Дипломная работа: Получение и исследование биоактивных композиций на основе полиэтилена высокой плотности и крахмала
3.2 Исследование ИК-спектров образцов композиций на
основе полиэтилена и крахмала
Исследования ИК-спектров (рис.3.1,3.2.) пленок исходного полиэтилена
и полученных смесей (в частности, ПЭ-273 + 5% крахмала) показывают, что в процессе
термической обработки происходят некоторые изменения в области 1300-900 см-1.
Это, по-видимому, свидетельствует об образовании полиэтилена с крахмалом, соединений
включения и H-комплексов. Кроме того, исследования, выполненные с использованием
рентгеноструктурного анализа, электронной и сканирующей зондовой микроскопии также
показали влияние крахмальной компоненты на формирование морфологических особенностей
композиций "полиэтилен+крахмал" (рис.3.3 - 3.10). Рентгеноструктурный
анализ показал (рис.3.5 - 3.6.), что степень кристалличности композиций при введении
крахмала меняется незначительно и позволяет заключить, что крахмал не входит в кристаллические
области полиэтилена. Данные, полученные методом электронной и сканирующей зондовой
микроскопии позволяют говорить о неоднородности распределения крахмальной фазы в
поверхностных слоях композиций.
Рис.3.1 ИК - спектр ПЭ-273
Рис.3.2 ИК - спектр ПЭ-273+ 5% крахмала
Скан поверхности композиции ПЭ-273 (исх.) +15% крахмала.
Трехмерная визуализация рельефа
поверхности композиции
ПЭ-273 (исх.) +15% крахмала (область
А размером 1.5х0.9 мкм).
Рис.3.3 Сканирующая зондовая микроскопия поверхности пленки ПЭ-273
+ 15 % крахмала.
Рис.3.4 Рентгенограмма пленки исходного полиэтилена.
Рис.3.5 Рентгенограмма пленки композиции
ПЭ-273 + 15 масс. % крахмала.
Рис.3.6 Рентгенограмма кукурузного
модифицированного технического крахмала.
3.3 Исследование диэлектрических свойств исходного ПЭ-273
и композиций ПЭ-273 + крахмал
Введение крахмала повышает полярность и значения тангенса угла
для электрических потерь (рис. 3.7-3.9.). На графике видно, что значения tgd неизменны до 1200С, значения tgd с учетом этой частоты 104Гц (10-3-10-2)
соответствуют приводимым в литературе [89, 125]. Это соответствие важно с той точки
зрения, что затем наблюдение и выводы, относящиеся к композиции ПЭ+К можно распространить
(обобщить) в большой степени на другие полиолефины (рис.3.7.).
При температуре выше 1200С наблюдается подъем зависимости
tgd от Т с возможным пиком при 1900С.
Указанная температурная зависимость существенно изменяется при введении крахмала
(рис. 3.8, 3.9.). Например, при его содержании в 1,5 масс. % фоновые значения несколько
повышаются. Сама фоновая область расширяется. Намечавшийся пик при температуре 1900С
исчезает, зато обнаруживается чёткий максимум при 85-900С. Так как этот
пик для исходного ПЭ не имел места, его можно отнести или к крахмалу, или к свойствам
собственно композиции ПЭ+К (рис.3.8). Это предположение подтверждается при рассмотрении
графика tgd от Т композиции ПЭ + 3 масс.
% крахмала, здесь имеется уже 2 низкотемпературных пика: примерно при 450С
и 1000С (3.8). Эти наблюдения позволяют предположить усиление влияния
добавки на свойства композиции уже при этих концентрациях [89, 137].
Отдельно стоит рассмотреть в сравнении композиции с высоким содержанием
крахмала. На рис.3.9 приведена зависимость tgd
от Т для композиций с содержанием 7, 10, 15 масс. %. Довольно неожиданно, было обнаружено,
что состав с 7 масс. % крахмала даже на фоне значений tgd от
0,05 до 0,15 (10-15 масс. % К) имеет очень высокие диэлектрические потери во всём
температурном интервале, начиная от 350С и выше. По этой причине композиции
такого состава, по всей видимости, не пригодны к эксплуатации. Дальнейшее повышение
содержания крахмалов до 10 масс. % повышает показатель текучести расплава и понижает
прочность на разрыв. При 15% потери составляют не более 0,15%, т.е. отношение той
доли тепла которое рассеялось в три раза меньше, оставшегося в полимере. По всей
видимости, это наиболее разрушаемая в перспективе композиция. Аналогично поведение
композиции с 20% крахмала.
Итак, если судить в целом по исходным реологическим, диэлектрическим
и прочностным характеристикам, то наиболее подходящими нам как по эксплуатационным
характеристикам, так и разрушительным свойствам являются составы с 1,5, 3, 5, 10%
крахмала (табл.3.1,рис.3.7-3.9).
Рис.3.7 Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tgd от температуры Т для образцов исходного нестабилизированного
ПЭ-273
Режимы предварительной термообработки:
Т = 100°С, вакуум, 5 часов (1) и Т = 100°С, без вакуума, 1 час. (2). Частота - 10 кГц.
Рис.3.8 Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tgd от
температуры Т для композиций ПЭ-273 +
крахмал. Частота - 10 кГц.
Рис.3.9 Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tgd от температуры Т для композиций ПЭ + крахмал. Частота - 10 кГц.
3.4 Исследование воздействия ультрафиолетового излучения
на полученные композиции
Ускоренные испытания малой длительности проводились в устройстве
для облучения (везерометре) согласно ГОСТ 11279.2-83. В везерометре образцы в виде
пластинок устанавливают на наружной стороне вертикального цилиндрического барабана,
вращающегося вокруг ультрафиолетовой лампы. Облучение образцов происходит при температуре
40 0С и длине волны l³300нм. Известно [98], что облучение в течение
100ч в везерометре эквивалентно приблизительно одному году экранирования в природных
условиях. В везерометр устанавливались образцы в виде полосок размером 100*10*1мм.
Изменение физико-механических характеристик исходного полиэтилена и композиций на
его основе наблюдали в течение 12 суток (288 часов). Результаты представлены в табл.3.2-3.5
и на рис.3.10-3.13.
Таблица 3.2. Физико-механические
и реологические показатели исходного ПЭ-273 и композиций на основе ПЭ-273 + крахмал
(2 партия материалов).
№ |
Состав, % |
ПТР21,6 г/10 мин
|
ПТР2,16 г/10 мин
|
σpi,
Мпа
|
εотн.,%
|
ПЭ |
крахмал |
1 |
100 |
0 |
5,98 |
0,10 |
36,3 |
>600% |
2 |
98,5 |
1,5 |
11,24 |
0, 19 |
14,2 |
23 |
3 |
97 |
3 |
20,01 |
0,33 |
10,3 |
29 |
4 |
95 |
5 |
32,33 |
0,54 |
14,3 |
34 |
5 |
93 |
7 |
36,63 |
0,61 |
7,8 |
20 |
6 |
90 |
10 |
33,80 |
0,56 |
13,0 |
35 |
7 |
85 |
15 |
23,96 |
0,40 |
12,7 |
31 |
8 |
80 |
20 |
36,40 |
0,60 |
10,4 |
28 |
9 |
70 |
30 |
43,02 |
0,72 |
разруш. |
~ |
Зависимости показателя текучести расплава и разрывного напряжения
образцов для исходного полиэтилена и композиций на его основе показаны на рис.3.10,
3.11.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
|