Полимерные материалы на основе водных эмульсий поливинилацета широко применяются в строительной отрасли. Они используются в качестве различных клеевых составов для строительных работ, связующих в лакокрасочных материалах, добавок в штукатурку и т.д. [1-2]. Они обладают хорошими эксплуатационными характеристиками, невысокой стоимостью и малой токсичностью. К недостаткам можно отнести недостаточную устойчивость к воздействию влаги, ультрафиолетовому излучению и другим внешним воздействиям. Модификация поливинилацетатных материалов кремнийорганическими соединениями позволяет значительно улучшить их эксплуатационные свойства [3,4]. В представленной работе рассматриваются вопросы повышения эксплуатационных характеристик поливинилацетатных полимерных материалов кремнийорганическим соединением, в частности, тетраэтоксисиланом (ТЭОС).
В данном исследовании в качестве связующего использовался поливинилацетат (ПВА), в качестве модификатора – ТЭОС.
Снятие спектров разработанных образцов полимерных пленок проводили на спектрометре ФСМ-1201, определение твердости - с помощью маятникового прибора М-З, определение адгезии – на строительном адгезиметре ПСО.
На первом этапе исследований был изучен механизм взаимодействия поливинилацетата и тетраэтоксисилана. Учитывая тот факт, что среда ПВА кислая (рН 5,8 – 6,2), можно предположить, что происходит процесс гидролиза ТЭОС, образование водородных связей между полимером и продуктами гидролиза, возможно также и химическое взаимодействие, вследствие наличия реакционноспособных групп у кремнийорганического соединения.
Проведенные на ИК – Фурье-спектрометре исследования показали, что химических взаимодействий практически не происходит. На рис. 1 видно, что изменения структуры пиков исходных компонентов не наблюдается.
Рис.1 ИК – спектры ПВА, ТЭОС и ПВА + ТЭОС.
Была исследована твердость образующихся поливинилацетатных полимерных пленок, модифицированных ТЭОС. Исследования показали, что введение в поливинилацетат тетраэтоксисилана в количестве 10% приводит к небольшому повышению условной твердости. По-видимому, это связано как со структурными процессами сшивки в композиции, так и с появлением в ней сильно гидролизованных частиц тетраэтоксисилана. При дальнейшем введении пластификатора в количестве 20 %, наблюдается падение условной твердости, что связано скорее всего с избытком частично гидролизованного ТЭОС, который начинает выступать в роли пластификатора.
В рамках исследования определялись адгезионные характеристики поливинилацетатной композиции, модифицированной ТЭОС. Исследования проводились в соответствие с методикой, путем отрывания стальных цилиндров от стальной и стеклянной подложки, с нанесенным на нее поливинилацетатным связующим. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1. Изменение прочности при отрыве поливинилацетатной композиции от содержания ТЭОС
| Прочность при отрыве, МПа |
ТЭОС, % масс. |
|||||
| 0 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| Стекло | 0,4 | 3 | 3,5 | 4,4 | 5,3 | 3,4 |
| Сталь | 0,2 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,9 | 0,3 |
Причиной улучшения адгезии поливинилацетатной композиции, модифицированной ТЭОС, является образование сшивок и связей по донорно-акцепторному механизму [5]. В случае испытания на стекле, значительное увеличение адгезии связано с тем, что ТЭОС взаимодействует как с поверхностными силанольными группами стекла, так и между собой, в результате чего на поверхности стекла образуется сплошное мономолекулярное покрытие. Проведенные исследования показали, что оптимальное количество модификатора в поливинилацетатном полимере, необходимое для повышения адгезии к разработанным материалам, составляет 20-25 %. При дальнейшем увеличении ТЭОС в полимерной композиции прочность при отрыве снижается.
Исследование водостойкости полимерных поливинилацетатных покрытий, модифицированных ТЭОС показали, что при введении 10% ТЭОС наблюдалось повышение устойчивости к воздействию влаги, но в тоже время, такого количества модификатора оказалось недостаточно для сохранения целостности поверхности – появляются деформационные складки. При повышении концентрации ТЭОС до 20% деформационные складки исчезают.
Таким образом, проведенные исследования показали, что оптимальное содержание модификатора ТЭОС, необходимое для повышения эксплуатационных свойств поливинилацетаного полимерного материала, составляет 20-25 %, при этом значительно возрастает адгезия к силикатным материалам, возрастает водостойкость поливинилацетатного материала. Это позволяет расширить ассортиментную базу недорогих полимерных и лакокрасочных материалов, устойчивых к внешним природным воздействиям.
Библиографический список
- Розенберг М.Э. Полимеры на основе винилацетата, Л., 1983. – 856 с.
- Ю. Кислова. Российский рынок дисперсий ПВА // Лакокрасочные материалы и их применение. 2011. №1-2. С.8-9
- Чухланов В.Ю., Колышева Н.А. Новые полимерные связующие на основе олигопипериленстирола и алкоксисиланов //Пластические массы. 2007. № 6. С. 15.
- В.Ю. Чухланов, О.Г. Селиванов. Модификация полиорганосилоксаном связующего на основе полиуретана // Пластические массы. 2013. №9. С. 8-10
- PeresinM., Vesterinen A., Habibi Y. and all. Crosslinked PVA nanofibers reinforced with cellulose nanocrystals: Water interactions and thermomechanical properties //Journal of Applied Polymer Science. 2014. No 11. pp. 27-32.