Асп. Паничева С.Е.

Д.т.н., проф. Карпухин А.А.

Московский государственный университет дизайна и технологии, Россия

Теоретическое определение термодинамической совместимости пластиков с каучуками

Не каждый пластик может быть совмещен с каучуком. Способность к термодинамической совместимости тем больше, чем меньше значение коэффициента совместимости ß, определяемого следующим соотношением параметров растворимости компонентов:

ß=(δ₁- δ₂)², [кал/см³ или кДж/м³]

Параметр растворимости каждого компонента, в свою очередь определяется по формуле:

δ=√(Е_ког/V)= √е_ког при 298К, [√(кал/см³)], где:

Е_ког – энергия когезии вещества, [кал];

е_ког – плотность энергии когезии: е_ког= Е_ког/V при 298К, [√(кал/см³)].

V – мольный объем:V=υ·M= M/ƍ, [см³/моль], где υ – удельный объем,

М – молекулярная масса вещества.

υ=1/ƍ, [см³/г], где ƍ – плотность вещества, [г/см³].

Во всех последующих расчетах использован мольный объем полимеров при комнатной температуре (298 К).

Величины Е_ког и V, рассчитанные на моль вещества, можно вычислить путем суммирования вкладов атомов и групп связей:

Е_ког=∑n_i Е_{ког i} ; V=∑n_iV_i, где

n_i – число компонентов типа i, вносящих вклад в характеристику;

Е_{ког i}, V_i – числовые значения вклада i-го компонента.

При расчете параметра растворимости выбранного пластика – этилцеллюлозы (ЭЦ), использована величина, называемая мольной константой притяжения, введенная Смоллом, и определяемая по формуле:

F=√(E_ког·V(298)), [√(кал·см³)/моль]

Константа молекулярного притяжения связана с параметром растворимости следующим образом:

F= δ·M/ƍ= δ·V

Таким образом, зная значения F и V, можно рассчитать значение δ (таблица 1) пользуясь формулой:

δ= F/ V

Таблица 1.Расчет параметра растворимости ЭЦ по Ван Кревелену и Хою

Пластик	Степень замещения γ или x:y	Группы	∑F, √(кал·см^3)/моль		∑Vg	δ, √(кДж/м^3)
			Ван Кревелен	Хой		Ван Кревелен	Хой
ЭЦ	100	С6H7O2+O+CH2+ CH3+2OH	1934	1637,9	234,95	16,79	14,22
	200	С6H7O2+2O+2CH2+ 2CH3+OH	2033	1806,9	275	15,08	13,40
	300	С6H7O2+3O+ 3CH2+3CH3	2132	1975,9	315,05	13,81	12,79

Для оценки совместимости ЭЦ с СКН, для него также необходимо провести расчет параметра растворимости. Для этого следует рассчитать суммарные значения константы молекулярного притяжения и мольного объема отдельно для звеньев бутадиена и акрилонитрила, а затем умножить их на долю соответствующего звена.

Параметр растворимости СКН рассчитывается по формуле:

δ=(F_m·m+ F_n·n) / (V_rm·m+ V_rn·n)

Значения параметра растворимости для каучука СКН-40, рассчитанные по данным Ван Кревелена и Хоя, равны 21,22 и 19,85 [√(кДж/м³)] соответственно.

Следующим этапом расчета является определение значения термодинамической совместимости ЭЦ и СКН-40, используя коэффициент совместимости полимеров ß (табл. 2, табл. 3).

Таблица 2.Значения коэффициента совместимости ЭЦ и СКН по Ван Кревелену

Пластик Каучук	ЭЦ
СКН-40	19,62	37,70	54,91
Степень замещения ЭЦ, γ	100	200	300

Таблица 3.Значения коэффициента совместимости ЭЦ и СКН по Хою

Пластик Каучук	ЭЦ
СКН-40	31,70	41,60	49,84
Степень замещения ЭЦ, γ	100	200	300

Как видно из таблиц, совместимость ЭЦ с СКН-40 уменьшается с ростом степени замещения ЭЦ. Результаты расчета коэффициента совместимости ß по данным Ван Кревелена практически аналогичны результатам расчета по данным Хоя, и указывают на хорошую совместимость выбранных пластика и каучука. Таким образом, данный расчетный метод теоретического прогнозирования термодинамической совместимости пластиков с каучуками позволяет обоснованно выбирать компоненты полимерных смесей для приготовления термопластичных резин.

Литература:

1. Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров. / Д.В. Ван Кревелен : Пер. с англ. Ходжеванова Ф.Ф. под ред. Малкина А.Я. – М: Химия, 1976. – 414 с.

2. Small P.A. // J. Appl. Chem. – 1953. - № 3. – P. 71.

3. Hoy K.L. // J. Paint. Technol. – 1970. - № 42. – P. 76.

4. Van Krevelen D.W. // Fuel. – 1965. - № 47. – P. 236; Van Krevelen D.W., Hoftyzer P.J. // J. Appl. Polimer Sci. – 1967. - № 11. – P. 2189.