Studie síťování a degradace u polyolefinových elastomerů

Abstract

Polyolefinové elastomery přispívají jako speciální třída polymerů. Nejvýhodnější vlastností polyolefinových elastomerů je jejich elasticita. Následkem toho najdou uplatnění v oblasti pěn, polštářů, těsnění, automobilových aplikací, obuvi, izolaci kabelů Oblast jejich aplikací může být rozšířena procesem síťování. Prostřednictvím síťování jsou polymerní řetězce spojeny dohromady, čímž se vytvoří síť. Toto zlepší jejich mechanické vlastnosti, zvláště pak elastické vlastnosti. Současně může být síťováním zvýšena jejich maximální provozní teplota. Síťování může být provedeno nejrůznějšími způsoby. Nejčastěji používané způsoby jsou peroxidové síťování, síťovaní silanem a vodou a radiační síťování. Jakožto součást skupiny termoplastických elastomerů (TPE) a mající vynikající elastické vlastnosti etylen-oktenový kopolymer (EOC) byl vybrán pro naše studium. V této výzkumné práci bylo použito peroxidové a radiační síťování EOC. Peroxidové síťování etylen-oktenových kopolymerů bylo provedeno za použití dikumylperoxidu při různých teplotách. Pro metodu síťování ozařováním byly vybrány různé dávky elektronových paprsků. Vliv obsahu peroxidu (v rozmezí 0,2-0,7 hm.%) a teploty (v rozmezí 150-200 °C) na síťování EOC byl podrobně zkoumán. Bylo pozorováno, že s rostoucím obsahem peroxidu se síťování zlepšuje, zatímco zvyšování teploty urychluje krácení řetězců (degradaci). Méně náchylná oblast ke krácení řetězců je teplota v rozmezí 150-170 °C a koncentrace peroxidu 0,2-0,5%. Bylo zjištěno, že síťování EOC za použití dikumylperoxidu probíhá jako reakce prvního řádu. Nejvyšší rychlostní konstanta síťování K byla zjištěna pro 0,6 hm.% peroxidu při 200 °C. Aktivační energie síťování (EA) získaná za pomocí Arrheniovy rovnice měla maximum při 0,5-0,6 hm.% peroxidu. Při vyšších teplotách (190-200 °C) a vyšších úrovních peroxidu (zvláště 0,6-0,7 hm.%) síťování soutěží s degradací. Zvýšený obsah peroxidu způsobil nárůst v obsahu gelu, jinými slovy, nárůst v síťové hustotě, a proto bylo také pozorováno zlepšení vysokoteplotních mechanických vlastností. Dynamická mechanická analýza (DMA) také potvrdila výše uvedené výsledky. Dva etylen-oktenové kopolymery byly porovnány pro výzkum vlivu obsahu oktenu na síťování. Bylo zjištěno, že účinnost síťování peroxidem a stupeň zesíťování stoupají s klesajícím obsahem oktenu. Bylo pozorováno, že EOC s vyšším obsahem oktenu je náchylnější k degradaci. Bylo zjištěno, že krystalinitazesíťovaných EOC klesá se vzrůstajícím obsahem oktenu. Díky vysokému stupni zesíťování vykazoval EOC s nízkým obsahem oktenu menší tečení při krípovém testu ve srovnání s vysoko-oktenovým EOC. Stupeň zesíťování roste také s rostoucí dávkou radiace. Toto bylo potvrzeno zkouškou vysokoteplotního krípu a analýzou elastických vlastností. Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) odhalila přítomnost frakce s vyšším bodem tání, která byla vytvořena během síťování. Zkouška pevnosti v tahu ukazuje, že napětí při přetržení roste s úrovní radiace, zatímco tažnost při přetržení klesá. Analýza reologických vlastností ukázala, že elastické vlastnosti se zlepšují po radiačním zesíťování. Významné zlepšení tepelné stability bylo pozorováno termografickou analýzou (TGA). Obě metody síťování, ozářením i peroxidem, jsou účinné pro etylen-oktenové kopolymery.