Кислотно-основные взаимодействия полимеров и металлов в адгезионных соединениях (12.09.2011)

Автор: Старостина Ирина Алексеевна

Старостина Ирина Алексеевна

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛИМЕРОВ И МЕТАЛЛОВ В АДГЕЗИОННЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

02.00.06 – Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Казань – 2011

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский национальный

исследовательский технологический университет»

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Стоянов Олег Владиславович

Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор

Киреев Вячеслав Васильевич

доктор химических наук, профессор

Навроцкий Александр Валентиновыч

доктор химических наук, профессор

Галяметдинов Юрий Геннадьевич

Ведущая организация Институт химической физики РАН им.Н.Н.Семенова (г.Москва)

Защита состоится ___________2011 г. в____часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.01 при ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет» по адресу: 420015, Казань, К.Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Казанского государственного технологического университета

Автореферат разослан “ “__________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Е.Н.Черезова

Актуальность темы Достижение высоких прочностных свойств полимерных материалов в контакте с металлами является важнейшей задачей при конструировании адгезионных соединений. На сегодняшний день наука об адгезии полимеров разносторонне развита и представлена в трудах С.С.Воюцкого, Ю.С.Липатова, В.Е.Басина, Л.М.Притыкина, В.В.Арсланова, А.Е.Чалых и др. Тем не менее, на практике вопросы управления адгезионной способностью металл-полимерных систем рассматриваются чаще всего путем оптимизации рецептурно-технологических факторов, что не позволяет решить проблему в целом на научном уровне.

В последнее время особое внимание уделяется кислотно-основным взаимодействиям при изучении их роли в образовании межфазных связей. При этом наилучшее взаимодействие достигается тогда, когда один из соединяемых материалов обладает преимущественно кислотными свойствами, а другой – основными. Развитие и всеобщее признание теории кислотно-основных взаимодействий в адгезионных системах (АС) приобрело в последние годы заметные масштабы. В настоящее время теория находится на стадии формирования, накопления и осмысливания экспериментального материала. К сожалению, единого подхода, который позволял бы проводить оценку потенциально возможного взаимодействия на межфазной границе, прогнозировать и регулировать данное взаимодействие, до сих пор не существует. В работах ван Осса с коллегами, Кинлока, Фоукса приводятся результаты оценки кислотно-основных свойств некоторых полимерных поверхностей, однако экспериментальный материал разрознен, а для композиционных материалов такие данные практически отсутствуют.

Сегодня определение кислотных и основных характеристик твердых «готовых» полимерных поверхностей и различных низкомолекулярных добавок – наполнителей, пластификаторов, промоторов и т.п. является нетривиальной задачей. Большинство существующих методов оценки вышеуказанных свойств ограничены в применении к полимерам. Необходим, прежде всего, обоснованный выбор корректной количественной характеристики кислотно-основных свойств компонентов АС. Дальнейшая систематизация экспериментальных данных должна способствовать выработке научно-обоснованных рекомендаций для получения полимерных материалов с требуемой адгезией. Таким образом, оценка кислотных и основных свойств поверхности полимеров и соотнесение данных свойств с межфазным взаимодействием в адгезионном соединении достаточно актуальны.

Цель работы заключалась в выявлении роли кислотно-основных взаимодействий в осуществлении межфазного контакта на границе раздела полимера и металла, выборе корректных параметров количественной оценки кислотно-основных свойств поверхностей и установлении закономерностей их связи с адгезионной способностью в металл-полимерных системах.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

Анализ адгезионных соединений полимеров с металлами в рамках возможных механизмов адгезии;

Апробация и сравнительный анализ методов определения кислотно-основных свойств полимеров; выбор достоверной количественной характеристики указанных свойств в целях прогнозирования и оценки адгезионного взаимодействия.

Характеристика кислотно-основных свойств полимеров, модификаторов, металлических субстратов и выявление их связи с составом и структурой полимеров и полимерных композиций;

Установление закономерностей связи кислотно-основных свойств с адгезионной способностью в соединениях полимеров с металлами;

Систематизация полученных результатов с позиций кислотно-основного подхода.

Научная новизна. Разработаны физико-химические основы управления адгезионной способностью в металл-полимерных системах путем регулирования кислотно-основных характеристик адгезивов и адгерендов.

Установлена связь между кислотно-основными характеристиками полимерного материала и его строением. Показано, что все исследованные полимеры (за исключением нейтральных), обладают в той или иной степени выраженным биполярным характером. Показано, что полимеры, традиционно используемые в качестве монополярных, таковыми не являются.

Оценены поверхностные энергетические и кислотно-основные характеристики более ста пятидесяти полимерных объектов: карбоцепных и гетероцепных полимеров, сополимеров и их смесей, а также эпоксидных и каучуковых композиций различного состава, используемых в адгезионных соединениях. Аналогичные характеристики оценены для 16-ти металлических субстратов и некоторых низкомолекулярных модификаторов.

Выявлена важная роль кислотно-основных взаимодействий в присутствии агрессивных сред в адгезионном взаимодействии полиолефиновых, эпоксидных и каучуковых полимерных композиций с металлами.

Найдено, что для ряда систем: модифицированный каучук – сталь и смеси сополимеров этилена – сталь усилие отслаивания возрастает по мере увеличения приведенного параметра кислотности в условиях адгезионного отрыва.

Выявлена общая зависимость адгезионной способности, оцениваемой по стойкости к катодному отслаиванию, от приведенного параметра кислотности для металл-полимерных систем на основе эпоксидных композиций, полиолефинов и каучуков.

Впервые апробация методов смачивания проведена как индивидуально для полимеров и модификаторов различного назначения, так и для полимерных композиций на их основе. Обнаружено, что параметр кислотности (метод Бергер) отражает изменения поверхностных свойств композиции при введении модификаторов (от 0,25%) и в зависимости от технологических условий формирования покрытий.


загрузка...