Группа “Физикохимии полимер-олигомерных систем и композитов” N1643



Руководитель - доктор технических наук, профессор Межиковский Семен Маркович

Создана в 1978 году.



Основные направления исследований:
Изучение кинетики и термодинамики формирования надмолекулярной и фазовой структуры полимер-олигомерных смесей.
Изучение процессов самоорганизации в олигомерных системах.
Изучение механизма химического отверждения олигомерных смесевых систем.
Изучение корреляций между структурой реакционноспособной олигомерной смеси и ее свойствами, между структурой исходной системы и механизмами полиреакций, протекающих при отверждении, между структурой исходной смеси и структурой образующегося композита, а также между сформировавшейся структурой твердого тела и его свойствами.
Разработка физико-химических основ процессов модификации линейных полимеров реакционноспособными олигомерами (принцип “временной пластификации”).
Прикладные аспекты создания композиционных материалов на основе олигомеров.

Основные научные достижения:
Проведен анализ статистики олигомерной цепи в зависимости от ее длины, межзвенной жесткости и температуры. Определены границы, в которых пространственное распределение цепи подчиняется Гауссовой статистике.

Предложены структурные критерии деления соединений на мономерные, олигомерные и полимерные.

Для широкого круга олигомер-олигомерных и полимер-олигомерных смесей экспериментально получены диаграммы фазового состояния и рассчитаны для них фундаментальные термодинамические параметры (химические потенциалы, энтальпии и энтропии смешения и т.д.). Впервые для систем полимер (олигомер) - гомологические ряды растворителей обнаружена инвариантность (суперпозиция) их фазовых диаграмм и всех термодинамических параметров смешения относительно критической температуры растворения, что дает количественный инструмент (критерий) для оценки общности и различий механизмов растворения и фазообразования при смешении олигомеров с растворителями-гомологами.

Обнаружен и теоретически обоснован эффект аномального роста вязкости смеси при введении в высоковязкий полимер низковязких олигомеров. Для макроскопической вязкости однофазной смеси полидисперсного полимера с олигомером теория предсказывает, что

с= р + кр кр+ с сп+а а - п пл ,

где р - вязкость регулярного раствора; кр - критическая поправка, учитывающая вязкость части молекул кр, находящихся в критической области; с -спинодальная поправка, учитывающая вязкость части молекул сп, находящихся в метастабильной области; а - поправка на “антипластификацию”, обусловленную тем, что часть молекул низкомолекулярных фракций а перестала пластифицировать систему; п - “пластифицирующая” поправка, обусловленная пластифицирующим действием части молекул пл. Очевидно, что кр, сп и а характеризуют рост вязкости смеси, а п - ее уменьшение. Конкурентный вклад этих поправок определяет результирующее значение вязкости в эксперименте.

Впервые обнаружен температурный гистерезис сдвиговой вязкости олигомерных систем. В рамках сиботаксической модели жидкости предложены механизмы (активационный и базирующийся на предположении о бистабильности системы), количественно описывающие закономерности его экспериментального проявления.

Выявлены корреляции между фазовой организацией полимер-олигомерных систем и их макроскопическими свойствами - коэффициентами диффузии и сдвиговой вязкости, временами ядерной и дипольной релаксации, скоростью полимеризации и др.

Установлена многостадийность и длительность достижения термодинамического равновесия в олигомерных системах. В рамках активационного механизма формирования надмолекулярной структуры олигомерных жидкостей, сформулированы постулаты теоретической модели и дано количественное описание кинетики релаксации структурных элементов олигомерных жидкостей к термодинамическому равновесию. Из анализа модели неизбежно следует: а) наличие энергетических барьеров на пути к равновесию, б) длительность (при определенных условиях это сутки, десятки суток) некоторых релаксационных процессов. Сопоставление теории с экспериментаом подтвердило справедливость следствий, вытекающих из модельных расчетов.

Предложена схема формирования морфологии композитов, формирующейся при отверждении полимер-олигомерных систем (см. рис.) и методы регулирования коллоидно-диспесного уровня их структуры (и соответственно свойств) путем вариации технологических переменных процесса получения композиционных материалов - дозировки компонентов, температур смешения и отверждения, концентрации инициаторов и ингибиторов и т.д.

Принцип “временной пластификации” позволяет одновременно (в одном технологическом процессе) снижать энерго- и трудозатраты на стадии смешения компонентов и осуществлять химическую и физическую модификацию материала на стадии отверждения (формования), приводящую к улучшению его физико-механических характеристик. Это предопределило

Основные практические приложения научных исследований:

- высокоэффективные композиции для производства эластомерных материалов с широкой гаммой эксплуатационных свойств;

- высокоэффективные пластизоли ПВХ для производства линолеума;

- связующие для получения высококачественных материалов из измельченных порошков вторичных резин;

- повышение долговечности деревянных железнодорожных шпал;

- экологически чистые композиции для консервации древесины;

- битумные системы с повышенной износостойкостью.



ИХФ РАН, Отделение полимеров и композиционных материалов
Телефон: (095)939-7594. Факс: (095) 137-8284