ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИМЕРА НА ВЯЗКОСТЬ ЕГО РАСТВОРА

Введение

Молекулярная масса М, один из основных показателей вязкости полимерных растворов, в значительной степени зависит от размеров молекул. В целом существует довольно четкая корреляция между вязкостью и молекулярной массой. На этом основан один из методов определения молекулярной массы полимеров [1].

Растворы полимеров с большей молекулярной массой обладают более высокими значениями вязкости. Вязкость растворов полимеров и их поведение при воздействии механических нагрузок зависят от молекулярной массы и гибкости макромолекул [2].

Характерной особенностью растворов высокомолекулярных соединений является их высокая вязкость по сравнению с чистым растворителем даже при малых концентрациях. Особенно сильно это свойство проявляется у полимеров с длинными линейными макромолекулами, например, у полиамида. Растворы полимеров с той же молекулярной массой, но сферической формой молекул (глобулярные ВМВ) имеют меньшую вязкость. Отсюда следует, что вязкость растворов полимеров возрастает пропорционально асимметрии их молекул [3, 4] При одинаковой химической структуре молекул вязкость закономерно возрастает с увеличением молекулярной массы. Вязкость зависит также от концентрации полимера и межмолекулярных сил взаимодействия [5].

По мере повышения температуры вязкость жидкости быстро уменьшается. Это происходит потому, что при повышении температуры увеличиваются средние расстояния между молекулами и ослабляется взаимное притяжение между ними (в ассоциированных жидкостях это сопровождается и уменьшением степени ассоциации). Для органических веществ вязкость растет с возрастанием молекулярного веса, с введением в молекулу полярных групп, особенно при наличии в молекуле циклов, чем и объясняется высокая вязкость смазочных масел [6]. Вязкость композитов по всем данным зависит от среднего диаметра молекул. Поэтому вязкость жидкости сильно изменяется в присутствии небольших количеств коллоидов, частицы которых значительно больше молекул самого растворителя. Необходимо отметить, что в разбавленных суспензиях, эмульсиях и коллоидных растворах вязкость линейно возрастает с увеличением объемного заполнения V2/V1=ω среды и не зависит от размеров частиц (V1 – объем дисперсионной среды, V2 – объем дисперсной фазы).

В данной работе нами исследована вязкость образцов полимера полиамида-6 чистого и модифицированного монтмориллонитом [7].

Объекты и методы исследования

Образцы для испытаний были получены методом литья под давлением на машине Politest компании Ray-Ran при температуре 260 °С в Центре полимерных материалов и аддитивных технологий Кабардино-Балкарского государственного университета.

В качестве полимерной матрицы для получения полиамид/слоистосиликатных нанокомпозитов использовали полиамид-6 марки 210/310 производства ООО «Химволокно».

Нанокомпозиты получали путем смешения в расплаве полиамида-6 и монтмориллонита в количестве 3 % от массы ПА-6 на двухшнековом экструдере при температуре 220 °С. Использовали механически очищенный монтмориллонит месторождения Герпегеж.

Относительную вязкость полиамида-6 и нанокомпозитов на его основе, полученных методом смешения в расплаве, определяли согласно ГОСТ 11034-2018 на вискозиметре Уббелоде, типа ВПЖ-2 с постоянной 0,1 мм²/с² в растворе серной кислоты.

Результаты и их обсуждение

Исследования проводились в водном термостате при температуре 25 ^оС.

Вискозиметр полностью погрузили (до метки) в воду и закрепили лапками в штативе. Приготовленный раствор полимера (в 20 мл растворителя полностью растворили 0,1 г образца) налили в установленный вискозиметр. Выдерживали вискозиметр с раствором в термостате 20 мин. Резиновой труб-кой с помощью груши заполнили вискозиметр до середины верхнего шарика вискозиметра (рис. 1). До-вели раствор до метки и отсчитали время истечения раствора. Повторили исследование три раза. Вычислили среднее значение. Таким же методом измеряли вязкость композита полиамида-6. Определение вязкости растворов полимеров основано на измерении времени истечения жидкостей из капилляра вискозиметра.

Рис. 1. Термостат с вискозиметром Вязкость полученных образцов вычислялась по уравнению Пуазейля

 .

Однако обычно при измерении вязкости растворов достаточно определить относительную вязкость раствора η – отношение вязкости раствора к вязкости растворителя

,                                           ,                                 ,                                                 .

Результаты исследования приведены в таблице.

Таблица

Вязкость полиамида-6 и нанокомпозита на его основе

Как видно из результатов исследования, при добавлении 3 % монтмориллонита увеличивается вязкость полиамида. Следует отметить, что при добавлении такого количества монтмориллонита в полимерную матрицу увеличиваются физико-механические и термические свойства полиамида [7]. Необходимо отметить, что при этом не меняется молекулярная масса полимера.