автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.15, диссертация на тему:Разработка технологии производства тонковолокнистых фильтрующих материалов из смесей полимеров со специфическим взаимодействием компонентов

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ КИЇВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

і" і 0 и »< Ц,

Цебренко Ірина Олександрівна

УДК: 66.037.38 - (043)

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ТОНКОВОЛОКНИСТИХ ФІЛЬТРУЮЧИХ МАТЕРІАЛІВ ІЗ СУМІШЕЙ ПОЛІМЕРІВ ЗІ СПЕЦИФІЧНОЮ ВЗАЄМОДІЄЮ КОМПОНЕНТІВ

05.17.15-Технологія хімічних волокон

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ - 2000

Роботу виконано в Київському державному університеті технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пахарснко Валерій

Офіційні опоненти:- доктор хімічних наук, професор, академік НАН України

Ліпатов Юрій Сергійович, завідувач відділу фізико-хімії полімерів Інституту хімії високомолекулярних сполук ПАН України, м.Київ

— доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки Російської Федерації Переііьолкін Кирило Євгенович, завідувач кафедри матеріалознавства Санкт-Петербургського університету технологій та дизайну..

Провідна установа: Державний університет “Львівська політехніка”

(кафедра хімічної технології переробки пластмас).

Спеціалізованої вченої ради Д 26.102.04 при Київському державному університеті технологій та дизайну за адресою: 01601, м.Київ, вул. Немировича-Данченка, 2: тел.290-53-25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського державного університету технологій та дизайну за адресою: м.Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розіслано “ 2000 р.

Вчений секретар Спеціалізованої

Олександрович, завідувач кафедри технології переробки полімерів та опоряджувального виробництва Київського державного університету технологій та дизайну.

Захист відбудеться $Сї7 кіИ{С.{[} ЇМ?дф.000 р. о УУ ^ ге

год. на засіданні

вченої ради, к.т.н., доцент

Т.С. Шостак

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Із фундаментальних досліджень, виконаних у проблемній лабораторії синтетичних волокон Київського державного університету технологій та дизайну, відомо, що використання сумішей полімерів відкриває зовсім новий шлях одержання ультратонких синтетичних волокон. Явище волокноутвореиня одного полімера в іншому при течії розплаву суміші полімерів було назване специфічним волокноутворенням. Воно полягає у тому, що під впливом реологічних сил один із компонентів утворює в іншому (матричному) безліч ультратонких волокон (мікроволокон), чітко орієнтованих у напрямку екструзії. Мікроволокна можуть бути виділені шляхом екстракції матричного полімеру розчинником, інертним щодо волокноутворюючого компоненту суміші. Було показано, що специфічне волокно-утворення найбільш чітко реалізується при вмісті волокноутворюючого полімеру в суміші 20-30%мас. У діапазоні співвідношень компонентів 40/60, 50/50, 60/40, волокноутвореиня не має місця, тому що при таких складах сумішей відбувається зміна фаз. У літературі відсутні дані про волокноутвореиня одного полімеру в іншому при вказаному співвідношенні компонентів. Останнє має великий науковий і практичний інтерес. Так, підвищення вмісту полімеру дисперсної фази в суміші (>20-30%) збільшило б вихід мікроволокон, зменшило б енергетичні та матеріальні затрати на екстракцію матричного полімеру та його регенерацію.

З іншого боку, практичним результатом раніше виконаних досліджень є створення тонковолокнистого фільтруючого матеріалу (ФМ) з тонкістю очистки Імкм. В багатьох галузях промисловості потрібна більш прецизійна очистка, а також одержати стерильних середовищ. Дня вирішення цього завдання необхідно збільшити щільність структури ФМ, що в першу чергу досягається підвищенням вмісту полімеру дисперсної фази. Осташіє погіршує кінетичну стабільність суміші в розплаві, прискорює процеси агрегації, призводить до утворення матричних структур і в решті решт -ТО зміни фаз. Для сповільнення або усунення перерахованих негативних явищ у даній зоботі пропонується застосовувати суміші полімерів зі специфічними (дигтоль-диполь-зими, йон-дипольними, донорно-акцепторними, водневими зв’язками) взаємодіями компонентів на межі розподілу фаз. Якщо між компонентами суміші не проявляються специфічні взаємодії, то ступінь сумісності полимерів пропонується підсилити зведенням третього компонента, так званого компатибілізатора, здатного утворю-вати герелічені типи зв’язків з одним або двома полімерами суміші. Виїцевикладеним тідтверджується актуальність розробленої у даній дисертаційній роботі теми.

Ступінь дослідження тематики. В літературі є багато робіт про полімерні суміші, що містять компатибілізатор. Однак у цих роботах відсутні дані про реалі-

зацію явища специфічного волокноугворення в сумішах полімерів зі зрівненим співвідношенням компонентів за рахунок використання добавок, здатних проявляли специфічні взаємодії з одним або двома полімерами. Використання олеату натрію, поліоксиметилену (ЛОМ) як компатибілізаторів у сумішах поліпропілен-співполіамід (ПП/СПА) також невідомо з літератури.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано в межах програм Міжнародного наукового фонду Дж. Сороса — грант К255 100 “Мікро- і макрореологічні явища в розплавах сумішей полімерів зі специфічною взаємодією компонентів на межі розподілу фаз” і державного фонду фундаментальних досліджень України - грант 3.4/251 “Мікро- і макрореологічні явища в розплавах сумішей полімерів зі специфічною взаємодією компонентів на межі розподілу фаз”; бюджетних тем Міністерства освіти України 2.11 ДБ “Фізико-хімічні основи переробки розплавів сумішей полімерів для створення фільтруючих елементів універсального призначення (номер державної реєстрації 019611005497); і 6.15 ДБ “Фізико-хімічні основи переробки розплавів сумішей полімерів у вовно- та бавовноподібні синтетичні волокна для одержання нових видів пряжі із коротковолокнистого льону” (номер державної реєстрації 0197Ш07228).

Мета роботи. Розробити технологію виробництва фільтруючих матеріалів з поліпропіленових мікроволокон з тонкістю очистки 0,45; 0,3мкм на основі сумішей полімерів зі специфічними взаємодіями компонентів на межі розподілу фаз.

Для досягнення мети були вирішені слідуючі завдання.

- Визначити особливості реологічної поведінки бінарних ПП/СПА і компатибілізованих трикомпонентних сумішей в умовах зсувового та поздовжнього деформування.

- Ідентифікувати типи специфічних взаємодій в сумішах ППУСПА/добавка.

- Дослідити структуроутворення в екструдатах бінарних і потрійних сумішей.

- Встановити особливості фазових переходів у суміша> ПП/СПА/компатибілізатор залежно від хімічної природи та кількості добавки.

- Видати технологічні рекомендації щодо переробки розплавів трикомпо нентних сумішей у композиційну плівку (мононитку), виготовити дослідні парті' фільтрів (комплексних ниток), дослідити їхні властивості, визначити галузі їхньогс застосування та здійснити промислову апробацію.

Об’єкт дослідження - явище специфічного волокноутвореїшя у сумішам полімерів зі специфічною взаємодією компонентів на межі розподілу фаз.

Предмет дослідження - розробка технології виробництва фільтруючи) матеріалів на основі сумішей полімерів у області зміни фаз.

Наукова новизна роботи полягає у наступному.

з

- Вперше реалізовано явище специфічного волокноутворення при течії розплавів сумішей ПП/'СПА для співвідношень компонентів 40/60; 50/50; 60/40, що відповідають області зміїш фаз. Це досягнено введенням третього компонента: олеату натрію, співполімера етилену з вінілацетатом (СЕВА), поліоксиметилену.

- Показано, що перелічені добавки виконують роль компатибілізаторів, які покращують сумісність компонентів бінарної суміші внаслідок специфічних взаємодій.

- Встановлено особливості реологічних властивостей розплавів сумішей полімерів на межі розподілу фаз: зростання в’язкості розплавів у результаті додаткового структурування міжмолекулярними зв’язками, що утворилися; зростання еластичності розплавів трикомпонентих сумішей порівняно з бінарними, як за рахунок примусового деформування полімера дисперсної фази, так і за рахунок реалізації явища специфічного волокноутворення; підвищення здатності розплавів до поздовжнього деформування (покращення прядомості); наявність температурної суперпозиції залежності в’язкості від градієнта швидкості зсуву в приведених координатах Виноградова-Малкіна.

- Вперше знайдено екстремально високу стійкість мікроволокон СЕВА до розпаду на краплі за механізмом Релєя-Томотіки, що поясшоється стабілізуючим впливом накопичених при течії аномально великих високоеластичних деформацій.

- Показано, що дисперсний стан ПП (у вигляді мікроволокон) в трикомпонентних сумішах полімерів зумовлює різке зниження теплот його фазових переходів, а також появу додаткових низькотемпературних піків на термограмах кристалізації.

Практичне зпачення та реалізація результатів роботи. Результати досліджень дозволили розробити технологію виробництва нових фільтруючих матеріалів з тонкістю очистки 0,45 і 0,3мкм:

- олеат натрію, ПОМ, СЕВА рекомендовано як компатибілізатори для сумішей ПП/СПА; встановлено їх оптимальний вміст у суміші (в % від маси ПП): (0,5-3) - для олеату натрію; (5-10) - для ПОМ і (5-15) - для СЕВА;

- запропоновано спосіб введення добавки в суміш: добавка спочатку змішується у розплаві з матричним полімером (СПА), а потім при повторній екструзії - з волокноутворюючим полімером (ПП);

. - рекомендовано технологічні параметри переробки сумішей у композиційну плівку - напівфабрикат для виробництва фільтруючих матеріалів і композиційну нитку - напівфабрикат для одержання комплексної нитки з десятків тисяч мікроволокон (при формуванні через один отвір).

Отримано дослідні партії патронних фільтруючих елементів, які пройшли широку промислову апробацію і впроваджені на підприємствах медико-біологічної та харчової промисловості (ВАТ “Дніпрофарм”, м. Дніпропетровськ, винзавод “Золота балка”, м.Севастопіль та ін.). На основі одержаних результатів розроблено ТУ на фільтри ФТВ-0,45 і ФТВ-0,3 мкм.

Шляхом переробки розплавів сумішей ПП/СЕВА одержано армовані композиційні волокна, що мають підвищені міцність і початковий модуль.

Апробація результатів роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на: 18-му Симпозіумі по реології (Карачарово, Росія, 1996р.); Composites’96 and Oriented Polymers Symposium (Boucherville, Canada, 1996); Polyblends’97 SPE Retec International Symposium on Polymer Blends. Alloys and Filled Sysems (Boucherville, Canada, 1997); International Symposium on Orientation of Polymers Application to Films and Fibers (Boucherville, Canada, 1998); ХІХ-ому Симпозіумі по реології (Клайпеда, Литва, 1998p.);Intemational Conference on Colloid Chemistry and Physical-Chemical Mechanics (Moscow, 1998), Восьмій Українській конференції по високомолекулярних сполуках (Київ, 1996р.); VI-ій Міжнародній конференції АСИНКОМ (Київ, 1996р.), ХІІ-му Українському семінарі по мембранах і мембранній технології (Київ, 1998р.); Науково-технічній конференції “Екологія і здоров’я людини. Охорона водного та повітряного басейнів. Утилізація відходів” (Щьолкіно, 1999 і 2000рр.); 1-ій Всеросійській науково-технічній конференції “Фізико-хімія процесів переробки полімерів” (Іваново, Росія, 1999р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні технології та обладнання для одержання і переробки полімерів, полімерних композиційних матеріалів і хімічних волокон (Київ, 1999р.); International Symposium on Polymer Composites, Science and Technology (Canada, 1999), ХХ-ому симпозіумі по реології (Карачарово, Росія, 2000р.).

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладено у 22 публікаціях, з них у фахових виданнях - 6, у тому числі в 12 статтях, 2 доповідях і 8 тезах доповідей. Отримано позитивні рішення по заявках на 2 патенти України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 8 розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Роботу викладено на 154 сторінках друкованого тексту, вона вміщує 31 таблицю, 42 рисунки і 126 посилань на праці вітчизняних і зарубіжних авторів.

Особистий внесок автора полягає в теоретичному обгрунтуванні напрямку досліджень, виборі об’єктів і методів дослідження, безпосередньому проведенні експериментів і аналізі одержаних результатів. Автор приймала безпосередню участь у виготовленні експериментальних і дослідних партій фільтрів, їх промислових випробуваннях. У виконаних у співавторстві дослідженнях автору належить вибір напрямку та об’єктів дослідження, проведення експериментів, обробка та аналіз

результатів. Оформлення публікацій, доповідей, заявок на винаходи здійснювалось у творчому співробітництві з науковим керівником і колегами.

Методологія, методи досліджень. Основні положеній та висновки дисертаційної роботи сформульовано на основі аналізу наукової літератури за темою дисертації та власних експериментальних досліджень. Експериментальні дані отримано з використанням сучасних методів дослідження: капілярна віскозиметрія, 14 спектроскопія, світлова мікроскопія, диференціальний термічний аналіз, розсіювання рентгенівських променів під великими кутами, динамічний механічний аналіз.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання досліджень, визначено наукову новизну роботи, сучасний стан та перспективи розвитку науки в галузі фізико-хімії розплавів сумішей полімерів і одержання на їх основі ультратонких синтетичних волокон.

У першому розділі подано узагальнення та аналіз вітчизняних і зарубіжних публікацій щодо питань: типи фазових структур у сумішах полімерів; закономірності процесів структуроутворення в області зміни фаз; явище специфічного волокно-утворення та умови його реалізації. Особливий наголос зроблено на сумішах полімерів, що містять так звані модифікатори міжфазової поверхні (компатибілізатори).

На підставі критичного огляду науково-технічної інформації про регулювання процесів струкгуроутвореїшя у сумішах полімерів за рахунок їх компатибілізації шляхом введення третього компонента зроблено висновок про доцільність дослідження трикомпонентних сумішей полімерів в області зміни фаз із метою створення нових прецизійних тонковолокнистих фільтруючих матеріалів.

У другому розділі охарактеризовано об’єкти та методи дослідження, обгрунтовано їхній вибір. Основними об’єктами служили суміші ПП/СПА зі співвідношенням компонентів: 20/80; 30/70; 40/60; 50/50; 60/40. Як добавки, що здатні до специфічної взаємодії, використовували СЕВА, ПОМ, олеат натрію. Крім того, з метою знаходження узагальнених закономірностей досліджували також суміші: СЕВА/СПА; ПП - полівініловий спирт (ПП/ПВС); ПП/СЕВА.

Під час виконання роботи було проведено комплекс досліджень: вивчення особливостей реологічних властивостей розплавів сумішей полімерв зі специфічною взаємодією компонентів при зсувовому та поздовжньому деформуванні, процесів структуроутворення при їхній течії, фазових переходів (плавлення, кристалізація). Метод динамічного механічного аналізу дав змогу оцінити зміни термодинамічної спорідненості ПП і СПА у трикомпонентних сумішах порівняно з бінарними. Дія досліджень застосовано стандартні методи визначення фізико-механічних характе-

ристак ниток, властивостей фільтруючих матеріалів. Крім того, виконано типові та специфічні випробування розроблених ФМ на підприємствах.

У третьому розділі подано результати досліджень закономірностей течії та структуроутворення в розплавах сумішей СЕВА/СПА при використанні зразків СЕВА з різним вмістом вінілацетагаих груп.

Аналіз даних 14 спектроскопії показав, що в сумішах СЕВА/СПА різного складу в процесі їхнього приготування екструзійним способом між макромолекулами СЕВА і СПА реалізуються диполь-дипольні взаємодії типу водневих зв’язків з утворенням стереокомшіексів. СЕВА впливає на сітку міжмолекулярних водневих зв’язків СПА аналогічно полярному розчиннику: за рахунок взаємодії карбонільних груп СЕВА з амідними групами СПА має місце перебудова Н- зв’язків поліаміду та утворення нового стереокомплексу. Структура стереокомплексу змінюється в залежності від складу суміші та методу підготовки зразка. Сказане підтверджується зміщенням полос валентних коливань N11- та С=0 хруп у високочастотну область, а також появою нової полоси поглинання 1715см'1, яка відсутня у спектрі вихідного СПА.

Реалізація описаних специфічних взаємодій являється причиною накопичення при течії розплавів сумішей аномально великих високоеластичних деформацій, характеристикою яких є розбухання “В” екструдату.

Характерною особливістю мікроструктури екструдатів сумішей полімерів зі специфічною взаємодією компонентів (суміші СЕВА/СПА) с утворення так званих мультиплетних структур, коли в краплях (волокнах) дисперсної фази містяться численні вкраплення матричного полімера. Це є побічним підтвердженням поліпшення сумісності між компонентами суміші у випадку реалізації специфічних взаємодій. Результатом останнього є також суттєве сповільнення агрегації крапель полімера дисперсної фази при тривалому витримуванні розплаву суміші СЕВА/СПА в камері віскозиметра.

Показано, що для розплавів сумішей СЕВА/СПА має місце температурна та концентраційна інваріантність залежності в’язкості від швидкості зсуву в приведених координатах Виноградова-Малкіна. Концентраційна суперпозиція характерна для тих складів, для яких СЕВА виступає дисперсійним середовищем.

В результаті вивчення кінетики розпаду на краплі мікроволокон СЕВА в матриці СПА та обробки даних по теорії Релєя-Томотіки встановлено аномально високу стійкість мікроволокон СЕВА до розпаду при температурах, значно вищих за температуру плавлення СЕВА (90°С). Так, розпад на краплі мікроволокон СЕВА мас місце тільки при Т=165°С, при цьому час розпаду ^ складає 10 хвилин, що більше ніж на порядок перевершує ^ для інших мікровлокон. Описану закономірність встановлено вперше і пов’язано з накопиченням струменями СЕВА великих високоеластичних деформацій при течії розплаву суміші за рахунок реалізації

специфічних взаємодій між макромолекулами СЕВЛ і СПА. В процесі відпалу екструдату (на нагрівальному столику мікроскопа при 165°С) еластичні деформації релаксуіоть, що супроводжується зростаїпіям діаметра (радіуса) мікроволокон. Час розпаду t* рідинного циліндра пропорційний його радіусу R:

Е-Ж=т] R/y(I[), де т] - в’язкість рідинного циліндра; y„fl - міжфазовий натяг.

У четвертому розділі представлено результати досліджень мікро- і макрореологічних процесів, фазових переходів, надмолекулярної структури сумішей ПП/СПАУСЕВА.

З літератури відомо, що мікро- і макрореологічні процеси (а значить і структуроутворення) можна суттєво змінювати, ввівши у бінарну суміш третій компонент, так званий компатибілізатор. Це, як правило, речовина, здатна до специфічної взаємодії з одним або обидвома компонентами бінарної суміші. -Як компатибілізатор у даній роботі використовували СЕВА, який вводили в суміші ПП/СПА складу: 40/60; 50/50; 60/40 у кількості: 5; 10; 20; 25 % від маси ПП.

Вміст вінілацетатних груп у макромолекулі СЕВА низький (10-20%), решта макромолекули СЕВА має вуглеводневу структуру, що забезпечує спорідненість СЕВА до ПП. Все вищезазначене свідчить про компатибілізугочу роль СЕВА у сумішах ПП/СПА. Поліпшеній сумісності між ПП і СПА у присутноті СЕВА подтверждено методом динамічного механічного аналізу.

Встановлена зв’язуюча роль СЕВА між ПП і СПА призводить до додаткового структурування розплавів сумішей, наслідком чого є підвищення їх в’язкості.

З раніше виконаних досліджень відомо, що величина розбухання “В” екструдата служить непрямою характеристикою специфічного волокноутворення: чим більше утворюється при течії розплаву суміші мікроволокон і чим вони тонші, тим більша величина “В”. Одержані результати (рис.1) показали, що при всіх способах змішування “В” зростає з введенням СЕВА у бінарну суміш.

Рис. 1 Значення розбухання екструдатів сумішей ПП/СПА/СЕВА при різному вмісті СЕВА для ПП/СПА 40/60. Криві 1-3 відповідають методам змішування 1;2;3.

Найбільші величини “В” характерні для третього способу змішування, коли СЕВА спочатку змішували екструзійним способом з СПА, а потім - при повторній екструзії - з ПП. Аналогічна закономірність спостерігається і для суміші 50/50 з введенням СЕВА. В останньому випадку для третього способу змішування максимальна величина розбухання становить 8 при вмісті СЕВА 5%. Вже на основі приведених даних можна зробити висновок, що добавки СЕВА сприяють реалізації явища специфічного волокноутворення навіть для складів сумішей, що відповідають області зміни фаз. Таку закономірність встановлено вперше і повністю підтверджено результатами прямих мікроскопічних досліджень (табл.1).

Таблиця 1

Кількісна характеристика мікроструктури екструдатів сумішей ПП/СПА/СЕВА

Вміст СЕВА %мас Безперервні волокна Короткі волокна Частинки Плівки Зовнішня волокниста оболонка

d,MKM %мас й,мкм %мас <33МКМ %мас %мас %мас

0 Залишок після екстракції СПА не диспергується

5 3,2 75 2,9 12 2,5 0,1 0,9 12

10 3,6 73 3,2 10 2,8 0,2 1,8 15

Співвідношення ГІПУСПА 50/50

Аналіз даних мікроскопії показав, що в екструдатах сумішей ПП/СПА 40/60; 50/50; 60/40 з вмістом СЕВА 5-15% (спосіб змішування 3) переважним типом структури є мікроволоюіа ПП безперервної довжини середнього диамеру <3=3,2-4,2мкм. Знайдена закономірність пояснюється тим, що СЕВА виступає як компати-білізатор, який покращує сумісність ПП і СПА, підвищує кінетичну стабільність дисперсії, зменшує міжфазовий натяг. Все це сприяє деформації ПП у рідинні струмені. Останні по виході розплаву з формуючого отвору перетворюються у мікроволокна. Відзначена роль СЕВА витікає з того, що він вступає у диполь-дипольну взаємодію з амідною групою СПА. В результаті СЕВА буде примусово деформуватися у суміші настільки ж, як і СПА. А так як СЕВА проявляє спорідненість до ПП за рахунок неполярної частини макромолекули, то сумісність ПП і СПА , а також здатність до деформування ПП у присутності СЕВА суттєво зростають. Тому фазове розділення у таких потрійних сумішах сповільнюється, і фазова інверсія не має місця. Волокна безперервної довжини мають вузький розподіл за діаметрами.

Результати ДТА свідчать, що для трикомпонентних сумішей зростають теплоти і температури фазових переходів порівняно з бінарними сумішами. Це пояснюється підсиленням нуклеації при кристалізації ПП у присутності СЕВА. Наведені вище ре-

зультати мікроскопічного аналізу вказують на те, що ПП у присутності СЕВА знаходиться у високодисперсному стані (у вигляді мікроволокон), про що свідчать додаткові низькотемпературні піки кристалізації I ill на термограмах потрійних сумішей.

У п’ятому розділі представлено результати, що висвітлюють вплив добавок олеату натрію на закономірності течії та морфологію сумішей ПП/СПА складу 40/60; 50/50; 60/40. Олеат натрію - сіль ненасиченої органічної кислоти - полярна речовина з йонним зв’язком і довгим вуглеводневим радикалом (С17Н33). Тому ця низькомолекулярна речовина буде мати спорідненість як до макромолекул СПА, що містять полярні амідні зв’язки -CONH-, так і до макромолекул ПП (за рахунок радикалу С17Н33). Отже, вибрана добавка цілком може виступати як компатибілізатор у суміші ПП/СПА. Одержані експериментальні результати підтвердили зроблене припущення.

Аналіз записаних 14 спектрів свідчить, що з введенням олеату натрію у бінарну суміш ПП/СПА спостерігаються такі ж зміни в області валентних коливань NH- і С=0 груп, ж і для сумішей з добавками СЕВА, а саме - розширення та зміщення полос у високочастотну область. Це можна пояснити утворенням водневих зв’язків з участю аніону 0=С-0- солі і груп NH- співполіаміду (йон-молекулярні водневі зв’язки). Крім того, в присутності олеату натрію реалізуються також йон-дипольні зв’язки тип}' С=0.. .Na+. Вказані типи специфічних взаємодій структурують розплав СПА і розплав суміші в цілому, що призводить до росту в’язкості розплаву потрійної суміші порівняно з бінарною і незмінності енергії активації в’язкої течії розплавів.

З введенням солі зростає і еластичність розплавів сумішей ПГ1/СПА, що підтверджує вплив добавки на процеси структуроутворення. Якісний і кількісний аналіз мікроструктури екструдатів сумішей ПП/СПА 30/70, що містять (0,5-3)% солі свідчать, що переважним типом структури є ультратонкі ПП волокна безперервної довжини, зменшується їхній діаметр, дисперсія розподілу по діаметрах порявняно з бінарною сумішшю.

Особливий інтерес представляло дослідження процесів структуроутворення в екструдатах сумішей ПП/СПА 50/50 і 60/40, для яких волокноутворення ПП не реалізується. В ці суміші, використовуючи третій спосіб змішування, вводили 1; 2; 3; 6; 7% олеату натрію від маси ПП. При всіх перелічених кількостях солі реалізується явище специфічного волокноутворення, але оптимальна концентрація олеату натрію становить 3%. При цьому кількісні дані по характеристиках процесів структуроутворення близькі до даїшх, наведених у табл. 1: волокна безперервної довжини <1=3,0мкм складають більше 80%, утворюється (при течії) зовнішня тонковолокниста оболонка. Така структура має винятково велике значення при одержанні фільтруючих матеріалів. Таким чином, вперше показано, що використання олеату натрію як компатибілізатора, дає змогу реалізувати явище специфічного волокноутворення для співвідношень ПП/СПА, які відповідають області зміни фаз.

' Обробка даних по в’язкості розплавів сумішей ПП/СПА з вмістом олеату натрію 0; 0,5; 3; 7% у приведених координатах Виноірадова-Малкіна показала відсутність інваріантності щодо різного вмісту солі. Це пояснюється відмінністю релаксаційних спектрів розплаву при вказаних концентраціях добавки. Температурна ж інваріантність для потрійних сумішей виконується: дані залежності в’язкості від градієнта швидкості зсуву при температурах: 180; 190; 200; 210; 220°С у приведених координатах фг і Г|г) лягають на одну криву (рис.2), що описується рівнянням.

у = -0.5178 + 0.4259 х - 0.07245 -х2

Рис.2 Темпгратурно-інваріаіпна крива залежності в’якості розплаву суміші ПП/СПА/сіль 30/70/3 від швидкості зсуву в приведених координатах.

Точки 1-5 відповідають температурам, °С: 180;190;200;210;220.

Це рівняння дає змогу розрахувати в’язкість потрійної суміші в широкому діапазоні температур і градієнтів швидкості зсуву.

Оскільки переробка розплавів сумішей полімерів ведеться у полі не тільки зсувового, але й поздовжнього деформування, вплив добавок олеату натрію на прядо-мість розплавів ШІ/СПА оцінювали за величиною максимально можливої фільєрної ВИТЯЖКИ (Фгаж).

Результати, подані в табл. 2, показують, що максимальну здатність до переробки має розплав СПА. Фтах для бінарної суміщі ПП/СПА різко падає, що пов’язане з її двофазністю, наявністю перехідного шару з ослабленою взаємодією компонентів у ньому. Введення (0,5-3)% солі різко покращує волокноутворюючі властивості розплаву суміші ПП/СПА, що пояснюється уже розглянутим впливом олеату натрію на міжфазові явища. Розплав суміші ПП/СПА/сіль 30/70/0,5 має Фтах, близьку до Ф,Ііах розплаву СПА. Таку закономірність встановлено вперше. Це не тільки науковий, але й вагомий практичний результат.

Таблиця 2

Значення Фгпта для розплавів ПП, СПА, бінарних і потрійних сумішей*

Полімер, суміш полімерів Фщах? %

ПП 20 000

СПА 25 400

ПП/СПА 7 630

ПП/СПА/0,5% солі 23 000

ПП/СПА/3% солі 20 000

ПП/СПА/7% солі 7400

при Т=180°С, співвідношеши ШТСПА - 30/70

У шостому розділі розглядаються волокноутворюючі властивості розплавів сумішей полімерів і властивості волокон на їхній основі. На прикладі сумішей ПП/ПВС, ПП/СЕВА, СЕВА/СПА показано, що волокноутворюючі властивості розплавів сумішей залежать від ступеня сумісності полімерів і реалізації специфічних взаємодій між компанентами у міжфазовому шарі. Сумішам зі специфічною взаємодією компонентів властива майже така ж прядомість, як і вихідним компонентам.

Вперше досліджено режими формування, структура і властивості комплексішх ниток з ПП мікроволокон.

В результаті виконаних досліджень показано можливість одержання комплексної нитки з десятків тисяч ПП мікроволокон діаметром 0,5-0,6мкм при формуванні через один отвір. Фізико-механічні властивості такої іпгтки знаходяться на рівні властивостей звичайних текстильних синтетичних ниток. Оптимальними технологічними параметрами формування комплексної нитки з ПП мікроволокон є: склад суміші ПП/СПА/СЕВА/ПЕГ 20/80/10/3; діаметр отвору фільєри 820мкм, температура 190°С, фільсрна витяжка 1000%, температура прийому струменя, що виходить із фільєри, близька до 0°С.

Одержані комплексні нитки з ПП мікроволокон бавовно- та вовноподібні, мають виключну м’якість, приємний гриф, об’ємність без спеціальних прийомів текстуру-вагаш та надання звитостї, добре зчеплення між волокнами, екстремально високе відношення поверхні до об’єму, підвищену сорбційну здатність. Усі вищезазначені особливості пояснюються унікальною структурою поверхпі волокон: кожне волокно мікронних розмірів покрите по всій поверхні мікрофібрилами, що відходять від основного -волокна. Таких волокон нема в природі, і вони не можуть бути одержані за традиційними технологіями. ПП нитки з мікроволокон добре переробляються у трикотаж на звичайних машинах. Виготовлено зразки трикотажу з ПП ниток та із

змішаної пряжі з коротковолокиистим льоном. Для виробництва змішаної пряжі можуть бути використані відходи будь-яких природних І ХІМІЧНИХ волокон.

При переробці розплавів сумішей ПП/СЕВА у композиційну нитку реалізовано явище самоармування одного полімеру мікроволокнами іншого.

У сьомому розділі узагальнено результати досліджень реологічних властивостей розплавів і мікроструктури екструдатів сумішей ПП/СПА/ПОМ.

Відомо, що макромолекули ПОМ і СПА утворюють водневі зв’язки, тому суміші ПП/СПА/ПОМ належать до таких, у яких реалізуються специфічні взаємодії. Крім того, використання цих сумішей дає можливість одержання бактерицидних фільтруючих матеріалів за рахунок незначної кількості формальдегіду, що виділяє ПОМ у вологих середовищах. Введення ПОМ аналогічно добавкам СЕВА та олеату натрію призводить до зростання в’язкості розплаву сумішей ПП/СПА. Залежність “В”

ПОМ, % мас.

Рис.З Залежність розбухання екструдатів суміші ПП/СПА/ПОМ від вмісту ПОМ.

Співвідношення ПП/СПА 40/60.

Такий характер даної залежності свідчить, що добавки 5-10% ПОМ покращують волокноутвореїшя ПП в масі СПА. Останнє підтверджується прямим кількісним і якісним аналізом мікростукрури екструдатів бінарних і трикомпонентних сумішей.

За рахунок специфічних взаємодій при течії розплавів трикомпонентних сумішей ПОМ деформується у тоїші струмені. Наявність анізотропних структур суттєво посилює здатність до деформування (волокноутворення) основного полімеру дисперсної фази (ПП) у матриці СПА, навіть при співвідношенні ПП/СПА 40/60. Останнє проявляється у збільшенні Фті,: з введенням ПОМ. Характер залежностей «В»

- вміст ПОМ і Фгоах - вміст ПОМ повністю співпадають, а значить найвищою

У восьмому розділі подано узагальнені результати щодо технологічних параметрах одержання, властивостях і галузях застосування розроблених фільтруючих матеріалів (ФМ) на основі ультратонких ПП мікроволокон.

У даній дисертаційній роботі з метою створення ФМ з тонкістю очистки 0,45 і

0,3мхм запропоновано використання сумішей полімерів зі збільшеним до 40-60% вмістом волокноутворюючого полімеру. Для реалізації явища специфічного волокноутворешія у таких сумішах рекомендовано використання компатибілізаторів: олеату натрію і СЕВА. Механізм дії цих добавок уже детально розглядався. Переробка трикомпонентних сумішей суттєво не змінює існуючу технологічну лінію виробництва фільтрів з тонкістю очистки Імкм. Відмінність складається лише у необхідності введення добавш у бінарну суміш і її тонкого диспергування. Крім того, значно спрощуються процеси екстракції та регенерації матричного полімеру, зменшуються енергозатрати, зростає вихід ультратонких волокон. Фільтруючий шар з безлічі надтонких орієнтованих у напрямку екструзії ПП волокон утворюється при проходженні розплаву суміші через отвір плоскощілинної головки. Цей шар виділяють із композиційної плівки шляхом екстракції матричного полімеру.

Таблиця З

Рекомендовані технологічні параметри виробництва ФМ 0,45 і 0,3мтсм

Найменування параметрів Значення параметрів

ФМ 0,45мкм ФМ 0,3 мкм

Склад суміші ПП/СГІА,%мас. 30/70; 40/60 50/50; 60/40

Третій компонент (добавка) Олеат натрію СЕВА СЕВА Олеат натрію

Кількість добавки, %мас. 0,5-3 5-10 10-15 3

Спосіб змішування третій третій

Температура екструзії на ЛГП-25, °С 184-192 185-190

Величина зазору між дисками, м 4,810'3 4,5 10’3

Температура екструзії* на ЧП-45, °С 190 195-200

Фільєрна витяжка, % 400 500

Товщина композиційної плівки, м 0,350'Ю'3 0,28010'3

*Температ)ра розплаву у фордцточій головці залежить від складу суміші.

В результаті виконаних досліджень рекомендовано композиції та технологійн параметри процесу виробництва фільтрів з тонкістю очистки 0,45 і 0,3мкм (табл.З) Видно, що завдання одержання ФМ 0,45мкм вирішене шляхом використання суміше? ПП/СПА складу 30/70, 40/60, у які вводяться добавки СЕВА чи олеату натрію. Дл> подальшого підвищення прецизійності ФМ (топкість очистки 0,3мкм) необхідне забезпечити більш щільну його структуру, що досягається переробкою сумішей ПП/СПА складу 50/50 і 60/40 з добавками СЕВА чи олеату натрію.

Розроблені фільтри ФТВ-0,45 випробувані і широко використовуються на: ВАТ “Дніпрофарм” (м. Дніпропетровськ) для очищення розчинів гемодезу, манніту, ізотонічного розчину, води для ін’єкцій; на фармацевтичній фірмі “Дарниця” (м.Київ) для очищення води, папаверіну, 50%-ого анальгіну, розчину сульфату магнію, кордиаміну; Харківському державному фармацевтичному підприємстві “Здоров’я” для очищення препарату №702, 4%-ого гентаміцину, 50%-ого анальгіну; Чернігівському гашком-бінаті “Десна” для освітлення пива; Сумській біофабриці для очищення повітря, живильного середовища у виробництві біологічних препаратів; у інституті винограду та вина “Магарач” (м.Ялта) для очищення вин і кон’яків. В усіх випадках якість фільтратів відповідає вимогам відповідних нормативних документів, або перевищує їх. В акціонерному товаристві “Белмедпрепарати” (м.Мінськ) проведено випробування патронного елементу ФТВ-0,45 на здатність витримувати стерилізацію гострою парою. Показано, що елемент ФТВ-0,45 витримує 23 стерилізації без зміни ефективності очищення. Фільтр багаторазово регенерується зворотнім потоком розбавлених розчинів гіпохлориту натрію, NaOH, перекису водню. На винзаводі “Золота балка” (м.Севастополь) з використанням ФТВ-0,3 очищено 2000 кг вуглекислоти від дріжджових мікроорганізмів. Одержано на 100% стерильну вуглекислоту. На основі одержаних результатів розроблено ТУ на фільтри ФТВ-0,45 і ФТВ-0,3.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що полягає в реалізації явища специфічного волокноутворення при переробці розплавів сумішей полімерів зі співвідношенням компонентів, що відповідають області зміни фаз, за рахунок введення у бінарну суміш полімерів добавок третього компоненту, здатного до специфічної взаємодії з одним із полімерів. В результаті виконаних наукових досліджень розроблено технологію виробництва нових фільтруючих матеріалів на основі ультратонких синтетичних волокон, що поєднують у собі фільтруючі та стерилізуючі властивості.

1Э

2. Вперше показано можливість виразної реалізації безлічі актів волокно-утворення полімеру дисперсної фази в масі полімеру дисперсійного середовища при течії розплавів сумішей поліпропілен/співполіамід зі співвідношенням компонентів 40/60; 50/50; 60/40, що відповідають області зміни фаз, за рахунок введення у бінарну суміш третього компоненту: олеату натрію, співполімеру етилену з вінілацетатом чи поліоксиметилену, які виступають як компатибілізатори.

3. Встановлено особливості реологічній властивостей розплавів трикомпонентних сумішей полімерів зі специфічною взаємодією компонентііі на межі розподілу фаз: зростання в’язкості розплавів внаслідок додаткового структурування утвореними міжмолекулярними зв’язками; зростання еластичності як за рахунок примусового деформування полімеру дисперсної фази, так і за рахунок реалізації явшца специфічного волокноутворення; підвищення здатності розплавів до поздовжнього деформування (поліпшення прядомості); наявність температурної суперпозиції залежності в’язкості від градієнта швидкості зсуву в приведених координатах Виноградова-Малкіна.

4. Вперше знайдено екстремально високу стійкість мікроволокон СЕВА до розпаду на краплі за механізмом Релєя-Томотіки, що пояснюється стабілізуючим впливом накопичених при течії аномально великих високосластичних деформацій.

5. Показано, що дисперсний стан поліпропілену (у вигляді мікроволокон) у трикомпонентних сумішах полімерів зумовлює різке зниження теплот його фазових переходів, а також появу додаткових низькотемпературних піків на термограмах кристалізації.

6. Розроблено технологію виробництва фільтруючих матеріалів на основі поліпропіленових мікроволокон з тонкістю очистки 0,45 і 0,3мкм. Дослідні партії патронних фільтруючих елементів пройшли широку промислову апробацію і впроваджені на підприємствах медико-біологічної та харчової промисловості (ВАТ «Дніпрофарм», м. Дніпропетровськ, винзавод «Золота балка», м. Севастополь та ін.). На основі сумішей ПП/СЕВА одержано армовані композиційні волокна з підвищеними (у 1,5-2 рази) міцністю та початковим модулем.

Основини зміст дисертації викладено в таких працях:

1. Цебренко И.А., Пахаренко В.А. Волокнообразующие свойства расплавов смесей полипропилен-сополимер этилена с винилацетатом // Химические волокна, -1999, -№1,- С. 18-20.

2. Цебренко И.А., Пахаренко ВА. Исследование механизма взаимодействий в смесях полимеров методом инфракрасной спектроскопии // Химические волокна, -1999, - №3. - С.23-25.

3. Tsebrenko M.V., Rezanova N.M., Tsebrenko I.A. Fiber-forming Properties of

Polymer Mixture Melts and Properties of Fibers on Their Basis // Polymer Engineering and Sience. - Vol. 39, №12. -P.2395-2402.

4. Цебренко M.B., Резанова H.M., Цебрепко 1.0 Фільтруючі матеріали для сорбції фенолу // Вісник ДАЛПУ.-1999.-№1 -С. 106-109.

5. Цебренко М.В., Резанова ІІ.М,, Цебренко І.О., Майборода М.М., Нові фільтруючі матеріали на основі ультратонких синтетичних волокон // Хімічна промисловість України. - 1999. - №1. - С.47-51.

6. Tsebrenko M.V., RezanovaN.M., Nikolaeva А.Р., Tsebrenko I.A., Lazar I.A., Effect of Sodium Oleate Addition on the Morphology of Polypropylene-co-Polyamide Blends // Polymer Engineering and Science.-1999. - Vol.39, #6. - P.1014-1021.

7. Цебренко M.B., Резанова H.M., Цебренко И.А. Волокнообразование в смесях полимеров в области обращения фаз // ВМС - серия Б. - Том 42. - № 4. -2000. - С. 709-710.

8. Цебренко М.В., Резанова Н.М., Цебренко И.А., Майборода Н.М. Микрофильтры из ультратонких синтетических волокон / ФАРМАКОМ, 1999, №2, С.58-61.

9. Tsebrenko M.V., Rezanova N.M., Tsebrenko I.A. The Fibrillation Phenomenon in Polymer Blends// Composite Mechanics and Design. - 1996.-Vol.2, №1. -P.71-78.

10. Цебренко MB., Резанова H.M., Цебренко I.O. Особливості процесів срукгуроу-твореїшя в сумішах полімерів при зміні фаз /У Доповіді НАН України. - 2000. - №7. - С.21.

11. Цебренко М.В., Резанова Н.М., Сизевич Т.И., Цебренко И.А. Влияние специфических взаимодействий на микро- и макрореологические процессы в расплавах смесей полимеров // Функціональні матеріали 2. - 1995. - №3. - С.362-371.

12. Цебренко М.В., Резанова Н.М., Цебренко И.А., Майборода Н.М. Микрофильтры из ультратонких синтетических волокон // Тезисы доклада научно-технической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов.» - Щелкино: АР Крым. - 1999. - С.55-57.

13. Цебренко М.В., Резанова Н.М., Цебренко И.А. Ультратонкие сшггетические волокна из расплавов смесей полимеров со специфическими взаимодействиями компонентов на границе раздела фаз // Тезисы международной конференции по химическим волокнам «Химволокна - 2000». - Тверь, Россия. - 2000. - С.262-268.

14. Цебренко М.В., Резанова Н.М., Цебренко И.А. Особенности реологических свойств расплавов трехкомпонентных смесей полимеров // Тезисы докладов XX международного симпозиума по реологии. - Карачарово, Россия. - 2000. - С. 184-185.

15. Цебренко М.В., Тихонов В.П, Рахлеев П.И., Резанова Н.М., Цебренко И.А., Майборода Н.М. Микрофильтры глубинного действия // Тезисы докладов vm международной научно-технической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана водного

и воздушного бассейнов. Утилизация отходов. - Щелкино: АР Крым. - 2000. - С.531 -533.

16. Цебренко М.В., Резанова Н.М., Цебренко I.O., Данілова Г.П. Реологічні аспекта стійкості та руйнування рідніших полімерних струменів в розплавах сумішей полімерів // Збірник тез доповідей Восьмої української конференції з високомолеку-лярних сполук. - Київ. - 1996. - С.239.

17. Цебренко М.В., Резанова Н.М., Данилова Г.П., Цебренко И.А. Реологические аспекты устойчивости и разрушения жидких струй в расплавах смесей полимеров // Сборник докладов 18-го симпозиума по реологии. - Карачарово, Россия. -1996. - С. 112.

18. Цебренко М.В., Резанова НМ, Цебренко И. А Реологические свойства расплавов и процессы сірукіурообразования в трехкомпонентиых смесях полимеров // Сборник тезисов докладов XIX международного симпозиума по реологии. - Клайпеда -1998. - С.73.

19. Цебренко MB., Резанова Н.М., Цебренко И.А. Реологические свойства расплава и процессы структурообразования в смесях ПП-СПА-ПКА // Сборник тезисов докладов международной конференции по коллоидной химии и физической механике, посвященной 100-летию со дія рождения академика Ребиндера П.А. - Москва. -1998, -С.358.

20. Tsebrenko M.V., Rezanova N.M., Tsebrenko I.A. Fiber-forming Properties of the Polymer Mixture Melts and Properties of the Fibers on Their Basis // In book International Symposium on Orientation of Polymers, Application to Films and Fibers. - Boucherville (Canada). -1998. - P.421-447.

21. Позитивне рішеній від 28.12.1998 про видачу патента України. Термопластична формувальна композиція для отримання фільтрувального матеріалу на основі ультратонких сингтетичних волокон / Цебренко М.В., Резанова Н.М., Цебренко І.О., Ніколаєва Г.П. за заявкою №98063410, поданою 30.06.1998.

22. Позтивне рішення від 4.12.1998 про видачу патента України. Спосіб виготовлення фільтрувального матеріалу на основі ультратонких сингтетичних волокон / Цебренко М.В., Головко Д.Б., Березненко М.П., Резанова Н.М., Цебренко І.О. за заявкою №98063171, поданою 18.06.1998.

Цебренко Г.О. Розробка технології' виробництва тонковолокнистих фільтруючих матеріалів із сумішей полімерів іі специфічною взаємодією компонентів. - Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.15 - Технологія хімічних волокон. -Київський державний університет технологій та дизайну, Київ, 2000.

Дисертацію присвячено розробці технології одержання нових фільтруючих матеріалів з тонкістю очистки 0,45-0,Змкм на основі ультратонких поліпропіленових волокон. Поставлені завдати вирішено шляхом використання трикомпонентних

сумішей полімерів. Досліджено процеси структуроутворення, фазові переходи, мікро- і макрореологічні властивості розплавів сумішей поліпропілен-співполіамід (ППУСПА) з добавками компатибілізаторів, в якості яких рекомендовано використовувати співполімер етилену з вінілацетатом, олеат натрію, поліоксиметилен. Методом 14 спектроскопії встановлено, що перелічені добавки здатні утворювати диполь-дипольні та йон-дипольні зв’язки з макромолекулами матричного полімеру (співполіаміду) на межі розподілу фаз, за рахунок чого поліпшується сумісність полімерів. Останнє дозволило вперше реалізувати явище специфічного волокноутворення при співвідношенні ПП/СПА 40/60; 50/50; 60/40%мас., що відповідають області зміни фаз для бінарних сумішей. Розроблені фільтруючі матеріали і фільтри на їх основі впроваджено у медико-біологічну та харчову промисловості України.

Ключові слова: суміші полімерів, специфічне волокноутворення, фільтруючі матеріали, компатибілізатор, ультратопкі волокна.

Цебренко ELA. Разработка технологии производства тонковолокнистых фильтрующих материалов из смесей полимеров со специфическим взаимодействием компонентов. — Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.15 - Технология химических волокон . — Киевский государственный университет технологий и дизайна, Киев, 2000.

Диссертация посвящена разработке технологии получения новых фильтрующих материалов с тонкостью очистки 0,45 и 0,3мкм на основе ультратонких полипропиленовых волокон. Поставленные задачи решены путем использования трехкомпонентных смесей полимеров. Исследованы процесы структурообразования, фазовые переходы, микро- и макрореологические свойства расплавов смесей полипропилен-сополиамид (ПП/СПА), содержащих добавки компатибилизаторов, в роли которых рекомендованы сополимер этилена с винилацетатом, олеат натрия, полиоксиметилен. Методом ИК спектроскопии установлено, что перечисленные добавки способны образовывать диполь-дипольные и ион-дипольные связи с макромолекулами матричного полимера (сополиамид) на границе раздела фаз, за счет чего улучшается совместимость полимеров. Последнее разрешило впервые реализовать явление специфического волокнообразования при соотношении ПП/СПА 40/60; -50/50; 60/40%мас., отвечающих области смены фаз в бинарных смесях. Разработанные фильтрующие материалы и фильтры на их основе внедрены в медикобиологической и пищевой промышленности Украины.

Ключевые слова: смеси полимеров, специфическое волокнообразовапие, фильтрующие материалы, компатибилизатор, ультратонкие волокна.

Tsebrenko I.A. Developing of the production technology of thinfibrous filter materials from polymer mixtures with the specific interactions of components -Manuscript. Candidate degree thesis by speciality 05.17.15 — Technology of chemical fibers. - Kyiv State University of Technologies and Design, Kyiv, 2000.

The thesis is devoted to developing of the production technology of new Alter materials with purifying degree 0,45 and 0,3 цт on the basis of ultrathin polypropylene fibers. The goal of this work has been achieved by using of the ternary polymer mixtures. Processing of polymer mixture melts opens a new way to obtaining of ultrathin synthetic fibers, or microfibers. When mixture of immiscible polymers flow through a die, the dispesed phase polymer (fibre-forming) forms within another (matrix) polymer a great number of microfibers oriented in the flow direction. This phenomenon has been called the specific fiber-formation. Thanks to transient layer forming at the components interphase during the flow, ultrathin fibers have unique structure of the surface: each fiber is covered by a multitude of superthin fibrils that are the branches of the main fiber. From the investigation carried out previously it is known that the specific fiber-formation phenomenon is established to the highest extent at content of fiber-forming polymer in mixture (20-30) wt%. At the disperse phase polymer content (40-60) wt% the phase inversion occurs: the disperse phase and dispersion medium exchange their roles. At phase inversion both phases are continuous and the specific fiber-formation was not observed.

In this dissertation work at the first time it has been shown that introduction in binary polymer mixture of the third component of polymer or nonpolymer nature (so named interfacial tension modifiers or compatibilizators) allows to realise the specific fiber-formation phenomenon at ratios of fiber-forming and matrix components 40/60; 50/50; 60/40 corresponding to the region of phase inversion. Objects of the investigation were polypropylene-co-polyamide (PP/CPA) mixture with component ratios 20/80; 30/70; 40/60; 50/50; 60/40 wt%. As additives it was recomended: ethylene and vinylacetate copolymer (EVAC), polyoxymethylene (POM), sodium oleate. The structureformation processes, phase transitions, micro- and macrorheological properties of binary and ternary mixture melts have been investigated. Using the enumerated additives has allowed to realise the PP fiber-formation in CPA matrix at PP/CPA ratios 40/60; 50/50; 60/40 corresponding to the region of fhase inversion. Forming PP microfibers in CPA mass is explained by improving of miscibility between CPA and additive molecules at the interphase. The types of the pointed interactions has been found by the infrared spetroscopy method. They are: dipole-dipole and ion-dipole bonds.

It has been shown that the enumerated additives play role of compatibilizators improving miscibility of polymers of the binary mixtures, increasing the kinetic stability of mixtures and degree of dispertion in the co-polyamide matrix at the expense of specific interactions.

The peculiarities of rheological properties of polymer mixture melts with the specific interactions between components at the inteiphase have been found. They are: increasing of the viscosity from the additional structuration of melt by intermolecular bonds; increasing of the elasticity of ternary mixture melts as compared to elasticity of binary mixture melts. The latter is explained by forcefully streching of the disperse phase polymer and realisation of the specific fiber-formation phenomenon. The capability of the ternary polymer melts to longitudinal deformation (spinnability) sharply increases. It has been shown that there is a temperature superposition for dependence viscosity versus shear rate in reduced coordinates ofVinogradov-Malkin.

At the first time the extremely high stability of CEVA microfibers to fracture on droplets in accordance with Tomotika’s mechanism has been found. This is explained by stabilization action of the anomaly high elastic deformations accumulated during flowing of the mixture melt.

It has been shown that PP dispersed state (as microfibers) in the ternary mixtures causes sharp lowering of his heat values at phase transition and also appearance of additional low temperature peaks on ciystallisation thermograms.

It has been determined that the fiber-forming properties of polymer mixture melts can be regulated by changing of the chamical nature of the mixture components, structure-formation processes and by introducing of various additives of polymer and nonpolymer nature into binary mixture. The mechanism of additives action is connected with changing of microrheological processes during mixture melt flowing under the influence of the specific interactions between polymer macromolecules and additives at the interphase. The complex thread consisting of hundreds thousads of PP microfibers has been produced at forming composite monothread (of the polymer mixture) through the die with single hole. There are the following distinctive properties of the complex threads consisting of microfibers: high strength and initial modulus, high elasticity, exclusive softness pleasant feel, coupling, capasiousness, and woollikeness without special textural procedures, high sorption of moisture, dyes and other substances.

The results of this dissertation work give the possibility to develop the technology of production of new filter materials with purifying degree 0,45 and 0,3 ^m on basis of ultrathin polypropylene fibers. The experimental lot of filters developed was produced. Filters have been enculcated on the enterprises of medical, biological and food industry. The self reinforced composite threads with high physical-mechanical properties have been obtained by processing of PP/EVAC mixture melts.

Key words: polymer mixtures, specific fiber-fonnation, filter materials,

compatibilizator, ultrathin fibers.