Механохимические процессы при смешении

Высокие напряжения сдвига, необходимые для эффективного смешения, неизбежно приводят к протеканию механохимических процессов в полимере. Под действием высоких напряжений сдвига некоторые молекулярные цепи оказываются под нагрузкой, превышающей прочность химической связи. При этом макромолекула разрывается с образованием радикалов. Радикалы вызывают цепной радикальный процесс, продолжающий процесс разрыва макроцепей. Все это ведет к уменьшению молекулярной массы (ММ) полимеров и называется механохимической деструкцией. В результате при длительном перемешивании полимера его ММ может очень сильно уменьшиться, что ведет к значительному ухудшению механических и других эксплуатационных свойств полимера и композиционного материла.

Интенсивность процесса механохимической деструкции характеризуется скоростью уменьшения молекулярной массы. Эта скорость определяется в основном величиной напряжения сдвига, действующего на полимер. При очень высоких напряжениях сдвига, порядка 10⁸ Па, даже непродолжительное смешение в течение одной-двух минут может привести к очень существенному уменьшению молекулярной массы полимера и потере его свойств. При напряжении сдвига менее 10⁴ Па механодеструктивные процессы в полимере практически не развиваются. Поскольку с уменьшением молекулярной массы полимера его вязкость снижается, то механодеструкция идет до некоторого предельного значения ММ.

Наличие механохимических процессов и их закономерности необходимо учитывать при проведении смешения полимеров. Чтобы контролировать процессы деструкции, надо знать и управлять напряжением сдвига в смесителе. Для уменьшения степени деструкции полимера необходимо уменьшать напряжение сдвига. Этого можно добиться снижением скорости сдвига или повышением температуры. Однако снижение скорости сдвига менее эффективно, чем повышение температуры, поскольку снижение скорости сдвига сопровождается увеличением вязкости полимера.

Введение большого количества наполнителя сильно повышает вязкость смеси и вызывает очень интенсивное протекание механохимических процессов. Поэтому при получении концентратов и суперконцентратов наполнителей в полимерах необходимо учитывать снижение молекулярной массы полимерного связующего.

Таким образом, увеличение напряжения сдвига с одной стороны улучшает степень диспергирования наполнителя, но в то же время вызывает нежелательный процесс механодеструкции полимера. Поэтому для получения ПКМ с хорошими свойствами необходимо вести процесс смешения при оптимальных технологических режимах (температуре, скорости сдвига, концентрации наполнителя, времени).