Регулювання стійкості рідких мікроструменів поліпропілену в матриці співполіаміду за рахунок нанодобавок

Abstract

Мета роботи – дослідження впливу концентрації наночастинок оксиду алюмінію (Al2O3) та оксиду алюмінію, модифікованого сріблом (Ag/Al2O3) на кінетику розпаду рідких мікроструменів поліпропілену (ПП) в матриці співполіаміду (СПА) та можливість керування мікрофібрилярною морфологією суміші ПП/СПА. Компоненти суміші змішували на черв’ячно-дисковому екструдері. Кінетику розпаду рідких мікроструменів вивчали за методикою, основаною на теорії дестабілізації рідкого циліндру під дією капілярних хвиль. Ступінь диспергування поліпропілену в матриці оцінювали за мікрофотографіями поперечних зрізів екструдатів сумішей. Нанодобавки вихідного і модифікованого сріблом оксиду алюмінію за вмісту (0,1÷3,0) мас. % в суміші підвищують сумісність компонентів: поверхневий натяг (γαβ) в композиціях усіх складів зменшується. Наночастинки Ag/Al2O3 є більш ефективними, в порівнянні з наночастинками оксиду алюмінію – величина γαβ падає у 9,6 і 5,3 рази відповідно, що забезпечує вищий ступінь диспергування компоненту дисперсної фази в матриці. Стійкість мікроструменів поліпропілену до розпаду зростає, про що свідчить зменшення величини коефіцієнта нестабільності (q) та зростання часу життя мікроструменів (tж). Криві залежності q та tж від вмісту добавки мають екстремальний характер – мінімальні значення коефіцієнта нестабільності мікроструменів і максимальні величини часу їх життя досягнуті за концентрації наночастинок, що відповідає найменшій величині міжфазного натягу. Встановлено позитивний вплив досліджених нанодобавок на кінетику розпаду рідких мікроструменів поліпропілену в матриці співполіаміду. Вищий модифікуючий ефект в присутності наночастинок Ag/Al2O3 обумовлений їх амфифільною природою, яка забезпечує переважну локалізацію наночастинок на межі поділу фаз та синергічне підвищення ступеню сумісності в системі ПП/СПА. Встановлені закономірності щодо підвищення стійкості рідких мікроструменів до розпаду в полімерних сумішах, наповнених наночастинками, дозволять визначити параметри процесів змішування і формування волокон і плівок, за яких мікрофібрилярна структура, що виникає за течії розплаву, залишиться незмінною у виробах.

Цель работы – исследование влияния концентрации наночастиц оксида алюминия (Al2O3) и оксида алюминия, модифицированного серебром (Ag/Al2O3) на кинетику распада жидких микроструй полипропилена (ПП) в матрице сополиамида (СПА) и возможность управления микрофибриллярной морфологией смеси. Компоненты смеси смешивали на червячно-дисковом экструдере. Кинетику распада жидких микроструй изучали по методике, основанной на теории дестабилизации жидкого цилиндра под действием капиллярных волн. Степень диспергирования полипропилена в матрице оценивали по микрофотографиям поперечных срезов экструдатов смесей. Нанодобавки исходного и модифицированного серебром оксида алюминия по содержанию (0,1÷3,0) мас. % в смеси повышают совместимость компонентов: поверхностное натяжение (γαβ) в композициях всех составов уменьшается. Наночастицы Ag/Al2O3 более эффективны, по сравнению с наночастицами оксида алюминия – величина γαβ падает в 9,6 и 5,3 раза соответственно, что обеспечивает высшую степень диспергирования компонента дисперсной фазы в матрице. Устойчивость микроструй полипропилена к распаду возрастает, о чем свидетельствует уменьшение величины коэффициента нестабильности (q) и рост времени жизни микроструй (tж). Кривые зависимости q и tж от содержания добавки носят экстремальный характер – минимальные значения коэффициента нестабильности микроструй и максимальные величины времени их жизни достигнуты при концентрации наночастиц, что соответствует наименьшей величине межфазного натяжения. Установлено положительное влияние исследованных нанодобавок на кинетику распада жидких микроструй полипропилена в матрице сополиамида. Высший модифицирующий эффект в присутствии наночастиц Ag/Al2O3 обусловлен их амфифильной природой, обеспечивающей преобладающую локализацию наночастиц на границе разделения фаз и синергическое повышение степени совместимости в системе ПП/СПА. Установленные закономерности по повышению стойкости жидких микроструй к распаду в полимерных смесях, наполненных наночастицами, позволят определить параметры процессов смешивания и формирования волокон и пленок, при которых возникающая по течению расплава микрофибриллярная структура останется неизменной в изделиях.

Investigation of the effect of the concentration of nanoparticles of aluminum oxide (Al2O3) and alumina modified with silver (Ag/Al2O3) on the decomposition kinetics of liquid microjets of polypropylene (PP) in a copolyamide (CPA) matrix and the possibility of controlling the microfibrillar morphology of the PP/CPA blend. The components of the blend were mixed on a screw-disk extruder. The kinetics of the disintegration of liquid microjets was studied using a technique based on the theory of destabilization of a liquid cylinder under the action of capillary waves. The degree of dispersion of polypropylene in the matrix was evaluated by photomicrographs of cross sections of the extrudates of the blends. Nanoadditives of the original and silver-modified aluminum oxide with a content of (0.1 ÷ 3.0) wt.% In the blend increase the compatibility of the components: the surface tension (γαβ) in the compositions of all compositions decreases. Ag/Al2O3 nanoparticles are more effective than aluminum oxide nanoparticles - the γαβ value decreases by 9.6 and 5.3 times, respectively, which ensures a high degree of dispersion of the dispersed phase component in the matrix. The disintegration resistance of polypropylene microjets is increasing, as evidenced by a decrease in the instability coefficient (q) and an increase in the microjet lifetime (tl). The curves of q and tl dependence on the additive content have an extreme character. The minimum values of the instability coefficient of microjets and the maximum values of their lifetime are achieved at a nanoparticle concentration corresponding to the lowest interfacial tension. The positive effect of the investigated nanoadditives on the kinetics of the decomposition of liquid microjets of polypropylene in the copolyamide matrix has been established. The highest modifying effect in the presence of Ag/Al2O3 nanoparticles is due to their amphiphilic nature, which ensures the predominant localization of nanoparticles at the interface and a synergistic increase in the degree of compatibility in the PP/CPA system. The regularities of increasing the stability of liquid microjets to disintegration in polymer blends filled with nanoparticles have been established, which will make it possible to determine the parameters of the processes of mixing and forming fibers and films, in which the microfibrillar structure arising during the flow of the melt will remain unchanged in the products.