Поверхностно-активные вещества (ПАВ) играют сложную и многообразную роль в процессах получения пенополиуретанов (ППУ). Это эмульгирование компонентов системы, инициирование центров нуклеации, стабилизация образующейся пены, регулирование размеров ячеек [1-4]. Механизм действия ПАВ в процессах с быстро изменяющимися параметрами изучен недостаточно, и единой теории подбора ПАВ в связи с их многофункциональностью не существует. В этом плане нам представляется перспективным изучение межфазных характеристик композиций на основе высокомолекулярных неионогенных ПАВ различной природы и их поверхностной активности в простом полиэфире (ПЭ), являющимся основным компонентом получения ППУ.

Исследовались оксиэтилированные нонилфенолы с различной степенью оксиэтилирования (неонолы), блоксополимер окисей этилена и пропилена на основе этилендиамина-дипроксамин (ДПА), полиметилфенилсилоксан (ПМФС), блоксополимер полиорганосилоксана и полиоксиалкилена марки КЭП-2. Основным объектом исследования являлся простой трехфункциональный полиэфир с молекулярной массой 5000, который является блоксополимером окисей этилена и пропилена и получен анионной сополимеризаций с использованием стартового вещества –глицерина.

Функцией отклика изменений, происходящих в поверхностном слое ПЭ при введении ПАВ, является поверхностное натяжение, которое измеряли методом втягивания стеклянной пластинки Вильгельми в термостатируемой ячейке при 293 К. Составляющие поверхностного натяжения взаимодействующих компонентов определялись с помощью тестовых поверхностей [5] на основе данных измерения краевых углов смачивания с помощью катетометра КМ-8, снабженного микрометрической насадкой. В качестве тестовых поверхностей использовались полиэтилен высокого давления, полипропилен, полистирол, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен, полиэтилентерефталат. Свободная поверхностная энергия тестовых поверхностей определялась традиционно с использованием свежеперегнанных контрольных жидкостей и рассчитывалась по уравнениям Фоукса и Оуэнса-Вендта [6, 7].Полученные значения удовлетворительно согласуются с литературными данными [6].

Исследование кинетики формирования адсорбционного слоя ПЭ в присутствии исследуемых ПАВ показало, что время установления адсорбционного равновесия определяется как степенью оксиэтилирования, так и концентрацией ПАВ в ПЭ.

На рис. 1 представлены равновесные изотермы поверхностного натяжения ПЭ в присутствии исследуемых ПАВ. Из представленных данных видно, что наибольшее снижение поверхностного натяжения отмечено при введении КЭП-2 и ПМФС. Насыщение адсорбционного слоя происходит при различных концентрациях ПАВ в ПЭ, при этом самая высокая поверхностная активность и низкие значения ККМ наблюдаются для кремнийорганических ПАВ.Введение полярного оксиэтилированного блока в полиорганосилоксан приводит к возрастанию поверхностной активности. Очевидно, полярные оксиэтилированные группы КЭП-2 взаимодействуют с полярными звеньями ПЭ, а силоксановые блоки выталкиваются на поверхность. ДПА незначительно снижает величину поверхностного натяжения, а в присутствии оксиэтилированного нонилфенола со степенью оксиэтилирования 6 даже несколько возрастает. Снижение поверхностного натяжения, по-видимому, связано с процессами разупорядочивания и уменьшения межмолекулярного взаимодействия в граничном слое ПЭ в результате адсорбции ПАВ на поверхности ПЭ-воздух. Оксиэтилированные нонилфенолы вследствие высокого химического сродства к ПЭ, по-видимому, концентрируются в обьеме фазы.

В связи с тем, что снижение поверхностного натяжения является необходимым условием для получения ППУ однородной структуры, для дальнейших исследований мы остановились на смесях ПМФС и КЭП-2 с ДПА. На рис.2 представлены диаграммы измерения поверхностного натяжения композиций различного состава. Результаты исследования указывают на то, что при определенных соотношениях ПАВ наблюдается синергетический эффект, проявляющийся в снижении поверхностного натяжения, ниже, чем поверхностное натяжение компонентов композиции. Показано, что значение поверхностного натяжения в области 20? 10^-3- 23? 10^-3Н/м устанавливается при содержании кремнийорганических ПАВ в смеси до 10 % масс.

Для исследования механизма взаимодействия ПАВ в композиции нами были определены дисперсионная (g _d) и полярная (g _p) составляющие поверхностного натяжения ДПА, КЭП-2 и ПЭ.

a)            б)

На основании разработанных рекомендаций были получены образцы эластичных ППУ хорошего качества с применением смесей ДПА и КЭП-2 , что стимулирует дальнейшие исследования в этой области.
 
Литература
[1] О.Г. Тараканов, Ю.С. Мурашев. Пенопласты. М.: Знание, 1975, С. 64.
[2] А.Г. Дементьев, О.Г.Тараканов. Структура и свойства пенопластов. М.: Химия, 1983. С. 171.
[3] Е.Г.Дубяга, В.Я.Жукова, О.Г.Тараканов. // Пластические массы. 1981. № 11. С. 44.
[4] С.А.Богданова, Л.В.Скворцова, А.А.Армянинов и др.// Тезисы докладов. Четвёртая конференция интенсификации нефтехимиических процессов. “Нефтехимия-96”. Нижнекамск. 1996. C. 115.
[5] Бусыгин В.Б., Степаненко В.Д. Определение поверхностного натяжения жидкостей с использованием тестовых поверхностей твердых тел. М.: 1997, C. 54
[6] Fowkes M. C. Dispersion force contribution to surface and interfacial tenions, contact angles and heat of immersion. // Adv.Chem. S. 1964. V. 43. № 1. P. 99.
[7] Owens D.K., Wendt R.S.// J. Appl. Polym. Sci. 1969. V. 13. P. 1740.