Особенности фазовых переходов в нефтеполимерных системах на основе полиэтилена и получение материалов с заданными адгезионными и пластическими свойствами

• Автор: Дезорцев, Сергей Владиславович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Актуальность работы

Композиционные материалы на основе нефтяных остатков и полиолефинов широко используются в качестве строительных, гидроизоляционных, электроизоляционных материалов, дорожных покрытий и т.д. Возросшая интенсивность и разнообразие эксплуатационных нагрузок повышают требования к качеству и надежности нефтеполимерных композитов. Направленное получение нефтеполимерных композиций с заданными свойствами и повышение их качества возможно только на основе исследования закономерностей их химических превращений и фазовых переходов (ФП). Одной из проблем, препятствующих направленному получению композитов с заданными свойствами, является отсутствие четких представлений о специфике физико-химических явлений в сложных многокомпонентных системах, в частности, о фазовых переходах в высокомолекулярных нефтяных дисперсных системах (НДС).
Цель работы
Исследование особенностей фазовых переходов 2-го рода в нефтеполимерах и их связи с адгезией и разработка технологических приемов направленного регулирования пластических и адгезионных свойств композиций из нефтяных остатков и полиэтилена.

Задачами исследования являются:

- исследование особенностей фазовых переходов 2-го рода (размягчение) в системах «нефтяной остаток - полиэтилен»;

- изучение связи адгезии с параметрами фазовых переходов 2-го рода;

- исследование релаксационных процессов в системе «нефтяной остаток -полиэтилен» и состояния полимера в нефтяной дисперсной системе;
- разработка технологических приемов направленного регулирования пластических и адгезионных свойств нефтеполимерных композиций на основе остаточного битума и полиэтилена.

Научная новизна

1 Установлено, что в критических точках фазовых переходов 2-го рода адгезия и время релаксации нефтеполимеров имеют максимальные значения.
2 Исследование энергий и времен релаксации нефтеполимеров, характеризующих процесс размягчения, показывает, что в нефтеполимерных системах возможно разнообразие процессов перестройки молекулярной структуры с энергиями от 30 до 1338 Дж/моль в зависимости от их состава.
3 Установлено, что нефтяные дисперсные системы способствуют сжатию полимерных клубков в глобулы.
4 Установлено, что в процессе пластификации нефтеполимерных систем происходит симбатное изменение температуры размягчения и адгезии.
Практическая значимость
Предложен способ и разработаны технологические приемы направленного регулирования пластических и адгезионных свойств нефтеполимерных материалов на основе гудронов, остаточных битумов и полиэтилена. Основным достоинством способа является возможность регулирования эксплуатационных свойств указанных материалов.
Апробация работы
На 7-й Международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (28-30 апреля 2009 г. в г. Санкт-Петербурге); Международной научно-практической конференции «Нефтепереработка - 2008» (21 мая 2008 г. в г. Уфе); Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка -2009» (26 мая 2009 г. в г. Уфе); XXI Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (14-16 октября 2008 г. в г. Уфе); XII Международной научно-технической конференции «Строительство. Коммунальное хозяйство. Насосы. Трубопроводы
- 2008» (12-15 марта 2008 г. в г. Уфе); XIII Международной научно-технической конференции «Строительство. Коммунальное хозяйство. Насосы. Трубопроводы
- 2009» (16-18 марта 2009 г. в г. Уфе). Отдельные результаты работы докладывались на региональном семинаре «Актуальные проблемы исследования сложных систем» в 2007-2009 гг.
Публикации
1.5. Особенности адгезии высокомолекулярных систем
Существующие термодинамические теории адгезии основаны на результатах исследований энергии межфазного поверхностного натяжения, краевых углов на границе «субстрат - адгезив», а также смачивания и растекания адгезива на межфазных границах с учетом вязкости и различного вклада межмолекулярных сил [113-115, 118]. При этом недостаточно учитывается структура
поверхностного слоя молекулярных растворов полимеров и их отклонения от идеальных. Краткий обзор ряда принятых в различное время теорий адгезии приведен в таблице [10].
Из известных теорий адгезии (таблица 1.5) наибольший интерес представляет статистическая теория объемных адгезионных взаимодействий (Тимофеева, Доломатов, 2005), которая учитывает неидеальность многокомпонентных адгезивов, в том числе производимых в промышленном масштабе в качестве гидроизоляционных покрытий, мастик, клеящих составов, и т.д. Как правило, это сильно неидеальные полимерные системы в растворителях, с бесконечно большим числом взаимодействующих между собой компонентов.
В работе [10] авторами показаны результаты определения адгезии растворов полиэтилена и полипропилена в высококипящей фракции смолистых высокосернистых нефтей (с температурой кипения выше 400°С) и остаточном битуме методом одновременного отрыва. При определении адгезии в качестве субстрата применялись полиэфирные, стеклянные волокна и металл (углеродистая сталь). Эксперимент по определению силы адгезии битумполимера к волокнистому материалу проводили на лабораторной установке аналогично описанному в главе 2. Верхняя граница устанавливалась выше температуры размягчения адгезива, нижняя - соответствовала его полному затвердеванию.
Зависимость работы адгезии от температуры для системы «многокомпонентная фракция-полимер» к различным субстратам имеет линейный характер с коэффициентом корреляции Я = 0,96.