Модификация полипропилена ацетатом свинца и анализ его термических свойств

АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день спрос на нанокомпозиты в химической промышленности составляет большую часть их производства. Несмотря на небольшую долю наноразмерных частиц в химической промышленности, спрос на модификаторы растет с каждым днем. В статье исследована модификация полипропилена ацетатом металла. Состав полипропилена не изменился, но его свойства изменились.

ABSTRACT

Today, the demand for nanocomposites in the chemical industry accounts for most of their production. Despite the small share of nanoscale particles in the chemical industry, the demand for modifiers is growing every day. The article examines the modification of polypropylene with metal acetate. The composition of polypropylene has not changed, but its properties have changed.

Ключевые слова: полипропилен, ацетат свинца, термограмма, температура, деструкция.

Keywords: polypropylene, lead acetate, thermogram, temperature, destruction.

Введение различных добавок в состав полимеров не только улучшает их свойства, но и приводит к развитию новых технологических процессов. В частности, широко используются программные разработки, направленные на модификацию полимерных веществ, создание новых композиционных материалов, улучшение  их  физико-химических свойств.

В глобальном масштабе важно проводить целенаправленные исследования по повышению качества свойств полимеров и их эффективному использованию, в этом направлении сделано немало.

Ряд физико-химических и механических свойств высокомолекулярных соединений-природных, искусственных и синтетических полимеров-в том числе прочность, эластичность, текучесть, вязкость, устойчивость к высоким давлениям и температурам-были изучены в передовой современный период науки и техники[1].

Номенклатура производимых промышленностью полимеров достаточно скудна, а потребности общества огромны. Поэтому основной задачей высокомолекулярной химии является создание полимерных материалов с широчайшим спектром химических и физико-механических свойств. Среди методов изменения свойств основ­ных (базовых) полимеров важнейшим является модификация полимеров. Под модификацией полимеров следует понимать целенаправленное изменение их свойств путем проведения химических реакций по функциональным группам, имеющимся в составе полимера, или изменением его надмолекулярной структуры. Такое определение ограничивает модификацию полимеров процессами изменения строения макромолекул и их фазового состояния в полимерном блоке. Вторая составляющая определения крайне важна постольку, поскольку физическая неодно­родность высокомолекулярных соединений влияет на их свойства[2].

В следующей исследовательской работе полимеры модифицировали с использованием ацетата свинца. Ацетаты металлов служат не только для изменения состава полимера, но и для улучшения его физико-механических свойств.

Ацетат свинца(II) (свинец уксуснокислый, ацетат свинца) — органическое химическое соединение, свинцовая соль уксусной кислоты. В качестве побочного продукта ацетат свинца образовывался при приготовлении так называемого «дефрутума» (выпаренного в свинцовых котлах виноградного сока), который широко использовался в древнеримской кулинарии как подсластитель. Существуют предположения, что вызывавшиеся свинцовым сахаром хронические отравления были одним из факторов ухудшения здоровья жителей Римской империи.

Ацетат свинца(II) получают взаимодействием уксусной кислоты с оксидом или карбонатом свинца(II):

PbO+ 2CH₃COOH =Pb(CH₃COO)₂+ H₂O

PbCO₃+2CH₃COOH= Pb(CH₃COO)₂+H₂O+CO₂

Определяется цель научной работы является изучение термических свойств полимеров (ПЭ, ПП и ПА), наполненных органическими соединениями. Использование органических модификаторов позволяет значительно улучшить характеристики полимерных композиционных материалов. Введение модификатора (наполнителя) в полимеры приводит к различным взаимодействиям на интерфейсе полимер-модификатор, которые существенно влияют на термоокислительные свойства композиционного материала, включая механические, физические и химические[3].

Резултаты: На основании полученных термограмм определяли температуру плавления композитных образцов и температуры, соответствующие максимальному эндотермическому эффекту разжижения, энтальпию разжижения и степень кристаллизации композитов. Термический анализ исследован в композитах на основе полиэтилена.

В настоящей работе с помощью метода деструкции ацетата свинца непосредственно при компаундировании были получены нанокомпозиты полимер-металл равномерной степени дисперсности неорганической фазы. Присутствие наночастиц свинца в полимерной матрице преобразует свойства базового полимера, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1.  1 - ПП+3,0 % ацетат свинца; 2-исх ПП J350 Термограмма композитов результатов ТГА

Рисунок 2. Термограмма модифицированных композитов ПП с 3,0 % ацетатами металлов

В отличие от полиэтилена, нанокомпозиты разлагаются с образованием угольного остатка, и количество остатка увеличивается по мере увеличения ацетата. Образование угольного остатка указывает на сложный характер процесса термического разложения в нанокомпозитах. Обработка ПЭ 5% ацетатом металла позволяет значительно повысить термическую стабильность полимерного композиционного материала. При потере массы защитный эффект металлических слоев в определенной степени усиливается, что объясняется стиранием сетчатых слоев металлических частиц на поверхности полимерных материалов, а при окислении ПЭ происходит карбонизация, которая фактически не образует угольный слой.

Добавление ацетатов металлов к полимеру увеличивает термическую стабильность композита и сдвигает начало температуры разложения в более высокий температурный диапазон.

Изучение состава и структуры полимерного композита, полученного с помощью сканирующей электронной микроскопии продуктов синтеза, позволяет получить информацию о распределении реакционноспособных и инертных частиц, а также пористых объектов, в которых важно оценить морфологию, дисперсность и другие параметры.

Таблица 1.

Результаты ТГА композита полученного на основе ПЭ

Изучение состава и структуры полимерного композита, полученного с помощью сканирующей электронной микроскопии продуктов синтеза, позволяет получить информацию о распределении реакционноспособных и инертных частиц, а также пористых объектов, в которых важно оценить морфологию, дисперсность и другие параметры.

Таблица 2.

Энтальпия жидкости и скорость кристаллизации нанокомпозитов на основе ПЭ / ацетатов металлов на ДСК

Для всех композитов значение ∆H_плав больше, чем исходное значение чистого полиэтилена (117,5 Дж / г), и изменяется с увеличением содержания модификатора. Этот факт показывает, что степень кристаллизации полиэтилена обычно не зависит от концентрации модификатора (таблица 2), он больше зависит от размера частиц модификатора который выступает в роли инициатора кристаллообразования при наполнении. Вместе с тем, общее количество кристаллов не увеличивается, а размер вновь образующихся кристаллов вокруг частицы металла уменьшается. Данный факт подтверждается увеличением температуры плавления композитных материалов с увеличением содержания модификатора.

Выводы

Полученные экспериментальные данные позволяют предположить о перспективности данного направления исследований, поскольку разработка новых полимерных компаундов на основе ацетата металлов и полипропилена позволяет расширить области применения базового полипропилена.  Методами ДСК исследованы термические свойства ПЭ, ПП и ПА, модифицированных ацетатами металлов. Полученные результаты показали, что модификаторы могут быть использованы в качестве модификаторов пространственной структуры полимеров независимо от их природы.

Список литературы:

1. Harper С.А. Handbook of plastics, elastomers and composites. New York: Mc Grow Hill  Handbooks. 2002 –210p
2. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. Киев. 1986. 260 с.
3. Химическая энциклопедия / Редкол: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
4. Дерягин Б.В., Жеребков С.К. Смачивание минеральных наполнителей каучуками общего назначения. Журнал прикладной химии. № 2, том 1, с. 122-129.