Шаламберидзе М.М., Грдзелидзе М.Г., Татвидзе М.Л.

Кутаисский государственный университет им. А. Церетели, Грузия

Исследование  пространственной сетки структурированных бутадиен-стирольных каучуков для низа ортопедической обуви

 

Структурированные бутадиен-стирольные каучуки для низа ортопедической обуви, имеющие пространственную химическую сетку способны только к ограниченному набуханию. Одной из количественных характеристик процесса набухания является  степень набухания. Набухание структурированных бутадиен-стирольных каучуков в жидкостях зависит от следующих физико-химических факторов: химической природы полимера и растворителя, фазового состояния полимера, плотности упаковки макромолекул, плотности и густоты пространственной сетки, температуры и др.

Процесс набухания протекает во времени, кинетику этого процесса можно выразить зависимостью степени набухания от времени. Кинетические кривые выражают зависимость α = f(t), где α – степень набухания, t – время набухания. Предельная величина степени набухания называется равновесной степенью набухания.

При набухании трехмерной сетки структурированных бутадиен-стирольных каучуков на первой стадии происходит проникновение растворителя в клубок макромолекул и изменение свободной энергии вследствие смешения молекул полимера и растворителя. Беспредельному раздвижению цепей (растворению) препятствуют поперечные химические связи, соединяющие макромолекулы друг с другом.

Одной из количественных характеристик пространственной химической сетки структурированных бутадиен-стирольных каучуков является плотность межузловых сшивок макромолекул.

         Плотность пространственной химической сетки структурированных бутадиен-стирольных каучуков определили по теории равновесного набухания и с помощью уравнения Флори-Ренера [1-2]:

                                 (1)       

где α1 – активность паров растворителя, для жидкости    a1=1;

      V° – молярный объем растворителя;

       ƒ – функциональность узла сетки;

       φ2 – объемная доля полимера в набухшем образце,

                         (2)

       где  и - плотность растворителя и полимера соответственно;              

         ∆W – количество поглощенного растворителя или его паров;

           m – навеска полимера;

          - константа Хаггинса – параметр взаимодействия полимер-растворитель;

          nc- плотность сетки пространственно-структурированных полимеров.

На рис. 1 и 2 представлены кинетические кривые процесса набухания структурированных бутадиен-стирольных каучуков как с латентным отвердителем, так и серных вулканизатов в циклогексаноле (рис. 1) и в бензине (рис. 2). Как видно из кривых, равновесная степень набухания достигается после 36-40 часовой выдержки структурированных каучуков в растворителях. Беспредельному раздвижению цепей (растворению) препятствуют поперечные химические связи, соединяющие макромолекулы друг с другом. Объем набухающей сетки стабилизируется, когда осмотическое давление, раздвигающее цепи, уравновешивается упругой силой деформации сетки.

Плотность пространственной сетки рассчитали по уравнению Флори-Ренера. Для бутадиен-стирольных каучуков с латентным отвердителем ЛО-3 плотность сетки составляет nc=1,4-1,6·10-6моль/мм3 и для серных вулканизатов соответствующих каучуков  nc=1,2-1,4·10-6 моль/мм3.

Таким образом, как показали исследования, с применением латентных отвердителей ЛО-3 в бутадиен-стирольных каучуках образуется более гибкая пространственная сетка (так как латентный отвердитель ЛО-3 является отвердителем олигомерного типа), чем у серных вулканизатов соответствующих каучуков.

Рассмотренный метод позволяет достаточно точно описывать параметры пространственной химической сетки структурированных бутадиен-стирольных каучуков, характеризующие ее поведение в равновесных условиях. Количественные характеристики полученные в ходе эксперимента могут быть использованы для описания свойств реальных полимерных материалов сшитой структуры.

 

                                         Л И Т Е Р А Т У Р А

1.     Липатов Ю.С., Сергеева Л.М. Взаимопроникающие полимерные сетки. Киев, Наукова думка: 1979, 160с.

2.     Сперлинг Л. Взаимопроникающие полимерные сетки и аналогичные материалы. // Перевод с англ. Ковышиной Н.В./ М.: "Мир", 1984, 327с.

3.     М. М. Шаламберидзе Л.М.Полухина, З.В.Копадзе, Н.З.Ломтадзе. Определение плотности пространственной сетки стуктурированных полихлоропреновых каучуков. Обувь: производство-качество-рынок. Москва  №4(16) 2006г. с. 10-11.

4.     М. М. Шаламберидзе. З.В.Копадзе, Н.З.Ломтадзе. Определение плотности пространственной сетки структурированных полиуретановых клеевых пленок. Известия национальной академии наук грузии. Серия Химическая. Том 33,  №1. Тбилиси 2007г. с. 24.

 

  42

  36

  30

  24

  18

  12

  6,0
 

  4

  3

  2

  1
 

 4

 3

 2

 1
 
     

    Рис. 2.    Кинетика набухания структурированных бутадиен-стирольных каучуков в бензине.

1 – СКС – 30 АРК и 3 – СКС – 30 АРКМ-15, серный вулканизат,

2 – СКС – 30 АРК и 4 – СКС – 30 АРКМ-15 с латентным отвердителем ЛО-3.
 

    Рис. 1.    Кинетика набухания структурированных бутадиен-стирольных каучуков в циклогексаноле.

1 – СКС – 30 АРК и 3 – СКС – 30 АРКМ-15, серный вулканизат,

2 – СКС – 30 АРК и 4 – СКС – 30 АРКМ-15 с латентным отвердителем ЛО-3.
 

   42

   36

   30

   24

   18

   12

   6,0
 

 0          6           12        18         24         30         36         42         48
 

α, %
 

t, час
 

α, %
 

0          6          12        18         24         30       36         42         48
 

 t, час