Исследование реологических свойств концентрированных растворов полиэфирной смолы, модифицированной канифолью

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Технология
УДК 621. 791. 35:621.3. 049. 77. 002. 72
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ КАНИФОЛЬЮ
© Н.И. Полежаева1, А.Ю. Радзюк2, В.А. Бабкин1, В.А. Левданский3
1 Сибирский государственный технологический университет, Красноярск, пр. Мира 82, Красноярск 660 049 (Россия). E-mail: piv-80@mail. ru 2Политехнический институт ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», ул. Киренского, 26, Красноярск, 660 074 (Россия).
E-mail: gera77@list. ru
3Институт химии и химической технологии СО РАН, Академгородок,
Красноярск, 660 036 (Россия). E-mail: inm@icct. ru
В интервале температур 20−80 °С проведено исследование реологических свойств концентрированных (66,7−75,0 мас. %) растворов полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, в бензиловом спирте. Рассчитаны эффективные энергии активации вязкого течения.
Ключевые слова: канифоль, кора пихты, кора лиственницы, полиэфирная смола, модифицированная канифолью, ротационная вискозиметрия.
Введение
Канифоль и продукты на ее основе используются в целлюлозно-бумажной промышленности, производстве синтетического каучука, в качестве химических добавок для полимерных материалов, различных вспомогательных веществах для текстильной промышленности, катализаторах, синтетических волокнах, красителях, лакокрасочных и упаковочных материалах, моющих средствах, заменителях жиров и растительных масел для технических целей, особо чистых химических материалах и реактивах, в специальных особо тонких полимерных пленках, в радиоэлектронной промышленности [1−3].
Основным сырьем для получения канифоли и скипидара в России является сосновая живица. В настоящее время принимаются меры по увеличению выпуска талловой и экстракционной канифоли, сульфатного скипидара [4]. Однако темпы роста потребления канифольно-скипидарных продуктов значительно опережают рост их производства.
Значительным, практически не используемым резервом для получения канифоли и скипидара является кора хвойных пород деревьев, образующаяся при заготовке и переработке древесины. Переработка смолистых веществ коры лиственницы и пихты в канифоль и скипидар, наряду с получением из нее дубителей, красителей, углеродных сорбентов делает более масштабной комплексную переработку коры и расширяет возможность производства экстракционной канифоли [5−8].
Полученная при комплексной переработке коры лиственницы и пихты канифоль была использована наряду с сосновой живичной канифолью в качестве модификатора при синтезе органических связующих для низкотемпературных припойных паст, используемых при сборке и монтаже гибридных интегральных микросхем [9].
* Автор, с которым следует вести переписку.
При нанесении паяльных паст на поверхность подложки методом трафаретной печати важным является знание их реологических свойств [10]. Реологические исследования паст и исходных материалов позволяют классифицировать пасты по их реологическим характеристикам, получать органические связующие для паст со строго заданной реологией, управлять технологическим процессом приготовления паст и их нанесения [11−13]. Разработка органических связующих со строго заданными реологическими характеристиками продолжает оставаться актуальной, так как работы в этой области [14, 15] посвящены в основном исследованию реологии паст при их печатании.
Целью настоящей работы являлось реологическое исследование растворов полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, используемой в рецептурах низкотемпературных припойных паст в качестве органического связующего.
Экспериментальная часть
Реологические характеристики растворов полиэфирной смолы изучали на ротационном вискозиметре «Реотест-2» (Германия), с постоянными скоростями сдвига по методу коаксиальных цилиндров. Измерения проводили в интервале температур 20−80 °С для каждой концентрации, при сдвигающем напряжении 4−800 Па и скорости сдвига 0,0167−145,8 с-1. Объем измеряемого материала 50 мл. Каждый образец перед проведением измерения термостатировали в течение 15 мин.
Полиэфирная смола, модифицированная канифолью, синтезированная по методике [16], представляет собой разветвленный твердый полимер (рис. 1). Известно, что физические свойства полимерного раствора зависят от растворителя, температуры и концентрации [17]. Хорошим растворителем для синтезированного полимера оказался бензиловый спирт, основное назначение которого в припойной пасте — обеспечивать необходимую реологию и вязкость. Для придания полиэфирной смоле оптимальной вязкости, чтобы паста легко проходила через трафарет и не оставляла на поверхности пленки следов сетки, а после печати имела минимальное растекание рисунка толстопленочной схемы, были приготовлены растворы полиэфирной смолы в бензиловом спирте с концентрацией мас. %: 66,7- 69,6- 75,0.
о о о о о о
м м м и м м
с=о
I
он
Рис. 1. Структурная формула полиэфирной смолы, модифицированной канифолью
Результаты и обсуждение
Изучение температурной зависимости вязкости растворов полимеров имеет важное значение для понимания механизма процесса их течения и выяснения связи между структурой макромолекул и их поведением при деформировании. Температурная зависимость вязкости полимеров существенно влияет на их технологические свойства, поскольку чувствительность вязкости к изменению температуры определяет не только выбор режима переработки, но и качество изделий и требования к контрольно-регулирующей аппаратуре.
На рисунках 2−4 представлены зависимости логарифма эффективной вязкости (^л) от скорости сдвига (Б) для растворов полиэфирной смолы в интервале температур 20−80 °С.
Рис. 2. Кривые течения раствора полиэфирной смолы концентрации 66,7 мас. % в интервале температур 20−80 °С
Рис. 3. Кривые течения раствора полиэфирной смолы концентрации 69,6 мас. % в интервале температур 20−80 °С
Рис. 4. Кривые течения раствора полиэфирной смолы концентрации 75,0 мас. % в интервале температур 20−80 °С
ц с-1
-Мг-
0,1
¦ - 20°С- • - 30°С- а — 40°С- о — 50°С-? — 60°С- д — 70°С- ° - 80°С-
0,01
0 10 20 30 40 50 60 70
90 100 110 120 130 140 150
Р, с-1
На всех реологических зависимостях наблюдается возрастание величины начальной вязкости, а затем кривые течения выходят на Ньютонову прямую [18]. Это объясняется существованием фундаментального различия между разбавленными полимерными растворами, где клубки разделены в пространстве, и более концентрированными растворами, где клубки перекрываются. При концентрации, равной порогу перекрывания, с=с* клубки начинают касаться друг друга. Этот порог не резкий и лежит в области кроссовера между разбавленным и полуразбавленным раствором. При концентрации ниже концентрации кроссовера с* среднее расстояние между центрами масс макромолекул превышает размеры полимерного клубка, а массо-перенос осуществляется посредством трансляционного перемещения макромолекулярного клубка как целого. При концентрации больше с* в растворе полимера формируется флуктуационная сетка зацеплений, а рептационные движения фрагментов макромолекулы превалируют над трансляционным механизмом переноса. Увеличение концентрации раствора сопровождается ростом числа эффективных узлов зацеплений, что приводит к уменьшению расстояния между узлами [19]:
где Ф — объемная доля полимера в растворе. При этом подвижность макромолекулы определяется величиной ?, и эффективностью физических узлов пространственной сетки зацеплений [19]. Это сказывается на динамических свойствах концентрированных растворов полимеров, сначала вязкость возрастает из-за молекулярных зацеплений, а затем выходит на режим установившегося течения (рис. 2−4).
Понятие об энергии активации течения имеет фундаментальное значение для активационной теории течения жидкостей. Большой интерес представляет ее экспериментальное определение и связь между энергией активации, строением полимеров и составом полимерных систем.
Исходя из уравнения
в Е
Л = В ехр-----,
RT
где Е — энергия активации- В — постоянная, энергию активации течения определяют как тангенс угла наклона прямой, которая представляет зависимость вязкости от температуры в координатах ln л — Т-1 [20].
Энергия активации при установившемся течении концентрированных растворов полиэфирной смолы зависит от температуры (рис. 5). В связи с этим, эффективные энергии активации вязкого течения растворов полиэфирной смолы в температурных интервалах рассчитывались по экспериментально найденным величинам вязкости по формуле:
Ea =(RTiT2/(Ti — т))іп (лт2/ лГ1).
Проведена оценка влияния погрешностей измеряемой вязкости на итоговую погрешность определения эффективной энергии активации вязкого течения. Полученным значениям абсолютной среднеквадратичной погрешности аппроксимации 0,002−0,684 Па-с соответствует относительная погрешность аппроксимации 1,33,5%, при этом отклонения в точности определения энергии активации вязкого течения исследованных растворов полиэфирной смолы составляют 1,5−2,6 кДж/моль (табл.). По литературным данным для концентрированных растворов полимеров энергия активации рассчитывается с погрешностью около 4 кДж/моль [20].
Из таблицы видно, что энергия активации вязкого течения растворов полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, определяется числом и эффективностью пространственной сетки зацеплений, формирующейся в концентрированном растворе полимера, которые с повышением температуры уменьшаются.
Для придания флюсующей способности

Статистика по статье
  • 54
    читатели
  • 28
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц. сети

Ключевые слова
  • КАНИФОЛЬ,
  • КОРА ПИХТЫ,
  • КОРА ЛИСТВЕННИЦЫ,
  • ПОЛИЭФИРНАЯ СМОЛА,
  • МОДИФИЦИРОВАННАЯ КАНИФОЛЬЮ,
  • РОТАЦИОННАЯ ВИСКОЗИМЕТРИЯ

Аннотация
научной статьи
по химии, автор научной работы & mdash- Полежаева Наталья Ивановна, Радзюк Александр Юрьевич, Бабкин Виктор Александрович, Левданский Владимир Алексадрович

В интервале температур 20−80 °С проведено исследование реологических свойств концентрированных (66,7−75,0 мас. %) растворов полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, в бензиловом спирте. Рассчитаны эффективные энергии активации вязкого течения.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой