Пенообразование растворов поливинилового спирта с разной молекулярной массой в воде

Objectives. Investigation of aqueous polyvinyl alcohol (PVA) foaming process and the influence of its water solution structure, when possessed of different molecular weights and concentrations, on foaming multiplicity.Methods. Solution foaming analysis was performed on the data of dynamic light scattering obtained on the Zetasizer Nano particle analyzer.Results. In this work, the foaming ability and foaming multiplicity of aqueous PVA solutions (as a main component for obtaining special-purpose foams) have been studied. It is shown that PVA solutions in water are colloidal dispersed systems consisting of different-sized associates (from 4.8 to 68.1 nm), depending on the molecular weight of PVA. Dependencies of aqueous PVA solution foaming multiplicities on the concentration, molecular weight, and solution temperature were given. Optimal values of concentration and molecular PVA weight, as well as optimal foaming process conditions from aqueous PVA solutions, were established.Conclusions. Increasing PVA concentrations in aqueous solutions cause foaming multiplicity to decrease for all molecular weights by 1.5 times, and increasing molecular weight increases foaming multiplicity by 2 times. The foaming ratio of aqueous PVA solutions with different concentrations and molecular weights (depending on a solution temperature characterized by a maximum of 30 °C) is associated with decreased viscosity and surface tension.Цели. Исследовать процесс пенообразования водных растворов поливинилового спирта (ПВС) с различной молекулярной массой и концентрацией и влияние их структуры на кратность их вспенивания.Методы. Анализ пенообразования растворов проводили по данным динамического светорассеяния, полученным на анализаторе частиц Zetasizer Nano.Результаты. В работе изучена пенообразующая способность и кратность вспенивания водных растворов ПВС как одного из основных компонентов получения пен специального назначения. Показано, что растворы ПВС в воде представляют собой коллоидные дисперсные системы, состоящие из ассоциатов с разными размерами (от 4.8 до 68.1 нм) в зависимости от молекулярной массы ПВС. Приведены зависимости кратности вспенивания водных растворов ПВС от концентрации, молекулярной массы и температуры раствора. Приведены значения оптимальной концентрации и молекулярной массы ПВС, а также установлены оптимальные условия процесса пенообразования из водных растворов ПВС.Выводы. Установлено, что с ростом концентрации водных растворов ПВС кратность вспенивания снижается для всех молекулярных масс приблизительно в 1.5 раза, а с увеличением молекулярной массы она возрастает примерно в 2 раза. Кратность вспенивания водных растворов ПВС с разной концентрацией и молекулярной массой в зависимости от температуры раствора характеризуется максимумом при 30 °C, что связано с уменьшением вязкости и снижением поверхностного натяжения растворов

Исследование поверхностного натяжения и углов смачивания для создания эффективных полимерных связующих на основе эпоксидных олигомеров с активными разбавителями

Objectives. This study focused on the quantification of the surface tension and the static and dynamic contact angles of epoxy oligomers, active diluents, and their mixtures of various compositions at different temperatures. The active diluents were aliphatic compounds based on glycidyl ethers, namely laproxides and a laprolate of different structure, functionality, molecular weight, and viscosity. Moreover, the preparation of effective polymer binders (matrices) for composites was explored.Methods. In this study, the epoxy oligomers ED-20 and DER-330, laproxides 201B, DEG-1, E-181, and 703, laprolate 301, and their mixtures in various compositions were investigated. Their surface tension and the static and dynamic contact angles were determined by the Wilhelmy plate and ring methods on a semiautomatic tensiometer at different temperatures (20–60 °C). The static contact angle was measured on a thin aluminum borosilicate glass plate, and the dynamic contact angles were determined using an installation for measuring surface tension developed by NPO Stekloplastik.Results. The surface tension and static and dynamic contact angles were obtained for all epoxy oligomers and active diluents, as well as for their mixtures at 20–60 °C. For binders based on systems of epoxy oligomers and active diluents, the impregnation rate of fiber reinforcement was also calculated. The introduction of laproxides or laprolates into the epoxy oligomers led to a decrease in surface tension and contact angles, while the increase in temperature increased the impregnation rate by 10–20 times.Conclusions. The temperature increase from 20 to 60 °C resulted in a decrease in the surface tension of mixed systems of epoxy oligomers and active diluents by almost two times. In addition, the contact angles changed by only 4°–7°, while the impregnation was significantly improved and the corresponding rate increased by 10–20 times.Цели. Определение поверхностного натяжения, статического и динамического углов смачивания при разных температурах для эпоксидных олигомеров марок ЭД-20 и DER-330; для активных разбавителей – алифатических соединений на основе глицидиловых эфиров – Лапроксидов и Лапролата разной структуры, функциональности, молекулярной массы, вязкости; а также для систем, состоящих из эпоксидных олигомеров и активных разбавителей разного состава. Также целью являлось создание эффективных полимерных связующих (матриц) для композитов.Методы. В качестве объектов исследования использовали эпоксидные олигомеры марок ЭД-20 и DER-330; активные разбавители – Лапроксиды (201Б, ДЭГ-1, Э-181, 703) и Лапролат 301; а также системы эпоксидный олигомер + Лапроксид (Лапролат) разных составов. Поверхностное натяжение, статический и динамический углы смачивания определяли методом Вильгельми и методом отрыва кольца на полуавтоматическом тензиометре при разных температурах (20–60 ºС). Статический угол смачивания измеряли на тонкой пластине из алюмоборосиликатного стекла. Значения динамического угла смачивания определяли на установке для измерения поверхностного натяжения, разработанной АО «НПО Стеклопластик».Результаты. Определены значения поверхностного натяжения, углов статического и динамического смачивания для эпоксидных олигомеров ЭД-20 и DER-330, Лапроксидов 201Б, ДЭГ-1, Э-181, 703 и Лапролата 301, а также для смешанных систем при температурах от 20 до 60 ºС. Рассчитаны скорости пропитки армирующих волокнистых наполнителей эффективными связующими на основе смешанных систем. Показано, что при введении в эпоксидные олигомеры Лапроксидов (Лапролата), поверхностное натяжение снижается, углы смачивания уменьшаются, температура повышается, в результате чего скорость пропитки возрастает в 10–20 раз.Выводы. Повышение температуры от 20 до 60 ºС приводит к снижению поверхностного натяжения систем, состоящих из эпоксидных олигомеров и активных разбавителей, практически в 2 раза. Углы смачивания изменяются всего на 4°–7°, существенно улучшается качество пропитки, скорость пропитки увеличивается в 10–20 раз

Расчет составов дисперсных наполненных полимерных композиционных материалов с разной структурой

Objectives. The aim is to calculate the composition of dispersion-filled polymer composite materials with different fillers and structures and to highlight differences in the expression of said composition in mass and volume units.Methods. The paper presents the calculation of compositions in mass and volume units for various types of structures comprising dispersion-filled polymer composite materials according to their classification: diluted, low-filled, medium-filled, and highly-filled systems.Results. For calculations, we used fillers with densities ranging from 0.00129 (air) to 22.0 g/cm3 (osmium) and polymer matrices with densities between 0.8 g/cm3 and 1.5 g/cm3 , which represent almost all known fillers and polymer matrices used to create dispersion-filled polymer composite materials. The general dependences of the filler content on the ratio of the filler density to the density of the polymer matrix for dispersion-filled polymer composite materials with different types of dispersed structures are presented. It is shown that to describe structures comprising different types of dispersion-filled polymer composite materials (diluted, low-filled, medium-filled, and highly-filled) it is necessary to use only the volume ratios of components in the calculations. Compositions presented in mass units do not describe the construction of dispersion-filled polymer composite material structures because using the same composition in volume units, different ratios of components can be obtained for different fillers.Conclusions. The dependences of the properties of dispersion-filled polymer composite materials should be represented in the coordinates of the property – content of the dispersed phase only in volume units (vol % or vol. fract.) because the structure determines the properties. Compositions presented in mass units are necessary for receiving batches upon receipt of dispersion-filled polymer composite materials. Formulas are given for calculating and converting dispersion-filled polymer composite material compositions from bulk to mass units, and vice versa.Цели. Цель работы – предоставить расчеты по составам дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов (ДНПКМ) с разными наполнителями и структурами, а также показать существенные различия при выражении состава в массовых и объемных единицах.Методы. В работе приведены расчеты составов в массовых и объемных единицах для различных видов структур дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов согласно их классификации: разбавленные, низконаполненные, средненаполненные и высоконаполненные системы.Результаты. Для расчетов использованы наполнители с плотностью от 0.00129 (воздух) до 22.0 г/см3 (осмий) и полимерные матрицы с плотностью от 0.8 до 1.5 г/см3 , которые охватывают практически все известные наполнители и полимерные матрицы, используемые для создания ДНПКМ. Представлены обобщенные зависимости содержания наполнителей от отношения плотности наполнителя к плотности полимерной матрицы для ДНПКМ с разными видами дисперсной структуры. Показано, что для описания разных видов структур ДНПКМ – разбавленные, низконаполненные, средненаполненные и высоконаполненные – необходимо в расчетах использовать только объемные соотношения компонентов. Составы, представленные в массовых единицах, не описывают построение структур ДНПКМ, так как при одном составе в объемных единицах можно получить для разных наполнителей разное соотношение компонентов.Выводы. Зависимости свойств ДНПКМ следует представлять в координатах свойство-содержание дисперсной фазы только в объемных единицах (об. % или об. д.), так как структура определяет свойства. Составы, представленные в массовых единицах, необходимы для получения навесок при получении ДНПКМ. Приведены формулы для расчета и перевода составов ДНПКМ из объемных в массовые единицы и наоборот

Релаксационные и физико-механические характеристики полиэтиленов с различной молекулярной массой

Objectives. Determination of the influence of molecular weight on the modulus of elasticity, yield, strength, and retardation processes in polyethylene.Methods. We used vane samples (thickness: 4 mm; length: 100 mm; width.: 10 mm) made by injection molding at p = 60 MPa, T = 210 °C, τ = 15 s from the following polyethylenes: HDPE 27773 (Stavrolen, Lukoil, Russia); BorSafe HE3490-IM (Borealis, Austria; black); CRP 100 Hostalen (Basell Polyolefins, Netherlands; black); Stavrolen PE4PP-25B (Stavrolen, Lukoil, Russia; black). The samples were in accordance with the defined standards for the AL 7000 LA-5 tensile testing machine. The study of relaxation characteristics was carried out in two modes: relaxation and retardation.Results. We obtained stress-strain diagrams at various temperatures under isothermal conditions (T = const) and determined the influence of polyethylene molecular weights on the modulus of elasticity, yield, and strength of polyethylenes. We have shown that under isothermal conditions, when the stress equals the yield strength, the removal of the external action results in a two-stage response. The first stage is the stress relaxation. The second stage characterizes the elastic features of the studied materials under the external action ε = const.Conclusions. We have established that temperature increase affects the physicomechanical characteristics of polyethylenes differently, depending on their molecular weights. The experiments have shown that when the stress exceeds the yield strength, at constant deformation, there is a complex response of the polyethylenes to external action. This response is characterized by two stress stages throughout the course of time. The first stage is characterized by asymptotic decrease in stress down to a constant value; the second stage is characterized by constant stress throughout the course of time. We have determined relaxation times for the relaxation stage (stage I) and calculated activation energy. We have also established that the activation energy depends on molecular weights of the polyethylenes. It has been shown that an increase in polyethylene molecular weight leads to a decrease in relaxation time and activation energy.Цель. Определение влияния молекулярной массы полиэтиленов на модуль упругости, текучесть, прочность и процессы ретардации.Методы. В качестве образцов были взяты лопатки (толщиной 4 мм, длиной 100 мм, шириной 10 мм), полученные м.етодом литья под давлением p = 60 МПа при T = 210 °C, τ= 15 с, из полиэтилена следующих марок: ПЭВП 277-73 (Ставролен, Лукойл, Россия); BorSafe HE3490-IM (Borealis, Австрия; черный); CRP 100 Hostalen (Basell Polyolefins, Нидерланды; черный); Stavrolen PE4PP-25B (Ставролен, Лукойл, Россия; черный). Использованные образцы соответствовали стандартно-определенным образцам для исследования на разрывной лъашине AL 7000 LA-5. Исследование релаксационных характеристик проводилось в двух режимах: релаксационном и ретардационном.Результаты. В результате проведения экспериментов были получены диаграммы «напря-жение-деформация» при различных температурах в изотермических режимах (Т = const) и определено влияние молекулярной массы на модуль упругости, текучесть и прочность полиэтиленов. Показано, что при напряжениях, равных пределу текучести, в изотермических условиях при снятии внешнего деформирующего воздействия наблюдаются две стадии отклика системы полиэтилена на это воздействие. Первый отклик - процесс релаксации напряжения и второй отклик - область, характеризующая упругие характеристики исследуем.ого материала при внешнем воздействии ε = const.Заключение. Установлено, что повышение температуры неодинаково отражается на физико-механических характеристиках полиэтиленов различной молекулярной массы. Эксперименты показали, что при напряжениях выше предела текучести при постоянстве деформации наблюдается сложная реакция исследуемых полиэтиленов на внешнее воздействие. Эта реакция характеризуется двумя областями зависимости напряжений, возникших при деформации, от времени. Первая область характеризуется асимптотическим снижением напряжения до постоянного значения, а вторая область - постоянством напряжения во времени. Рассчитаны времена релаксации для релаксационной области (участок I), а также рассчитана величина энергии активации. Показано, что увеличение молекулярной массы полиэтиленов ведет к снижению времени релаксации и уменьшению энергии активации

Calculating the composition of dispersion-filled polymer composite materials of various structures

Objectives. The aim is to calculate the composition of dispersion-filled polymer composite materials with different fillers and structures and to highlight differences in the expression of said composition in mass and volume units.Methods. The paper presents the calculation of compositions in mass and volume units for various types of structures comprising dispersion-filled polymer composite materials according to their classification: diluted, low-filled, medium-filled, and highly-filled systems.Results. For calculations, we used fillers with densities ranging from 0.00129 (air) to 22.0 g/cm3 (osmium) and polymer matrices with densities between 0.8 g/cm3 and 1.5 g/cm3 , which represent almost all known fillers and polymer matrices used to create dispersion-filled polymer composite materials. The general dependences of the filler content on the ratio of the filler density to the density of the polymer matrix for dispersion-filled polymer composite materials with different types of dispersed structures are presented. It is shown that to describe structures comprising different types of dispersion-filled polymer composite materials (diluted, low-filled, medium-filled, and highly-filled) it is necessary to use only the volume ratios of components in the calculations. Compositions presented in mass units do not describe the construction of dispersion-filled polymer composite material structures because using the same composition in volume units, different ratios of components can be obtained for different fillers.Conclusions. The dependences of the properties of dispersion-filled polymer composite materials should be represented in the coordinates of the property – content of the dispersed phase only in volume units (vol % or vol. fract.) because the structure determines the properties. Compositions presented in mass units are necessary for receiving batches upon receipt of dispersion-filled polymer composite materials. Formulas are given for calculating and converting dispersion-filled polymer composite material compositions from bulk to mass units, and vice versa

Investigation of surface tension and contact angles for effective polymer binders based on epoxy oligomers and active diluents

Objectives. This study focused on the quantification of the surface tension and the static and dynamic contact angles of epoxy oligomers, active diluents, and their mixtures of various compositions at different temperatures. The active diluents were aliphatic compounds based on glycidyl ethers, namely laproxides and a laprolate of different structure, functionality, molecular weight, and viscosity. Moreover, the preparation of effective polymer binders (matrices) for composites was explored.Methods. In this study, the epoxy oligomers ED-20 and DER-330, laproxides 201B, DEG-1, E-181, and 703, laprolate 301, and their mixtures in various compositions were investigated. Their surface tension and the static and dynamic contact angles were determined by the Wilhelmy plate and ring methods on a semiautomatic tensiometer at different temperatures (20–60 °C). The static contact angle was measured on a thin aluminum borosilicate glass plate, and the dynamic contact angles were determined using an installation for measuring surface tension developed by NPO Stekloplastik.Results. The surface tension and static and dynamic contact angles were obtained for all epoxy oligomers and active diluents, as well as for their mixtures at 20–60 °C. For binders based on systems of epoxy oligomers and active diluents, the impregnation rate of fiber reinforcement was also calculated. The introduction of laproxides or laprolates into the epoxy oligomers led to a decrease in surface tension and contact angles, while the increase in temperature increased the impregnation rate by 10–20 times.Conclusions. The temperature increase from 20 to 60 °C resulted in a decrease in the surface tension of mixed systems of epoxy oligomers and active diluents by almost two times. In addition, the contact angles changed by only 4°–7°, while the impregnation was significantly improved and the corresponding rate increased by 10–20 times

Relaxation and physicomechanical characteristics of polyethylenes with different molecular weights

Objectives. Determination of the influence of molecular weight on the modulus of elasticity, yield, strength, and retardation processes in polyethylene.Methods. We used vane samples (thickness: 4 mm; length: 100 mm; width.: 10 mm) made by injection molding at p = 60 MPa, T = 210 °C, τ = 15 s from the following polyethylenes: HDPE 27773 (Stavrolen, Lukoil, Russia); BorSafe HE3490-IM (Borealis, Austria; black); CRP 100 Hostalen (Basell Polyolefins, Netherlands; black); Stavrolen PE4PP-25B (Stavrolen, Lukoil, Russia; black). The samples were in accordance with the defined standards for the AL 7000 LA-5 tensile testing machine. The study of relaxation characteristics was carried out in two modes: relaxation and retardation.Results. We obtained stress-strain diagrams at various temperatures under isothermal conditions (T = const) and determined the influence of polyethylene molecular weights on the modulus of elasticity, yield, and strength of polyethylenes. We have shown that under isothermal conditions, when the stress equals the yield strength, the removal of the external action results in a two-stage response. The first stage is the stress relaxation. The second stage characterizes the elastic features of the studied materials under the external action ε = const.Conclusions. We have established that temperature increase affects the physicomechanical characteristics of polyethylenes differently, depending on their molecular weights. The experiments have shown that when the stress exceeds the yield strength, at constant deformation, there is a complex response of the polyethylenes to external action. This response is characterized by two stress stages throughout the course of time. The first stage is characterized by asymptotic decrease in stress down to a constant value; the second stage is characterized by constant stress throughout the course of time. We have determined relaxation times for the relaxation stage (stage I) and calculated activation energy. We have also established that the activation energy depends on molecular weights of the polyethylenes. It has been shown that an increase in polyethylene molecular weight leads to a decrease in relaxation time and activation energy