Публикации автора

На примере смесей полиэтилентерефталат/полибутилентерефталат показано сильное влияние топологии расплава, характеризуемой индексом связности, на их свойства. Качественное изменение топологии при нулевом индексе связности снижает прочность на сдвиг аутогезионного соединения компонент на три порядка. Обнаружена зависимость совместимости компонент от структуры расплава.

Сорбция ацетальдегида является критическим фактором для полимерных материалов, используемых для получения продовольственной тары. В свою очередь, для полимерных смесей совместимость их компонент является базовым показателем, определяющим их свойства. Поэтому в настоящей работе исследована взаимосвязь коэффициента сорбции ацетальдегида и совместимости смесей полиэтилентерефталат/полибутилентерефталат. Для этой цели характеристики структуры смесей и связанного с ней свободного объема трактуются в рамках фрактального анализа и мультифрактального формализма. Такой подход позволяет учет особенностей как смесей (в том числе и степени кристалличности), так и сорбируемого вещества (ацетальдегида). При этом для характеристики уровня совместимости исследуемых смесей как функции их состава использовано отношение скачков теплоемкости при постоянном давлении вблизи температуры стеклования компонент смеси. Наиболее важным выводом предложенного анализа является снижение сорбции ацетальдегида для смесей, совместимых в аморфной фазе. Минимальное значение этого параметра реализуется для смеси с равным содержанием компонент. Характер взаимодействий полимер—сорбируемое вещество можно определить использованием постоянной потенциала Леннарда-Джонса. Такой анализ позволил выяснить, что в рассматриваемой системе реализуются только взаимодействия отталкивания. Это означает, что увеличение постоянной потенциала Леннарда-Джонса, связанной со структурой смеси, приводит к снижению коэффициента сорбции. Таким образом, представленная модель позволяет количественный анализ всех аспектов сорбции ацетальдегида в исследуемых смесях.

В рамках теории перколяции предложено описание аномально высокой (до ~150) степени усиления нанокомпозитов полиуретан/графен. Для этой цели использованы модели случайной смеси резисторов (ССР или предел «муравья») и случайной сверхпроводящей сетки резисторов (ССС или предел «термита»). Показано, что первая модель применима к описанию нанокомпозитов ниже порога перколяции графена по схеме перекрытия его пластин, а вторая – выше порога перколяции. Достижение порога перколяции изменяет тип армирующего элемента структуры нанокомпозита от межфазных областей до собственно 2D-нанонаполнителя (графена). Указанный переход обусловлен изменением структуры 2D-нанонаполнителя в полимерной матрице от стохастической до выстроенной (планарной), что количественно можно описать с помощью размерности каркаса частиц (агрегатов частиц) 2D-нанонаполнителя. Реализация указанных выше аномально высоких значений степени усиления возможна только в модели ССС или пределе «термита» при достижении отрицательных величин критических перколяционных индексов. Кроме того, предел «термита» реализуется при условии, что проводимость плохого проводника в случайной смеси равна единице, а хорошего – бесконечности. На практике применительно к полимерным нанокомпозитам это условие означает небольшое, но конечное значение модуля упругости полимерной матрицы (для полиуретана он равен 10 МПа) и очень высокий модуль упругости 2D-нанонаполнителя (для графена это показатель составляет 106 МПа). Предложенная модель хорошо согласуется с экспериментальными результатами как качественно, так и количественно.

Применение современных экспериментальных методов (ультрамалоуглового рассеяния рентгеновских лучей и малоуглового рассеяния нейтронов) показало, что углеродные нанотрубки в суспензиях и полимерной матрице нанокомпозитов образуют кластеры, аналогичные макромолекулярным клубкам полимерных цепей. Эта аналогия позволяет использование хорошо разработанных и опробированных методов физической химии (в том числе и фрактальной) для описания структуры указанных кластеров, которая является определяющим фактором в формировании свойств нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки. Анализ структуры этих кластеров (кольцеобразных формирований) углеродных нанотрубок в полимерной матрице нанокомпозитов полипропилен/углеродные нанотрубки (нановолокна) показал, что они могут быть аналогами макромолекулярных клубков как линейных, так и разветвленных полимерных цепей, что определяется фрактальной размерностью кластеров. Граничным условием реализации того или иного типа кластеров является достижение критерия их протекаемости или фрактальной размерности кластера, равной 1,50: если эта размерность 1,50, то кластеры являются аналогом линейных полимерных цепей, а при размерности >1,50 – разветвленных. При одинаковом содержании нанонаполнителя аналоги линейных цепей позволяют получить более высокую степень усиления (модуль упругости) нанокомпозитов, чем аналоги разветвленных. В первую очередь это обусловлено более высоким уровнем межфазной адгезии полимерная матрица – нанонаполнитель для первого типа кластеров углеродных нанотрубок (нановолокон) по сравнению со вторым. Предложены уравнения, позволяющие количественную оценку степени усиления рассматриваемых нанокомпозитов на основе только степени разветвленности кластеров и содержания нанонаполнителя, которые показали хорошее соответствие с экспериментальными данными.