется в интервале Р1>р2>рз, приводит к тому, что отсутствуетчеткая граница перехода от одной фазы к другой. Вследствие этого можно ожидать,что кривая рассеяния рентгеновых лучей ПУ такой структуры не будет иметьдискретного максимума в отличие от кривой рассеяния ПУ двухфазной структуры.
С учетомсказанного выше становится понятным различие кривых 1 и 2 (рис. 2),характеризующих рассеяние рентгеновых лучей на образцах полимеров ПУ-1 и ПУ-11. Наличие накривой 1 дискретного максимума характеризуетструктуру ПУ-1 как двухфазную, в которой плотностьжестких доменов существенно выше плотности окружающей олигоэфир ной матрицы.Кривая 2 не имеет четко выраженного максимумарассеяния, а практически линейный спад интенсивности рассеяния в области углов26=20—60' свидетельствует о том, что электронная плотность кристаллитов ижестких доменов различны, но вместе с р3 они образуют нисходящий рядзначений.

/>
Рис. 3.Кривые малоуглового рассеяния рентгеновых лучей образцами ПУ: а — 11 (1), 10 (2), 9 (3), 8 (4), 7 (5); б — 1 (2), 2 (2),3 (3),4 (4), 5 (5), 6 (6), 7 (7)
Рассмотримчувствительность исходных структур к изменению компонентного состава гибкихсегментов.
На рис. 3приведено семейство кривых, показывающее изменение структуры ПУ под влияниемвведения в состав гибких блоков неполярного компонента, способногокристаллизоваться только в индивидуальном состоянии [9]. Хорошо видно, что приизменении доли ОТМГ от 0 до 40 вес.% в составе гибких сегментов (рис. 3, а)структура ПУ претерпевает ряд существенных изменений. Это, прежде всего,относится к структуре ПУ-11, ПУ-10, ПУ-8 и ПУ-7, хотя эти полимеры имеютнесущественные различия по составу гибких блоков. Появление в составе гибкихблоков неполярного компонента привело к резкому изменению структуры ПУ-10; этовыразилось в том, что понизилась гетерогенность полимера в результате ухудшенияплотности упаковки элементов рассеяния рентгеновых лучей. Сравнение положенийдискретного максимума малоуглового рассеяния рентгеновых лучей индивидуальнымОБГА-2000 (20=40—50') [4] и полимером ПУ-10, а также характер изменения Тс гибких блоков (рис. 1) дают основаниедля вывода о том, что введенные в ПУ гибкие ОТМГ-блоки разрыхляют не толькоолигоэфирную матрицу, но и жесткие домены.
Последовательноеувеличение доли простого олигоэфира в полимерах ПУ-9 и ПУ-8 приводит кувеличению микрофазового разделения, увеличению плотности упаковки, причем,судя по выраженности дискретного максимума и величине интенсивности рассеяниярентгеновых лучей на «хвосте» кривых этих ПУ, процесс улучшения структурыохватывает как жесткоцепные элементы, так и олигоэфирную матрицу. Такойрезультат достигается, надо полагать, вследствие того, что ОТМГ-блоки принимаютучастие в процессах, способствующих перестройке структуры сегментированных ПУкак в результате ослабления взаимодействия между жесткими и гибкими блоками,так и благодаря их самоассоциации. Причем, как показано в работах [3, 4], улучшениеупорядоченности в ОТМГ-блоках может инициироваться кристаллитами ОБ ГА.
Характеризменения размеров жестких доменов (судя по величине большого периода) ивыраженность дискретного максимума позволяют полагать, что гибкие ОТМГ-блоки,накапливаясь в приповерхностных и переходных слоях жестких доменов, разрыхляютих и тем самым способствуют ослаблению взаимодействия между жесткими блоками исложно-эфирными фрагментами. Последние переходят в междоменное пространство,где могут принимать участие в процессах кристаллизации. Жесткие домены,сжимаясь, выталкивают из своей среды неполярные ОТМГ-блоки, восстанавливают свои размеры, но уже обладают болеесовершенной упаковкой. Это предположение следует из характера изменениябольшого периода полимеров ПУ-11 — ПУ-8. Однако когда доля ОТМГ-блоков в гибкойкомпоненте ПУ достигает 40 вес.%, происходит скачкообразное ухудшениехарактеристик структуры ПУ-7 (рис. 3, кривая 5). В исходных смесях олигоэфиров при этой концентрации компонентов происходилорастворение в ОТМГ аморфной фазы ОБГА, при этом система переходила в состояние,когда основной структурой композиции являлась структура простого олигоэфира.
По-видимому,этот переход от одной доминирующей структуры к другой и предопределяет трудностив возникновении и обособлении кристаллической структуры ПУ, о чемсвидетельствуют результаты калориметрических исследований. Согласно этим результатам,содержание простого олигоэфира ~20 вес.% в составе гибких блоков приводит ктому, что возникновение отдельной кристаллической фазы в составе ПУ становитсяпроцессом вероятностным. Этот результат является неожиданным, посколькукристаллизация гибких блоков из аморфизованного состояния наблюдается натермограммах нагревания ПУ, содержащих 20 и 10 вес.% ОБГА-блоков в гибкой фазесегментированного ПУ.
Совсем инойхарактер влияния на формирование структуры ПУ оказывает введение в составгибкоцепной фазы олигоэфирных блоков ОБГА, т. е. блоков с повышеннымиспособностями к кристаллизации и физическому взаимодействию с жесткимисегментами.
На рис 3, бприведено семейство кривых малоуглового рассеяния рентгеновых лучей на образцахПУ, в гибкой составляющей которых доля ОБГА-блоков изменялась от ф2=0до 0,6. В данном интервале изменения доли ОБГА в гибкой составляющей структураПУ претерпевает три существенно различных состояния, характеризующихся степеньюгетерогенности, плотностью упаковки и размерами жестких доменов.
Последовательноерассмотрение изменения характера рассеяния рентгеновых лучей образцами ПУ, вкоторых монотонно возрастает доля полярного кристаллизующегося компонента,позволяет утверждать, что изменения в ПУ-1 — ПУ-3 обусловлены взаимодействиемОБГА-блоков с жесткими доменами. Это утверждение основывается на том, чтохарактер рассеяния изменяется в области углов 29=20—50', тогда как спадинтенсивности на кривой рассеяния (20=50—70') остается неизменным.
Резкоеизменение интенсивности рассеяния рентгеновых лучей на образце ПУ-4 (рис. 3, б,кривая 4) свидетельствуето качественных изменениях структуры этого полимера, когда доля ОБТА-сегментовдостигла 30 вес.%. Последующее увеличение содержания ОБГА в олигоэфирной фазеоказывает воздействие на структуру ПУ (кривые 5—7), но это воздействие обусловленоусилением межмолекулярного взаимодействия различными составляющими структурыПУ, а следовательно, приводит к понижению ее гетерогенности. Как следует изрис. 3, б (кривая 7), наименьшая гетерогенность достигается в полимере ПУ-7.
Результатыкалориметрических исследований, согласно которым Тс гибких и жестких сегментов (рис. 1,кривые 4, 5) в ПУ-7достигают соответственно максимума и минимума своих значений в исследованномряду полимеров, наряду с данными малоугловой рентгенографии позволяютутверждать, что соотношение олигоэфиров ОБГА-2000: ОТМГ-1000= =0,6:0,4 приводитк образованию «эвтектики» фаз данного сегментированного полимера. В своюочередь область соотношения олигоэфиров ОБГА-2000: ОТМГ-1000=20: 80 являетсяпротивоположной по свойствам рассмотренной выше. В этой области составов внаибольшей степени реализуется микрофазовое расслоение, вследствие чего полимерПУ-3 характеризуется наиболее низкой в данном ряду ПУ температурой стеклованиягибких блоков (Тс гб=-62°) и высокой плотностью упаковкивсех структурных составляющих.
Такимобразом, как для ПУ на основе индивидуальных олигогликолей, так и для ПУ наоснове олигоэфирогликолевых смесей доминирующую роль в формировании структуры исвойств играет исходная олигогликолевая составляющая. При этом для ПУ, как идля исходных олигоэфирогли-колевых смесей, характерным регулятором структуры исвойств является изменение компонентного состава олигоэфирных блоков.
Структурныеособенности индивидуальных олигогликолевых смесей проявляются и после введенияих в сегментированные ПУ, однако эти проявления претерпевают и некоторыеизменения, степень которых зависит от величины сродства гибких сегментов кжестким, доли более полярного олигоэфирогликоля в исходной смеси, соотношенияММ олигоэфиров и т. д. Следовательно, эффективным путем регулирования структурыи свойств сегментированных ПУ является применение для их синтеза смесейкристаллизующихся олигоэфирогликолей требуемого состава и ММ.

ЛИТЕРАТУРА
1.КерчаЮ.Ю. Физическая химия полиуретанов. Киев, 1979. 244 с.
2.ВиленскийВ. А., Керча Ю.Ю., Липатов Ю.С, Безрук Л. И., Шевченко В. В.//Высокомолек.соед. А. 1977. Т. 19. № 2. С. 262.
3.Виленский В.А., Керча Ю.Ю., Шаповал Р. Л. // Композиц.Полимер.материалы. 1984. № 20. С. 29.
4.Виленский В. А… Штемпель В.И., Керча Ю.Ю. //Высокомолек. соед. А. 1985. Т. 27.№ 5. С. 1079.
5.Аскадский А.А., Матвеев Ю.Ю. Химическое строениеи физические свойства полимеров. М., 1983. 248 с.
6.ВиленскийВ.А. Дис,… канд. хим. наук. Киев: ИХВС АН УССР, 1976. 169 с.
7.ВиленскийВ.А., Керча Ю.Ю, Шаповал Р. Л., Гончарова Л. Б., Греков А. П. //Высокомолек.соед. А, 1983. Т. 25. № 6. С. 1149.
8.Vilensky V.A.,Kercha Yu.Yu.,Lipatov Yu..,Shtompel V..,Yakovenko A.G.,Grekov A.P.II Angew. Macromolec. Chemie. 1984. B. 126. S. 125.
9.Липатов Ю.С, ПривалкоВ.П., Керча Ю.Ю., Мюллер Б.Е.Ц Синтез и физикохимияполимеров. 1970. № 6. С. 98.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Ozone Depletion Essay Research Paper Atmospheric ozone
Реферат Логистика часть 2
Реферат Анализ и диагностика финансово-хозяйствееной деятельности компании на примере ОАО Боринское
Реферат Ozone Essay Research Paper Ozone pronounced OH
Реферат Put Me In Coach
Реферат Система учета труда на предприятии ООО "ИВА"
Реферат 1. Общий взгляд на нашу культуру избирательных и предвыборных кампаний. Постановка проблемы
Реферат Формы бесполого размножения
Реферат Remote Access Server, удаленный доступ модема к серверу
Реферат Неразветвлённая электрическая цепь с одним переменным сопротивлением
Реферат Навыки и умения для осуществления персональных продаж
Реферат Jane Eyre Essay Research Paper Jane Eyrewould
Реферат Искусство Западной Европы второй половины XIX в
Реферат Источники и пути экономического роста. Экономика в современном периоде (на примере отдельных стран)
Реферат Экспозиционно выставочная деятельность музея Морского Флота 2