вернутся к оглавлению

вернутся
к оглавлению

 

УДК 678.046:678.7-416

Модификация пленочных покрытий герметизирующих искусственных кож за счет использования различных наполнителей.

А.Е.Алтунина, Н.Л.Чернова, И.К.Пигута, А.А.Колесников

Ивановский научно-исследовательский институт пленочных материалов и искусственной кожи технического назначения (ИвНИИПИК), г. Иваново.

© 1998 Институт химии растворов РАН

Получено 27.01.97 г



В ряде отраслей народного хозяйства весьма актуальной является проблема создания герметизирующих полимерных композиционных материалов с высоким комплексом защитных свойств. Одним из важнейших показателей, определяющих эксплуатационную пригодность данного вида материалов, служит их высокая устойчивость к проникновению паров воды (или низкая паропроницаемость.

Известно [1], что наполнители, вводимые в полимерное покрытие искусственных кож для придания им тех или иных свойств, способствуют изменению (чаще всего снижению) проницаемости последних, и, следовательно, наполнение можно рассматривать как один из способов уменьшения проницаемости полимерных материалов.

Целью настоящей работы было исследование возможности и эффективности снижения паропроницаемости пленочных материалов за счет введения в них различных наполнителей.

Проведена оценка влияния природы и количества вводимого наполнителя на проницаемость водяных паров через пленки на основе полимеров, изначально обладающих разным уровнем паропроницаемости, а именно: этилен-пропиленового каучука (СКЭПТ-50), бутилкаучука (БК) и суспензионного поливинилхлорида (ПВХ).

В качестве наполнителей использовались: неактивные наполнители (мел, каолин); активные наполнители с высокой степенью дисперсности (техуглерод ДГ-100, аэросил А-175); наполнители, имеющие пластинчатую форму частиц (талькомагнезит, вермикулит, флогопит.

Полимерные пленки изготавливались путем смешения ингредиентов и гомогенизации смеси на лабораторных вальцах с калиброванием в пленку толщиной 0,3 мм и последующим прессованием образцов. Технологические параметры переработки каждой полимерной композиции были различны и определялись природой полимерной матрицы, а также необходимостью введения в нее дополнительных ингредиентов.

Паропроницаемость полученных полимерных пленок определялась весовым методом при температуре 28 0С при помощи металлических стаканчиков, в которые наливалось определенное количество воды. Образец испытуемого материала закреплялся лицевой стороной к воде, находящейся внутри стаканчика. Поглотителем воды служила пятиокись фосфора, закладываемая в эксикатор. В результате эксперимента рассчитывался коэффициент паропроницаемости, учитывающий толщину пленки, по формуле:

P=cdelta.gif (874 bytes)Q.delta.gif (873 bytes)/(S.t)=П.delta.gif (873 bytes),

где cdelta.gif (874 bytes)Q - количество паров воды, прошедших через полимерную мембрану, г
S - рабочая площадь образца, м2
delta.gif (873 bytes) - толщина образца, мм
t - время испытаний, сутки
П - паропроницаемость, г/м2.сутки
Р - коэффициент паропроницаемости, г.мм/м2.сутки

На рис. 1 показано влияние природы наполнителей на коэффициент паропроницаемости пленок. Из приведенных данных видно, что введение наполнителей, имеющих пластинчатую форму частиц (вермикулит, флогопит, талькомагнезит), способствует снижению паропроницаемости пленок в большей степени, чем введение активных (аэросил, техуглерод) и, особенно, инертных (мел, каолин) наполнителей. Причем эта зависимость характерна для всех исследуемых полимерных систем

При введении неактивных наполнителей практически не наблюдается снижения паропроницаемости полимерных пленок на основе СКЭПТ-50 (рис. 1a) , и имеет место даже некоторое увеличение этого показателя для ПВХ (рис. 1в) и БК (рис. 1б) систем, что может быть связано с гидрофильностью данных наполнителей.

Введение слюдяных наполнителей в количестве 20-40 масс.ч. в СКЭПТ-50 (рис. 1a и 2a ) и БК (рис. (рис. и ) способствует снижению коэффициента паропроницаемости в 1,5-2 раза. Содержание их до 50-70 масс.ч. в ПВХ (рис. (рис. и ) обеспечивает снижение коэффициента паропроницаемости в 2-3 раза.

Уменьшение паропроницаемости полимерных покрытий при введении активных и пластинчатых наполнителей может быть объяснено следующими факторами

- сорбция молекул полимера на поверхности активного наполнителя способствует понижению числа возможных конформаций молекул, что приводит к уменьшению гибкости цепных молекул полимера и, соответственно, к снижению скорости переноса молекул пара. В этом отношении частицы наполнителя ведут себя аналогично узлам пространственно структурированного полимера, уменьшая вероятность образования "дырок".

- пластинчатые частицы наполнителя при каландровании и прессовании располагаются, ориентируясь своими плоскостями преимущественно в плоскости пленки, и, тем самым, как бы удлиняют путь прохождения молекул пара при диффузии сквозь толщину покрытия за счет вынужденного огибания частиц наполнителя или полностью преграждают проход, что можно рассматривать как условное увеличение толщины испытуемой мембраны.

Для всех исследуемых полимерных систем получены зависимости коэффициентов паропроницаемости пленок от содержания наполнителя, причем исследовалось только введение пластинчатых наполнителей (вермикулита, флогопита и талькомагнезита), как обеспечивающих наибольший эффект снижения паропроницаемости. Результаты представлены на рис.2 Практически все полученные зависимости носят экстремальный характер. При увеличении содержания указанных наполнителей до 50-60 масс.ч. паропроницаемость начинает возрастать за счет нарушения непрерывности полимерной фазы, что является отрицательным фактором для герметизирующих материалов

На основании полученных данных определено оптимальное содержание наполнителей для исследуемых полимерных систем с точки зрения минимизации уровня паропроницаемости пленок. Достигнутый уровень снижения паропроницаемости пленок за счет использования слюдяных наполнителей в оптимальном количестве представлен на рис.3 Показано, что использование пластинчатых наполнителей в оптимальном количестве дает возможность применять при разработке герметизирующих материалов полимеры, обладающие сами по себе сравнительно высоким уровнем паропроницаемости, например, ПВХ, но имеющие преимущества по другим свойствам (атмосферостойкости, морозостойкости, негорючести и др.

Полученные результаты были использованы при разработке рецептуры полимерного покрытия многослойного герметизирующего материала пониженной паропроницаемости. Осуществлен опытно-промышленный выпуск данного материала. Значение коэффициента паропроницаемости материала составило 1,3 г.мм/м2.сут.

В ы в о д ы

Исследовано влияние наполнителей различных типов на паропроницаемость пленочных покрытий искусственных кож на основе СКЭПТ-50, БК и ПВХ.

Установлено, что наибольший эффект снижения паропроницаемости исследуемых пленочных покрытий наблюдается в случае использования наполнителей, имеющих пластинчатую форму частиц, и, в особенности, флогопита.

Определено оптимальное содержание этих наполнителей (талькомагнезита, вермикулита, флогопита) в рецептуре полимерного покрытия, которое находится в интервале от 30 до 50 масс.ч. на 100 масс.ч. полимера. Показано, что введение слюдяных наполнителей в оптимальном количестве позволяет использовать при разработке герметизирующих искож полимеры, обладающие сами по себе сравнительно высоким уровнем паропроницаемости.

На основании полученных результатов выработаны рекомендации по рецептуре полимерного покрытия многослойной искожи пониженной паропроницаемости и осуществлен опытно-промышленный выпуск данного материала.

 

вернутся к оглавлению

вернутся
к оглавлению