ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ИК СПЕКТРОСКОПИЯ МЕТАЛЛОРГАНИЧЕСКИХ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНА

АННОТАЦИЯ

В данной работе функциональные группы и химические связи синтезированного металлоорганического сополимера полиэтилена были изучены с использованием параметров ИК-спектроскопии. Также, изучена термостойкость модифицированного полиэтилена и полиэтилена и проведен сравнительный анализ их дериватографических показателей окисления и деградации ДТА, ТГ и ДТГ.

ABSTRACT

In this work, the functional groups and chemical bonds of the synthesized organometallic polyethylene copolymer were studied using the parameters of IR spectroscopy. Also, the heat resistance of modified polyethylene and polyethylene was studied and a comparative analysis of their derivatographic indicators of oxidation and degradation of DTA, TG and DTG was carried out.

Ключевые слова: полиэтилен, модификация, ИК-спектроскопия, терефталевые металлов.

Keywords: polyethylene, modification, IR-spectroscopy, metal terephthalates.

Введение

Сегоднящее дня полимеры широко используются во всем мире, одной из главных их особенностей является высокая молекулярная масса и устойчивость к внешним воздействиям. Это резко увеличило спрос на полимерные материалы в урбанизированном и развивающемся мире [1].

При превращении полимерного сырья в готовую продукцию в него добавляют различные полупокрытия для улучшения его физико-механических и других свойств. На сегодняшний день производство добавок для синтеза недорогих и термостойких полимеров считается одной из актуальных задач [2].

В данной исследовательской работе в лабораторных условиях модифицированную металлоорганическую группу вводили в цепь полиэтилена и анализировали ее показатели ИК-спектроскопии и термического разложения.

Методы и материалы

Для лабораторных работ была взята трёхголовая колба, снабженная обратным холодильником, термометром и мешалкой. В колбу добавляли 16% раствор терефталевой кислоты в диметилсульфоксид и 10 г оксида цинка (Zn) и перемешивали при 150 об/мин. Процесс проводили при температуре 165°С в течение 3 часов. В качестве катализатора реакции использовали FeCl₃. Терефталат цинка в виде белого порошка, полученный в ходе исследования, был включен в цепь полиэтилена.

Результаты и обсуждение

С целью анализа функциональных групп и химических связей композиции полиэтилентерефталата цинка, полученной в ходе лабораторных работ, были изучены [3] показатели ИК-спектроскопии.

Рисунок 1. ИК спектроскопия композитции полиэтилентерефталат-цинк

Композиция полиэтилен-цинк-терефталат в параметрах ИК-спектроскопии показывает высокую интенсивность асимметричной валентности, принадлежащей группе -СН₂- в области 2914-2848 см^-1, деформированные линии поглощения в области 1016-825 см^-1, валентность Р-Н в область 2358 см^-1, 1676 см-¹ -S=S- связь в области, асимметрично деформированные в областях 1502-1471-см^-1 характерно для группы -СН₃-, в областях 1386-1296 см^-1 – видно, что композиционный материал сформирован с линиями поглощения, характерными для группы P=O (Рис 1).

Параллельно анализировали дериватографических показатели с целью изучения дифференциальных термических свойств композиции полиэтилентерефталата-цинк, синтезированной в лабораторных условиях. Также проведен сравнительный анализ дериватографических изменений данной композиции с полиэтиленом.

При термографическом анализе регистрируемой характеристикой вещества является температура Т как функция времени . При этом записывается термограмма в координатах Т- (абсолютная схема эксперимента). Наиболее ценную информацию получают методом дифференциально-термического анализа (ДТА), при котором измеряется разность температур Т исследуемого образца и инертного эталона. В качестве эталона используют вещество, не претерпевающее термических превращений в данном температурном интервале этом термограмма записывается в координатах [4-5].

Рисунок 2. Дериватограмма полиэтилена

Рисунок 3. Дериватограмма полиэтилен-терефталат-цинка

Для сравнительного анализа были отобраны полиэтиленовые и полиэтилентерефталат-цинковые композитные дериватографических индикаторы. Кривая ДТА пполиэтилена показала два экзотермических эффекта при температурах 376°С и 560°С и два эндотермических эффекта при температурах 136°С и 470°С. Также композита полиэтилентерефталат-цинк на кривой ДТА обнаружены три экзотермических эффекта при 97°С, 166°С и 502°С и два эндотермических эффекта при 80°С, 124°С и 473°С (Рис. 1 и 2).

Установлено, что кинетика потери массы полиэтилена и полиэтилентерефталат-цинковой композиции зависит от температуры (рис. 1 и 2). Как видно из рисунка, потеря массы полиэтилена наблюдается в интервале температур 26-560°С, а полиэтилентерефталат-цинковой композиции в интервале температур 72-601°С.

Здесь, полное термическое разложение полиэтилена происходит при температуре 560°С, когда стойкость композиция полиэтилентерефталат-цинк происходит при температуре 601°С.

Результаты исследований зависимости потери массы полиэтилена и композиция полиэтилентерефталат-цинк от температуры представлены в табл.1. Полученные данные показывают, что в начальных периодах процесса происходит, в основном, прямое окисление композиция со сравнительно небольшой потерей массы v_m.

Скорость потери массы (v_m) определяли методом [6] графического дифференцирования кривой ТГА:

v_m=Δm/Δτ

где, Δm — потеря массы, мг; Δτ — отрезок времени, мин.

Таблица 1.

Анализ результатов дериватографических исследований полиэтилена и композиция полиэтилентерефталат-цинка

Таким образом, в ходе данного исследования изучалась термостойкость полиэтилена и композиция полиэтилентерефталат-цинка. По результатам научно исследовательских работ доказана термостойкость металлорганических модифицирование полиэтилена по отношению к полиэтилену.  

Список литературы:

1. Умаров Ш.Ш., Касимов Ш.А., Джалилов А.Т. «Наполнитель для получения полимера на основе металлоорганических соединений» // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2022. 5(98). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13636.
2. Д.Р. Кенжаев, А.Т. Джалилов, Х.Х. Тураев, Х.С. Бекназаров «Свойства полимерно-композиционных материалов, модифицированных оксалатом магния» Universum: технические науки. – 2019. – Вып. 9 (66). – С. 60.
3. Clough R.L. High-energy radiation and polymers: A review of commercial processes and emerging application // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2001. – Vol. 185. – P. 8–33.
4. Laloyaux X., Fautré E., Blin T., et al. Temperature-Responsive Polymer Brushes Switching from Bactericidal to Cell-Repellent // Advanced Materials. 2010. 48-52.
5. Помогайло А.Д. Наночастицы металлов в полимерах / А.Д. Помогайло, А.С. Розенберг, И.Е. Уфлянд. – М. : Химия, 2000. – 672 с.
6. Synthesis and Physicochemical Study of Tetraaquatritetraphthalatodiiron (III) / B.T. Usubaliev, F.B. Alieva, A.L. Shabanov, F.T. Murvatov [et al.] // Russian Journal of General Chemistry. – 2015. – Vol. 85. – № 6.