1.2 Суть специфічного волокноутворення

Явище специфічного волокноутворення реалізується у відповідних умовах при течії розплавів суміші полімерів. У основі даного явища лежать мікрореологічні процеси такі, як деформація крапель компонентів дисперсних фаз, об'єднання рідких струменів у напрямку течії, їх розпадання на краплі, як термодинамічно нестійких. Керування цими процесами здійснюється за допомогою змінення ступеню сумісності компонентів суміші.

Змішування полімерів – це досить відомий та широко застосовуваний метод модифікації властивостей полімерів. Сьогодні у технології полімерних матеріалів і хімії розвиток йде шляхом розроблення науково обґрунтованих принципів утворення композиційних матеріалів із керованим комплексом характеристик, а не у напрямку синтезу нових ВМС. Змішування полімерів дає змогу поєднувати властивості кількох компонентів, а також отримувати унікальні ефекти й нові матеріали із характеристиками, що непритаманні вихідним полімерам.

Характеристики полімерних матеріалів визначаються структурою, що утворюється у процесі переробки та під час змішування. Змінюючи склад суміші, умови деформування, хімічну природу полімерів можна отримувати різні види фазових структур в екструдерах сумішей полімерів: взаємопроникні сітки, волокноутворення, дисперсії крапель, мікроемульсії у краплях дисперсної фази, шарову морфологію. Дані свідчать, що ступінь сумісності компонентів виступає основним параметром, який дозволяє контролювати процес структуроутворення.

Фундаментальні співвідношення, які відображають термодинамічну рівновагу у дисперсних системах, стверджують наступне: найбільш дієвий фактор, який регулює параметри фазової структури – це термодинамічна спорідненість компонентів.

Існує досить багато шляхів, щоб покращити сумісність полімерів у сумішах: реалізація специфічної взаємодії між кількома компонентами суміші; самокомпатибілізація за допомогою створення під час змішування у розплаві суміші нового співполімеру; додавання привитих та блок- співполімерів чи низькомолекулярних полімерних або олігомерних добавок, що здатні проявляти

специфічні взаємодії із одним чи двома компонентами суміші; реактивне змішування, при якому відбувається змушена сумісність кількох полімерів через протікання хімічних реакцій між їхніми макромолекулами, чи реакцій, які мають місце між одним (чи кількома) компонентами суміші та добавкою.

Компатибілізатори – це речовини, що покращують сумісність. Процес компатибілізації досліджують, як явище модифікації між фазної поверхні й морфології сумішей полімерів. Полімерними сплавами часто називають компатибілізовані суміші полімерів.

Додавання у суміш полімерів компатибілізаторів є одним з найпоширеніших методів збільшення сумісності. Для прояви компатибілізуючої дії вони повинні мати у своїй структурі фрагменти (функціональні групи, блоки), частково сумісні чи сумісні з полімерами.

Ефективними будуть компатибілізатори, що забезпечують хоча б кілька із чисельної кількості специфічних чи хімічних взаємодій, які можливі між ними та змішуваними полімерами. Компатибілізатори зменшують поверхневий натяг на між фазній межі у полімер-полімерних системах за допомогою створення специфічних взаємодіючих хімічних сполук. Але найбільш успішним є створення ковалентних взаємозв’язків між макромолекулами змішуваних полімерів.

Початок наукових досліджень по утворенню полімерних сумішей із заданими характеристиками за допомогою додавання компатибілізаторів розпочався в 60-х роках минулого століття. Даний спосіб керування сумісністю компонентів використовується дуже широко та є найбільш досліджуваним. Як компатибілізатори використовують різні речовини: плавкі солі, олігомери, співполімери і гомополімери. Найбільше застосування знайшли графт-, блок- і статистичні співполімери, що можуть бути реакційно чи не реакційно здатні.

Одними з самих досліджуваних є суміші, що основані на поліпропілену. Це зумовлене комплексом механічних властивостей даного полімеру у мокрому та сухому стані, хемо- й біологічною стійкістю і широким його використанням, в тому числі для виготовлення волокон.

Модифікація даних сумішей отримується додаванням у бінарну систему реакційних компатибілізаторів – хімічно модифікованою акриловою кислотою або малеїновим ангідридом поліпропілену, чи нереакційних блок співполімерів на основі поліпропілену, що можуть створювати специфічні взаємодії із компонентами суміші й покращувати їх термодинамічну спорідненість.

Поліпропілен має комплекс цінних властивостей, але водночас він термодинамічно несумісний із значною кількістю полімерів. Щоб покращити сумісність полімерів у суміші ПП/ПА-6 потрібно ввести реакційний прищеплений співполімер пропілену із малеїновим ангідридом (ПП-МА). Нитки, що будуть сформовані з сумішей із добавкою 0,25-4,0 мас.% співполімеру, матимуть матрично-фібрилярну структуру. Щоб зменшити діаметр мікроволокон, необхідно збільшити кількість ПП-МА. Орієнтація макромолекул поліпропілену у компатибілізованих сумішах також збільшуватиметься.

Дані ефекти пояснюють компатибілізуючою дією співполімеру, яка утворилася на межах поділу фаз за допомогою хімічної реакції між макромолекулами ПП-МА й ПА-6.

Аналіз сумішей ПП/СПА показує, що волокноутворення ПП у матриці СПА не є чітко вираженим через їхню термодинамічну несумісність: більше 40 мас.% ПП тратиться на створення плівок, частинок й коротких волокон. Для покращення волокноутворення потрібно ввести добавки компатибілізаторів – ПОМ, СЕВА й олеату натрію.