Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Модифицирование пленок полиэтилентерефталата под воздействием ускоренных электронов

Диссертация: Модифицирование пленок полиэтилентерефталата под воздействием ускоренных электронов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

К числу основных характеристик пленочных материалов на основе ПЭТФ следует отнести высокие прочностные и оптические характеристики, малые набухание и усадка, термостабильность (т.е. отсутствие или протекание с минимальными скоростями релаксационных и кристаллизационных процессов в условиях изменения температуры), химическую индифферентность по отношению к сопряженным средам. Однако названные… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ВВЕДЕНИЕ
  • 2. ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА. СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ И СПОСОБЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ
    • 2. 1. Строение ПЭТФ и исследование поверхности пленок
      • 2. 1. 1. Синтез и химическое строение ПЭТФ
      • 2. 1. 2. Активные центры поверхности
      • 2. 1. 3. Исследование структуры и свойств поверхности методом адсорбции кислотно-основных индикаторов
      • 2. 1. 4. Применение решеточной модели в теории поверхностных явлений
      • 2. 1. 5. Определение поверхностного натяжения методами отрыва кольца и краевого угла смачивания
    • 2. 2. Слоевые композиты и традиционные способы модифицирования поверхности ПЭТФ
      • 2. 2. 1. Получение слоевых композитов на основе ПЭТФ — пленок
      • 2. 2. 2. Поверхностная обработка физическими методами
      • 2. 2. 3. Химическая обработка и химическая прививка
      • 2. 2. 4. Прививочная сополимеризация под воздействием УФ — и лазерного излучения
    • 2. 3. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПЭТФ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
      • 2. 3. 1. Радиационно-химические превращения полимеров
      • 2. 3. 2. Аппаратурное оформление электронно-лучевых технологий
      • 2. 3. 3. Прививочная сополимеризация под воздействием гамма- и бета -излучений
    • 2. 4. Постановка задачи исследования
  • 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 3. 1. Объекты исследования
      • 3. 1. 1. Пленки ПЭТФ
      • 3. 1. 2. N-Винилпирролидон
    • 3. 2. Электронно-лучевая обработка пленок ПЭТФ
      • 3. 2. 1. Ускоритель электронов и периферические устройства
      • 3. 2. 2. Технологическая дозиметрия
      • 3. 2. 3. Обработка образцов в воздушно-сухом состоянии
      • 3. 2. 4. Прививочная сополимеризация
    • 3. 3. Аналитические измерения и методы испытаний
      • 3. 3. 1. Определение вязкости растворов ПЭТФ
      • 3. 3. 2. УФ- и видимая спектрофотометрия
      • 3. 3. 3. Анализ функционально-химического состава поверхности методом адсорбции кислотно-основных индикаторов
      • 3. 3. 4. ИК-спектроскопическое исследование пленок ПЭТФ
      • 3. 3. 5. Исследование термических характеристик пленок ПЭТФ
      • 3. 3. 6. Измерение краевого угла смачивания и поверхностного натяжения на границе раздела с жидкостями
      • 3. 3. 7. Испытания механических свойств пленок ПЭТФ
  • 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
    • 4. 1. Модифицирование пленок ПЭТФ производства АО «Свема»
      • 4. 1. 1. Исследование функциональных превращений на поверхности пленок ПЭТФ методом РЦА
      • 4. 1. 2. Изменение гидрофильно-гидрофобного баланса поверхности модифицированных пленок
      • 4. 1. 3. Исследование строения и структуры ПЭТФ методом ИК-спектроскопии
    • 4. 2. Модифицирование пленок ПЭТФ производства фирмы Дюпон
      • 4. 2. 1. Исследование характеристик поверхности методом РЦА
      • 4. 2. 2. ИК-спектры модифицированных пленок
      • 4. 2. 3. Гидрофильно-гидрофобные свойства поверхности
      • 4. 2. 4. Калориметрическое исследование влияния электронно-лучевой обработки на термохарактеристики ПЭТФ
      • 4. 2. 5. Прочностные характеристики пленок
    • 4. 3. Прививочная сополимеризация винилпирролидона на ПЭТФ и нанесение эмульсий

Модифицирование пленок полиэтилентерефталата под воздействием ускоренных электронов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

Одним из наиболее перспективных методов модифицирования поверхности, интенсивно развивающихся в мире, является обработка материалов, в том числе полимерных, под воздействием ускоренных электронов. Преимуществами данного подхода являются возможность направленного изменения структуры поверхностного слоя (химические превращения могут протекать без применения химических реагентов) и прецизионного регулирования степени и направленности функционально-химических и структурных превращений за счет подбора параметров процесса.

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) — один из самых распространенных полимерных материалов: в настоящее время по мировым объемам продаж он занимает первое место. ПЭТФ нашел применение для изготовления волокон, пленок, композиционных материалов, при этом объем его переработки в виде разнотолщинных пленочных продуктов в два раза превышает объем производства ПЭТФ-волокон. ПЭТФ применяется для изготовления пленочных материалов и композитов индустриального, медицинского, хозяйственно-бытового назначения: в производстве видео-, аудиофотопленок, пленочных конденсаторов, мембран, аппликаторов и т. д. С начала 90-х наблюдается резкое увеличение производства тонкостенных ПЭТФ-контейнеров для упаковки содержимого в различных агрегатных состояниях — косметических, фармацевтических, медицинских средств, пищевых продуктов практически всех видов.

К числу основных характеристик пленочных материалов на основе ПЭТФ следует отнести высокие прочностные и оптические характеристики, малые набухание и усадка, термостабильность (т.е. отсутствие или протекание с минимальными скоростями релаксационных и кристаллизационных процессов в условиях изменения температуры), химическую индифферентность по отношению к сопряженным средам. Однако названные параметры не являются универсальными преимуществами для всех применений и индифферентность поверхности, необходимая в случае упаковочной пленки, существенно осложняет технологии изготовления пленочных композитов на основе ПЭТФ. Разработка методов направленного модифицирования пленок ПЭТФ, без изменения химического строения основного вещества, с целью получения заданных физико-химических свойств и эксплуатационных характеристик, является важнейшей технологической задачей. Следует подчеркнуть, что в случае ПЭТФ особенности химического строения полимера, характеризующегося сочетанием алифатических, ароматических и карбонильных фрагментов, открывают расширенные возможности для специфической функционализации и проведения реакций на поверхности пленок и волокон.

Цель настоящей работы — выполнение базовых физико-химических исследований для осуществления направленного электронно-лучевого модифицирования пленок полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и получение пленочных материалов с улучшенными гидрофильно-гидрофобными и адгезионными свойствами.

Для решения поставленных задач выполнены следующие стадии работы:

1. Обработка пленок ПЭТФ ускоренными электронами при варьировании технологических параметров (энергия, поглощенная доза).

2. Анализ изменений функционального состава поверхности пленки в зависимости от условий электронно-лучевой обработки на воздухе.

3. Исследование сопутствующих физикохимических превращений, включая структурно-фазовые и релаксационные переходы.

4. Исследование гидрофильно-гидрофобных, оптических и термических свойств обработанного материала в сравнении с его исходными характеристиками.

5. Определение корреляции между параметрами электронно-лучевой обработки и целевыми характеристиками модифицированных материалов.

Научная новизна.

В работе:

• Впервые исследовано распределение активных центров по кислотно-основным и донорно-акцепторным свойствам на поверхности исходного и радиационно-модифицированного ПЭТФ с использованием методов адсорбции кислотно-основных индикаторов, ИК-сггектроскопии и анализа взаимодействия со стандартными жидкостями различной полярности.

• Установлены механизмы взаимных превращений поверхностных функциональных групп (в частности образования гидроксильных групп различной природы) под воздействием ускоренных электронов и изучена зависимость направления и степени превращения от параметров электронно-лучевой обработки.

• Проанализированы особенности инициируемых ускоренными электронами функционально-химических превращений и изменения физико-химических свойств для двухосно-ориентированных пленок ПЭТФ.

• Проанализирована зависимость физико-химических и эксплуатационных свойств модифицированных пленок ПЭТФ (термических характеристик фазовых и релаксационных переходов, гидрофильно-гидрофобных свойств, оптических и физико-механических показателей) от технологических параметров электронно-лучевой обработки поверхности ПЭТФ.

• Оптимизированы параметры электронно-лучевой обработки, определяющие наиболее эффективное изменение целевых характеристик пленок.

Практическое значение работы.

• Получены материалы с новыми гидрофильно-гидрофобными свойствами, что определяет перспективы их использования для изготовления слоевых композитов улучшенного качества, в том числе в производстве кинофотоматериалов (КФМ).

• Результаты исследования процесса изменения функционального состава поверхности ПЭТФ и физико-химических показателей под воздействием ускоренных электронов указывают на возможность создания высокоэффективной технологии электронно-лучевого модифицировании пленки.

• Работа выполнена на кафедре технологии полимеров и композитов Санкт-Петербургского Государственного Университета Кино и Телевидения и в ООО «Технологический Центр «РАДИАНТ» (С-Петербург). Испытания ряда свойств модифицированных пленок проводились в НИИ Электрофизической Аппаратуры им. Д. В. Ефремова (С-Петербург).

6. выводы.

1. Установлены параметры модифицирования пленок ПЭТФ посредством направленного регулирования функционального состава поверхности и структурно-фазовых превращений под воздействием ускоренных электронов.

2. Показано, что диагностика функционально-химического состава поверхности пленки методом адсорбции кислотно-основных индикаторов позволяет исследовать механизмы радиационно-химических превращений с целью оптимизировать параметры процесса.

3. Методами ПК-спектроскопии и кислотно-основных индикаторов установлено, что при малых значениях поглощенной дозы (50−100 кГр) воздействие ускоренных электронов приводит к преимущественному протеканию процессов окисления метиленовых и метиновых групп в алифатических и ароматических фрагментах цепи ПЭТФ с образованием гидроксильных и карбонильных групп. Также установлена взаимосвязь между параметрами обработки пленок ПЭТФ ускоренными электронами, изменениями функционально-химического состава их поверхности и физико-химическими свойствами материала.

4. Обработка пленок ПЭТФ под воздействием ускоренных электронов в интервале значений поглощенной дозы 25−250 кГр не ухудшает теплофизических, релаксационных и механических свойств пленок, что позволяет обосновать применимость данного метода для переработки ПЭТФ.

5. Показано, что электронно-лучевая обработка является эффективным методом направленного регулирования, гидрофильно-гидрофобных свойств поверхности ПЭТФ. Обработка при поглощенной дозе 25−50 кГр приводит к значительной гидрофобизации, а при 150−200 кГр к гидрофилизации поверхности.

6. Определены оптимальные условия проведения процесса электроннолучевой обработки ПЭТФ (поглощенная доза 50 кГр) для пленок двух марок от различных производителей, позволяющие получить пленочный материал с улучшенными гидрофильно-гидрофобными показателями.

7. Возможность варьирования гидрофильно-гидрофобного баланса функциональных групп подтверждается изменением селективности смачивания стандартными жидкостями с различным поверхностным натяжением. Таким образом, модифицирование пленки изменяет свойства поверхности для контакта с материалами различной химической природы, что существенно упростит технологии изготовления слоевых композитов.

8. Результаты настоящей работы по электронно-лучевому модифицированию пленок ПЭТФ рекомендованы к внедрению в опытно-промышленном масштабе (Приложения 4, 5).

5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе настоящей работы проделаны основные физико-химические исследования, позволившие разработать процесс направленного электроннолучевого модифицирования пленок полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и получить пленочные материалы с улучшенными гидрофильно-гидрофобными и адгезионными свойствами.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В. А. Энциклопедия полимеров./ Т. 1−3. М., «Советская Энциклопедия», 1972.
  2. А.Н., Завлин П. М. Полимеры в кинофотоматериалах.-Л.: Химия, 1991.
  3. М. Н. Гуль В.Е. Полимерные пленочные материалы. М.: «Химия», 1976.
  4. Л. Природа химической связи. М., Химия. 1947
  5. К. Твердые кислоты и основания . —М.: Мир. 1973.6. Пат. 2 686 778 (США).
  6. . Дж. Фотофизика и фотохимия полимеров. Введение в изучение фотопроцессов в макромолекулах. Под редакцией чл.-корр. АН СССР М. В. Алфимова М.: «МИР» 435 с. 1988.8. Пат. 2 785 085 (США)9. Пат. 3 085 903 (США)10. Пат. 3 158 494 (США)11. А.с. 271 053 (СССР)
  7. А. Н. Баблюк Е.Б. Коростылев Б. Н. Тр. Госниихимфогопроект, М.: вып 17, 16. 1974.
  8. D. «J. Appl. Polymer Sci.» 19, 3315, 1975.
  9. Англ. Пат. №> 1 379 066, 1975.
  10. Г. Пленки из полимеров / Пер. с яп. под ред. Фадеевой А.В.-М.: «Химия», 1971.
  11. Пат. 82 972 (ГДР) — 3 582 339 (США)17. Пат. 788 365 (Англия)
  12. А. Н. Оглоблин В.А. Баблюк Е. Б. Константинов В.Н. Перепелкин А. Н. Труды Московского института электронного машиностроения. М.: вып. 37, 1975.
  13. Франц. Нат. № 1 465 452, 1968
  14. Англ. Пат. № 1 375 243, 1974
  15. Франц. Пат. № 1 465 452, 1968.
  16. Пат. ФРГ № 1 078 437, 1960- № 109 404, 1961.23. Пат. США № 3 145 242, 196 324. Пат. США № 3 274 089, 2 196 325. Яп. пат. № 49−26 580, 197 426. Пат США № 3 275 540, 1963
  17. Англ. Пат. № 1 060 526, 1965
  18. B.C. Радиационная химия полимеров. — JL: Химия, 1988.
  19. Полинг J1. Природа химической связи. М., Химия. 1947
  20. Пат 3 145 242, 3 582 339 (США)
  21. YH Guo, JC Zhang, MW. Shi. Surface graft copolymerization of acrylic acid onto corona- treated poly (Ethylene terephthalate) fabric Journal of Applied Polymer Science, Vol 73, Iss 7, 1999.
  22. MP Carreon, R Aliev, R Ocampo, G Burillo. Radiation grafting of N, N-dimethylaminoethylmethacrylate onto poly (Ethylene terephthalate). Polymer Bulletin, Vol 44, Iss 3, 2000.33. Пат США № 3 275 540, 1963
  23. Англ. Пат. № 872 033, 1960- № 948 619, 1964
  24. Пат. США № 3 035 915, 1962- № 948 619, 196 440. Пат. США № 3 142 581, 1964
  25. Англ. Пат. № 1 375 243, 1974
  26. Пат. США № 2 805 173, 1958- № 3 112 199, 1963.43. Пат. ФРГ № 1 019 909, 1958.44. Пат. ФРГ 1 166 617, 1965.
  27. Авт. Свид. СССР № 139 835. Бюл. откр., изобр., пром. обр., тов. знаков,, № 12. 1961.46. Пат. ЧССР № 125 443, 1967.
  28. Франц. пат. № 125 443, 1967.
  29. В. В. Мозгова К.К. Высокомолекулярные соединения. № 10, 1469., 1962.
  30. О Sanli, S Aytemiz, HI Unal. Graft copolymerization of acrylamide on swollen poly (ethylene terephthalate) fibers using cerium ammonium nitrate initiator. Journal of Macromolecular Science Pure and Applied Chemistry, Vol A34, Iss 6, 1997.
  31. R Anbarasan, T Vasudevan, GP Kalaignan, A Gopalan Chemical grafting of aniline and o-toluidine onto poly (Ethylene terephthalate) fiber // Journal of Applied Polymer Science, Vol 73. 1999.
  32. Англ. пат. № 802 974, 802 975, 196 054. Пат. США 3 475 193, 196 955. Пат. США № 3 645 740, 1972.
  33. Яп. пат. № 42−18 642, 1967.
  34. Яп. пат. № 43−2603, 43−2604, 196 858. Пат. США № 3 849 139, 1974.
  35. W Wang, A. Taniguchi, М Fukuhara, Т Okada Two-step photodegradation process of poly (Ethylene terephthalate) / Journal of Applied Polymer Science. Vol. 74., 1999.
  36. E Uchida, Y Ikada Introduction of quaternary amines onto a film surface by graft polymerization / Journal of Applied Polymer Science, Vol. 61, 1996.
  37. M Dadsetan, Н Mirzadeh, N SharifiSanjani. Surface modification of polyethylene terephthalate film by C02 laser-induced graft copolymerization of acrylamide / Journal of Applied Polymer Science. Vol. 76., 2000.
  38. M Dadsetan, H Mirzadeh, N Sharifi Effect of CCb laser radiation on the surface properties of polyethylene terephthalate / Radiation Physics and Chemistry. Vol. 56, 1999.
  39. A.K. Новые разработки радиационной технологии в России. Химия высоких энергий, т. 32. -с. 3−11, 1999.
  40. А.К. Современная радиационная химия. Твердое тело и полимеры. Прикладные аспекты. М.: Наука. 1987.
  41. Schultz A.R. Encycl. Polym. Sci., a. Technol., 4, 398. 1966.
  42. В.Я. Международные симпозиумы «ионизирующие излучения и полимеры» / Высокомолек. Соед. -т. 42. -с. 135−139. 2000.
  43. Г. В. Синицин А.П., Бугаенко JI.T. Деструкция и сшивание декстрана при у- радиолизе его водных растворов. / Химия Высоких Энергий. — т. 34.-с. 3−11.2000.
  44. С.С. Меш A.M. Ratzsch М. Хайкин С. Я. Виска Н. Hesse A. Reschelt N. Моисеева М. Е. Радиационное структурирование полипропилена в присутствии мономеров, не способных к гомополимеризации / Высокомолек. Соед.-т. 43.-с. 566−571, 2001.
  45. Г. А. Кирюхин Д.П. Баркалов И. М. Радиационная полимеризация кетона. / Высокомолек. соед.-т. 44. -с. 1069−1073, 2002.
  46. В. И. Карно А.И. Корнеев Ю. Н. Радиационная полимеризация стирола в высококонцентрированных гелеобразных эмульсиях. Высокомолек. соед.-т. 44. -с. 382−388, 2002.
  47. С.С. Меш A.M. Ratzsch М. Хайкин С. Я. Виска Н. Hesse А. Особенности радиационной прививки винилсилоксанов к полипропилену / Высокомолек. соед. -т.43. -с. 793−798, 2001.
  48. JI.JI. Кабанов В. Я. Использование радиационной прививочной полимеризации для получения полимерных трековых мембран с температурно регулируемой проницаемостью / Химия высоких энергий, т. 31. -с. 9−11, 1997.
  49. Н. И. Кабанов В.Я. Апель П. Ю. Использование радиационной прививочной полимеризации для получения полимерных трековых мембран с температурнорегулируемой проницаемостью / Химия высоких энергий, —т. 33. -с. 23−28.,-1999.
  50. Д.А., Кузин A.M. Радиационно-биологическая технология. М.: Энергоатомиздат, 152 е., 1984.
  51. У.Н., Бабаев Т. М., Азимов А. А. Исследование радикальной полимеризации новых N-замещенных метакриламидов / Физиологически активные вещества. ГУ.-Ташкент.-с. 33−54, 1976.
  52. Musaev U.N. Radiation-Induced Polimerization of Monoethers Prepared from Anabasine Piperidine and Their Derivatives / Acta Chim., Acad. Sci. Hunger.-v.64. h. 403−406, 1971.
  53. А. Своллоу Радиационая химия органических соединений, —М.: ИЛ, 1963.
  54. Spinks J.W.T. Wods RJ. An Introduction to Radiation Chemistry. Wiley Intersciebce, N.Y. -93 p., 1976.
  55. Tabata Y., Ito Y., Tagawa S. Handbook of Radiation Chemistry. Florida: CRC Press.-740 p., 1988.
  56. A.K. Современная радиационная химия. Радиолиз жидкостей и газов М.: наука с. 439, 1986.
  57. A.M. Атомная энергия в науке и промышленности. М.: Энергоатомиздат. 448 е., 1984.
  58. Ю. Ф. Горынин И.В. Звездин Ю. И. Марков В.Г. Конструкционные материалы АЭС/ М.: Энергоатомиздат, 280 е., 1984.
  59. В.Н., Бруснецева С. А., Никонорова Г. К. Радиационно-полимеризационная очистка производственых стоков.
  60. Сборник докладов Десятого международного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине. (Санкт-Петербург, 1−4 октября, 2001) -М.:ЦНИИ Атоминформ, г., 446 е., 2001.
  61. Г. В., Козлов Ю. Д. Технология радиационного отверждения покрытий. М.: Атомиздат., 1980.
  62. А.Н. Применение излучений для модифицирования, тепловой обработки и вулканизации резины / Журнал ВХО им. Д. И. Менделеева, Т. 31. № 1. С 84−87., 1986.
  63. К. Д. Орехов В.Д. Цетлин Б. Л. Радиационно-химические методы модифицирования свойств текстильных материалов. Журнал ВХО им. Д. И. Менделеева. Т. 26, № 4. С. 401−407. 1981.
  64. . Н.П., Старизный Е. С., Рудой В. А., Путилов А. В. Радиационная технология и комплексные энергохимические производства. М.: Атомиздат, 1980.
  65. А. Ядерные излучения и полимеры. М.: Изд-во иностр.лит. 1962.
  66. Ю.Д. Разработка установок с ускорителями электронов для реализации процессов РХТ. М.: Энергоатомиздат. 1986.
  67. M.A., Богомазов П. М., Косогоров C.JT., Манукян Г. Ш., Сиротинкин В. В. Широкоапертурные низкоэнергетичные ускорители электронов типа ТУР. Вестник Радтех-Евразия. М N 1(3).- С.52−58. 1995.
  68. М.А., Косогоров C.JI. CMOJI ускоритель для технологических исследований. Тезисы докладов конференции по изучению воздействия интенсивных пучков на материалы.Томск. -С.63., 1995
  69. Б. В. Ряднова И.Ю. Шатаева JI.K. Особенности смачивания и адсорбционных свойств трековых мембран на основе полиэтилентерефталата. УДК 532.64.08.: 541.1843'
  70. В. В. Лавданский П.А. Соловьев В. Н. Радиационная стойкость материалов: Справочник. М.: Атомиздат, 1973.
  71. М.Ф., Ларин В. А. Радиационное окисление органических веществ. М.: Атомиздат. 1972.
  72. Б.Цой. Карташов Э. М. Шевелев В.В. Валишин А. А. Разрушение тонких полимерных пленок и волокон. -М.: Химия 1997.
  73. . Г. А. Калюжная Л.М. Боярчук Ю. М. Высокомолекулярные соединения. Т. АЗЗ, № 10, С. 2144. 1991.
  74. ЕТ Kang, KG Neoh, JL Shi, KL Tan, DJ Liaw Surface modification of polymers for adhesion enhancement Polymers for Advanced Technologies. Vol 10, 1999.
  75. MP Carreon, R Aliev, R Ocampo, G Burillo. Radiation grafting of n, n-dimethylaminoethylmethacrylate onto poly (Ethylene terephthalate) Polymer Bulletin. Vol 44., 2000.
  76. P. Збинден. Инфракрасная спектроскопия высокополимеров / М., Мир, 1966, 355 с.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!