Биоразлагаемые полимерные материалы

"алкил", как он использован здесь, обозначает насыщенную углеродсодержащую цепь, которая может быть неразветвленной или разветвленной; и замещенной (моно- или поли-) или незамещенной.
Термин "алкенил", как он использован здесь, обозначает углеродсодержащую цепь, которая может быть мононенасыщенной (т.е. одна двойная связь в цепи) или полиненасыщенной (т. е. две или более двойных связей в цепи); неразветвленной или разветвленной; и замещенной (моно- или поли-) или незамещенной.
Термин "РНА", как он использован здесь, обозначает полигидроксиалканоат согласно настоящему изобретению.

Термин "РНВ", как он использован здесь, обозначает гомополимер поли-3-гидроксибутирата.

Термин "PHBV", как он использован здесь, обозначает сополимер поли(3-гидроксибутирата-со-3-гидроксивалерата).

Термин "биодеградируемый", как он использован здесь, обозначает способность соединения к полной деградации до СО2 и воды или биомассы за счет микроорганизмов и/или естественных факторов окружающей среды.

Термин "компостируемый", как он использован здесь, обозначает материал, который отвечает следующим трем требованиям: 1) материал является способным перерабатываться в компостирующем устройстве для твердых отходов; 2) если материал переработан таким образом, то материал будет конечным материалом в конечном компосте; 3) если компост вносят в почву, то материал будет полностью деструктировать в почве.

Например, нет необходимости полимерный пленочный материал, присутствующий в твердых отходах, подвергать переработке в компостирующем устройстве до окончательного компостирования. Некоторые компостирующие устройства подвергают поток твердых отходов воздушной классификации до проведения дальнейшей переработки, для того чтобы разделить бумагу и другие материалы. Полимерная пленка будет наиболее вероятно отделяться от потока твердых отходов при такой воздушной классификации и поэтому не будет перерабатываться в компостирующем устройстве. Тем не менее, это может быть еще "компостируемый" материал согласно вышеприведенному определению, потому что он "способен" быть переработанным в компостирующем устройстве.

Требование, чтобы материал был конечным в конечном компосте, обычно обозначает, что он подвергается переходу в форму, деградируемую в компостирующем устройстве. Обычно поток твердых отходов будет подвергаться стадии разрушения в ранней фазе компостирующего процесса. В результате полимерная пленка будет присутствовать скорее в виде кусков, чем в виде целой пеленки. В конечной фазе процесса компостирования, окончательный компост будет подвергаться стадии отсеивания. Обычно полимерные куски не будут проходить через сита, если они сохраняют размер, который они имели сразу после стадии измельчения. Компостируемые материалы по настоящему изобретению будут терять их целостность в достаточной степени в процессе компостирования, позволяя частично разрушенным кускам проходить через сита. Однако предполагают, что компостирующее устройство может подвергать поток твердых отходов очень интенсивному измельчению и более грубому отсеиванию, в случае чего недеградируемые полимеры подобные полиэтилену будут отвечать требованию (2). Поэтому отвечать требованию (2) не является достаточным для материала, который будет компостируемым в пределах настоящего определения.

То, что отличает компостируемый материал, как он определен здесь, от материала, подобного полиэтилену, составляет требование (3), когда материал полностью биодеградирует в почве. Это требование биодеградируемости является не достаточным для процесса компостирования или использования при компостировании в почве. Твердые отходы и компост, полученный из них, могут содержать все виды небиодеградируемых материалов, например песок. Однако для того чтобы избежать накопления продуктов деятельности человека в почве, в настоящем изобретении требуется чтобы такие материалы были полностью биодеградируемыми. Иными словами, совсем нет необходимости в том, чтобы этот процесс биодеструкции был быстрым. Поскольку материал сам по себе и промежуточные продукты разложения не являются токсичными, или, иначе говоря, загрязняющими почву или урожай, вполне приемлемо, чтобы их биодеструкция протекала в течение нескольких месяцев или даже лет, так как требуется только избегать накопления продуктов деятельности человека в почве.

Настоящее изобретение относится к биодеградируемым сополимерам, которые являются неожиданно легко перерабатываемыми в пленки, по сравнению с гомополимером РНВ и сополимером PHBV. До появления настоящей заявки полигидроксиалканоаты изучали для использования в промышленных пластиках. Как обсуждалось выше, полигидроксиалканоаты, такие как РНВ и сополимеры PHBV, являются трудно перерабатываемыми из-за их термической нестабильности. Кроме того, такие полигидроксиалканоаты особенно трудно перерабатывались в пленки вследствие их медленной скорости кристаллизации. Авторы настоящей заявки нашли, что РНА сополимеры в соответствии с настоящим изобретением, которые включают второй RRMU сомономер, как он определен выше, содержащий алкильный заместитель по крайней мере из трех углеродов, являются неожиданно легко перерабатываемыми в пленки, особенно по сравнению с РНВ или PHBV. Заявители неожиданно обнаружили, что такие линейные, статистические сополимеры с ограниченным числом средних разветвленных цепей (например, С3-С19) обеспечивают дополнительно к биодеградируемости следующие свойства, особенно по сравнению с РНВ или PHBV: а) более низкую температуру плавления, б) более низкую степень кристалличности и с) улучшенную реологию расплава.

Безотносительно теории заявители полагают, что характеристики а) и б) достигаются путем исключения второго RRMU из кристаллической решетки первого RRMU, приводя тем самым к снижению температуры термической переработки и улучшенной жесткости и характеристикам удлинения. Кроме того, безотносительно теории заявители полагают, что характеристика с) достигается повышенным переплетением между цепями сополимера благодаря боковым цепям второго RRMU. Такое повышенное переплетение может иметь место за счет увеличенного гидродинамического объема сополимера (например, второе мономерное звено создает петли в спиральной структуре), "крючки" или "ловушки" боковых цепей на основной цепи различных сополимеров во время плавления или пониженный разрыв цепи вследствие более низкой Тпл (т.е. увеличенное окно термического процесса).

Биодеградируемый РНА, полезный для переработки в пленки, согласно настоящему изобретению включает два статистически повторяющихся мономерных звена (RRMU), где первое RRMU имеет структуру

и второе RRMU имеет структуру

где по крайней мере 50% RRMU имеют структуру первого RRMU.

В предпочтительном варианте РНА включает одно или более дополнительных звеньев RRMU, имеющих структуру

где R1 представляет H, или C2, или C4, С5, С6, C7, C8, C9, C10, С11, С12, С13, С14, С15, C16, C17, C18, или С19-алкил или алкенил; и n равно 1 или 2.

Термин "пленка", как он использован здесь, обозначает чрезвычайно тонкий, непрерывный кусок вещества, характеризующийся отношением длины к толщине и отношением ширины к толщине. Несмотря на то что не предъявляется точного требования к верхнему пределу толщины, предпочтительно верхний предел будет составлять около 0,254 мм, более предпочтительно 0,01 мм, и еще более предпочтительно 0,005 мм. Защитная величина любой пленки зависит от того насколько она будет однородной, т.е. без дырок или трещин, так как она должна быть эффективным барьером для молекул, таких как пар атмосферной воды и кислород. В предпочтительном варианте настоящего изобретения пленка является непроницаемой для жидкости и пригодной для использования в поглощающих санитарных изделиях одноразового использования, таких как пеленки одноразового использования, женские гигиенические изделия и им подобных. Более предпочтительно пленки, полученные в соответствии с настоящим изобретением, кроме повышенной биодеградируемости и/или компостируемости обладают следующими свойствами:

а) модуль упругости при растяжении в направлении машины (BD) от около 6,895 · 108 дин/см2 до около 6,895 · 109 дин/см2,

б) сопротивление раздиру MD по крайней мере 70 г на 25,4 мкм толщины,

с) сопротивление раздиру в направлении, перпендикулярном направлению машины (CD), по крайней мере 70 г на 25,4 мкм толщины,

д) ударную вязкость по крайней мере 12 см, измеренную по падению шара,

е) скорость транспорта влаги ниже чем около 0,0012 г см2 за 6 часов,

ф) модуль при 60oC по крайней мере 5,52 · 107 дин/см2 и

ж) толщину от около 12 мкм до около 75 мкм.

Эксплутационные характеристики и методы испытаний пленок.

Пленка с удовлетворительной характеристикой, такой как компостируемость нижней части пеленки одноразового использования, должна быть изготовлена из смол или материалов, которые являются биодеградируемыми и должны демонстрировать высокую прочность, отвечать требованию жидкостного барьера, иметь высокую температуру плавления.

Нижняя часть пеленок одноразового использования должна обладать достаточной прочностью как в отношении переработки на высокоскоростной перерабатывающей машине для пеленки одноразового использования, так и в отношении обеспечения "влагостойкого" барьера при использовании для ребенка. Она должна быть достаточно влагостойкой, так чтобы одежда или постель (пеленки) ребенка или няни не смачивались или не загрязнялись. Она должна обладать такими модулями или гибкостью, чтобы в одно и то же время быть материалом, приятным для того чтобы быть использованным в качестве внешнего покрытия пеленки для ребенка, но еще достаточно высокими для того чтобы легко перерабатываться на высокоскоростных машинах для изготовления пеленок одноразового использования без морщин, сгибов или складок. Она должна обладать достаточным сопротивлением нагреванию, так чтобы не быть деформированной, не плавиться или постоянно терять прочность в обычных условиях горячего хранения или терять однородность на высокоскоростных преобразователях пеленок одноразового использования, которые обычно используют адгезивы горячего расплава для связывания вместе компонентов пеленки одноразового использования.

Пленки, которые являются достаточно прочными и пригодными в качестве биодеградируемых и/или компостируемых нижних покрытий для пеленок одноразового использования, предпочтительно проявляют два свойства: а) сопротивление разрыву от падения веса и б) сопротивление раздиру как в направлении машины для изготовления пленки, так и в направлении перпендикулярном машине для изготовления пленки. Предпочтительные нижние покрытия, полученные в соответствии с настоящим изобретением, выдерживают падение сферического стального шарика с диаметром около 19 мм и массой 27,6-28,6 г с высоты 12 см таким образом, что по крайней мере 50% испытаний не приводят ни к каким разрывам (деформация является приемлемой). Предпочтительными материалами являются такие материалы, которые показывают 50% или ниже разрушений при падении шара с высоты более чем 20 см. Аналогично приемлемые нижние покрытия показывают среднюю величину сопротивления раздиру 70 г на толщину материала 25,4 микрон в обоих направлениях машины в продольном и перпендикулярном, когда применяют стандартное устройство для испытания - маятник Эльмендорфа, такое как Elmendorf Model No. 60-100 по отношению к 16 складкам материала, который был приготовлен без разреза или надреза согласно TAPPI Method Т 414om-88. Более предпочтительными являются такие нижние покрытия, которые показывают сопротивление раздиру 200 или более грамм на толщину в 25,4 микрон в перпендикулярном машине направлении, потому что эти покрытия являются особенно хорошими в том отношении, что избегают разрушения в процессе использования за счет разреза.

Было также найдено, что пленки обладают достаточным барьером для транспорта влаги и тем, что позволяют менее чем 0,0012 г синтетической мочи проходить на поглощающее бумажное полотенце на см2 площади при толщине пленки 25,4 микрон в течение каждых 16 часов, когда испытываемую пленку помещали между поглощающей бумагой и обычным поглощающим желированным материалом, содержащим центральную часть пеленки и имитируя давление, которое оказывает ребенок. Специфические условия испытаний заключались в том, что площадь центральной части оказывалась больше, чем площадь испытываемого материала, центральную часть загружают синтетической мочой до ее теоретической емкости и она находится под давлением веса около 35 г/см2 (0,5 psi.).

Было также найдено, что материалы достаточной теплостойкости демонстрируют теплостойкость по Вика по крайней мере 45oС. Теплостойкость по Вика испытывают, используя Heat Distortion Apparatus Model No.Cs-107 или его эквивалент и модификацию ASTM D-1525. Модификация заключается в приготовлении образца. Готовят пленку размером 19 мм2 толщиной 4,5-6,5 мм для испытаний по Вика на проникновение иглы за счет плавления материала, который следует испытывать, в форме, используя температуру 120oC и давление 7,031 · 105 г/см2 (10000 psi) (используя Caver или аналогичный пресс) в течение двух минут после периода нагревания, по крайней мере в течение 2 минут. Теплостойкость по Вика представляет температуру при которой игла с плоским окончанием 1 мм2 закругленного профиля будет проникать в образец на глубину 0,1 см при нагрузке 1000 г, используя равномерную скорость подъема температуры 50oC в час.

Было также найдено, что материалы с достаточными модулями в направлении машины демонстрируют 1%-ные модули секущего типа выше по крайней мере 6,895 · 108 дин/см2 и ниже по крайней мере 6,895 · 109 дин/см2. Испытания проводят на электронной машине для испытания прочностных свойств, такой как Instron Model 4201. Полоску материала шириной 2,54 см, предпочтительно 0,00254 см толщиной, нарезают в длину около 30 см с направлением длинной части материала параллельно направлению машины. Испытываемую полосу закрепляют в зажимы тестера для испытания прочности таким образом, что масштаб или действительная длина испытываемого материала составляла 25,4 см. Зажимы разводят с медленной скоростью, составляющей 2,54 см в минуту до 25,4 см в минуту, и записывают кривую напряжение - деформация на диаграмме в пределах присоединенного регистрирующего устройства. 1%-ный секущий модуль определяют за счет считывания напряжения или предела прочности при растяжении с диаграммы в точке 1%-ного относительного удлинения. Например, точку 1%-ной деформации достигают, когда расстояние между зажимами увеличивается на 0,254 см. Когда зажимы разводят со скоростью 2,54 см в минуту и регистрирующее устройство работает со скоростью 25,4 см в минуту, точка 1%-ной деформации будет расположена на расстоянии 2,54 см от исходной точки. Характеристику предела прочности при растяжении делят на толщину образца материала, если этот образец имеет другую толщину чем 0,00254 см. Особенно мягкие и поэтому предпочтительные материалы показывают 1%-ный секущий модуль в области 6,895 · 108 до 2,068 · 109 дин/см2.

Так как поглощающие изделия могут испытывать такие высокие температуры как 140oF (60oC) в процессе хранения на товарных складах или при перевозке в грузовиках или товарных вагонах, важно, чтобы пленка нижнего покрытия и другие компоненты сохраняли целостность при этих температурах. Хотя ожидают, что модули пленок будут в некоторой степени снижаться при температурах между 20oC и 60oC, модули не должны снижаться настолько сильно и позволять пленке деформироваться в упаковке, до того как она не окажется у конечного потребителя.

Например, полиэтиленовое нижнее покрытие с модулем около 4 · 109 дин/см2 при комнатной температуре может иметь модуль 1,2 · 109 дин/см2 при 60oC, который является приемлемым. Более мягкое полиэтиленовое нижнее покрытие с модулем при комнатной температуре, равным 8,0 · 108 дин/см2, может иметь модуль около 3,5 · 108 дин/см2 при 60oC, который является еще приемлемым. Обычно приемлемая пленка нижнего покрытия настоящего изобретения будет иметь модуль при 60oC по крайней мере 5,52 · 107 дин/см2.

Зависимость модуля от температуры, также называемую спектром модуль/температура, наилучшим образом измеряют на динамическом механическом анализаторе (DMA), таком как Perkin Elmer 7 Series/ Unix TMA 7 Термомеханический анализатор, оборудованный 7 Series/ Unix DMA 7 Temperature/Time sofware package, на который далее ссылаются как на DMA 7, доступный из Perkin-Elmer Company of Norwalk, Connecticut. Существуют многие другие виды DMA устройств и использование динамического механического анализа для изучения спектра полимера модуль/температура хорошо известно специалистам в этой области исследования полимеров (сополимеров). Эта информация хорошо суммирована в двух книгах, первая в Dynamic Mechanical Analysis of Polymeric Materials Science Monographs Volume I, Murayama (Elsevier Publishing Co., 1978) и вторая Mechanical Properties of Polymers and Composites, Volume I, L.E.Nielsen (Macel Dekker, 1974).

Механические операции и процедуры для использования DMA 7 описаны в Perkin-Elmer User's Manuals 0993-8677 and 0993-8679, обе датированы маем 1991 г. Для специалистов по использованию DMA 7 следующие условия опытов должны быть достаточны для получения данных модулей при 60oC, представленных далее.

Для измерения спектра модуль/температура образца пленки DMA 7 настраивают в рассматриваемом режиме температур и оборудуют растянутой системой измерения (EMS). Образец пленки шириной приблизительно 3 мм и толщиной 0,0254 мм и достаточной длины, позволяющей покрыть 6-8 мм расстояние между зажимами расположенными в EMS. Затем устройство закрывают в окружающую камеру непрерывно продуваемую газообразным гелием. Прикладывают напряжение к пленке в направлении длины для достижения деформации или натяжения 0,1% ее первоначальной длины. Прикладывают к образцу динамическое синусоидальное напряжение при частоте 5 циклов в секунду. В рассматриваемом режиме температуры температуру увеличивают со скоростью 3,0oC/минуту от 25oC до точки, где образец плавится или разрушается, в то время как периодичность и напряжение выдерживают постоянными. Поведение температурной зависимости характеризуют за счет управления изменением напряжения и фазового различия во времени между напряжением и деформацией. Величины динамического модуля упругости при сдвиге в паскалях рассчитывают с помощью компьютера вместе с другими данными и записывают как функции температуры на видеодисплее. Обычно данные хранят на компьютерном диске и на жестком диске и спектр модуль/температура распечатывают для дальнейшего обзора. Модуль при 60oC определяют непосредственно из спектра.

Способ производства пленки.

Пленки по настоящему изобретению, используемые в качестве нижних покрытий, обладающих повышенной биодеградируемостью и/или компостируемостью, могут быть получены с использованием обычных процедур для получения одно- и многослойных пленок на обычном оборудовании для изготовления пленки. Гранулы РНА могут быть сначала смешаны в сухом виде и затем смешаны в расплаве в пленочном экструдере. Или же, если имеет место недостаточное смешение в пленочном экструдере, гранулы могут быть сначала подвергнуты смешению в сухом виде и затем смешению в расплаве в экструдере с предварительным компадиурованием с последующим повторным гранулированием до экструзии пленки.

РНА настоящего изобретения может быть переработан из расплава в пленку, используя либо метод полива, либо экструзию пленки с раздувом, оба метода описаны в Plastics Extrusion Technology-2nd Ed., Allan A.Griff (Van Nostrand Reinhold-1976). Политую пленку экструдируют через линейную щелевую фильеру. Обычно плоский лист охлаждают на большом движущемся полированном металлическом валке. Пленка быстро охлаждается и отслаивается от этого первого валка, проходит над одним или более вспомогательными охлаждающими валками, затем через набор тяговых устройств или "оттяжных приспособлений", покрытых каучуком, и, наконец, к намоточной машине. Способ изготовления пленки для нижнего покрытия поливом для поглощающих изделий описан в примерах, приведенных ниже.

При экструзии пленки с раздувом расплав экструдируют вверх через тонкое кольцевое отверстие фильеры. Этот способ относится также к экструзии трубчатой пленки. Воздух вводят через центральную часть фильеры для наполнения рукава пленки и тем самым вызывают ее расширение. Таким образом, получают движущиеся пузыри, которые поддерживают постоянного размера с помощью контроля внешнего давления воздуха. Рукав пленки охлаждают воздухом, продувая через одно или более охлаждающих колец, окружающих рукав. Затем рукав сплющивают за счет протягивания его через плоскую раму через пару тянущих валков и на намоточную машину. Для использования в качестве нижнего покрытия плоскую трубчатую пленку последовательно разрезают, разворачивают и далее нарезают такой ширины, которая соответствует размерам изделия.

Оба способа изготовления пленки поливом и с раздувом могут быть использованы для получения либо однослойных, либо многослойных пленочных структур. Для изготовления однослойных пленок из единичного термопластичного материала или смеси термопластичных компонентов требуется только единичный экструдер и единичная распределительная фильера.

Для производства многослойных пленок предпочтителен способ соэкструзии. Такие способы требуют более одного экструдера и либо соэкструзионный блок подачи, либо систему нескольких распределительных фильер или комбинацию того и другого для достижения многослойной пленочной структуры.

Патенты США 4152387 и 4197069 раскрывают принципы блока подачи соэкструзии. Множество экструдеров присоединяют к блоку подачи, который использует движущийся поток для разделения пропорционально изменению геометрии каждого канала индивидуального потока в прямой связи с объемом полимера, проходящего через указанные каналы потока. Каналы потока проектируют таким образом, чтобы в их точке слияния материалы стекались с одной и той же скоростью потока и давлением, исключающим межфазное натяжение и нестабильность потока. Как только материалы соединяют в блоке подачи, они поступают в единичную распределительную головку как композитная структура. Для таких процессов важно, чтобы вязкости расплава и температуры расплава материалов значительно не отличались друг от друга; иначе говоря, нестабильность потока может в результате приводить к плохому контролю распределения толщины слоя в многослойной пленке.

В качестве другого варианта соэкструзионному блоку подачи является многораспределительная гребенка или головка лопастевого типа, которая раскрыта в вышеупомянутых патентах США 4152387 и 4197069 и патенте США 4533308. Тогда как в системе блока подачи потоки расплава объединяют вместе снаружи до вхождения в тело головки, в многораспределительной гребенке или головке лопастевого типа каждый поток расплава имеет собственную распределительную гребенку в головке, где полимеры независимо распространяются в их соответствующих гребенках. Потоки расплава соединяют вблизи щели головки с каждым потоком расплава в полную ширину головки. Движущиеся лопасти обеспечивают доведение щели канала каждого потока прямо пропорционально объему материала, протекающего через него, позволяя расплавам соединяться вместе с одной и той же линейной скоростью потока, давлением и желаемой шириной.

Так как свойства потока расплава и температуры расплава перерабатываемых материалов могут меняться в широком диапазоне, использование головки лопастевого типа имеет несколько преимуществ. Головка является пригодной по отношению к отдельным термическим характеристикам, где материалы с сильно различающимися температурами расплава, например вплоть до 175oF (80oC), могут перерабатываться вместе.

Каждая гребенка в головке лопастевого типа может быть спроектирована и изготовлена соответственно конкретному полимеру (или сополимеру). Таким образом, поток каждого полимера определяют только конструкцией его гребенки, а не силами накладываемыми другими полимерами. Это позволяет материалам с сильно различающимися вязкостями расплава быть соэкструдированными в многослойные пленки. Кроме того, лопастевая головка также обеспечивает возможность иметь заданную ширину индивидуальных гребенок таким образом, что внутренний слой, например, водорастворимого биодеградируемого полимера, подобного Vinex 2034, может быть полностью окружен материалами, нерастворимыми в воде, не оставляя незащищенными края, чувствительные к воде. Вышеупомянутые патенты также раскрывают совместное использование систем блока подачи и лопастевых головок для достижения более сложных многослойных структур.

Многослойные пленки согласно настоящему изобретению могут включать два или более слоев. Вообще, сбалансированные или симметричные трехслойные или пятислойные пленки являются предпочтительными. Сбалансированные многослойные - трехслойные пленки включают центральный внутренний слой и два идентичных внешних слоя, где указанный центральный внутренний слой расположен между двумя указанными внешними слоями. Сбалансированные многослойные - пятислойные пленки включают центральный внутренний слой, два идентичных связывающих слоя и два идентичных внешних слоя, где указанный внутренний центральный слой расположен между двумя указанными связывающими слоями и связывающий слой расположен между указанным центральным внутренним слоем и каждым внешним слоем. Сбалансированные пленки являются менее склонными к скручиванию или перекашиванию, чем несбалансированные многослойные пленки.

В трехслойных пленках центральный внутренний слой может составлять от 30 до 80 процентов общей толщины пленки и каждый внешний слой может составлять от 10 до 35 процентов общей толщины пленки. Слои, если используют, каждый составляет от около 5 до около 10 процентов общей толщины пленки.

Кристалличность.

Объемный процент кристалличности (Фc) полукристаллического полимера (или сополимера) часто определяют тем типом свойств окончательного использования, какими обладает полимер. Например, высококристаллические полимеры (больше 50%) полиэтилена являются прочными и жесткими и пригодны для такого производства, как пластичные молочные контейнеры. Низкокристаллический полиэтилен, с другой стороны, является гибким и прочным и является пригодным для изготовления таких предметов, как упаковки для продуктов и упаковки для мусора. Кристалличность может быть определена несколькими путями, включая рентгеноструктурный анализ, дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК), измерение плотности и инфракрасную спектроскопию. Наиболее приемлемый способ зависит от материала, подлежащего испытанию.

Рентгеноструктурный анализ является наиболее подходящим, если мало известно о термических свойствах материала и изменении кристаллической структуры, которая может иметь место. Основной принцип анализа состоит в том, что аморфные части материала пропускают x-лучи в области диффузных или широких углов, в то время как кристаллы подвергают дифракции x-лучи в виде резких, точно определенных углов. Полная пропущенная интенсивность, однако, является постоянной. Это позволяет рассчитывать количество кристаллического материала в образце, если могут быть разделены аморфные и кристаллические интенсивности дифракции x-лучей. Очень точный способ был разработан Ruland, который мог обнаружить различие в процентном содержании кристалличности такое низкое, как 2% (смотри, Vonk,C., F.J.Balta-Capelleje, X-Ray Scattering fom Synthetic Polymers, Elesevier: Amsterdam, (1989); and Alexsander,L., X-Ray Diffraction Method in Polymer Science, Robert Kreiger Pub. Co., New York, (1979)).

При плавлении кристаллы требуют фиксированное количество тепла при температуре плавления переходящей от кристаллического к расплавленному веществу. Эта теплота плавления может быть измерена с помощью ряда термических методов, наиболее популярным из которых является ДСК. Если известна температура плавления 100% кристаллического материала и не происходит значительного отжига, или явления плавление/кристаллизация при нагревании до плавления, тогда с помощью ДСК можно вполне точно определить весовую долю кристалличности (смотри, Thermal Characterization of Polymer Materials, E.Turi. , Ed., Academic Press, New York, (1980); and Wunderlichh,B., Macromolecular Physics, Academic Press, New York, (1980)).

Если известны плотности чистого кристаллического и чистого аморфного материалов, тогда измерения плотности материала могут давать степень кристалличности. Это предполагает аддитивность удельных объемов, но это требование полностью соблюдается для полимеров (или сополимеров) гомогенной структуры.

ЛИТЕРАТУРА

В.В. Киреев. Высокомолекулярные соединения. М. Высшая школа, 1992.

Дж. Оудиан. Основы химии полимеров, М. "Мир", 1974.

Ю.Д. Семчиков, С.Ф.Жильцов, В.Н.Кашаева. Введение в химию полимеров. М. Высшая школа, 1988.

В.Р.Говарикер, Н.В.Висванатхан, Дж.Шридхар. Полимеры. М. Наука, 1990.

А.М. Шур. Высокомолекулярные соединения, М. Высшая школа, 1981.

Семчиков Ю. Д. Высокомолекулярные соединения: Учеб. для вузов. – М.: «Академия», 2005. – с. 256 – 263.

Э.Д. Сукачева, С.М. Бучинская, В.П. Лихота, С.И. Погореленко. Влияние геометрических размеров стекловолокна на прочность полиамидов. // Пластические массы, 1990, № 5, с, 29-30

Turkovich R., Ervin L., Polymer Eng. Sci., 1983, v. 23, No 3, p. 743.

Павлов Н.Н. в кн.: Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. М., Химия, 1982, с. 134-147.

Gogolevski S. e.a. Colloid and Polymer Sci., 1982, v. 260, № 9, p. 859.

Пахомов П.М. и др. Высокомол. соед., 1984, т. Б26, 32, с. 153.

Rele V.B., Papir Y.S.J. Makromol. Sci., 1977, v. 13, № 3, p. 405.

Изменение структуры и свойств наполненного полиамида ПА-6 при длительном хранении в различных климатических зонах. В.И. Суровцев, Т.Н. Безуглая, А.В. Саморядов, Л.М. Дьякова, Л.А. Гончаренко / Пластические массы, 1989, № 8, с. 23 – 26.

Kunugi T. e. a. Nippon kagaku kaishi. J. Chem. Soc. Jap, Chem. and Ind. Chem., 1981, № 4, р. 578

Размещено на /