Международный
научный журнал

Изучение термоокислительной деструкции полиэтиленовой композиции на основе олигомерных антипиренов


The study of thermal oxidative breakdown of the polyethylene composition based on oligomeric antipyrenes

Цитировать:
Изучение термоокислительной деструкции полиэтиленовой композиции на основе олигомерных антипиренов // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. Джалилов А.Т. [и др.]. 2017. № 5(35). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/4645 (дата обращения: 21.06.2019).
 
Прочитать статью:

Keywords: phosphorus compounds, thermal oxidative breakdown, composition, high-pressure polyethylene, oligomeric antipyrene

АННОТАЦИЯ

В статье изучена термоокислительная деструкция композиции полиэтилена высокого давления с олигомерным антипиреном марок АДж-4 и  АДж-5. Установлено, что при изучении антипиреновых свойств марок АДж-4 и  АДж-5 в полиэтиленовых композициях даёт положительные результаты при соотношениях полимер/антипирен — 88:12. На ДТА обнаружено, что окисление АДж-4 идёт при более высокой температуре, чем у АДж-5. Максимальная скорость потери массы при термоокислительной деструкции АДж-4 меньше, чем у АДж-5.

ABSTRACT

In the article thermal oxidative breakdown of a high-pressure polyethylene composition with the oligomeric antipyrene of АDj-4 and АDj-5 brands  is studied. It has been established that when studying antipyrene properties of ADJ-4 and ADJ- 5 in polyethylene compositions, it gives positive results by the proportion polymer: antipyrene- 88:12. At DTA it has been found that the oxidation of ADj-4 occurs at higher temperature than in ADj-5. The maximum rate of mass loss during thermal oxidative breakdown of ADj-4 is less than in ADj-5.

 

Развитию научных основ по созданию и технологии олигомерных антипиренов для полимерных и строительных материалов посвящены многочисленные исследования узбекских и зарубежных ученых [1, с. 20-24]. Однако работы по разработке технологии получения олигомерных антипиренов и использования их в качестве огнезащитных добавок для полимерных и других материалов, которые обеспечивают низкую воспламеняемость и горючесть материалов, мало изучены [4, с. 263-266]. Научные исследования, посвященные синтезу и использованию олигомерных антипиренов на основе эпихлоргидрина с фосфорсодержащими соединениями, немногочисленны [2, с. 91-92].

Изучение процесса полимеризации, протекающего при взаимодействии эпихлоргидрина (ЭХГ) с азот-, серо-, фосфор-, магнийсодержащими соединениями, представляет несомненный научный и практический интерес. Установлено, что при взаимодействии ЭХГ и некоторых N-, P-содержащих соединений протекает процесс самопроизвольной полимеризации. Эти исследования позволяют выявить влияние природы различных групп на процесс самопроизвольной полимеризации.

В настоящей работе изучен процесс получения новых олигомеров путем самопроизвольной полимеризации эпихлоргидрина с фосфорсодержащими соединениями. На основе представителей этой группы соединений нами взяты огнезащитные композиционные составы АДж-4 и АДж-5. Получаемые конденсацией аммофоса с карбамидом, оксидом магния, жидкого стекла и тетрасульфидом натрия в слабощелочной среде с последующей нейтрализацией реакционной смеси ортофосфорной кислотой [3, с. 241].

Исследование влияния антипиренов на процесс термоокислительной деструкции полиэтилена высокого давления изучали методами дифференциально-термического анализа (ДТА). Сущность метода ДТА, или термической спектрометрии, заключается в определении тепловых эффектов, сопровождающих нагревание или охлаждение вещества. Выполнение этой задачи состоит в нагревании с постоянной скоростью подъема температуры анализируемого образца одновременно с инертным веществом (эталоном, не претерпевающим в данном интервале температур физических и химических превращений). Измерения проводили на установке с режимом нагрева 10о/мин.

Композиции полиэтилена с антипиренами получили на экструдере смешением полиэтилена с антипиреном АДж-4 и АДж-5 при соотношении полиэтилен/антипирен — 88:12.

При изучении термоокислительной деструкции с помощью ДТА полученной композиции на основе АДж-4 отмечается пять эндотермических эффектов при температуре 107, 130, 178, 420, 743оС и девять экзотермических эффектов при 235, 336, 365, 380, 522, 590, 620, 692 и 752оС.

 

Рисунок 1. Дериватограмма образца полиэтилена с добавлением 12% антипирена АДж-4

 

Общее уменьшение массы в интервале температуры 60-900оС по кривой термогравиметрии составляет 46,97% (Рис. 1.).

На кривой дериватограммы образца полиэтилена с добавкой 12% антипирена АДж-5 обнаружено четыре эндотермических эффекта при 150, 168, 643, 766 оС и шесть экзотермических эффектов при 248, 282, 383, 505, 676 и 842оС. Убыль массы в диапазоне температур 60-900оС по кривой термогравиметрии составляет 70,98% (Рис. 2).

 

Рисунок 2. Дериватограмма образца полиэтилена с добавлением 12% антипирена АДж-5

 

Кинетика потери массы полиэтиленовой композиции с олигомерными антипиренами АДж-4 и АДж-5 от температуры нагревания представлены на рисунках 1 и 2. Как видно из рисунков, в рассматриваемом интервале температуры потеря массы связана с различными процессами: окислением полимера, разложением с выделением летучих веществ и др. Потеря массы на кривой ТГА при увеличении температуры обусловлена продолжением деструкции модификации полиэтилена с олигомерными антипиренами АДж-4 и АДж-5. Этот участок процесса сопровождается экзотермическим эффектом.

Таким образом, термическое исследование представленных двух образцов показало, что термическое поведение композиций зависит от состава, природы компонентов и технологии получения строительных материалов.

На основании результатов, полученных методами ДТА- и ТГА-анализа, определили кинетические параметры для различных температурных интервалов процесса. Его преимуществом является возможность вычисления кинетических характеристик во всем температурном диапазоне реакций по одной серии измерений и одному образцу.

Таблица 1

 Скорость потери массы определяли методом графического дифференцирования кривой ТГА

Температурный интервал, К

Потеря массы, мг

Средняя скорость потери массы, мг/мин

vm=Δm/Δτ

полиэтилен с антипиреном АДж-4

623-783

783-888

888-1032

42,5

11,44

3,58

2,43

0,65

0,20

полиэтилен с антипиреном АДж-5

673-708

708-798

798-843

15

90

10

2

12

1,3

Скорость потери массы (vm), Δm— потеря массы, мг; Δτ— отрезок времени, мин.

Результаты исследования зависимости потери массы модификации полиэтилена с олигомерными антипиренами АДж-4 и АДж-5 от температуры представлены в табл. 1. Полученные данные показывают, что в начальных периодах процесса происходит в основном прямое окисление антипирена со сравнительно небольшой vm.

В табл. 2 приведены результаты окислительной деструкции и значения энергии активации этого процесса для образцов модификации полиэтилена с олигомерными антипиренами АДж-4 и АДж-5 и влияние температуры на потери массы изученных полиэтиленовых композиций с антипиренами (АДж-4 и АДж-5).

Таблица 2

 Результаты термоокислительного анализа модификации полиэтилена с антипиренами (АДж-4 и АДж-5)

Образцы

n

Еа, кДж/моль

Потеря массы при 783 К,%

полиэтилен с антипиреном АДж-4

0,833

7143

42,5

полиэтилен с антипиреном АДж-5

0,358

7565

35,2

*n порядок реакции;  *Еа — энергия активации.

Таким образом, на основании полученных экспериментальных данных по кинетике процессов в интервале температур от 493 до 1173 К исследованы особенности термоокислительной деструкции АДж-4 и АДж-5. На термограммах ДТА обнаружено, что окисление АДж-4 идёт при более высокой температуре, чем у АДж-5. Максимальная скорость потери массы при термоокислительной деструкции АДж-4 меньше, чем у АДж-5.


Список литературы:

1. Бычкова Е. В., Беляева О. А., Панова Л. Г. Влияние огнезащитных систем на коксообразование при пиролизе и горении вискозных волокон // Журнал «Химические Волокна», март-апрель 2015 года . — Мытищи: Отдел информатики ВНИИСВ, 2015. — № 2. — С. 89-92.
2. Применение ресурсосберегающих олигомерных антипиренов для строительных материалов / А. Т. Джалилов, Н. А. Самигов. Ф. Н. Нуркулов и др. // «Инновация-2016»: Международная научно-техническая конференция. — Ташкент: Изд-во Ташкентского государственного технического университета, 2016. — С. 91-92.
3. Нуркулов Ф. Н., Джалилов А. Т. Фосфор-борсодержащие олигомерные антипирены для древесины и древесных композиционных материалов // «Олигомеры-2015»: V Международная конференция-школа по химии и физикохимии олигомеров, 1-6 июня 2015. — Волгоград: Издательство Волгоградского государственного технического университета, 2015. — С. 241.
4. Хашхожева Р. Р. Разработка новых огнестойких композитных материалов на основе полибутилентерефталата / Р. Р. Хашхожева, Р. А. Черкесова, С. Ю. Хаширова, А. К. Микитаев // Материалы X Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы», 2014. — Нальчик: Издательство Кабардино-Балкарский Государственный Университет, 2014. — С. 263-266.

Информация об авторах:

Джалилов Абдулахат Турапович Abdulakhat Djalilov

д-р хим. наук, профессор, директор ГУП «Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии», 111116, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

doctor of chemistry, professor, director of the Stat Unitary Enterprise Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, 111116, Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, P / o Shuro-bazaar


Самигов Нигматджан Абдурахимович Samigov Nigmatdzhan

д-р техн. наук, заведующий кафедрой строительных материалов и химии, профессор Ташкентского архитектурно-строительного института, 100011, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Наваи, дом 13

Doctor of Technical Sciences, Head of Construction Materials and Chemistry Chair, Professor of Tashkent Architecture Construction Institute, 100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoi Str, 13


Нуркулов Файзулла Нурмуминович Nurkulov Fayzulla

д-р технических наук Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии, 111116, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

doctor of Technical Sciences, Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, 111116, Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, P/o Shuro-bazaar


Сиддиков Икромжон Иминжанович Siddikov Ikromzhon

кандидат технических наук, доцент Высшей технической школы пожарной безопасности Министерства внутренних дел Республики Узбекистан 100102, Узбекистан, г. Ташкент, Сергелийский район, улица Дустлик, 5

candidate of technical sciences, associate professor Ministry of Internal Affairs of the Republic of Uzbekistan Higher Technical School of Fire Safety, 100102, Uzbekistan, Tashkent, Sergeli district, Dustlik street, 5


Самигов Умиджон Негматжанович Samigov Umidjon

старший научный сотрудник Ташкентского архитектурно-строительного института, 100011, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, дом 13

Senior Researcher, Tashkent Architecture and Construction Institute, 100011, Uzbekistan, Tashkent, ul. Navoi, 13


Жумаев Сайфиддин Кодирович Jumaev Sayfiddin

старший научный сотрудник, инженер Высшей технической школы пожарной безопасности Министерства внутренних дел Республики Узбекистан 100102, Узбекистан, г. Ташкент, Сергелийский район, улица Дустлик, 5

Senior Researcher, Ministry of Internal Affairs of the Republic of Uzbekistan Higher Technical School of Fire Safety, 100102, Uzbekistan, Tashkent, Sergeli district, Dustlik street, 5


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.