д-р. хим. наук, профессор кафедры “Химическая технология”, Навоийский государственный горно-технологический университет, Республика Узбекистан, г. Навои
ДЕРИВАТОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЫЛЕПОДАВЛЮЩИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КРАХМАЛА С ХЛОРИСТЫМ КАЛЬЦИЕМ
DERIVATOGRAPHIC INVESTIGATION THERMAL CHARACTERISTICS OF COMPOSITIONS BASED ON TECHNICAL STARCH WITH CALCIUM CHLORIDE
26.02.2022
228
Цитировать:
Мухиддинов Б.Ф., Оликулов Ф.Ж., Жураев Ш.Т. ДЕРИВАТОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЫЛЕПОДАВЛЮЩИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КРАХМАЛА С ХЛОРИСТЫМ КАЛЬЦИЕМ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 2(95). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13170 (дата обращения: 26.04.2024).
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты исследования термической характеристики композиций на основе технического крахмала и хлористого кальция.Дериватографическим методом изучены термические характе-ристики композиции технического крахмала и хлористого кальция. Определены их температуры начала разложения, скорость разложения и количество энергии израсходованной для разложения композиций. Установ-лено, что у композицийс увеличением содержания хлористого кальция термостабильность снижается.
ABSTRACT
The article presents the results of a study of the thermal characteristics of compositions based on technical starch and calcium chloride. The thermal characteristics of the composition of technical starch and calcium chloride were studied by the derivatographic method. Their temperatures of the beginning of decomposition, the rate of decomposition and the amount of energy expended for the decomposition of the compositions were determined. It has been established that the thermal stability of the compositions decreases with an increase in the content of calcium chloride.
Ключевые слова: технический крахмал, хлористый кальций, композиция, температура разложения, скорость разложения, термостабильность, дериватография, потеря массы.
Keywords: technical starch, calcium chloride, composition, decomposition temperature, decomposition rate, thermal stability, derivatography, weight loss.
Введение
В мире производится более 60 млн тонн крахмала и объем его произ-водства год за годом увеличивается. Это обусловлено, с одной стороны потреблением крахмала пищевой индустрии, с другой стороны расширением сферы его практического использования в различных отраслях промыш-ленности.
В настоящее время разработаны ряд композиций на основе местного сырья – технического крахмала с различными гигроскопическими солями хлоридов металлов, которые используются в различных отраслях реальной экономики [1,2]. В области химии и технологии методы термического анализа широко применяются с-70-х годов ХХ века [3-6]. Исследование термических характеристик композиций является актуальной проблемы химии и технологии композиционных полимерных материалов для определения практической области применения.
Объекты и методы исследования
Объектом исследования служил порошок желтого цвета технического рисового крахмала со средним размером зерен 0,006 мм, массовая доля влаги 10-15 %, насыпная плотность -650 кг/м3, массовая доля общей золи в пере-счете на сухое вещество -1,2 %. Хлористый кальций использовали по ГОСТ 450-77.
Композиции технического рисового крахмала с хлористым кальцием с определенным соотношением их механически смешивали - порошки этих компонентов в фарфоровой чашке.
Динамический термический анализ образцов проводили в воздушной среде на дериватографе «Labsys evo SETARAM ТГ ДТА ДСК+1600» в интервале температур 20-700оС со скоростью нагрева 5 град/мин, навеска образцов 100 мг, инертное вещество - спектрально чистая окись алюминия.
Результаты и их обсуждение
Методом дериватографии исследованы термические характеристики разработанных композиций на основе технического крахмала и хлористого кальция. На рис. 1 приведены результаты анализа динамических термограви-метрических кривых (ДТГА), производной термогравиметрии (ТГП) и диф-ференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) композиции техничес-кого крахмала с хлористым кальцием.
Анализ результатов исследования кривых ДТГА рис.1 (кривая 1) показывает, что кривая состоит, в основном, из двух сигмоидов, которые показывают протекание процесса в две стадии. Первая стадия протекает в интервале температур от 100 0С до 250 0С, а вторая стадия в интервале от 250 0С до 6500С.
/Mukhiddinov.files/image001.jpg)
Рисунок 1. Дериватограмма композиций технического крахмала с хлористым кальцием. Состав композиции технический крахмал 5,0 масс.% + хлористый кальций 7,0 масс.%. (1-кривая ДТГА; 2-кривая ТГП; 3-кривая ДСК; 4- кривая (линия) температура)
Разложение композиции технического крахмала с хлористым кальцием начинается в основном при 100 0С. Первая стадия происходит в интервале температур от 100оС до 250, при этом потеря массы составляет 25,57масс.%, а вторая стадия в интервале от 250 0С до 650 0С, при этом потеря массы составляет 53,12 масс.%.
С возрастанием температуры возрастает скорость разложения композиции на основе технического крахмала. Интенсивное разложение композиции на основе технического крахмала (крахмал 2,0масс.%+3,0 хлористый кальций) в основном происходит после 2000С и достигает максимума при 350-450 0С, при этом потеря массы составляет 45,02 масс.% .
Анализ результатов исследования композиции на основе технического крахмала с хлористым кальцием показывает, что введение в состав крахмала хлористого кальция ведет к возрастанию термостабильности композиции.
Таблица 1.
Резултаты анализа кривых ДТГА и ТГП композиций технического крахмала с хлористым кальцием
|
№ |
Температура,оС |
Потеря массы, % и скорость разложения, мг/мин |
|||||||||||
|
Крахмал 2 % + CaCl2 3% |
Крахмал 2 % + CaCl2 5% |
Крахмал 2 % +CaCl2 7% |
Крахмал 3 % + CaCl2 7% |
Крахмал 4 % +CaCl2 7% |
Крахмал 5 % +CaCl2 7% |
||||||||
|
% |
мг/мин |
% |
мг/мин |
% |
мг/мин |
% |
мг/мин |
% |
мг/мин |
% |
мг/мин |
||
|
1 |
50 |
0,897 |
1,85 |
0,784 |
1,33 |
0,765 |
1,49 |
0,267 |
1,48 |
0,321 |
1,35 |
0,349 |
1,40 |
|
2 |
100 |
1,265 |
2,68 |
1,356 |
2,81 |
1,621 |
2,78 |
0,584 |
2,91 |
0,553 |
2,89 |
0,658 |
2,74 |
|
3 |
150 |
3,531 |
4,62 |
5,231 |
4,01 |
9,696 |
4,19 |
4,674 |
4,02 |
4,235 |
4,09 |
4,541 |
4,16 |
|
4 |
200 |
11,26 |
2,36 |
15,12 |
5,02 |
20,11 |
5,15 |
13,77 |
5,18 |
13,99 |
5,08 |
14,08 |
5,19 |
|
5 |
250 |
25,57 |
3,45 |
25,88 |
6,93 |
26,86 |
6,73 |
26,43 |
6,90 |
28,33 |
6,83 |
30,10 |
6,73 |
|
6 |
300 |
35,73 |
5,68 |
34,98 |
8,15 |
34,10 |
8,17 |
32,68 |
8,22 |
3487 |
8,03 |
37,22 |
7,11 |
|
7 |
350 |
39,64 |
6,81 |
38,88 |
4,75 |
36,11 |
5,70 |
35,74 |
4,70 |
36,33 |
4,80 |
40,65 |
4,70 |
|
8 |
400 |
42,41 |
3,68 |
40,12 |
4,86 |
37,48 |
4,32 |
37,55 |
3,38 |
41,11 |
4,02 |
43,25 |
3,32 |
|
9 |
450 |
45,02 |
5,05 |
43,91 |
5,01 |
40,72 |
4,98 |
39,71 |
4,96 |
43,69 |
4,62 |
46,15 |
5,98 |
|
10 |
500 |
48,12 |
2,22 |
46,19 |
4,98 |
44,84 |
5,02 |
42,83 |
5,09 |
46,37 |
5,12 |
49,37 |
5,02 |
|
11 |
550 |
50,55 |
1,98 |
48,36 |
2,21 |
46,85 |
3,05 |
44,95 |
4,30 |
49,22 |
3,12 |
51,78 |
2,05 |
|
12 |
600 |
52,16 |
1,02 |
50,17 |
3,16 |
47,94 |
2,18 |
46,15 |
4,15 |
51,36 |
3,09 |
52,01 |
3,18 |
|
13 |
650 |
53,12 |
2,45 |
51,34 |
2,24 |
48,01 |
5,26 |
47,55 |
2,29 |
52,02 |
3,28 |
52,78 |
4,26 |
|
14 |
700 |
55,82 |
1,78 |
53,45 |
1,48 |
48,09 |
3,23 |
48,86 |
2,36 |
52,83 |
3,29 |
53,29 |
2,23 |
Например, у композиций технического крахмала, содержащие 2,0; 5,0; 7,0 масс.% хлористого кльция, термостабильность композиции с увеличением содержания последнего при 450 0С составляет 45,02; 43,91 и 40,72 масс.%, соответственно.
Это по-видимому обусловлено тем что, с увеличением содержания хлористого кальция, приводящего к возрастанию термостабильности композиции, связана с образованием хелатных соединений с крахмалом.
Анализ кривых результатов исследования ТГП от содержания хлористого кальция рис.1 (кривая 2) и табл.1 показывает, что кривая состо-ят из двух пиков, которые в процессе происходят в основном в двух температурных интервалах при разных скоростях деструкции композиции. Первый пик появляется в интервале 160-200 0С с меньшей скоростью - 5,15 мг/мин, а второй пик появляется в интервале 220-2500С с намного большой скоростью - 6,93 мг/мин.
Исследованы дифференциальной сканирующей калориметрией композиции технического крахмала с хлористым кальцием, результаты которой приведены в табл.2. и рис.1 (кривая 3). Анализ результатов исследования (табл.2) показывает, что у композиции технического крахмала с хлористым кальцием количество израсходованной энергии (µV∙s/mg) для разложения композиции изменяется экстремально. Например, для композиции содержащие 2,0 масс,% технического крахмала и 3,0; 5,0 и 7,0 масс.% хлористого кальция количество израсходованной энергии для разложения композиций с увеличением содержания последнего при 500 0С составляет 3,543; 4,643 и 3,643 µV∙s/mg , соответственно.
Сравнения табличных значений количества израсходованной энергии для разложения композиций технического крахмала (табл.2) , показывают что большая энергия затрачивается, в основном, в интервале температур 400-5000С, которые составляют 4,018-5,034µV∙s/mg , соответственно.
Для сравнения термостабильности композиции технического крахмала с хлористым кальцием (табл.3), исследован динамический термогра-виметричесий анализ композиции..
Таблица 2.
Резултаты анализа кривых ДСК композиций технического крахмала с хлористым кальцием
|
№ п/п |
Темпе-ратураоС |
Количество израсходованной энергии (µV*s/mg)) |
|||||
|
Крахмал 2 % +CaCl2 3% |
Крахмал 2 % +CaCl2 5% |
Крахмал 2 % + CaCl2 7% |
Крахмал 3 %+CaCl2 7% |
Крахмал 4 % +CaCl2 7% |
Крахмал 5%+CaCl2 7% |
||
|
1 |
50 |
0,077 |
0,027 |
0,037 |
0,025 |
0,029 |
0,037 |
|
2 |
100 |
0,095 |
0,055 |
0,039 |
0,063 |
0,065 |
0,065 |
|
3 |
150 |
0,154 |
0,093 |
0,079 |
0,081 |
0,096 |
0,043 |
|
4 |
200 |
0,235 |
0,077 |
0,091 |
0,083 |
0,099 |
0,017 |
|
5 |
250 |
0,654 |
0,508 |
0,458 |
0,538 |
0,408 |
0,558 |
|
6 |
300 |
0,784 |
1,609 |
0,618 |
0,659 |
0,648 |
1,656 |
|
7 |
350 |
0,583 |
0,073 |
0,073 |
0,083 |
0,093 |
0,079 |
|
8 |
400 |
2,359 |
4,018 |
3,449 |
1,436 |
2,449 |
4,015 |
|
9 |
450 |
2,824 |
5,034 |
4,534 |
4,563 |
4,714 |
5,034 |
|
10 |
500 |
3,543 |
4,643 |
3,643 |
5,033 |
4,602 |
4,642 |
|
11 |
550 |
0,589 |
0,549 |
0,549 |
0,640 |
0,556 |
1,549 |
|
12 |
600 |
0,332 |
0,569 |
0,532 |
0,649 |
0,550 |
1,569 |
|
13 |
650 |
0,320 |
0,623 |
0,520 |
0,653 |
0,639 |
0,623 |
|
14 |
700 |
0,655 |
0,653 |
0,515 |
0,632 |
0,644 |
1,653 |
Определена температура начала разложения, соответствующая темпе-ратуре 10 и 20 %-ной потери массы и Т50(ipdt)- температура, носящая назва-ние «интегральная процедурная температура разложения», соответствующая 50%-ной потери массы. Анализ результатов исследования (табл.3) показы-вает, что с увеличением содержания хлористого кальция в составе техни-ческого крахмала термостабильность композиции снижаются. Например, для композиции, содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 3,0 масс.% хлористого кальция температура начала разложения составляет 100 0С, а для композиций,содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 5,0 масс.% хлористого кальция и композиции содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 7,0 масс.% хлористого кальциятемпературы начала разложения составляют 84 0С и 750С, соответственно.
Таблица 3.
Результаты динамического термогравиметрического анализа
|
№
|
Композиция и ее состав |
Температура разложения, оС |
Потеря массы при определен.температуре, % |
||||
|
Т0 |
Т10 |
Т20 |
Т50(ipdt) |
T400 |
T600 |
||
|
1 |
Техн. крахмал 2масс.% + CaCl2 3 масс.% |
100 |
189 |
237 |
539 |
42,38 |
52,62 |
|
2 |
Техн. крахмал 2 масс.% + CaCl2 5 масс.% |
84 |
165 |
214 |
501 |
39,12 |
50,44 |
|
3 |
Техн. крахмал 2 масс.% + CaCl2 7 масс.% |
75 |
152 |
201 |
487 |
37,37 |
47,88 |
|
4 |
Техн. крахмал3масс.% + CaCl2 7масс.% |
101 |
178 |
232 |
640 |
37,55 |
46,54 |
|
5 |
Техн. крахмал4 масс.% + % CaCl2 7масс.% |
100 |
177 |
230 |
588 |
39,46 |
50,31 |
|
6 |
Крахмал 5масс.% + CaCl2 7 масс.% |
99 |
177 |
225 |
513 |
43,19 |
53,73 |
|
7 |
Техн. крахмал3 масс.% + CaCl25 масс.% |
107 |
194 |
253 |
477 |
36,12 |
46,22 |
|
8 |
Техн. крахмал4масс.% +CaCl2 5масс.% |
107 |
186 |
251 |
469 |
37,45 |
47,91 |
|
9 |
Техн. крахмал6 масс.% +CaCl2 5 масс.% |
106 |
183 |
244 |
464 |
38,85 |
48,46 |
Примечание: Т0—температура, при которой начинается разложение; Т10— температура, при которой наблюдается 10%-ная потеря массы; Т50(ipdt)— температура, носящая название «интегральная процедурная температура разложения», соответствующая 50%-ной потери массы.
Также определена потеря массы композиции технического крахмала с хлористым кальцием при температурах 400 и 600 0С. Результаты анализа (табл.3) показывают, что у композиций содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 3,0 масс.% хлористого кальция потеря массы при 4000С составляет 42,38 масс.%, а для композиции,содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 5,0 масс.% хлористого кальция и композиции,содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 7,0 масс.% хлористого кальция потеря массы составляют 39,12 и 37,37 масс.%, соответственно. У тех же композициях при 600 0С потери массы составляют 52,62; 50,44 и 47,88 масс.% , соответственно.
Таким образом установлено,что с увеличением содержания хлористого кальция в составе разработанной композиции на основе технического крахмала, снижаются термостабильность композиции.
Список литературы:
- Мухиддинов Б.Ф., Оликулов Ф.Ж., Самадов А.Р., Вапоев Х.М. Расчет изменения вязкости композиции технического крахмала с хлористым кальцием в зависимости от концентрации. Программа для ЭВМ DGU № 14421 от 02.02.2022 г.
- Мухиддинов Б.Ф., Оликулов Ф.Ж., Самадов А.Р., Раупова М.М. Расчет изменения вязкости композиции технического крахмала с хлористым кальцием в зависимости от температуры. Программа для ЭВМ DGU № 14420 от 02.02.2022 г.
- Уэндландт У. Термические методы анализа. – М.: Мир, 1978. – 526 с.
- Gomes da Silva G. A Thermogravimetric Analysis of the Combustion of a Brazilian mineral Coal/ Quim. Nova, Вып. 31, № 1, c. 98-103, 2008.
- Термогравиметрический анализ угольной пыли и инертных добавок в системах пылевзрывозащиты. С.Б.Романченко, Е.А.Губина.Д.В.,Ушаков, Ю.К. Нагановский. Научно-технический журнал Вестник, 2020, №2, стр.6-12.
- Термические методы анализа. Учебное пособие В. И. Альмяшев, В. В. Гусаров. Санкт-Петербург 1999. -40 с.
Информация об авторах
Doctor of Chemical Sciences, Professor of the Department of Chemical Technology, Navoi State Mining and Technology University, Republic of Uzbekistan, Navoi
ассистент кафедры “Химическая технология” Химико-металлургического факультета Навоийского государственного горного института, Узбекистан, г. Навои
assistant of “Chemical technology” department, Chemical and metallurgical faculty of Navoi State Mining Institute, Uzbekistan, Navoi
доцент кафедры “Химическая технология” Навоийского государственного горного института, Узбекистан, г. Навои
Associate Professor of the Department of Chemical Technology Navoi State Mining Institute, Uzbekistan, Navoi