Влияние способа диспергирования модифицированного слоистого силиката на структуру и свойства смесевых композитов на основе полиамида и функционализированного полиолефина

The dependences of the structure and properties of polyamide 6 (PA6) with a functionalized polyolefin (FPO) mixtures on the dispersing method of organically modified clay Cloisite 30В (Cl30В) were studied. The concentration of Cl30B organoclay in PA6/fPO mixtures was constant and amounted to 3.0 wt.%, and the content of fPO varied from 10 to 50 wt.%. Compounding of the mixtures was carried out in the melt using a twin-screw extrusion reactor-mixer. Organoclay was introduced into the composition of the mixtures in two ways: simultaneously with all polymer components (one-stage process) and from the previously obtained Cl30B concentrate into fPO (two-stage process). It is established that the introduction of Cl30B organoclay into the composition of the PA6/fPO mixture using the two-stage technology makes it possible to obtain nanocomposites with increased yield strengths (5–6 %), tensile strength (9–15 %), and elongation at break (1.2–4 times) compared with nanocomposites prepared according to a single-stage technology. At the same time, nanocomposites obtained by a single-stage technology in which PA6 forms a dispersion medium, regardless of the type of incision and the test method, have higher impact resistance (up to 1.2 times) than materials prepared by the two-stage method. This is explained by differences in the degree of dispersion of the nanofiller and the level of interphase interactions between the polymer components and nanoparticles, as a result of which the crystallinity of the components in the mixtures changes, as well as the complex of their rheological and mechanical characteristics. It was also shown that Cl30B organoclay additives, irrespective to the method of its introduction, increase the thermal stability of PA 6/fPO mixtures in comparison with the initial PA6. The results can be used in the development of real technical nanocomposites with improved properties based on PA6 and fPO.Изучены зависимости структуры и свойств смесей полиамида 6 (ПА6) с функционализированным полиолефином (фПО) от способа диспергирования органомодифицированной глины Cloisite 30В (Cl30В). Концентрация органоглины Cl30В в смесях ПА6/фПО была постоянной и составляла 3,0 мас.%, а содержание фПО варьировали от 10 до 50 мас.%. Компаундирование смесей осуществляли в расплаве при использовании двухшнекового экструзионного реактора-смесителя. Органоглину в состав смесей вводили двумя способами: одновременно со всеми полимерными компонентами (одностадийный процесс) и из предварительно полученного концентрата Cl30В в фПО (двухстадийный процесс). Установлено, что введение органоглины Cl30B в состав ПА6/фПО смеси по двухстадийной технологии дает возможность получать нанокомпозиты с повышенными пределом текучести (на 5–6 %), прочностью при разрыве (на 9–15 %) и относительным удлинением при разрыве (в 1,2–4 раза) по сравнению с нанокомпозитами, приготовленными по одностадийной технологии. В то же время нанокомпозиты, полученные по одностадийной технологии, в которых дисперсионную среду образует ПА6, независимо от типа надреза и способа испытаний обладают более высокой стойкостью к удару (до 1,2 раза), чем материалы, приготовленные двухстадийным способом. Это объясняется различиями в степени диспергирования нанонаполнителя и уровне межфазных взаимодействий между полимерными компонентами и наночастицами, вследствие чего изменяются кристалличность компонентов в смесях, а также комплекс их реологических и механических характеристик. Также показано, что добавки органоглины Cl30B независимо от способа ее введения увеличивают термостабильность ПА6/фПО смесей по сравнению с исходным ПА6. Полученные результаты могут быть использованы при разработке реальных нанокомпозитов технического назначения с улучшенными свойствами на базе ПА6 и фПО

Влияние локализации органоглины на особенности структуры и свойства смесей полиамида 6 с функционализированными полиолефинами

The effect of 1.5 wt. % Cloisite 30B organoclay (Cl30B) containing the hydroxyethyl fragments in the surfactant structure on polyamide 6 (PA 6) / functionalized polyolefin (fPO) – a mixture of linear low-density polyethylene and ethylene copolymer with higher olefin – on the structure, mechanical and rheological properties of the materials was studied. The fPO concentration in the blends was varied from 15 to 50 wt. %. The fPO production and the blend compounding were carried out in melt using a twin-screw mixing reactor. The organoclay in the composition of the blends was introduced in two ways: simultaneously with all polymer components (one-step process) and with its preliminary localization in the PA 6 phase (two-step process). It was established that the complex of static and dynamic mechanical and also rheological characteristics of materials and the crystallisability of the components in the blends depend on the way of the Cl30B distribution in the PA6 and fPO phases, as well as on the phase structure of the blends. The organoclay localization mainly in the polyamide phase leads to a 1.3–3.0 time increase of the impact strength of the blends in which fPO forms a dispersed phase and increases their deformation capacity under tension up to 1.2 times regardless of the phase structure. The organoclay blends localized in the PA 6 phase have increased the values of melt flowability and mechanical loss angle tangent at the PA 6 a-relaxation transition and dynamic shear modulus in the temperature range from –100 to 150 °С compared to the materials produced by one-stage technology, which is explained by the blocking of organoclay amide and other polar groups in the structure of PA6 macromolecules in the polyamide phase and by a decrease as a result of this intensity of interfacial interactions with fPO.Изучено влияние добавок 1,5 мас. % органоглины Cloisite 30В (Cl30В), содержащей в составе поверхностно-активного вещества гидроксиэтильные фрагменты, к смесям полиамида 6 (ПА 6) с функционализированным полиолефином (фПО) – смесью линейного полиэтилена низкой плотности и сополимера этилена с высшим олефином – на структуру, механические и реологические свойства материалов. Концентрацию фПО в смесях варьировали от 15 до 50 мас. %. Получение фПО и компаундирование смесей осуществляли в расплаве при использовании двухшнекового реактора-смесителя. Органоглину в состав смесей вводили двумя способами: одновременно со всеми полимерными компонентами (одностадийный процесс) и при ее предварительной локализации в фазе ПА 6 (двухстадийный процесс). Установлено, что комплекс статических и динамических механических, а также реологических характеристик материалов, кристаллизуемость компонентов в смесях зависят от характера распределения Cl30В в фазах ПА 6 и фПО, а также фазовой структуры смесей. Локализация органоглины преимущественно в полиамидной фазе приводит к повышению в 1,3–3,0 раза ударной вязкости смесей, в которых фПО образует дисперсную фазу, и росту их деформационной способности при растяжении до 1,2 раз независимо от фазовой структуры. Смеси с органоглиной, локализованной в фазе ПА 6, обладают повышенными текучестью расплава и тангенсом угла механических потерь при α-релаксационном переходе ПА 6, а также пониженными значениями динамического модуля сдвига в диапазоне температур от –100 до 150 °С по сравнению с материалами, полученными по одностадийной технологии, что объясняется блокированием органоглиной амидных и других полярных групп в структуре макромолекул ПА 6 при ее локализации в полиамидной фазе и снижением вследствие этого интенсивности межфазных взаимодействий с фПО

ВЛИЯНИЕ МНОГОСТЕННЫХ НАНОТРУБОК НА ПРИВИВКУ ТРАНС-ЭТИЛЕН-1,2-ДИКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ К МАКРОМОЛЕКУЛАМ ПОЛИОЛЕФИНОВ

A study was conducted on the effect of multiwalled carbon nanotubes (MWNT) on the course of free-radical grafting of trans-ethylene-1,2-dicarboxylic acid (TEDA) onto linear low-density polyethylene (LLDPE) and ethylene-propylene copolymer (cPP), containing ethylene units ≈ 7 wt%, using the reactive extrusion process. The extrusion reactor was the material cylinder of the twin-screw extruder TSSK-35/40 (screw diameter = 35 mm; L/D = 40; 10 independent heating zones).It was found that small amounts of MWNT (0.01–0.3 wt%) influence noticeably the monomer grafting onto macromolecules of LLDPE and cPP, as well as the structure, functionalized products’ mechanical properties, strength and high elasticity properties of their melts. The extent of MWNT influence depends on their concentration and PO-structure. It is shown that the monomer’s grafting efficiency can be raised with MWNT ≥ 0.1 wt% inhibit the secondary process of macromolecular cross-linking; in the case of cPP which mostly undergoes degradation during functionalization, the secondary reactions accelerate catalytically.Исследовано влияние многостенных нанотрубок (МУНТ) на протекание свободнорадикальной прививки транс-этилен-1,2-дикарбоновой кислоты к линейному полиэтилену низкой плотности (ЛПЭНП) и сополимеру этилена с пропиленом (сПП) с содержанием звеньев этилена ≈7 масс. %, осуществляемой методом реакционной экструзии. В качестве экструзионного реактора использовали материальный цилиндр двухшнекового экструдера TSSK-35/40 (диаметр шнеков 35 мм, L/D = 40, число независимых зон обогрева 10).Установлено, что малые добавки МУНТ (0,01–0,3 масс. %) оказывают заметное влияние на ход прививки мономера к макромолекулам ЛПЭНП и сПП, а также структуру, механические свойства функционализированных продуктов, прочность и высокоэластичность их расплавов. Степень влияния добавок МУНТ определяется их концентрацией и природой ПО. Показана возможность повышения эффективности прививки мономера при концентрации МУНТ в реакционной системе ≈0,05 масс. %.Для сшивающегося при свободнорадикальной прививке ЛПЭНП добавки МУНТ, вводимые в количестве ≥0,1 масс. %, ингибируют побочный процесс сшивания макромолекул, а для сПП, преимущественно деструктирующего при функционализации, наблюдается каталитическое ускорение побочных реакций