Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Реактопластичные (термореактивные) эластомеры. Часть 2

Для коммерческих материалов рецептура компаундирования обычно содержит многочисленные ингредиенты в дополнение к полимеру и сшивающему агенту (например, серу, пероксид или изоцианат). Примерами являются активаторы (для повышения эффективности сшивания), замедлители (для предотвращения преждевременного сшивания), ускорители, пептизаторы, антиоксиданты и антиозонанты, умягчители, пластифицирующие добавки, наполнители и армирующие наполнители (обычно технический углерод или диоксид кремния). Для конкретных применений может потребоваться еще больше добавок, например, вспенивающие агенты в случае эластомерных пен, теплопроводящие частицы в случае нагретых рулонных материалов, волокнистые сетки в случае трубок высокого давления и т. д. Достаточно стабильная сетчатая структура также может быть получена путем физического агрегирования некоторых сегментов цепи на частицы наполнителя путем образования микрокристаллитов, конденсации ионных боковых цепей на ионы металлов, хелатирования боковых цепей лиганда с ионами металлов и микрофазового разделения стеклообразных или кристаллических концевых блоков в триблок-сополимере.

Основным преимуществом этих материалов является тот факт, что сшивки, как правило, являются только временными, что означает, что такие материалы часто проявляют способность к переработке. Эта временная природа сшивания может, конечно, также быть недостатком, поскольку материалы подобны резине только до тех пор, пока сшивки не разрушаются из-за высоких температур, присутствия разбавителей или пластификаторов и т. д. Типичные небиологические применения для этих материалов – это шины, уплотнения, конвейерные ленты, приводные ремни, резиновые ленты, эластичная одежда, шланги, баллоны и другие надувные устройства, мембраны, изоляторы и герметики. Биологические применения включают части живых организмов (кожа, артерии, вены, ткани сердца, легочная ткань) и различные биомедицинские устройства (контактные линзы, протезы, катетеры, системы доставки лекарств и т. д.). Интересно отметить, что большинство из этих приложений требуют только небольших деформаций; относительно немногие пользуются преимуществами очень высокой растяжимости, характерной для большинства эластомерных материалов.

Такое не совсем механическое свойство, как набухание, также широко используется для характеристики эластомерных материалов. Это необычная деформация заключается в том, что изменения объема здесь имеют первостепенное значение, а не незначительны, как в случае с большинством механических деформаций. Набухание — это трехмерное расширение, при котором сеть поглощает растворитель, достигая равновесной степени набухания, при которой уменьшение свободной энергии из-за смешивания растворителя с цепями сети уравновешивается увеличением свободной энергии, сопровождающим растяжение цепей. В этом типе эксперимента молекулярную структуру обычно помещают в избыток растворителя, который она впитывает до тех пор, пока дилатационное растяжение цепей не предотвратит дальнейшее поглощение. Эту равновесную степень набухания можно интерпретировать как получающую степень сшивки сети, при условии, что параметр взаимодействия полимер-растворитель x известен. И наоборот, если степень сшивания известна из независимого эксперимента, тогда можно определить параметр взаимодействия.

Степень равновесного набухания и его зависимость от различных параметров и условий, безусловно, являются важными проверками теории. Набухший материал сам по себе представляет значительный интерес, особенно в случае систем на водной основе или «гидрогелей». Также представляют интерес гели, образующиеся в результате наличия реагентов с функциональностью больше двух в качестве участников процесса полимеризации. В этих случаях характеристика процесса гелеобразования также имеет большое значение, и некоторые соответствующие моделирования будут также интересны. Далее поговорим про оптические и спектроскопические свойства термореактивных эластомеров. Примером соответствующего оптического свойства является двойное лучепреломление деформированной полимерной сети. Это двойное лучепреломление, вызванное деформацией, может быть использовано для характеристики сегментарной ориентации, как гауссовой, так и негауссовой упругости, кристаллизации и других типов упорядочения цепей, а также корреляций ближнего радиуса. Другие оптические и спектроскопические методы также важны, особенно в отношении сегментарной ориентации. Некоторыми примерами являются поляризация флуоресценции, NMR дейтерия и поляризованная инфракрасная спектроскопия.