МОДИФИКАЦИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА С АЗОТ-, ФОСФОР-, МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩИМИ ОЛИГОМЕРАМИ

АННОТАЦИЯ

В статье описывается модификация полиэтилена с участием аммиака, мочевины, оксида цинка и меламина, а также исследования по получению полимерных биопрепаратов. Физико-химические и физико-механические свойства модифицированного биопрепарата, термический анализ процесса модификации, были проанализированы с использованием современных методов.

ABSTRACT

The article describes the modification of polyethylene with the participation of ammonia, urea, zinc oxide and melamine, as well as research on obtaining bioprocessing plaques. The physico-chemical and physico-mechanical properties of the thermal analysis of the modification process, were analyzed using modern methods.

Ключевые слова: мочевина, меламин, аммофос, оксид цинка, модификация, биоразлагаемость, термический анализ, фольга, гранулы, растяжимость.

Keywords: urea, melamine, ammophos, zinc oxide, modification, biodegradability, thermal analysis, foil, granules, extensibility.

Введение. Сегодня развитие производства, увеличение его мощности, увеличение численности населения обусловливают увеличение спроса на модифицированные полимеры. На сегодняшний день общий объем производимых в мире полимерных композитов составляет сотни форм, используемых в химическом производстве, радиотехнической и электротехнической промышленности, машиностроении, коммунальном хозяйстве. С каждым днем увеличивается количество экологически опасных полимерных композитов, в том числе загрязнение объектов окружающей среды полимерными материалами одноразового использования. Хотя в развитых странах использование одноразовых полиэтиленовых пакетов ограничено, их воздействие на окружающую среду не уменьшается. Поэтому спрос на биоразлагаемые пленки растет день за днём. Как известно, биоразлагаемые пленки обычно получают из крахмаля или целлюлозы для микробного разложения. Но крахмал негативно влияет на перспективы получения биоразлагаемых пленок из-за дефицита продуктов питания, а целлюлоза из-за сложности процесса переработки. По этой причине особое внимание уделяется получению биоразлагаемых пленок химическими методами или путем модификации полиэтилена, и исследования в этом направлении занимают особое место по актуальности [1-4].

В этих исследованиях мы стремимся модифицировать полиэтилен на основе карбамида, аммофоса, оксидов металлов и меламина и получить из них биоразлагаемые полимеры. Для достижения цели были поставлены задачи определения оптимальных условий процесса модификации (массового соотношения полиэтилена и модификаторов), термического анализа процесса модификации и изучения физико-механических свойств [5-10].

Экспериментальная часть. Опыты проводились в лаборатории Ташкентского научно-исследовательского химико-технологического института. Использовались «чистые» и «химически чистые» марки химикатов. Первоначально модификаторы, используемые в процессе модификации полиэтилена, и их массовый состав были изучены с помощью научной литературы, и на их основе были взяты реагенты и смешаны в следующих пропорциях:

Таблица 1.

Использованные реагенты и их состав при модификации полиэтилена

Вещества растирали по отдельности в фарфоровой ступке до размера 0,2 мм и наносили на бумагу из алюминиевой фольги, перемешивали и нагревали в муфельной печи при 3000°С в течение 5 часов. В процессе нагрева его перемешивали каждые 10 минут металлическим стержнем. Нагревание дает твердое вещество светло-коричневого цвета. Его выход составил 24,6 г. Затем его смешивали с 25,0 г полиэтиленовой гранулы и формировали в виде «лопаты» для удобства изучения физико-механических свойств композита (рис. 1).

Рисунок 1. “Лопатка” полученного полимерного композита

С этой формой исследовали растяжимость, прочность, эластичность и другие физико-механические свойства полимерного композита. Удлинение полимерного композита определяли на универсальной испытательной установке ИР-5057 следующим образом. Размеры подготовленного «лезвия», как показано на рисунке 1, взяты из 2-х частей лезвия, т.е. центра и двух краев (5 мм от метки). Размеры лопастей указаны в таблице 2:

Таблица 2.

Геометрические размеры “лопатки”

Перед испытанием образцы тщательно осматривались. Поверхность образцов должна быть гладкой, без трещин и других дефектов. Количество образцов для испытания составляло 5, его проводили по ГОСТ 12423-66 при температуре 296 ± 2 К и относительной влажности 50 ± 5 %. Определены следующие характеристики образца:

• прочность полимера на растяжение во время испытания;
• прочность полимера при сжатии;
• прочность полимера на изгиб;
• определена прочность полимера на сдвиг.

В результате испытаний подтверждено, что прочность полимерного композита на растяжение, сжатие и изгиб соответствует требованиям ГОСТ 12423-66.

Для определения состава и прочности полимерного композита был проведен термический анализ. С этой целью методом дифференциального термического анализа были изучены различные экзотермические и эндотермические тепловые эффекты, наблюдаемые при изменении массы в результате разрушения структуры соединений при нагревании образцов, полученные в эксперименте и на основании литературных данных.

При этом установлено, что масса образца, масса разложения и термостойкость композита изменяются с повышением температуры. Таким образом, в результате термического анализа изучены процессы разложения и разжижения композита и конечных продуктов их комплексообразования. Термостабильность представленных образцов проводили в лаборатории НИИТХТИ на синхронном анализаторе Netzssh STA 409 RG (Германия), с использованием К-типа (Low RG Silver) и алюминиевых мешков. Все измерения проводились в инертной атмосфере азота при скорости потока азота 50 мл/мин. Диапазон измерения температуры 25-370 °С, скорость нагрева 5 град/мин. Количество образца на измерение составляло 5-10 мг. Термограмма полимерного композита представлена ​​на рис. 2.

Рисунок 2. Термограмма полимерного композита

На термограмме композита, представленной на рис. 2 наблюдается три эндотермических эффектов при температурах 465,4 ⁰С, 150,15 ⁰С и 251,3 ⁰С. два экзотермических эффекта наблюдались при температуре 267,2 и 122,80 ⁰С. Это может быть вызвано разрывом связей в макромолекуле и разрушением полимера. До температуры 122,8 ⁰С композит стабилен и не подвергается термической деструкции, но при повышении температуры выше, потери массы композита резко прогрессируют. Первый эндоэффект при температуре 122,8 ⁰С связан с выделением гигроскопической воды в сорбент, где снижение массы составляет 0,9%. При температуре 267,2 ⁰С наблюдался второй эндоэффект, обусловленный размягчением и разложением композита по природе полимера, и вплоть до этой температуры наблюдалось резкое уменьшение массы до 32,1 %. В интервале температур 30-55 ⁰С общее снижение массы составляет 91,24%.

Вывод. Таким образом, современными физико-химическими методами проведен анализ физико-механических свойств и термостойкости полимерного композита, изготовленного из полиэтилена в соотношении 1:1,1 с использованием модификатора на основе карбамида, аммофоса, оксида цинка и меламина, и различных полимерных материалов. Доказано, что полимерные контейнеры можно использовать при получение биоразлагаемых полимерных композитов.

Список литературы:

1. Реstov А. V., Slерukhin Р. А., Yаtluk Y. G., Сhаrushin V. N., Сhuраkhin O. N. Synthеsis of сhеlаting рolymеr sorbеnts by using thе S N H // Journаl of Аррliеd Рolymеr Sсiеnсе. – 2012. 125(3) – Р. 1970-1978
2. Аlеxаndеr Реstov, Svеtlаnа Brаtskаyа. Сhitosаn аnd Its Dеrivаtivеs аs Highly Еffiсiеnt Рolymеr Ligаnds // Molесulеs. – 2016, 21, – Р. 330
3. Dubrovskаy O.G., Kulаgin V.А., Kurilinа T.А., Li Fеng-Сhеn. Аррliсаtion of modifiеd sorрtion mаtеriаl for еffiсiеnt wаstеwаtеr trеаtmеnt of gаlvаnik рroduсtion // Journаl of Sibеriаn Fеdеrаl Univеrsity. Еnginееring & Tесhnologiеs, – 2017, 10(5), – Р. 621-630.
4. Shiqing Gu, Xiаonаn Kаng, Lаn Wаng, Еriс Liсhtfousе, Сhuаnyi Wаng. Сlаy minеrаl аdsorbеnts for hеаvy mеtаl rеmovаl from wаstеwаtеr: а rеviеw // Еnvironmеntаl Сhеmistry Lеttеrs, Sрringеr Vеrlаg, – 2019, 17 (2), – Р. 629-654.
5. Бабамуратов Б.Э., Тураев Х.Х., Джалилов А.Т. Изучение взаимодействия целлюлозы с мочевиной с получением карбаматной целлюлозы // Universum: химия и биология. -2021. -№ 2, -C. 50-53.
6. Rаndolf Kiеfеr, Wolfgаng H. Höll.  Sorрtion of Hеаvy Mеtаls onto Sеlесtivе Ion-Еxсhаngе Rеsins with Аminoрhosрhonаtе Funсtionаl Grouрs // Industriаl & Еnginееring Сhеmistry Rеsеаrсh  – 2001. – 40(21) – Р.4570–4576
7. Xрулев, В.М. Теxнoлoгия и свoйства кoмпoзициoнныx материалoв для стрoительства / В.М. Xрулев. – Уфа: ТАУ, – 2001. – 168 с.
8. Исмаилoв И.И., Джалилoв А.Т., Аскарoв М.А. Xимически активные пoлимеры и oлигoмеры. – Ташкент: – Фан, – 2003. – 232 с. 
9. Клесoв А.А. Древесно-полимерные композиты// Научные основы и технологии, – 2010. – 736 с.
10. Бабамуратов Б.Э., Тураев Х.Х., Джалилов А.Т. Изучение влияния различных растворителей на модификацию целлюлозы кармабидом // Научный вестник Самаркандского государственного университета., - 2021. - № 1, с. 43-46.