Гетерогенные системы полимер - жидкость

Жидкости довольно часто вводятся в полимеры для изменения их механических свойств. Однако, как уже отмечалось, пластифицированные полимеры трудно назвать композиционными материалами, так как у них нет четкой границы раздела фаз между полимером и пластификатором. Но многие жидкости обладают ограниченной совместимостью с полимерами, а, следовательно, ограниченной смешиваемостью на молекулярном уровне. При этом образуются эмульсии жидкости в полимерной матрице.

Как уже отмечалось, такие системы агрегативно неустойчивы и могут расслаиваться на фазы. Это проявляется в миграции жидкости на поверхность полимера. Эта миграция обусловлена диффузией жидкости через объем полимера. Коэффициент диффузии повышается с увеличением гибкости полимера и растворимости в нем жидкости. Если эмульгированная жидкость имеет очень низкую растворимость в полимере, то ее миграция на поверхность идет очень медленно. В жесткоцепных полимерах миграция замедляется еще в большей степени. Это используют для капсулирования и эмульгирования жидкостей в полимерах.

Сетчатые полимеры, получаемые поликонденсацией, могут содержать тонкодиспергированные частицы воды, сохраняющиеся в течение нескольких лет. Относительно недавно стали использовать водонаполненные полиэфирные смолы. Воду диспергировали в смоле в виде сферических частиц диаметром 2 – 5 мкм с концентрацией, достигающей 90 %. Такие материалы используют для замены древисины и гипса, а также в качестве абляционных покрытий.

Масла различной природы, диспергированные в отверждающихся смолах (например, эпоксидных, фенолформальдегидных) позволяют получить эффективные материалы для самосмазывающихся подшипников.

Одним из способов создания полимерных композиционных материалов с жидкими наполнителями является микроинкапсулирование, открытое в 1953 году при покрытии маленьких капель масла тонким слоем желатина. Вместо желатина можно использовать и другие полимеры. Инкапсулировать таким образом можно не только масла, но и многие другие жидкости, плохо совместимые с полимером.

Микрокапсулы, содержащие чернила, позволили изобрести безуглеродную копировальную бумагу. Микрокапсулы приклеиваются к обратной стороне оригинала. Когда на лицевой поверхности бумаги пишут, капсулы разрушаются, чернила высвобождаются и попадают на копию.

Инкапсулированный материал может быть освобожден из полимерной оболочки не только при механическом воздействии, но и другими способами. Капсулы могут рассасываться с помощью либо физических, либо химических процессов.

Иногда капсулы не требуется разрушать, так как они имеют пористую структуру, позволяющую инкапсулированному материалу медленно выделяться наружу. Так, например, некоторые удобрения инкапсулируются и после внесения таких капсул в землю, медленно выделяются в почву. Это позволяет предотвращать смыв удобрений дождями в озера и реки.

Особенно важную роль играет инкапсулирование в фармакологии. Горькие лекарства инкапсулируются полимерными материалами. Это не только улучшают вкусовые характеристики лекарств и защищает их от окисления кислородом воздуха, но и обеспечивают медленное поступление их в организм человека, то есть человек защищен от передозировки. На этой основе создают лекарства длительного (пролонгированного) действия.

Полимерные микрокапсулы, содержащие негорючие или бризантные легколетучие жидкости, вводят в полимеры. При горении такого ПКМ микрокапсулы с жидкостью взрываются под действием температуры и тушат пламя. Таким образом создают полимеры с пониженной горючестью.

Еще одно применение микрокапсул связано с созданием "самозалечивающихся" полимерных материалов. В полимерный материал вводят капсулы из другого полимера, содержащие клей для первого полимера (раствор или отверждающийся олигомер, форполимер или мономер). При разрушении такого полимерного материала разрушаются и микрокапсулы, и из них вытекает клей. Этот клей отверждается под действием кислорода воздуха, либо веществ, специально введенных в массу матричного полимера, и склеивает материал в месте разрушения.

Литература

1. Тагер А.А. Физико–химия полимеров. М.: Химия, 1978. 544 с.

2. Козлов С.П., Папков С.П. Физико-химические основы пластификации полимеров. М. 1982.