ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУЧЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИОЛЕФИНОВ И ДВУКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ФОСФАТОВ МЕТАЛЛОВ

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. Это связано с их высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, их устойчивостью к агрессивным средам и способностью использоваться в широком диапазоне температур. Поэтому получение полимерных материалов на основе металлсодержащих соединений и их применение в практике являются еще более важным.

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. This is due to their high physical, mechanical and operational properties, their resistance to aggressive environments and their ability to be used in a wide temperature range. Therefore, the preparation of polymeric materials based on metal-containing compounds and their application in practice is even more important.

Ключевые слова: полипропилен, полиэтилен, никель, цинк, железо, кобальт, алюминий, модификация, температура деформации под воздействием груза.

Keywords: polypropylene, polyethylene, nickel, zinc, zinc, cobalt, aluminum, modification, temperature deformation under air.

Введение. В мире наночастицы, полученные из производных многоосновных кислот, представляют особый интерес для разработки наполнителей, пластификаторов, добавок, модификаторов и антипиренов. Полиолефиновые термоэластопласты и композиции на основе полярных полимеров находят широкое применение в различных областях техники: транспортное строительство, изоляция электрооборудования, гидроизоляция [1]. Для улучшения технологических свойств и некоторых эксплуатационных показателей в данные композиции целесообразно вводить наполнители. При этом, как правило, ухудшается эластичность. Это объясняется многими факторами, в частности недостаточной межфазной адгезией на границе раздела полимерная матрица – наполнитель [5]. Таким образом, актуальной задачей полимерной технологии является улучшение взаимодействия полимеров с наполнителями. В полимерной науке и технологии проблему введения наполнителей в композиции решают использованием аппретов, которые химически взаимодействуют с наполнителем и полимером, а также введением адгезионных добавок, улучшающих смачиваемость наполнителя [3]. В данной работе решалась проблема улучшения механических свойств наполненных смесей полиэтилена, полипропилена и полиамида с металлсодержащими соединениями. Целью работы является улучшение механических свойств наполненных полиолефиновых термоэластопластов на основе полиэтиленов, полипропиленов и полиамидов и фосфатов металла. Разработку исследований полученных материалов вели на основе полипропилена, содержащего наноразмерные модификаторы, оказывающие влияние на надмолекулярную упаковку макромолекул полимера и таким образом на его физико-механические характеристики [4].

Методика исследования. Научное обоснование следующих решений по производству автомобильных и бытовых пластмассовых деталей на основе новых композиционных материалов: выбор различных реакционно-активных модификаторов для минеральных модификаторов микро- и наноразмеров, добавляемых в полимеры; модификация полимеров с помощью дисперсных частиц [6]. Модификация ПП путем введения различных добавок позволяет существенно изменить свойства базового полимера, регулировать его технологические и эксплуатационные свойства. В частности, для направленного улучшения физико-химических свойств ПП в настоящее время широко применяются методы модификации, заключающиеся в создании новых композитных материалов. Подбор модификатора, его содержание в зависимости от природы полимера является одним из наиболее доступных и дешевых способов получения полимерного материала с изменяющимися в широком диапазоне характеристиками и свойствами [10].

Экспериментальная часть. Химическая модификация полипропилена и полиэтилена, то есть направленное изменение его физических, механических или химических свойств введением в макромолекулу новых функциональных групп, сшиванием или сополимеризацией, представляет большой интерес с научной и практической точки зрения [9].

Введение модифицирующих добавок существенно изменяет свойства наполненного полимерного материала. Основным параметром, определяющим свойства полимерных композиционных материалов, является концентрация наполнителя. Концентрация оказывает особое влияние на физико-механические характеристики полимерных композитов и технологию переработки исходных полимеров. В качестве полимера выбран полиэтилен низкого давления марки ПЭ, ПП и ПА, в качестве наполнителей – оксиды алюминия, никеля, кобальта, железа и цинка. Для нахождения оптимальной концентрации наполнителей, обеспечивающих наилучшие сочетания механических свойств получаемых композитов и технологических параметров процесса их переработки, были получены и исследованы пять видов полиэтилена, концентрация наполнителя в которых изменялась от 1 до 5% (табл. 1–3).

Таблица 1.

Физико-механические свойства полученных композиционных материалов на основе полиэтилена

Таблица 2.

Физико-механические свойства полученных композиционных материалов на основе полипропилена

Как видно из табл. 1 и 2, указанные выше механические свойства композита увеличиваются с увеличением процентного содержания металлов. Установлено, что модуль упругости увеличился с 1100 до 1300 МПа при добавлении в чистый полиэтилен 5% оксида цинка, а температура выдержки под нагрузкой повысилась до 72–87,8 °С. Также видно, что модуль упругости полипропилена увеличился с 1100 до 1350 МПа, а температура выдержки под нагрузкой увеличилась до  45–50,0 °С [8].

 Рисунок 1. Зависимость количества модификатора от ударной вязкости композиционных материалов:

1 – ПП; 2 – ZnО; 3 – NiО; 4 – Cо; 5 – Al₂О₃

Модификация полиамидов, таких как полиолефины, улучшает их свойства. Изделия из ПА-66 с наполнителем из фосфатов металлов обладают стабильными физико-механическими свойствами, высокой стойкостью к деформациям, свойствами, менее изменчивыми под воздействием температуры и влажности.

После наполнения полиамида-66 фосфатами металлов было отмечено повышение стойкости изделий из них к механическим деформациям и нагреву. В таблице ниже представлены физико-механические свойства ПА, наполненного фосфатами металлов [2].

Таблица 3.

Физико-механические свойства полученных композиционных материалов на основе полиамида-66

Как видно из таблицы 3, к свойствам ПА после введения наполнителей относятся модуль упругости (от 2900 до 6470 МПа), удлинение (от 20 до 21%), температура изгиба под нагрузкой (от 220 до 250 °С) и усадка в течение 24 часов (с 0,85% до 1, до 13%), можно наблюдать увеличение толерантности пульса с 6 до 13,38 кДж [7].

Таким образом, включение фосфатов металлов в состав полимеров увеличивает их вязкость за счет связывания соединений металлов, а при добавлении металлов в различных пропорциях упругая прочность увеличивается до 1–3%. Это означает, что увеличение содержания солей металлов не влияет на ударную вязкость композита. Высокая эластичность может быть достигнута при добавлении 2 количеств наполнителей – 3 мас.%.

Список литературы:

1. Айзинсон И. Химически активные добавки / И. Айзинсон, А. Екимов // Пластик. – 2008. – № 7. – С. 34–39.
2. Влияние наполнителей физико-механических свойств композиционных материалов на основе полипропилена / Ш. Умаров, П. Тожиев, Х. Тураев, А. Джалилов // Научный вестник НамГУ. – 2021. – № 9.
3. Дерягин Б.В., Жеребков С.К. Смачивание минеральных наполнителей каучуками общего назначения // Журнал прикладной химии. – Т. 1, № 2. – С. 122–129.
4. Изучение физико-механическиx свойств высоконаполненных полиэтиленовых композиций / П.Ж. Тожиев, Б.А. Нормуродов, Х.Х. Тураев, Ф.Н. Нуркулов [и др.] // Universum: химическая технология: электронный научный журнал. – 2018. – № 2 (47). – С. 62–65.
5. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. – Киев, 1986. – 260 с.
6. Тураев Э.Р., Джалилов А.Т. Микро- и нанокомпозиционные материалы на основе полиолефинов : монография. – Ташкент : Fan va texnologiyalar Markazining basmaxonasi, 2017. – С. 1–90.
7. Умаров Ш., Касимов Ш., Джалилов А. Наполнитель для получения полимера на основе металлоорганических соединений // Universum: технические науки: электрон. научный журнал. – 2022. – № 5 (98).
8. Structure and properties of polymers nad been filled witn bivalent metal phosphates / S.S. Umarov, P.J. Tojiyev, H.K. Turaev, A.T. Jzhalilov // Impact Factor: ISRA (India) = 6.317 Word journal advanced chemistry. – Philadelphia, USA, 2021.
9. Umarov Sh.Sh., Turaev X.X., Djalilov A.T. Improving the properties of polymers for the modification of oxides of metal oligomeric modifiers // Universum: Chemistry and biology: high-molecular-weight compounds. Scientific journal. – 2021. – № 9 (87).
10. Umarov Sh.Sh., Turaev X.X., Djalilov A.T. Modification of polyolefins with metal oxidative oligomeric modifiers // Universum: Chemical technology: electronic scientific journal. – 2021. – № 2 (83).