2015 (3) 1

https://doi.org/10.15407/polymerj.37.03.219

The peculiarities of the influence of physical fields on the processes of structure formation and properties of polymer systems

V.O. Ovsyankina

National technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”

37, prospect Pobedy,Kyiv, 02160, Ukraine

Polym. J., 2015, 37, no. 3: 219-228.

Section: Review.

Language: Ukrainian.

Abstract:

The review is devoted to the influence of physical fields on the processes of structure formation in polymer systems. The solution of problem of quality of polymeric materials is impossible without improving characteristics such as durability, resistance to various types of deformation and other physico-chemical properties. The analysis of literature data showed that electric and magnetic fields is an effective method for the modification of polymers and their composites, because they allow to intentionally alter the structure and properties of such systems and certain way to replace chemical modification on the physical. Using of such fields ( as can be seen from this review) finds wide application and is used as in the synthesis and physico-chemical methods of modification of polymers. The mechanisms of influence of magnetic and electric fields are different and their features depend on the chemical structure of polymers. It is established, the most effective impact on polar polymers.

Keywords: electric field, polymers, dielectric permeability, polymer system, mechanism, macromolecule, magnetic field, action features, structure.

Література

1. Воронежцев Ю.И., Гольдаде В.А., Пинчук Л.С., Снежков В.В. Электрические и магнитные поля в технологии полимерных композитов. – Минск: Наука и техника, 1990. – 262 с.
2. Kovalevsky A.Yu, Ponomarev I.I. Influence of steric and electronic effects of substituents on the molecular structures and conformational flexibility of 1,8 – naphthalenedicarboximies // Anal.Chem.B1. – 2000. – 49, № 1. – P.70-76
3. Cumming E.B. Conditions for similitude between the fluid velocity and electric field in electroosmotic flow // Anal. Chem. B1. – 2000. – 72, №11. – P. 2526-2532
4. Nobuhiro Ohta, Koizumi Masaru External electric field effects on fluorescence of methyllen-linked D-A systems in polymer films // J. phys.chem.– 1996. – 100, № 50. – P. 19295-19302
5. Губкин А.Н. Физика диэлектриков: Учебное пособие для вузов. – М.:Высш. школа, 1971. – Т.1. – 230 с.
6. Демченко В.Л., Віленський В.О. Вплив постійних електричного і магнітного полів на структуру і термомеханічні властивості композитів на основі епоксидного полімеру і оксиду Fe2O3, Al2О3 // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2009. – №2. – C.114-121
7. Віленський В.О., Демченко В.Л. Вплив величини напруженості постійного електричного поля на структуру, теплофізичні властивості та провідність нанокомпозитів поліепоксид – оксид металу // Вісн. Київ. нац. ун-ту імені Тараса Шевченка. – 2009. – №2. – С. 227-232
8. Kim. G. Physical fields // Composites Science and Technology.- 2005. – Vol.65. – P.1728-1735
9. Prassea T., Cavaille J.Y. The application of magnetic and electric fields // Composites Science and Technology. – 2003.- Vol.63. – P.1835-1841
10. Попов В.М., Новиков А.П., Лушникова Е.Н. Технология получения теплопроводных полимерных композиционных материалов повышенной прочности путем модифицирования физическими полями // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. – 2011. – № 1. – С. 72–77.
11. Попов В.М., Новиков А.П., Черников Э.А., Лушникова Е.Н. Теплопроводность полимерных материалов, модифицированных воздействием физическими полями // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4. – C.37-45
12. Дубкова В.И., Крутько Н.П. Физические поля и их применение // Инженерно-физич. журн. – 2007. – 80, №3. – С.47-54
13. Максимцев Ю.Р. Влияние электрического поля на диэлектрические свойства пластифицированных систем на основе гибкоцепных полимеров // Фізика, електроніка, електротехніка : матеріали та програма науково-технічної конференції, м. Суми, 16-21 квітня 2012 р. – Суми : СумДУ, 2012. – С. 50.
14. Bhattarai N., Gunn J., Zhang M. Chitosan based hydrogels for controlled, localized drug delivery // Adv. Drug Deliv. Rev. – 2010. – Vol. 62. – P. 83–99.
15. Bajpai A. K., Shukla S. K., Bhanu S., Kan , Kane S. Responsive polymers in controlled drug delivery // Progr. Polym. Sci. – 2008. – Vol. 33. – P. 1088–1118.
16. Michal Pribyl, Ruzena Chmelikova, Pavel Hasal, Milos Marek Modeling of hydrogel immobilized enzyme reactors with mass-transport enhancement by electric field // Chemical Engineering Science. – 2001. – 56, Issue 2. – P. 433-442
17. Lietor-Santos J.J., Fernandez-Nieves A. Motion of microgels in electric fields // Advances in Colloid and Interface Science. – 2009. –Vol. 147–148. – P. 178-185
18. Jianming Lin, Qunwei Tang, De Hu, Xiaoming Sun, Qinghua Li, Jihuai Wu. Electric field sensitivity of conducting hydrogels with interpenetra-ting polymer network structure // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2009. – 346, Issues 1–3. – P. 177-183
19. Venelin Enchev, Valentin Monev, Nadezhda Markova, Marin Rogozherov, Silvia Angelova, Milena Spassova. A model system with intramolecular hydrogen bonding: Effect of external electric field on the tautomeric conversion and electronic structures // Original Computational and Theoretical Chemistry. – 2013. – Vol. 1006. – P. 113-122
20. Zrinyi M. Magnetically responsive polymer gels and elastomers: properties, synthesis and applications // Smart Polymers and their Applications. – 2014. – Vol.5. – P. 134-165
21. Lebovka N.I., Shynkaryk M.V., El-Belghiti K., Benjelloun H., Vorobiev E. Plasmolysis of sugarbeet: Pulsed electric fields and thermal treatment // J. of Food Engineering. -2007. – 80, Issue 2. – P. 639-644
21. Souza B.W.S., Cerqueira M.A., Martins J.T., Casarie-go A., Teixeira J.A., Vicente A.A. Influence of electric fields on the structure of chitosan edible coatings // Food Hydrocolloids. – 2010. – 24, Issue 4. – P. 330-335
22. Віленський В.О., Керча Ю.Ю., Штомпель В.І. Дослідження впливу постійного електричного поля на процеси структуроутворення в композитах поліестеруретану і АБЦ, отриманих з розчину // Доп. НАН України. – 2004. – №7. –C.34-45
23. Віленський В.О., Гончаренко Л.А., Глієва Г.Є. Порівняльний вплив постійних електричного і магнітного полів на кристалічну структуру, теплофізичні і діелектричні властивості металовмісних поліуретан-целюлозних кополімерів // Фізика конденсованих високомолекулярних систем. – 2005 . – №11.- C. 43-51
24. Давиденко Н.А., Деревянко Н.А., Ищенко А.А., Студзинский С.Л., Павлов В.А., Четыркин А.Д., Чуприна Н.Г. Влияние постоянного электрического поля на фотолюминесценцию и фотопроводимость полимерных пленок, допированных катионными полиметиновыми красителями с концевыми группами различной ионности. // Оптика и спектроскопия.- 2009. – 106, №2. – C. 267-276.
25. Давиденко Н.А., Ищенко А.А., Гетьманчук Ю.П. Крокониевый краситель в качестве сенсибилизатора фототермопластических голографических сред для ближней ИК области спектра. // Оптический журн. – 2008. – 75, №3. – C. 54-59.
26. Davidenko N.A., Zabolotny M.A., Ishchenko A.A. Electronic absorption spectra of symmetric cationic dye in constant electric field. // Spectrochimica Acta. Part A. – 2005. – Vol.61. – P.213-218.
27. Петрова Т.О., Максимова О.Г. Исследование полимерных систем с ориентационными взаимодействиями, находящимися во внешних электрических полях, методами компьютерного моделирования // Сборник научных трудов «Физико-химия полимеров: синтез, свойства и применение». Тверь. -2012. – № 18. – С. 114-118.
28. Генчурин Т.Х., Будыко А.К. Влияние молекулярной массы на процесс электроформования волокнистых материалов, полученных из растворов полиакрилонитрила // Вестник МИТХТ. – 2010.- 5, № 6. – C. 93-101.
29. Zhengping Zhou Development of carbon nanofibers from aligned electrospun polyacrylonitrile nanofiber bundles and cherecterization of their microstructural, electrical, mechanical properties // Polymer. – 2009. – Vol.50. – P. 2999-3006.
30. Wang-Xi Z. Characterization on oxidative stabilization of polyacrylonitrile nanofibers prepared by electrospinning // Polym. Res. – 2007. – Vol.14. – P. 467-474.
31. Seda Bekin, Shokat Sarmad, Koray Gurkan, Gonul Keceli, Gulten Gurdag Synthesis, characterization and bending behavior of electroresponsive sodium alginate/poly(acrylic acid) interpenetrating network films under an electric field stimulus // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2014. – Vol.20. – P. 878-892.
32. Kilic Ali, Shim Eunkyoung, Pourdeyhimi Behnam Measuring electrostatic roperties of fibrous materials: A review and a modified surface potential decay technique // J. of Electrostatics. – 2015. –Vol. 74. – P. 21-26
33. Jianbo Yin, Xiaopeng Zhao, Xiang Xia, Liqin Xiang, Yinpo Qiao Electrorheological fluids based on nano-fibrous polyaniline // Polymer.- 2008. –Vol.49.- P. 4413- 4419.
34. Domingues D., Logakis E., Skordos A.A. The use of an electric field in the preparation of glass fibre epoxy composites containing carbon nanotubes // Carbon.- 2012.- 50, Issue 7.- P. 2493-2503.
35. Warwick M.E.A., Romero-Nunez L.-M., Naik A.J.T., Binions R. Electric Field–ssisted Chemical Vapor Deposition for Nanostructured Thin Films // Comprehensive Materials Processing. – 2014. – Vol. 7. – P. 171-190.
36. Демченко В.Л., Штомпель В.І., Рябов С.В., Ун- род В.І. Вплив магнітного поля на структуру і властивості полімерів та їх композитів // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2013. – № 4. – C.114-120.
37. Camponeschi E. et al. “Properties of carbon nanotube–polymer composites aligned in a magnetic field”// Carbon. – 2007. -Vol. 45. – P. 2037–2046.
38. Antonio R. Guerreiro, Vadim Korkhov, Irene Mijangos, Elena V. Piletska, Juris Rodins, Anthony P.F. Turner, Sergey A. Piletsky. New materials and their properties // Biosensors and Bioelectronics. – 2008. – 23, Issue 7. – P. 1189-1194.
39. Simionescu C.I., Chiriac A.P. Polimerization in a magnetic field: influence of esteric chain length on the synthesis of various poly(methacrylate)s // Polymer. – 2001. – 34, № 18. – P. 3917–3920.
40. Віленський В.О., Гончаренко Л.А. Структура та теплоємність поліметакрилової кислоти, синтезованої в постійних магнітних полях // Доп. НАНУ. –2001. – № 9. – C.137-146.
41. Віленський В.О., Гончаренко Л.А. Синтез поліметакрилової кислоти в постійних магнітних полях // Тез. Доп. 19 укр. конф. з органічної хімії, Львів. –2001. – C. 360.
42. Sessler G./M physical fields in the modification of polymer systems // J.Acoust.Soc.Amer.–2007.– 70, № 6.–P. 1596-1608.
43. Колесникова Е.Д. Воздействие слабых магнитных полей на процессы кристаллизации и плавления линейных полимеров : диссертация … канд. физ.-мат. наук : 01.04.07. – Воронеж, 2007.- 141 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-1/1633.
44. Новиков А.П., Попов В.М. К вопросу о теплопроводности полимеров, подвергнутых воздействию постоянным магнитным полем // Вест. Воронеж. гос. технич. ун-та. – 2011. – 7, № 2. – С. 48–49.
45. Попов В.М., Новиков А.П., Лушникова Е.Н. Технология получения теплопроводных полимерных композиционных материалов повышенной прочности путем модифицирования физическими полями // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. – 2011. – № 1. – С. 72–77.
46. Попов В.М., Новиков А.П., Черников Э.А., Лушникова Е.Н. Теплопроводность полимерных материалов, модифицированных воздействием физическими полями // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4. – С. 62–64.
47. Песчанская Н.Н., Смолянский А.С., Рылов А.В. Деформация полиметилметакрилата после воздействия радиации и магнитного поля // ФТТ.- 2002. – 44, № 9. – С. 1711.
48. Демченко В.Л., Віленський В.О. Вплив постійних електричного і магнітного полів на структуру і термомеханічні властивості композитів на основі епоксидного полімеру і оксиду Fe (III) АБО Al (III) // Наукові вісті НТУУ “КПІ” . – 2009. – № 2. – С. 114-121.
49. Глієва Г.Є., Віленський В.О., Керча Ю.Ю., Гончаренко Л.А. // Доп. НАН України. – 2007. – № 7. – С. 129–135.
50. Віленський В.О., Овсянкіна В.О., Штомпель В.І., Керча Ю.Ю. // Доп. НАН України. – 2004. – № 7. – С. 131–136.
51. Демченко В.Л., Унрод В.І., Бененко С.П. Вплив постійного електричного поля на електропровідність полімерних композиційних матеріалів // ВІСНИК КНУТД. – 2013. – № 3. – С. 15-19.
52.Martin C.A., Sandler J. K.W., Windle A.H. [et al.]. Electric field-induced aligned multi-wall carbon nanotube networks in epoxy composites // Polymer. – 2005. – 46, № 26. – P. 877–886.
53. Демчук В.Б., Колупаев Б.Б., Клепко В.В., Лебе- дев Е.В. Влияние внешнего магнитного поля на внутреннее давление системы ПВХ-магнетит // Физика и техника высоких давлений. – 2012. – 22, № 2. – С. 95-109.
54. Віленський В.О., Керча Ю.Ю., Штомпель В.І. Дослідження впливу магнітного поля на теплоємність та кристалічну структуру полімерних композитів // Доп. НАН України. – № 4.- 2004. – С.32.
55. Вшивков С.А., Русинова Е.В., Куценко Л.И., Га- ляс А.Г. Фазовые переходы жидкокристаллических растворов цианэтилцеллюлозы в магнитном поле. // Высокомолекуляр. соединения. Сер. А. – 2007. – 49, № 8. – С. 1582-1584.
56. Вшивков С.А., Галяс А.Г. Фазовые жидкокристаллические переходы полимерных систем в магнитном поле. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология.- 2008.- 51, №. 5.- С. 78-80.
57. Вшивков С.А, Галяс А.Г., Куценко Л.И., Тюкова И.С., Терзиян Т.В., Шепетун А.В. Самоорганизация макромолекул и фазовые жидкокристаллические переходы в растворах эфиров целлюлозы // Высокомолекуляр. соединения. Сер. А. – 2011.- 53, № 1.- С. 3-8 .
58. Юдина Е.П. Влияние импульсного магнитного поля на реологические свойства оксигидратных гелей иттрия и железа // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. – 2005. – № 3. – С. 54-59.
59. Постников В.В., Камалова Н.С., Левин М.Н., Матвеев Н.Н. Упрочнение модифицированной древесины после воздействия слабых импульсных магнитных полей. // Материалы IV Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборо-строения» (Intermatic – 2005). Москва: МИРЭА. – 2006. – С. 133-135.
60. Камалова Н.С., Кальченко С.В., Саушкин В.В., Постников В.В., Матвеев Н.Н. Воздействие импульсного магнитного поля на сорбционные свойства модифицированной древесины. // Материалы Межд. науч.-техн. школы-конференции «Молодые ученые – науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» (Молодые ученые – 2006). Москва, МИРЭА, 2006. – С. 100-102.
61. Камалова Н.С., Постников В.В., Матвеев Н.Н. Модель упрочнения модифицированной древесины. // Материалы V Междунар. НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Intermatic – 2006). – Москва: МИРЭА, 2006. – С. 82-86.
62. Постников В.В., Камалова Н.С., Евсикова Н.Ю., Матвеев Н.Н. Оптимизация процесса модифи-цирования древесины. Материалы VI Междунар. НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Intermatic – 2007). – Москва: МИРЭА, 2007. – С. 255-257.
63. Постников В.В., Камалова Н.С., Алпатова Д.В., Левин М.Н., Лисицын В.И. О возможности образования связей между макромолекулами целлюлозы в модифицированной древесине после воздействия импульсного магнитного поля. //Материалы VI Междунар. НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Intermatic – 2007). – Москва: МИРЭА, 2007. – Часть 3. – С. 93-95.
64. Камалова Н.С., Постников В.В. Теоретическая оценка упрочнения модифицированной древесины после воздействия импульсного магнитного поля. // Материалы VIМеждунар. НТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Intermatic – 2007). – Москва: МИРЭА, 2007. – Часть 3. – С. 96-98.
65. Влияние импульсных магнитных и электрических полей на пластичность линейных аморфных полимеров. Дис: … канд. физ.-мат. наук. – Тамбов, 2000. – 123 с.
66. Серебрянников В. Влияние электрических полей и модификации полимеров на эксплуатационные свойства материалов электротехнического назначения. Автореф. дис. … доктора технических наук. – М.: Моск. энерг. ин-т (МЭИ ТУ), 2003 . – 40 с.
67. Шарпатый В.А., Шапилов А.А., Пинтелин С.Н. // Хим. физика. – 2001. – 20, № 12. – С. 19–24.
68. Головин Ю.П., Моргунов Р.Б., Ликсутин С.Ю. Термодинамические и кинетические аспекты влияния импульсного магнитного поля на микротвердость полиметилметакрилата // Высокомолекуляр. соединения. Сер. А. – 2000. – 42, № 2. – С. 277-281.
69. Golovin Yu.I, Morgunov R.В, Liksutin S.Yu. Magnetosensitive physicochemical processes influencing plasticity of polymers and fullerites // EURO Material Research Society Conference. Spring Meeting. – Strasbourg, France 2000. – Symposium P «Crystal Chemistry of Functional Materials». – P. 467.
70. Ликсутин С.Ю. Исследование влияния импульсного магнитного поля на микротвердость полимерных стекол // Вест. Тамбовского ун-та (Сер. естественно-техническая). – 2000. – 4, № 4. – С. 492-495.
71. Постников В.В. Фазовая релаксация радикалов С–О в цепях целлюлозы в слабых магнитных полях / В.В. Постников, Н.С. Камалова, С.В. Кальченко,В.И. Лисицын // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения (Intermatic – 2009): материалы VII Международной научно-технической конференции – Москва: Энергоатомиздат, 2009. – Часть 1. – С. 200-202.
72. Постников В.В. О возможном влиянии импульсного магнитного поля на образование ковалентных связей между макромолекулами целлюлозы в модифицированной древесине // Физика и химия обработки материалов. – 2009. – № 6. – С. 91-93.
73. Песчанская Н.Н., Якушев П.Н. Деформация твердых полимеров в постоянном магнитном поле. // Физика твердого тела. – 2003. – 45, № 6. – С. 1130 -1134.
74. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б. Новый тип магнитопластических эффектов в линейных аморфных полимерах. // Физика твердого тела. – 2001. – 43, № 5. – С. 827-832.
75. Песчанская Н.Н., Смолянский А.С., Рылов А.В. Деформация полиметилметакрилата после воздействия радиации и магнитного поля // Физика твердого тела. – 2002. – № 9. – С. 62–64.
76. Песчанская Н.Н., Якушев П.Н. Деформация твердых полимеров в постоянном магнитном поле // Физика твердого тела.- 2003.- 45, № 6- С. 56-65.
77. Sterzynski T. Features of application of magnetic fields // Integr. Fundum. Polym.Sci. and Technol. – 2009. – Vol.34. – P. 436-440.
78. Okuzaki Hidenori, Kunugi Toshio Analysis of the use of magnetic fields // J. Polym. Sci. Part B. – 2006. – 36, № 9. – P. 1591-1594.
79. Кузнецова И.Е., Зайцев Б.Д., Шихабудинов А.М. Акустические свойства мгнитных эластомеров и влияние на них внешнего магнітного поля // Журн. радиоэлектроники. – 2013. – № 10. – C. 46-56.
80. Stepanov G.V., Abramchuk S.S., Grishin D.A., Niki-tin L.V., Kramarenko E.Yu., Khokhlov A.R. Effect of a Homogeneous Magnetic Field on the Viscoelastic Behavior of Magnetic Elastomers // Polymer. – 2007. – Vol. 48. – P. 488-495.
81. Abramchuk S.S., Grishin D.A., Kramarenko E.Yu., Stepanov G.V., Khokhlov A.R. Effect of Homogeneous Magnetic Field on the Mechanical Behavior of Soft Magnetic Elastomers under Compression // Polymer Sci. – 2006. – 48, № 2. – P. 138-145.
82. Lotonov A.M., Gavrilova N.D., Kramarenko E.Yu., Alexeeva E.I., Popov P.Y., Stepanov G.V. Effect of Iron Particles on Dielectric Properties of Polydimethylsiloxane near Crystallization and Glass Transition Temperatures // Polymer Sci. – 2006. – 48, № 10. – P. 267-270.
83. Abramchuk S., Kramarenko E., Stepanov G., Niki- tin L.V., Filipcsei G., Khokhlov A.R., Zrinyi M. Novel Highly Elastic Magnetic Materials for Dampers and Seals I.: Preparation and characterization of the elastic materials. // Polym. Adv. Technol. – 2007. – Vol. 18 (11). – P. 883-890.
84. Abramchuk S., Kramarenko E., Grishin D., Stepa- nov G., Nikitin L.V., Filipcsei G., Zrinyi M. Novel Highly Elastic Magnetic Materials for Dampers and Seals II.: Material Behaviour in a Magnetic Field. // Polym. Adv. Technol. – 2007. – Vol. 18 (7). – P. 513-518.
85. Stepanov G.V., Alekseeva E.I., Gorbunov A.I., Niki- tin L.V. Silicon Magnetoelastic Composite, In: Organosilicon Chemistry VI –From Molecules to materials, (Eds.: N. Auner, J.Weis) // Wiley-VCH, Weinheim. – 2005. – Vol. 2. – P. 779-784.
86. Сайдук А.А., Сайдук В.А., Бокова Е.С. Модификация поливинилиденхлорида электромагнитными полями // Молодые ученые ХХІ века: Тез. докл. науч. конф. – М.: МГУДТ, 2006. – C. 56.
87. Бокова Е.С., Сайдук В.А., Андрианова Г.П. Влияние электромагнитной обработки на условия получения и свойства полимер – полимерных комплексов на основе полиакриловой кислоты и мочевиноформальдегидного сополимера // Пластические массы. – 2007. – №2 .- C.44-45
88. Кузеев И.Р, Ибрагимов И.Г., Абакачев Е.М., Киреев К.А. Влияние электромагнитных волн сверхвысоко-частотного диапазона на адгезионную способность полимерных материалов // Нефтяное дело. – 2011. – № 6. – C. 452-456.