Розроблення основ технології одержання термопластичних нанокомпозитів на основі монтморилоніту та полівінілпіролідону

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробленню основ технології одержання термопластичних нанокомпозитів на основі системного дослідження процесів модифікування поліпропілену (ПП) і поліаміду-6 (ПА-6) модифікатором на основі інтеркальованого полівінілпіролідоном монтморилоніту, та встановленню впливу модифікатора на технологічні і експлуатаційні властивості одержаних матеріалів. Розроблено технологію наномодифікатора на основі монтморилоніту (ММТ) та полівінілпіролідону (ПВП) для термопластів, методами ДТА, ДТГ, ТГ та рентгенографічного аналізів показано, що за умов змішування водних розчинів ПВП та ММТ в ультразвуковому полі між ними відбувається фізична взаємодія з утворенням композиту з підвищеною на 60° термостійкістю порівняно з вихідним ПВП. Одержаний композит на основі ПА-6 з модифікатором, який характеризується підвищеними фізико-механічними властивостями. Встановлено закономірності одержання нанокомпозитів на основі суміші ПП/ПА-6 з модифікатором. В цих нанокомпозитах ПА-6 та ММТ сприяють підвищенню термостійкості матеріалу, а ПВП покращує сумісність полярного ПА-6 з гідрофобним ПП. За результатами термогравіметричних досліджень встановлено, що нанокомпозити на основі сумішей ПП з модифікованим ПА-6 є однорідними. Розроблено принципову технологічну схему та технологічні режими одержання термопластичних нанокомпозитів. Промисловими випробуваннями на ТзОВ «Браш» та на ДП "Електронпобутприлад" підтверджено технологічність розроблених нанокомпозитів в умовах лиття під тиском і добрі експлуатаційні властивості одержаних виробів на їхній основі, що підтвердило можливість їх впровадження у виробництво. Диссертация посвящена разработке основ технологии получения термопластичных нанокомпозитов на основе системного исследования процессов модификации полипропилена (ПП) и полиамида-6 (ПА-6) модификатором на основе интеркалированного поливинилпирролидоном монтмориллонита, и установлению влияния модификатора на технологические и эксплуатационные свойства полученных материалов. Разработана технология наномодификатора для термопластов на основе монтмориллонита (ММТ) и поливинилпирролидона (ПВП), методами ДТА, ДТГ, ТГ и рентгенографического анализов показано, что в условиях смешивания водных растворов ПВП и ММТ в ультразвуковом поле между ними происходит физическое взаимодействие с образованием композита с повышенной на 60 °С термостойкостью по сравнению с исходным ПВП. Получен композит на основе ПА-6 с модификатором, который характеризуется повышенными физико-механическими свойствами. Установлены закономерности получения нанокомпозитов на основе смеси ПП/ПА-6 с модифицированным с помощью ПВП монтмориллонитом. В этих нанокомпозитах ПА-6 и ММТ способствуют повышению термостойкости материала, а ПВП улучшает совместимость полярного ПА-6 с гидрофобным ПП. По результатам термогравиметрических исследований установлено, что нанокомпозиты на основе смесей ПП с модифицированным ПА-6 являются однородными. Установлено, что смешивание в расплаве полипропилена с полиамидом-6, который модифицированный интеркалированным с помощью ПВП монтмориллонитом, приводит к образованию нанокомпозита со свойствами, которые существенно отличаются от свойств исходных полимеров – показатель текучести расплава полученных нанокомпозитов значительно выше, чем исходных ПП и ПА-6. Также композиты характеризуются значительно более высокими значениями твердости, модуля упругости и теплостойкости по сравнению с исходным ПП. Одновременно, относительное удлинение и вынужденно-эластическая деформация таких композитов уменьшаются в 2 и 4 раза соответственно. Такие результаты можно объяснить образованием в структуре разработанных композитов интер-полимерных комплексов с физическими связями с участием ММТ и низкомолекулярного ПВП. Разработана принципиальная технологическая схема и технологические режимы получения термопластичных нанокомпозитов. Промышленными испытаниями на ООО «Браш» и на ДП "Электронпобутпрылад" подтверждены технологичность разработанных нанокомпозитов в условиях литья под давлением и хорошие эксплуатационные свойства полученных изделий на их основе, что подтвердило возможность их внедрения в производство. The dissertation is devoted to the development of the fundamentals of technology for obtaining thermoplastic nanocomposites on the basis of a systematic study of the polypropylene (PP) and polyamide-6 (PA-6) modification by the modifier based on the intercalated with polyvinylpyrrolidone montmorillonite and the determination of the modifier's influence on the technological and working properties of the obtained materials. The technology of nano-modifier on the basis of montmorillonite (MMT) and polyvinylpyrrolidone (PVP) for thermoplastics has been developed applying the methods of DTA, DTG, TG and X-ray analyzes. It has been shown that under the mixing conditions of aqueous solutions of PVP and MMT in the ultrasonic field there is physical interaction between them with the formation of composite of elevated 60 °C thermal resistance compared to the initial PVP. The composite based on PA-6 with a modifier, which is characterized by increased physical and mechanical properties was obtained. The regularities of obtaining nanocomposites based on the mixture of PP/PA-6 with the modifier were determined. In these nanocomposites PA-6 and MMT promote an increase in thermal stability of the material, and PVP improves the compatibility of polar PA-6 with hydrophobic PP. According to the results of thermogravimetric studies it was determined that nanocomposites based on PE with modified PA-6 blends are homogeneous. The principle technological scheme and technological modes for obtaining thermoplastic nanocomposites have been developed. By the industrial tests which were provided by "Brash" Ltd and "Elektronpobutprylad" Company have confirmed the technological efficiency of nanocomposites developed under conditions of injection molding and also the good working properties of the products obtained on their basis. All above mentioned confirmed the possibility of manufacturing application of obtained nanocomposites.