ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ В ИССЛЕДОВАНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП КОМПОЗИЦИОННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

АННОТАЦИЯ

В работе использован метод инфракрасной спектроскопии для исследования функциональных групп композиционных лакокрасочных материалов из местных промышленных отходов. С помощью ИК-спектра исследован функциональный состав и соотношение между стирольными и акриловыми фрагментами сополимера лакокрасочного материала на основе стирол-акриловых дисперсий. При сравнительном анализе с существующими выявлено, что данная композиция лакокрасочного материала отвечают требованиям и рекомендуется для применения в отделке кожаных изделий. Разработанный состав способствует расширению номенклатуры лакокрасочных материалов и снижению доли импортной составляющей в структуре местного обувного производства. Применение метода инфракрасной спектроскопии для экспресс-анализа состава лакокрасочного материала является перспективным, так как появляется возможность управления технологическим процессом.

ABSTRACT

The work uses the method of infrared spectroscopy to study the functional groups of composite paints and varnishes from local industrial waste. Using the IR spectrum, the functional composition and the ratio between the styrene and acrylic fragments of the copolymer of paint and varnish material based on styrene-acrylic dispersions were studied. A comparative analysis with existing ones revealed that this composition of paint and varnish material meets the requirements and is recommended for use in finishing leather products. The developed composition helps to expand the range of paints and varnishes and reduce the share of imported components in the structure of local shoe production. The use of infrared spectroscopy for express analysis of the composition of paint and varnish material is promising, since it becomes possible to control the technological process. 

Ключевые слова: функциональные группы, лакокрасочный материал, состав, инфракрасная спектроскопия, отделка кожаных изделий.

Keywords: functional groups, paint and varnish material, composition, infrared spectroscopy, finishing of leather products.

Введение. В ведущих странах мира проводятся обширные исследования по разработке и совершенствованию технологий производства лакокрасочных материалов, используемых при обувной промышленности. Масштабное производство лакокрасочных материалов для отделки кожи налажено в таких ведущих странах как Италия, Россия, США, Китай, Германия, Япония, Азербайджан и Турция. Среди них крупнейшим производителем и экспортером обуви разных марок, назначения и качества в мире является Китай.

Продукция обувной промышленности предназначена для предохранения от внешних воздействий и обеспечения таких основных свойств, как комфортность, надежность, износостойкость, безвредность, безопасность, гибкость, жесткость, сохранность, теплозащитные, влагозащитные, влагообменные, амортизационные, фрикционные, эстетические свойства, электропроводность, ремонтопригодность, предельное состояние, качество.

При производстве обуви изделия из кожи являются товарами постоянного спроса, так как полностью удовлетворяют возросшие потребности человека. По данным статистике около 85% выпускается из натуральной кожи, остальное количество приходится на ткань, искусственные и синтетические кожи и прочие материалы. Подошвы в обуви преобладают синтетические, из различных видов резины, и только около 8% обуви выпускается на кожаной подошве [1-4].

В последние годы в Узбекистане широкое распространение получили кожаные изделия отечественного производства. Общая стоимость продукции, произведенной в отрасли в 2020 году, составила 3,6 трлн сумов, что характеризует увеличение в 1,4 раза по сравнению с 2019 годом. Доля кожаных изделий в ВВП страны составила 0,7%, в промышленности республики - 1,1%. Экспорт кожаных изделий в 2022 году составил 401 миллион долларов США, что в 2,1 раза больше по сравнению с 2020 годом.

Сегодня в кожевенно-обувной отрасли Узбекистана действует 11 кластеров. На предприятии ООО ИП Peng Sheng (Сырдарьинская область) в год с конвейеров выходит 60 млн кв. дм. готовой кожи, 300 тыс. пар обуви и 5 тыс. тонн корма для животных. Также недавно здесь освоено производство желатина годовой мощностью 3 тыс. тонн в год.

В Ферганской области кластерный метод производства применяется на предприятии ООО Premium Leather мощностью 20 млн кв. дм. кожи в год, 200 тыс. пар детской и 300 тыс. пар специальной обуви. 

На предприятии ООО Orient Technology, расположенном в Каракалпакстане, часть выпускаемой кожи идет на производство обуви. В год предприятие поставляет на рынок 500 тысяч пар. 

На предприятии ООО Top Quality Brand (Сурхандарьинская область) выпускают 40 млн. кв. дм. готовой кожи, 30 млн. кв. дм. кожи для автомобильной и мебельной промышленности, а также 700 тысяч пар обуви и 200 тыс. ед. кожгалантереи.

Кожа подвергается сложным видам механического воздействия как в процессе обработки на кожевенных, обувных и других предприятиях, так и при эксплуатации (носке) изделий. Учитывая это, а также то обстоятельство, что кожу окрашивают преимущественно в заготовках (шкурках), к покрытиям предъявляются крайне жесткие требования по механическим свойствам (гибкости, удлинению, стойкости к истиранию и др.). Покрытия также должны быть водо-, свето- и атмосферостойкими, иметь хорошую адгезию, быть паро- и воздухопроницаемыми для обеспечения гигиенических свойств кожи. Для удовлетворения этих требований для отделки кожи используют казеиновые, нитратцеллюлозные, полиакрилатные и полиуретановые лакокрасочные материалы [5-6].

В последние годы в связи с возросшим спросом населения на цветную кожаную лаковую обувь значительно возросли требования к методам отделки, что требует применения новых и совершенствования используемых составов лакокрасочных материалов из альтернативного сырья, в целях замены импортных ингредиентов [7-8].

В связи с этим поиск и применение альтернативного местного сырья в целях снижения процента использования дефицитного для отделки кожаных изделий и исследование их свойств является актуальным.

Целью данной работы является исследование функциональных групп новых композиционных лакокрасочных материалов на основе стирол-акриловых дисперсий методом ИК-спектроскопии.

Применение метода ИК спектроскопии перспективно для идентификации нового состава лакокрасочных материалов. В этих целях использован универсальный и компактный ИК-фурье-спектрометр Nicolet iS50 [9] от Thermo Scientific лаборатории физико-химических методов исследований [10].

Объектом исследования является лакокрасочный материал (ЛКМ) на основе стирол-акриловых дисперсий, предназначенных для отделки кожаных изделий.

Результаты исследования и их обсуждения. Для определения образования связей при получении ЛКМ в зависимости от функциональных групп композиции были сняты ИК-спектры выбранных разработанных образцов №3 и №4 (табл.1).

Таблица 1.

Разработанные составы водно-дисперсионной лакокрасочной композиции

В результате анализа получены ИК-спектры, которые приведены на рис.1-2.

Рисунок 1. ИК-спектр разработанного образца №3 лакокрасочной композиции

Как видно из ИК-спектра образца №3 ЛКМ (рис.1), что в составе композиции имеются различные функциональные группы: в области 2800-3500 см^-1 имеются гидроксильные, карбоксильные и ароматические группы, в области 1453-1730 см^-1 имеются алкены HRC=CR`H(цис), R-O-H, С-О-С связей валентных и деформационных колебаний, в области 1009-1453 см<sup>-1</sup> имеются алкены HRC=CR`H(цис), первичные амины, валентные колебания связей С-О, С=О и для ИК-спектра полистирола в области 697 см^-1, 700 см^-1 характерны интенсивные и широкие полосы колебаний бензольного кольца полистирола, а также в области 1585–1625 см^-1 валентных колебаний, сопряженных С=С связей бензольного кольца [3-4].

В разработанных составах наилучшие результаты по физико-механическим свойствам получены образцом №4. Поэтому проведен ИК-спектроскопический анализ данного образца композиции ЛКМ.

На рис.2 показан ИК-спектр данного разработанного состава №4 композиции ЛКМ.

Рисунок 2. ИК-спектр разработанного образца №4 лакокрасочной композиций

Для ИК-спектра полиакрилатов в составе композиции ЛКМ характерны дуплет в области при 1161 и 1065 см^-1 валентных колебаний связи С-О, а также полоса поглощения в области 1720–1730 см^-1 валентных колебаний связи С=О. Для ИК-спектра полистирола в области 697 см^-1, 700 см^-1 характерны интенсивные и широкие полосы колебаний бензольного кольца полистирола, а также в области 1493 см^-1, 1030 см^-1 несколько полос средней и малой интенсивности и поглощение валентных колебаний, сопряженных С=С связей бензольного кольца [5-6].

С помощью ИК-спектра определяли не только функциональные группы, но и соотношение между стирольными и акриловыми фрагментами сополимера дисперсий.

Полученные на ИК-Фурье спектрометре ИК-спектры подтверждают заявленный качественный состав полимера. А количественная обработка спектров заключалась в сравнении относительных интенсивностей полос поглощения акриловых и стирольных фрагментов сополимера дисперсии [7].

Далее для сравнения получены ИК-спектры, существующих ЛКМ, которые приведены на рис.3.

Рисунок 3. ИК- спектр существующих лакокрасочных материалов (Анка)

Выводы: Как видно из ИК-спектра ЛКМ, что в составе данного материала имеется в области 784, 762, 727 см^-1 характерны интенсивные полосы колебаний бензольного кольца полистирола, а также для полиакрилатов характерны дуплет в области 1377 см^-1, 1456 см^-1 полос высокой интенсивности и поглощение в области 2954-2654 см^-1 валентных колебаний, сопряженных С=С и С=О   связей функциональных групп ЛКМ.

Таким образом, исследован функциональный состав разработанного ЛКМ в сравнении с существующими и выявлено, что данная композиция ЛКМ разработанных на основе стирол-акриловых дисперсий отвечают требованиям и рекомендуется для применения в отделке кожаных изделий. Разработанный состав способствует расширению номенклатуры лакокрасочных материалов и снижения доли импортной составляющей в структуре местного обувного производства.

Список литературы:

1. Карякина М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Химия. 1977. 240 с.
2. Данилкович А.Г., Чурсин В.И. Практикум по химии и технологии кожи и меха: Учебное пособие для вузов. М.: ЦНИИКП, 2002. 413 с.
3. Арипов Э.А., Хамидов Б.Н., Тищенкова Е.И. Природные минеральные наполнители Узбекистана // Докл. Всесоюзн. конф. по композиционным материалам. М.: НИИТэхим. 1982. С.78-84.
4. Т.В.Чадова А.В.Кривоус Исследование качества импортной кожаной обуви // Интернет журнал Науковедение. 2015. Том 7. №3.
5. Негматов С.С. Абед Н.С. Икрамова М.Э. Бабаханова М.А. Раупова Д.Н. Физико-механические свойства лакокрасочных материалов на основе полимерной композиции // Universum Международный научный журнал. 2024. № 34. С. 124-125.
6. Абед Негматова Н.С., Бабаханова М.А., Негматов Ж.Н., Ахмедова Д.У., Негматова М.Н., Шодиев Х.Р. Методы испытания композиционных полимерных и лакокрасочных материалов и покрытий на их основе // Методическое пособие, Ташкент, 2012. С. 120-126.
7. Негматов С.С., Бабаханова М.А. Наполненные лакокрасочные композиционные полимерные материалы многофункционального назначения // Вестник молодых учёных Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Выпуск 1. Естественные и технические науки. Санкт-Петербург. 2013. C.78-82.
8. Негматов С.С., Бабаханова М.А., Ахмедова Д.У., Адилова М.К. Наполненные лакокрасочные композиционные полимерные материалы многофункционального назначения // Композиционные материалы. Ташкент. 2012. №4. C. 42-46.
9. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.bvr.by/oborudovanie/molekulyarnyi-analiz/ik-fure-spektrometry-1/ik-fure-spektrometr-nicolet-is50 (дата обращения: 10.12.2024)
10. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://biochem.uz (дата обращения: 10.12.2024).