Способ оценки степени структурирования поверхностного слоя поливинилбутираля Советский патент 1984 года по МПК G01N19/04 

Изобретение относится к методам исследования свойств полимерных материалов, в частности к методике оценки степени структурирования поверхностного слоя поливинилбутира ля. Известен способ оценки степени структурирования поверхностного сло поливинилбутирапя, включающий обработку образца полимера в растворителе. Согласно этому способу изучают распределение степени структурирования по толщине образца, используя для анализа срезы, параллел ные наружной поверхности. Поскольку в пределах толщины среза степень структурирования являлась неодинако вой, то фактически получают зависимость усредненной степени структурирования от глубины залегания слоев СП. Недостатком этого способа являет ся довольно значительная трудоемкость - необходимо вначале снять зависимость от толщины, а затем экс раполяцией получить примерное значение интересующей величины. Цель изобретения - снижение трудоемкости и увеличение производительности при проведении испытаний. Цель достигается тем, что соглас но способу оценки степени структури рования поверхностного слоя поливинил бутирал я, включающему обработк образца полимера в растворителе, после обработки в растворителе обра зец приводят в контакт с поверхностью стекла или металла при температуре, превышающей температуру размягчения поливинилбутираля, изме ряют адгезию полимера к подложке и степень структурирования оценивают по прочности сцепления полимера с п верхностью. При структурировании поверхностный слой полимера теряет текучесть. В результате формирование площади ад гезионного контакта проходит медлен нее и это отражается на регистрируе мой прочности сцепления. С ростом степени структурирования его поверх ностного слоя адгезионная прочность соединения монотонно-падает и для предельно сшитого полимера она достигает ничтожно малых значений. Поэтому сущестбует взаимно однозначна связь между степенью структурирования полимера и прочностью сцепления его с твердой поверхностью. Установив такую связь на образцах с известной степенью структурирования, в дальнейшем ее можно использовать для определения степени структурированного, поверхностного слоя исследуемых образцов. Предлагаемый способ содержит операцию обработки полимера в растворителе, предшествующую стадии формирования адгезионного контакта, но назначение этой операции в сравнении с прототипом другое. В случае прототипа полимер обрабатьшают в растворителе для экстракции всех растворимых продуктов (в том числе и высокомолекулярных) и вьщеления тем самым нерастворимой -фракции. В случае предлагаемого способа проводить растворение так глубоко не обязательно - в данном случае стоит задача удалить из поверхностного слоя низкомолекулярные загрязнения, которые возможно образовались при структурировании полимера или в нем присутствовали до того. Наличие, загрязнений в зоне контакта изменяет прочность сцепления и тем самым отражается на результатах испытаний. В начале с целью удаления низкомолекулярных загрязнений исследуемый образец обрабатьшают подходящим растворителем, а затем после высушивания растворителя его подпрессовыванзт к твердой поверхности, выполняющей роль эталона. Согласно изобретению пленки поливинилбутираля (ПВБ) окисляют в термошкафу при различных температурах. В результате происходит структурирование полимера. Степень структурирования оценивают двумя методами: при прочности сцепления с металлами (предлагаемый способ) и по содержанию в полимере нерастворимой фракции (прототип). Способ осуществляют следующим образом. Пленки полимера после термообработки помещают в растворитель (этиловый спирт) на 2-3 мин и затем при к поверхностному слою полимера припрессовывают (длительность операции 10-15 с) металлическую фольгу. Давление прессования составляет ,05 кг/см После охлаждения образа до комнатной температуры оценивают прочность сцепления фольги с

Полимером. Продолжительность эксперимента, таким образом, не превышает 10 мин.

При оценке степени структурирования по известному способу пленки полимера в течение 2 ч. кипятят в спирте, а затем взвешиванием определяют процент нерастворимой фракции. Время, затрачиваемое на испытание, в данном случае порядка 3ч.

На фиг. 1 показано изменение проности сцепления (б) (1) и процента нерастворимой фракции (2,3) для пленок поливинилбутираля, окисленных при 18С°С на различных металлах (медь, сталь, алюминий). Как видно, рост нерастворимой фракции сопровождается уменьшением прочности сцепления и поэтому последняя характ.еристика может использоваться для оценки степени структурирования (С) Природа подложки, на которой производилось окисление полимера, практически не влияет на прочность сцепления и содержание нерастворимой фракции, что свидетельствует о сопоставимости методов. С увеличением времени ( С) термообработки пленки графики (1-3, фиг. 1) выходят на стабильный уровень (прочность сцепления равна О, процент нерастворимой фракции 100%, т.е. в процессе окисления достигается предельное структурирование. При оценке степен структурирования известным способом время, соответствующее выходу на стабильный уровень, зависит от толщины анализируемого слоя (фиг. 1, график 2 - толщина пленки 40 мкм, график 3 - толщина пленки 200 мкм) и при ее снижении уменьшается. Для предлагаемого способа такой неопределенности при анализе степени струтурирования поверхностного слоя нет что может свидетельствовать о более высокой его точности.

На фиг. 2 показано изменение прочности сцепления с алюминием пленок поливинилбутираля, толщиной 200 мкм, окисленных при различных температурах (150°С - график 1, - график 2, 180°С - график 3). Из данных видно, что с ростом температуры растет скорость структурирования и уменьшается время, соответствующее достижению предельной сшитости образца.

На фиг. 3 показана зависимость степени структурирования поверхностного слоя полимера (процент нерастворимой фракции) от сопротивления отслаиванию алюминиевой фольги от покрьпия (степень структурирования получали экстраполяцией на нулевую толщину зависимости усредненной степени структурирования от глубины залегания слоя). Как видно, связь между степенью структурирования и адгезией является взаимно однозначной - каждому конкретному значению степени структурирования можно поставить в соответствие только одно значение сопротивление отслаиванию. Полученная таким образом градуировочная кривая позволяет в дальнейшем определять степень структурирования поверхностного образца по величине его адгезии (прочности сцепления) с твердой поверхностью. Время, затрачиваемое на испытание, при использовании предлагаемого способа в 15-18 раз меньше времени, затрачиваемого при проведении -испытаний по известному способу. Трудоемкие операции получения срезов и взвешивание заменены в способе согласно

изобретению на простые операции прессования и измерения адгезии, которые не требуют специальных навыков.

Таким образом, предлагаемый способ прост в реализации, нетрудоемок и поэтому может быть широко использован в научных лабораториях как экспресс-метод при испытании свойств полимерных материалов.

СПОСОБ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ СТРУКТУРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОЛИВИНИЛБУТИРАЛЯ, включающий обработку образца полимера в растворителе, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и увеличения производительности при проведении испытаний, после обработки в растворителе образец приводят в контакт с поверхностью стекла или металла при температуре, превьшакщей температуру размягчения., поливинилбутираля, измеряют адгезию полимера к подложке, и степень структурирования оценивают по прочности сцепления полимера с поверхностью.