Релаксационные свойства линейных алкилсилоксанов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Коваленко, Виктор Иванович

• Коваленко, Виктор Иванович
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Коваленко, Виктор Иванович

ВВЕДЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава Г. Релаксационные процессы в простых жидкостях и 8 олигомерах

1.1 Виды релаксационных процессов в жидкостях

1.2 Релаксационные процессы в олигомерах

1.3 Постановка задачи, выбор объектов и метода исследования 48 Экспериментальная часть

• ■ »у

Глава 2. Релаксационные процессы АС в диапазоне частот со = 10 -108 рад/с и интервале температур от 293 до 348 К

2.1 Схема ультразвуковой экспериментальной установки

2.2 Методика измерения скорости и коэффициента поглощения ультразвука

2.3 Обсуждение результатов исследования

Глава 3. Расчет температуры стеклования АС и исследование течения АС- 18(1) в диапазоне частот со = 0-37 рад/с

3.1 Расчет температуры: стеклования; и коэффициента межмолекулярного взаимодействия в АС.

3.2 Течение АС-18(1). Частотная5 и температурная зависимости, вязкости.

3.2.1 Особенности свойств АС связанные с протекающей в них структурной релаксацией

3.2.2 Схема прибора по изучению динамической вязкости и методика исследования

Глава 4. Течение АС под давлением (со = 21? и 157; 107 рад/с, и р=100-М300 МПа )

4.1 Установка и методика исследования АС-8 под давлением 200 -1300 МПа, при со = 21 и 157 рад/с.

4.2 Особенности релаксации АС - 8 под давлением

4.3 Влияние релаксационных процессов на характер течения АС-8 в изотермических условиях (со = 107 рад/с)

4.4 Влияние релаксационных процессов на характер течения АС-8 в 86 изотермических условиях (со = 21 и 157 рад/с)

Глава 5. Исследование влияния релаксационных процессов, проходящих в АС на тип ориентации жидких кристаллов

5.1 Используемые ориентанты и жидкие кристаллы

5.2 Схема приборов по изучению ориентации ЖК и методика 93 исследования

5.3 Обсуждение результатов исследования

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Релаксационные свойства линейных алкилсилоксанов»

Исследование свойств жидкого состояния вещества и создание теории, описывающей его особенности, стало одной из важнейших задач современной физики. Перспективным направлением является изучение кремнийорганических жидкостей, в частности, линейных алкилсилоксанов (АС). Возможность варьирования их молекулярной структуры ведет к широкому применению этих материалов в различных отраслях техники. В этой связи экспериментальные и теоретические исследования свойств кремнийорганических жидкостей весьма актуальны.

Основной задачей работы в этом направлении является установление связи макроскопических свойств вещества со структурой молекул и характером их взаимодействия.

Современное состояние физики жидкости не всегда позволяет удовлетворительно описывать свойства даже простых жидкостей (мономеров). Поэтому большое значение приобретает экспериментальное изучение свойств I различных классов жидкостей в широком, интервале температур и давлений с использованием различных методов эксперимента. Эти^ свойства сложным образом зависят от движений как целой молекулы, так и отдельных ее фрагментов, а также перегруппировок молекулярных роев, кластеров (коллоидные системы). Вероятность протекания этих процессов (время релаксации) описывается уравнением Аррениуса. Учитывая большой диапазон различных молекулярных движений у линейных алкилсилоксанов разной природы и структуры, изучение таких материалов необходимо проводить в широком спектре частот.

Решение такого уровня задач требует проведения многоплановых исследований.

Предварительные исследования показали, что при высоких частотах

7 О

0) =10' - 10° рад/с для алкилсилоксанов обнаруживается тесная связь акустических параметров вещества с характером межмолекулярного взаимодействия и молекулярно кинетическими процессами. Таким образом АС оказались удобным материалом для проведения-этих исследований.

В работе использованы как теоретические оценки и расчеты, так и экспериментальные данные.

Для расчета, размеров фрагментов молекул АС и их температуры стеклования использовался метод инкрементов.

Изучение АС проводилось в указанном диапазоне частот четырьмя способами.

1. Исследование релаксационных свойств- АС акустическими- методами позволяет установить, связь между акустическими и молекулярно-кинетическими параметрами вещества и- наиболее полно определить структурные и кинетические процессы, проявляющиеся в- характере частотной зависимости скорости'и коэффициента поглощения'ультразвука

1 51

УЗ) в диапазоне частот со = 10 — 10-рад/с.

2. Использование вискозиметрического метода* дает возможность изучать релаксационные особенности в диапазоне ш = 0-37рад/с.

3. Изучение влияния давления- на» характер течения АС проводилось-акустическим и трибологическим методами (со = 21; 157и 108 рад/с,, и р=100 -5- 1300 МПа).

4. Исследование влияния структуры АС (ориентанта) на тип ориентации жидких кристаллов (ЖК) проводилось в ЖК ячейках в поляризационном микроскопе.

Исследования в широком диапазоне частот в совокупности с расчетными методами' должны дать представление о релаксационных процессах происходящих в АС, и привести к созданию физически обоснованных моделей и представлений, способных приблизить исследователей к пониманию существующих проблем физики конденсированного состояния.

В связи с этим целью данной работы явилось изучение вязкоупругих свойств АС и процессов их релаксации в широком диапазоне частот при различных изотермических и изобарных условиях.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Коваленко, Виктор Иванович

Выводы

1. Методом ультразвуковой спектроскопии в диапазоне 107 108 рад/с установлено, что в олигомерах АС-2 и АС-8 наблюдаются релаксационные процессы с малыми временами (10"8 10"9с) и величинами энергий активаций (10 - 20 кДж/моль), такое поведение может быть связано с процессом* структурной релаксации.

2: Методом протонно-магнитного- резонанса (ПМР - спектроскопии) установлено наличие межмолекулярного взаимодействия в олигомере АС- 8. С учетом этих данных рассчитаны температура стеклования и, коэффициент межмолекулярного взаимодействия алкилсилоксанов (АС).

3. Вискозиметрическим* методом- (в-интервале Он- 37 рад/с) установлено, что АС-18(1) в нормальных условиях структурируется в системы, которые легко разрушаются при малых напряжениях сдвига. Эти, системы могут быть отнесены к лиофильным коллоидам.

4. Результаты исследований на ультразвуковой" установке (со = 108 рад/с, р = 100 700 МПа) и четырехшариковой машине трения (со = 21; 157 рад/с и р = 200 1300 МПа)I показали, что под давлением, происходит структурная релаксация- вязкоупругих свойств олигомеров АС, которая1 приводит к смене характера течения жидкости с течения по уравнению Френкеля на течение по уравнению Эйринга.

5. На основании исследований влияния-кремнийорганических соединений на тип ориентации жидких кристаллов (ЖК) показано, что кластерная структура олигомеров АС влияет на величину поверхностной энергии и соответственно на ориентацию ЖК.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Коваленко, Виктор Иванович, 2011 год

1. Корнфельд M. Упругость и прочность жидкостей. M.-JL ГИТЛ. 1953

2. Капустин А. П. Экспериментальные исследования жидких кристаллов. М. Наука. 1978

3. Лэмб Дж. Термическая релаксация в жидкостях. // Физическая акустика. Под редакцией Мэзона У. M. T. 2А. М. Мир. 1968. С. 222-297.

4. Литовиц Т., Дэвис К. Структурная и сдвиговая релаксация в жидкостях. // Физическая акустика: Под редакцией Мэзона У. М. T. 2А. М. Мир. 1968. С. 298-370.

5. Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П. Основы молекулярной акустики., М.' Наука. 1964

6. Heasell Е. L., Lamb J. Ultrasonic relaxation processes in liquid triethylamine. //Proc. Roy. Soc. 1956. A236. P. 233*.

7. Litovitz T. A., Carnevale E. Effect of pressure on ultrasonic relaxation in liquids. //Journ. Acoust. Soc. Amer. 1958. V. 30. P. 134.

8. Неручев Ю.А. Ультразвуковые- исследования равновесных свойств органических жидкостей // Автореферат диссертации? доктора физ.-мат. наук. Воронеж. 2007. С.23.

9. Худайбердыев В. Н., Аманов 3. Н., Карабаев М. К. и др. Акустическая релаксация глицерина и его водных растворов // Известия АНУзССР. Серия физ.-мат. наук. 1979. № 1. С. 53-56.

10. Михайлов И. Г., Савина Л. И. Поглощение ультразвуковых волн в касторовом масле в диапазоне частот от 0.26 до 30 MHz // Применение ультраакустики к исследованию вещества. М. МОПИ. 1957. С. 85-93.

11. Тагер A.A. Физико-химия полимеров. М. Химия. 1968. С. 262 -265. М. Научный мир. 20071. V ' .'■' 106

12. Бронников С.В. Физика и химия полимеров. Учебное пособие. СПб.: СПбГАСЭ. 2004.С 54.

13. Аскадский А.А., Матвеев Ю.И. Химическое строение и физические свойства полимеров. М. Химия. 1983

14. Базарнова Н.Г., Карпова Б.В., Катраков И.Б., и др. Под редакцией Базарновой Н.Г. Методы исследования древесины и ее производных //Учебное пособие. Барнаул. Изд-во Алт., гос. ун-та. 2002.С.160.

15. Годовский А.В., Папков В.С. Мезоморфное состояние гибко-цепных полимеров // Жидкокристаллические полимеры. Сборник18; . Флори П; Статистическая механика цепных молекул. Пер с англ. Под- редакциешМ:В: Волькенштейна; М1 Мир:1971?. С. 436:

16. Магк .Т.Е., СЫп 0.8., 8и Т.К. //РоНш. 1978. V. 19. Р. 407.

17. Платэ Н:А., Шибаев В .П. Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы. М. Химия. 1980. С. 123.21.- Е1огу Р;// Ас1у. Ро1ут:. ¡Зс!. 1984. V. 59: Р. I.22. гасЬтапп.а//Риге Арр1. СИет. 1975. V. 43. Р; 207.

18. Платэ Н. А., Шибаев В. П. Гребнеобразные полимеры и. жидкие кристаллы. М. Химия. 1980. С. 320 .

19. Wunderlich;B•,.Grebowisz //Adv.Polym. ScІI 1984. V. 60/61. Р: 2:

20. ТБУапкт Ш Уа., Раркоу V. Б., гЬикоу V. Р'.\е1::' а1. /Я. Ро1ут.

21. Sei., Polym. Chem. Ed., 1985. V. 23. P. 1043.

22. Godovsky Yu. K., Papkov V. S.//Makromol. Chem., Macromol. Symp. of 2nd FRG — USSR Symposium. 1986. V. 4. P: 71—88.

23. Годовский Ю. К., Макарова H. Н., Панков B.C., Кузьмин Н. Я.//Высокомолекулярные соединения. Сер. Б. 1985. Т. 27. С. 164.

24. Papkov V. S., Godovsky Yu:K., Svistunov V. S. et. al. //J. Polym. Sei Polym. Chem. Ed. 1984. V. 22. P. 3617.

25. Папков В. С., Годовский Ю. К., Литвинов В. М. и др.//14-я Международная конференция по жидким кристаллам. Тбилиси. 1981. Т. 2. С. 210.

26. Папков В. С., Годовский Ю. К., Свистунов В. С. и др.//1-й Всесоюзный симпозиум по полимерным ЖК. Суздаль. 1982

27. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелин Е.А. Коллоидная химия. М. МГУ. 2004.

28. Соболевский М.В., Музовская O.A., Попелева Г.С. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. М. Химия. 1975. С. 83-124.

29. Братков A.A. Теоритические основы химмотологии. М. Химия. 1985

30. Гуреев A.A. Химмотология. М. Химия. 1986

31. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. М. Мир. 1978. С. 340-342.

32. Басоло Ф., Пирсон Р. Механизмы неорганических реакций. Изучение комплексов металлов в растворе. М. Мир.1971

33. Дей К., Селбин Д. Теоретическая неорганическая химия. М. Химия. 1976

34. Скрышевский А.Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. М. Высшая школа. 1980

35. Мелвин-Хьюз Э. А. Физическая Химия. М. Иностранная Литература. 1962. Кн. 2. С. 649-650.

36. Беляев В.В., Коваленко^ В.И., Рынок жидкокристаллических дисплеев // Электронные компоненты, N3, 2003, с. 59.

37. Коньяр Ж. Ориентация, нематических жидких кристаллов и их смесей. Минск. Университетское издание. 1986. С. 100.

38. Толмачев В.А., Коншина Е.А. Оценка энергии взаимодействия на границе раздела твердое тело — жидкий* кристалл. // Оптический журнал. 1998. Т. 65.

39. Creagh L.T., Kmetz A.R. Mechanism of Surface Alignment in Nematic LCs // Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1972. V. 11. P. 1559.

40. Dadivanyan A.K., Ryabova Y. M., Chausov D.N., Belyaev V.V., Solomatin A. S. Orientation of Mesogen and Hydro-carbon Molecules on Crystal Surfaces of Graphite and Polyethylene //

41. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 2011.V.546. P. 61.

42. Belyaev V.V., Mazaeva V. G. Green Technologies of LC Alignment on the Base of Organosilicon Compounds // SID' 11 Digest of Technical papers. Symposium of the SID.' Los Angeles. USA.2011. P. 14.

43. Тихомирова H.A., Донцова JI.H., Пикин С.А. // Кристаллография. 1978. Т. 23. С. 1239.

44. Kamanina N.V., Vasilyev P.Y., Shcherbina A.D., Studentsov S.S., Brezhnev V.A., Luquid cristal display with' special response improvement of the nematic mesophase. // Международная конференция «Евро Дисплеи 07» Москва. 2008

45. Belyaev V.V., Merkulov A.Y., Belyaev A.A., Solomatin A. S. and Gorbunov A.A. Diffraction On Anisotropic Substrates With Surface Microrelief // Proc. 31st International Display Research Conference EURODISPLAY'11. Arcachon. France.2011. P. 19.

46. Zvi Yaniv. Nanotechnology and«its contribution to technical inks for printed electronics. // Международная,конференция «Евро Дисплеи-07». Москва. 2008

47. Евдокимов Ю.М., Сычев В.В. Принципы создания наноконструкций с использованием нуклеиновых кислот в качестве строительных блоков. // Успехи химии. 2008.Т. 77. №2. С. 194-206.

48. Вшивков С. А., Русинова Е.В. Фазовые и структурные превращения жидкокристаллических полимерных систем вмеханическом поле.//Высокомолекулярные соединения. 2008. Т. 50. №2. С. 237-244.

49. Сурнычев В.В. Релаксация вязкоупругих свойств анизотропных и изотропных жидкостей. //Диссертация канд. физ—мат. наук. М. 2004. С.81.

50. Беляев В.В., Сурнычев В .В., Коваленко'В.И. Релаксация^ объемной и сдвиговой вязкости в диэтилсилоксане и этилоктилсилок-сане // Ультразвук и термодинамические свойства вещества. Выпуск 30-31. Курск. 2004. С. 57-62.

51. Сурнычев В.В., Коваленко В.И., Лагунов A.C., Беляев В.В. Релаксация объемной и сдвиговой вязкости* в диэтилсилоксане и этилоктилсилоксане // Журнал технической физики. 2005. Т.75. С. 1131-1134.

52. Сурычев В.В., Коваленко В.И. Исследование температурночастотных зависимостей акустических свойств этилоктилсилоксанаi

53. Деп. ВИНИТИ 03.12.2004. N 1918-В: 2004. Ук. N 2.

54. Kovalenko V.l., Skorokhodov I:L, Kozhevnicov B E., Bogdanov D.L., Surnychev V.V., Belyev V.V. Linear siloxanes-colloid-dispersed system- //14th International Symhjsium, on Organosilicon Chemistry. Wesburg. Programme. 2005. Abstracts. P'053.

55. Кононенко В. С. Физические основы прецизионной, ультразвуковой спектроскопии и ее применение для исследования релаксационных процессов в слабопоглащающих жидких средах// Диссертация док. физ.-мат. наук. Ташкент. 1995. С. 300.

56. Beaman R.G., //J.Polymer Sei. 1952. V. 9. N 5. P. 470 472.

57. Lee W.A., Knight G.R. Brit. Polymer J. 1970. V. 2. N 1. P. 73-80.

58. Аскадский A.A., Слонимский Г.Л., Китайгородский А.И. //Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 1974. Т. 16. № 2. С.424- 430.

59. Коваленко В.И., Скороходов И.И., Молчанов Б.В., Савицкий

60. А.А., Беляев; В.В., Реология; растворов триметилсилоксисил-сесквиоксанов в полидиметилсилоксане // Журнал физической химии. 2010.Т.84. №1. С.34-37.

61. Соболевский^ М.В., Лавыгин И.А, Зверев В.В;, Коваленко. В .И, ЗаславскийіЮ^К, ЛєгковїМіИ; . Синтез? штрибологические характеристики олигоорганосилоксановг с высшими заместителями // Журнал прикладной химии: 2001.Т.74. В:. 2. С. 265-269;

62. Химическая энциклопедия. 1990: T.2. G. 81.

63. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. М. Колос. 2003

64. Рудяк В.Я., Белкин А.А., ЕгоровїВіВ! |Об; эффективной^вязкости наносуспензий: // Журналктехнической«физикиї,2009!Л}.79! Вып: » 8. С. 18-25. ." :V '

65. Sobolevskiit МЖ,. Zverev У^Ж, Lavygim ІіА., Kovalenko- V.It, Zaslavsky Yu.G., Legkov M:I. Synthesis and tribological character- . ristics of oligoorganosiloxanes with higher n-alkyl substituents // Russian Polymer News. 2001.V. 6. P. 43-46. ,

66. Френкель Я.И: Кинематическая теория жидкостей. //Собрание избранных трудов; М.-Л. АН СССР. 1959. Т. 3. С. 304.

67. Jacobson В., Acta Chem Scand. 1951. N 5. P. 1214.

68. Jacobson В., Acta Chem Scand. 1975. N 34. P. 121.75A Doerrer H., Kneppe H., Kuss E., Schneider F.// Liq.Cryst. 1986.V1.P.573.

69. Беляев В.В. Вязкость нематических жидких кристаллов. М. Физматлит. 2002. С.146.

70. Deryaguin В., Karasev V., Lavygin I., Skorockodov I., Khromova E. "Special dicsussion on thin films and'boundary layers". Cambridge. England. 1970.

71. Кухлинг X. Справочник по физике. М.: Мир: 1982. С. 324.

72. Пугачевич П.П., Бегляров Э.М., Лавыгин И.А. Поверхностные явления в полимерах. М. Химия. 1985: С. 1-58-163.

73. Fox H.W., Zisman W.A. // J. Coll. Sci. 1952. V. 7. P! 428.

74. Sobolevsky M.', Mazaeva V., Kovalenko V., Belyaev V., Kalashnikov A. Manufacture and Physical Properties of Silicon-Organic Films for LC Alignment // Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1999.V. 329: P.293-304 .

75. KovalenkoV.I., Sobolevskii M.V., Troshcova S., Ivanov S.A., Belyev V.V. Composite liquid crystals alignment on the base of organosiliconmaterials // International Conference «Advanced Display Technologies». Minsk. 2001. P. 26-28.

76. Фирме «Реолаб» за помощь в работе; по вискозиметрическим исследованиям.4. д.ф.-м.н. Иванову (S.A. за помощь в работе с многослойными ориентантами (МГУ).

77. Сотрудникам ВНИИПМ д.т.н.Заславскому Ю.С., Мягкову М.И., Дорофееву В;А. и Жукову М.А. за руководство в работе по трибологическим исследованиям'.

78. Автор искренне благодарен, родным, за моральную • и материальную поддержку.