Влияние межфазных взаимодействий на формирование наногетерогенной структуры в полимер-полимерных смесях

Abstract

Изучено влияние концентрации жёстких сегментов в полиуретанмочевинах (ПУМ) на межмолекулярные взаимодействия с неорганической солью LiCl и поливинилхлоридом (ПВХ), морфологию и механические свойства композитов. Эластомеры с концентрацией жёстких сегментов 12,5% (ПУМ-1), 34% (ПУМ-2) и 48% (ПУМ-3) синтезировали на основе полиоксипропиленгликоля, смеси 2,4- и 2,6-изомеров толуилендиизоцианата (65/35) и удлинителя цепи 4,4'-диаминодифенилметана двухстадийным методом в растворе диметилформамида (ДМФА). Композиты ПУМ/LiCl и ПУМ/ПВХ с содержанием 5% LiCl или 10–90% ПВХ получали из растворов в ДМФА. Внутри- и межмолекулярные водородные связи (ВС) в эластомерах и композитах исследовали методом ИКФ-спектроскопии. Установлено, что увеличение концентрации протонодонорных NHb-групп в макроцепи эластомера приводит к усилению энергии межмолекулярных ВС с анионом хлора неорганической соли и полимера, причём интегральная интенсивность полосы валентных колебаний NHb-групп в системах ПУМ/LiCl выше, чем в смесях ПУМ/ПВХ. Энергия межфазных взаимодействий в композитах снижается в ряду эластомеров: ПУМ-3 > ПУМ-2 > ПУМ-1. Наличие сильных межфазных взаимодействий в полимерной системе с содержанием 30% ПВХ приводит к диспергированию полимеров на наногетерогенном уровне. В эластомерной матрице наночастицы фазы ПВХ являются узлами физической сшивки, и максимальное упрочнение нанокомпозита достигается в смесях ПУМ-3/ПВХ. В композитах с содержанием 30–50% ПВХ отклонение прочности на разрыв от аддитивных значений составляет 23–25%. При увеличении концентрации термопласта в смеси межфазная адгезия и прочностные свойства композитов снижаются.

Вивчено вплив концентрації цупких сеґментів у поліуретансечовинах (ПУМ) на міжмолекулярні взаємодії з неорганічною сіллю LiCl і полівінілхлоридом (ПВХ), морфологію та механічні властивості композитів. Еластомери з концентрацією цупких сеґментів у 12,5% (ПУМ-1), 34% (ПУМ-2) та 48% (ПУМ-3) синтезували на основі поліоксипропіленгліколю, суміші 2,4 і 2,6 ізомерів толуїлендіізоціанату (65/35) та подовжувача ланцюга 4,4'-диамінодифенілметану двостадійною методою в розчині диметилформаміду (ДМФА). Композити ПУМ/LiCl і ПУМ/ПВХ із вмістом 5% LiCl або 10–90% ПВХ одержували з розчинів у ДМФА. Внутрішньо- та міжмолекулярні водневі зв’язки (ВЗ) в еластомерах і композитах досліджували методою ІЧФ-спектроскопії. Встановлено, що підвищення концентрації протонодонорних NHb-груп у макроланцюзі еластомеру приводить до посилення енергії міжмолекулярних ВЗ з аніоном Хлору неорганічної солі та полімеру, причому інтеґральна інтенсивність смуги валентних коливань NHb-груп у системах ПУМ/LiCl вища, аніж у сумішах ПУМ/ПВХ. Енергія міжфазних взаємодій у композитах знижується в ряду еластомерів: ПУМ-3 > ПУМ-2 > ПУМ-1. Наявність сильних міжфазних взаємодій у полімерній системі з вмістом 30% ПВХ приводить до дисперґування полімерів на наногетерогенному рівні. В еластомерній матриці наночастинки фази ПВХ є вузлами фізичного зшивання, і максимальне зміцнення нанокомпозиту досягається у сумішах ПУМ-3/ПВХ. В композитах із вмістом 30–50% ПВХ відхилення міцности на розрив від адитивних значень складає 23–25%. При збільшенні концентрації термопласту в суміші міжфазна адгезія та міцнісні властивості композитів понижуються.

In this article, we study an effect of hard segment content in poly(urethane-urea)s (PUU) on the intermolecular interactions with inorganic LiCl and organic poly(vinyl chloride) (PVC), morphology, and mechanical properties of the final PUU/LiCl and PUU/PVC composites. PUU with hard segment (HS) content of 12.5% (PUU-1), 34% (PUU-2) and 48% (PUU-3) are fabricated via conventional two-step ‘prepolyurethane method’ in N,N-dimethylformamide (DMF) media, using poly(propylene glycol), mixture of 2,4- and 2,6-isomers of tolylene diisocyanate (65/35 w/w), and chain extender of 4,4'-methy-lenedianiline as a chain extender. The PUU/LiCl and PUU/PVC composite films with 5 wt.% LiCl or 10–90 wt.% PVC are fabricated using solution/casting technique from DMF. A presence of intra- and intermolecular hydrogen bondings (HB) in elastomers and composites is studied by FTIR. As revealed, increasing of proton-donor NH-groups’ content in elastomer macrochain increases the energy of intermolecular HB with chlorine anion of an inorganic salt and polymer. The integral absorption intensity of ‘H-bonded’ NH groups in the PUU/LiCl composites is higher than that of the PUU/PVC systems. Energy of interfacial interactions in composites decreases in the range of PUU-3 > PUU-2 > PUU-1. The strong intermolecular interactions in a polymer blend containing 30 wt.% PVC result in suppression of phase-separation processes, and there is heterogeneity of the composites on the nanolevel. The nanoparticles of PVC phase are playing a role of physical cross-links, and maximal strengthening effect is observed for the PUU-3/PVC blends. For the composites with 30–50 wt.% of PVC, a deviation of experimental tensile-strength values from theoretical ones exceeds 23–25%. With increasing thermoplastic PVC content in the polymer blends, the interfacial adhesion and mechanical properties of composites are moderately reduced.