Динамические механические свойства пластифицированных поливинилхлоридных композиций, наполненных силикатами

Введение. Пластифицированные композиции на основе поливинилхлорида (ПВХ) используются фактически во всех отраслях народного хозяйства и наиболее часто их наполняют силикатами. Перспективным наполнителем ПВХ является также волластонит, игольчатая форма частиц которого обеспечивает его армирующий эффект. Эксплуатационные свойства композиционных полимерных материалов напрямую зависят от их релаксационных свойств.

Цель. Изучение зависимости молекулярной подвижности цепей в ПВХ-композициях от их фазового состава и структуры наполнителей-силикатов для выявления связи между релаксационными и эксплуатационными свойствами полимерных композитов.

Материалы и методы. В работе были исследованы пластифицированные поливинилхлоридные композиции на основе эмульсионного поливинилхлорида, пластификатора ЭДОС, стандартных наполнителей микромрамора и Аэросила и модификаторов на основе золы рисовой шелухи. Для исследования был использован динамический механичесцкий метод, а также стандартные методики для определения объема и размера пор применяемых наполнителей.

Результаты и обсуждение. Результаты исследования показали, что для всех изученных модифицированных композиций, не зависимо от вида наполнителя, зафиксирован один максимум температурных зависимостей тангенса угла механических потерь, который соответствует переходу полимера из стеклообразного в высоко­эластическое состояние. Также сдвиг релаксационного перехода наблюдается в область более высоких температур для всех исследованных наполненных композиций, что подтверждается данными по изменению температуры стеклования ПВХ. Наибольший эффект обеспечивает волластонит с развитой кристаллической структурой, уменьшающий интенсивность тангенса угла механических потерь в области основного максимума. Промышленный наполнитель Аэросил способствует снижению динамического модуля ПВХ композиций.

Выводы. Было установлено, что обработка поверхности золы рисовой шелухи (ЗРШ) четвертичными аммониевыми солями приводит к снижению температуры стеклования ПВХ композиций ввиду уменьшения пористости золы при активации. При наполнении активированной ЗРШ ширина максимума тангенса угла механических потерь уменьшается, что указывает на повышение однородности модифицированного материала.

1. Колосова А.С., Сокольская М.К., Виткалова И.А., Торлова А.С., Пикалов Е.С. Современные полимерные композиционные материалы и их применение // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018. № 5 (1). С. 245–256. URL: https://s.applied-research.ru/pdf/2018/5/12252.pdf

2. Nadlene R., Sapuan S.M., Jawaid M., Ishak M.R., Yusriah L. The effects of chemical treatment on the structural and thermal, physical, and mechanical and morphological properties of roselle fiber-reinforced vinyl ester composites // Polymer Composites. 2018. No. 39. Рр. 274–287. DOI: 10.1002/pc.23927

3. Nwosu-Obieogu K., Chiemenem L.K., Adekunle K. Utilization of Rice Husk as Reinforcement in Plastic Composites Fabrication : a Review // American Journal of Materials Synthesis and Processing. 2016. No. 1 (3). Pр. 32–36. DOI: 10.11648/j.ajmsp.20160103.12

4. Fernandes I.J., Santos R.V., Dos Santos E.C.A., Rocha T.L.A.C., Domingues N.S., Moraes C.A.M. Replacement of Commercial Silica by Rice Husk Ash in Epoxy Composites : а Comparative Analysis // Materials Research. 2018. No. 21 (3). Рр. 1–10. DOI: 10.1590/1980-5373-mr-2016-0562

5. Gotlib E., Yamaleeva E., Thi Nya H.Ph. et al. Fillers of polymeric materials based on rice husk: Study Guide. Kazan : Otechestvo, 2019. Р. 91. URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_010444109

6. Azarov G.M., Maiorova E.V., Oborina M.A., Belyakov A.V. Wollastonite raw materials and their applications : a review // Glass and Ceramics. 1995. No. 52. Рр. 237–240. DOI: 10.1007/BF00681090

7. Готлиб Е.М., Садыкова Д.Ф., Ямалеева Е.С. Волластонит — эффективный наполнитель резин и композиционных материалов на основе линейных и сетчатых полимеров : монография. М. : Lambert Academic Publishing, 2018. 180 c. URL: https://a.co/d/j9PRK0K

8. Chen S., Zhou X., Zhang S., Li Bo., Zhang T. Low temperature preparation of the β-CaSiO3 ceramics based on the system CaO-SiO2-BaO-B2O3 // Journal of Alloys and Compounds. 2010. No. 505 (2). Рр. 613–618. DOI: 10.1016/j.jallcom.2010.06.090

9. Ismail H., Shamsudin R., Abdul Hamid M.Z., Jalar A. Synthesis and Characterization of Nano-Wollastonite from Rice Husk Ash and Limestone // Materials Science Forum. 2013. Vol. 756. Pр. 43–47. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.756.43

10. Волоцкой А.Н., Юркин Ю.В., Авдонин В.В. Влияние типа наполнителя на динамические свойства вибропоглощающих полимерных композиционных материалов на основе этиленвинилацетата // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 12. С. 31–36. DOI: 10.17513/snt.37258

11. Готлиб Е.М., Соколова А.Г. Композиционные материалы, пластифицированные ЭДОСом : монография. М. : Палеотип, 2012. 236 с. EDN CUGLBS.

12. Садыкова Д.Ф. Пластифицированные ПВХ материалы, модифицированные диоксидом кремния и волластонитом на основе золы рисовой шелухи : автореф. дис. … канд. техн. наук. Казань, 2021. 19 с. URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_010936531/?ysclid=mbrtf4nmuh295796665

13. Hossain Sk.S., Roy P.K. Study of physical and dielectric properties of bio-waste derived synthetic wollastonite // Journal of Asian Ceramic Societies. 2018. No. 6 (3). Рр. 289–298. DOI: 10.1080/21870764.2018.1508549

14. Садыкова Д.Ф., Готлиб Е.М., Кожевников Р.В., Гарсия-Триньянес П. Влияние активации поверхности волластонита четвертичными аммониевыми солями на релаксационные свойства модифицированных им ПВХ-композиций // Бутлеровские сообщения. 2020. Т. 62. № 5. С. 64–71. EDN OIHNFO.

15. Шаравара А.М., Христофорова И.А. ПВХ-композиции и их применение // Международный научно-­исследовательский журнал. 2019. № 2 (80). С. 84–86. DOI: 10.23670/IRJ.2019.80.2.015

16. Готлиб Е.М., Садыкова Д.Ф., Кожевников Р.В., Твердов И.Д., Мишагин К.А. Поливинилхлоридные композиции для линолеума с добавками наполнителей на основе рисовой шелухи // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2023. № 66 (2). С. 114–119. DOI: 10.6060/ivkkt.20236602.6692

17. Алексеенко В.В., Гонжитов А.Б., Бугдаев С.П. Влияние состава на физико-механические характеристики модифицированных ПВХ // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2024. № 14 (1). С. 20–29. DOI: 10.21285/2227-2917-2024-1-20-29. EDN YTBJWB

18. Готлиб Е.М., Садыкова Д.Ф., Кожевников Р.В., Ямалеева Е.С. Влияние активации поверхности волластонита четвертичными аммонийными солями на свойства модифицированных им ПВХ композиций // Вестник технологического университета. 2017. № 20 (21). С. 35–36. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-aktivatsii-poverhnosti-vollastonita-chetvertichnymi-ammoniynymi-solyami-na-svoystva-modifitsirovannyh-im-pvh-kompozitsiy/viewer

19. Нафикова Р.Ф., Фаткуллин Р.Н., Афанасьев Ф.И., Степанова Л.Б., Исламутдинова А.А. Исследование влияния пластификатора ДЭС М-2 на физико-механические и технологические свойства // Пластические массы. 2020. № 3–4. С. 33–36. DOI: 10.35164/0554-2901-2020-3-4-33-36

20. Tiwari P., Choudhary S., Cloudhary M. Study on Mechanical, Thermal and Morphological Properties of RHA Filled PVC Composite // International Journal of Scientific Engineering and Applied Science (USEAS). 2015. No. 5 (1). Рр. 265–281. URL: https://ijseas.com/volume1/v1i5/ijseas20150529.pdf