Исследование молекулярной динамики и структуры эластомеров методом ядерной магнитной релаксации

• Автор: Бутаков, Анатолий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ДИНАМИКА И СТРУКТУРА ЭЛАСТОМЕРОВ. ОСОБЕННОСТИ ЯДЕРНОЙ МАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В ПОЛИМЕРАХ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Динамика и структура эластомеров

Г. 1.1.. Динамические свойства эластомеров

1.1.2: Сетка физических и химических узлов

1.1.3. Деформация полимеров

1.2. Основы теории ядерной магнитной релаксации

1.3. Особенности.ядерной магнитной релаксации в полимерах

1.3.1. Теоретические модели

1.3:2. Экспериментальные данные и их интерпретация

1.3.2". 1. Температурные зависимости времен релаксации
Г.3.2.2. Зависимость параметров магнитной релаксации от молекулярной массы
1.3.2.3. Зависимость времен релаксации от частоты и температуры
1.3.2.4. Форма релаксационных функций в эластомерах
1.3.2.5. Остаточные диполь-дипольные взаимодействия
1.3.2.6. Применение многофакторного релаксационного анализа
ГЛАВА 2. АППАРАТУРА, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Характеристика объектов исследования
2.2. Аппаратура и методы измерений
2.3. Оценка погрешностей измерений
ГЛАВА 3. ЯДЕРНАЯ МАГНИТНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ И ДИНАМИКА МОЛЕКУЛ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛАСТОМЕРАХ
3.1. Введение
3.2. Результаты эксперимента и их обсуждение
3.3. Построение спектра времен корреляции (СВК)
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ЯДЕРНАЯ МАГНИТНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ И СТРУКТУРА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СЕТКИ В СШИТЫХ ЭЛАСТОМЕРАХ
4.1. Исследование влияния сшивания на ядерную магнитную релаксацию в эластомерах
4.1.1. Введение
4.1.2. Зависимость формы СПН и Т2 от концентрации сшивок
4.1.3. Обсуждение
4.1.4. Количественное определение концентрации физических узлов сетки
4.2. Исследование влияния растяжения на ядерную магнитную релаксацию в эластомерах
4.2.1 Введение
4.2.2. Влияние растяжения на форму СПН, Т2 и второй момент (данные эксперимента)
4.2.3. Расчет второго момента остаточного диполь-дипольного взаимодействия при растяжении образцов и сравнение теории с

экспериментом
4.2.3.1. Модель гауссовых цепей
4.2.3.2. Модель ланжевеновых цепей
4.2.3.3. Учет неаффинной деформации полимерной сетки
4.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение
Актуальность темы исследования.
Одной из основных задач в области исследования эластомеров -полимеров, находящихся в высокоэластическом и вязкотекучем состояниях, является установление связи между характером движения полимерных молекул и комплексом физико-химических свойств [1]. Среди физических методов исследования динамики макромолекул метод ядерной магнитной релаксации занимает ведущее место. К его достоинствам’ относятся сравнительная легкость получения' результатов измерений в широком интервале температур и принципиальная возможность получения информации о различных видах внутренней подвижности (трансляционной и вращательной) в широком интервале частот (от десятков герц до сотен мегагерц).
В литературе обозначены два направления в развитии теории, описывающей динамику цепных молекул линейных эластомеров. Одно- из таких направлений - феноменологическая модель, предложенная де Женом [2] и развитая в работах Дои и Эдвардса [3] (рептационная модель). В этой модели движение выбранной полимерной цепи ограничивается некоторой гипотетической «трубкой», вдоль которой при малых временах наблюдения макромолекула может совершать лишь «рептационные» движения. Другое направление основывается на выводе микроскопического обобщенного уравнения Ланжевена для радиус-вектора и импульса каждого сегмента макромолекулы. К нему относятся ренормированные модели Рауза [4-8]. Попытки проверки этих теорий с помощью метода ЯМР-релаксации привели к противоположным результатам - одни данные [8-13] подтверждают ренормированную или дважды ренормированную модель Рауза, а другие [14-22] - рептационную теорию.
Плотность узлов пространственной сетки химических сшивок, зацеплений и физических узлов (стабилизированных зацеплений) является одной из основных характеристик сшитого эластомера. Для определения

Гайсиным с соавторами [11] на образцах, составленных из. смеси протонированных и дейтерированных молекул полиэтилена, измерено время Т| в зависимости от температуры на резонансных частотах 17 и 90 МГц и
произведено разделение релаксационных вкладов на внутри- Тц1 и
межмолекулярный Т^1. Найденные дисперсии Тп~о0’3 и Т^со0,3-0,5 авторами*, были отнесены к низкомодовому режиму 3 в ренормированной модели Рауза.
Фенченко [12] произведены расчет времени 'Г ] согласно ренормированной модели Рауза и сравнение с Ть найденным в работах [9, 19] на образцах полиизобутилена и полидиметилсилоксана. Сравнение показало удовлетворительное согласие между теорией и экспериментом.
Шуммом с соавторами [141] по температурно-частотным зависимостям времени Т2ег в импульсном спин-локинге в образцах полибутадиена с М= 1,43-105 и 6,66-103 на основе принципа температурно-временной эквивалентности построена функция корреляции С(Х)* в диапазоне ~6 десятичных порядков. Эта функция, приведенная на рис. 1.3, имеет начальный и конечный участки, соответствующие экспоненциальному затуханию, и центральный участок с С(1)~Г0 52 и С(1)~Г°’60 для образцов с М=1,43-105 и 6,66-103, соответственно. Начальный участок Г(1) авторы относят к мелкомасштабным движениям, не зависящим от М, центральный -к движению по модели Рауза, а конечный — к движениям либо цепи как целого, когда М=6,66-103, либо участка цепи между зацеплениями, когда М=1,43-105.
1.3.2.4. Форма релаксационных функций в эластомерах
В эластомерах спад поперечной намагниченности, как правило, является неэкспоненциальным. Возможность разложения сложного СПН на компоненты наводит на мысль о неоднородности спиновой системы. Поэтому в работе [142] сделано предположение о существовании в полимере двух раздельных фаз. В ряде исследований [63, 143, 144] найдено, что одной