Модификация полимеров и изучение их структуры ИК – спектроскопическим методом

Modification of polymers and studying their structure IR - spectroscopic method
Цитировать:
Модификация полимеров и изучение их структуры ИК – спектроскопическим методом // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Содикова М.Р. [и др.]. 2018. № 9 (54). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6396 (дата обращения: 23.10.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются вопросы модификации полимеров, как способа синтеза высокомолекулярных соединений с улучшенными свойствами, представляющий значительный интерес с практической и научной точки зрения.

ABSTRACT

This article deals with the modification of polymers as a way to synthesize high-molecular compounds with improved properties, which is of considerable interest from a practical and scientific point of view.

 

Ключевые слова: полиэтилен, хлорирование, вторичные продукты, отходы, модификатор.

Keywords: polyethylene, chlorination, secondary products, waste, modifier.

 

Cоздание полимеров и полимерных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами на основе доступных и вторичных продуктов на сегодняшний день является одним из важных направлений в химии синтеза, модификации с сохранением степени полимеризации и переработки высокомолекулярных соединений [1-2].

Удобным для модификации является невостре­бованный до сегодняшнего дня газообразный хлор, который образуется в технологической цепочке химических производств. Введение этого хлора во вторичный полимерный материал создаёт условия для получения аммониевых полимеров нашедшие широкое применение в различных отраслях [1]. Это, по-видимому, обусловлено и тем, что полученный таким образом продукт является относительно новым для химической индустрии полимеров. В связи с этим изучение модификации вторичного полимера путем химических превращений макро­молекул и изучение физико-химических свойств модифицированных полимерных продуктов является важной задачей.

Переработка и рациональное использование сырьевых ресурсов за счёт использования вторичных полимерных материалов имеет актуальное и практическое значение, которое позволяет обеспечить охрану окружающей среды и экологи­ческую обстановку, а также сэкономить сырьевые ресурсы полимерных материалов за счёт исполь­зования производственных и бытовых вторичных пластмассовых и полимерных отходов.

В настоящее время наиболее эффективным и ресурсосберегающим, а также не влияющих на окружающую среду является переработка отходов полимерных материалов путем химической модификации и создания на их основе полимерных композиций с улучшенными физико-химическими, механическими и эксплуатационными свойствами.

Исследования в области химических превра­щений модифицированного полиэтилена и его вторичного продукта [2-4], а также изучение физико-химических, механических и эксплуатационных свойств вновь полученных продуктов не изучены и представляет интерес.

Целью настоящего исследования является химическая модификация (хлорирование, аминиро­вание и др.) полиэтилена и его отходов, изучение свойств полученных новых продуктов. В соответствии с целью исследования были изучено химическое превращение хлорированного полиэти­лена модификаций аминопроизводными соеди­нениями и изучена структура синтезированных продуктов ИК спектроскопическими методами.

Хлорирование ПЭВД, ПЭНД, вторичного ПЭ и низкомолекулярного ПЭ проводили в органическом растворителе толуол проводили согласно тради­ционной методики [5], при различном темпера­турном режиме, и выявлено что при температуре 25-28 оС ПЭ не растворяется в обычных растворителях, а при высоких температурах растворяется в хлорированных алифатических и ароматических углеводородах. Температурный режим хлориро­вания варьировал от 50–60 оС (в начале) до 100-110 °С (в конце реакции), при этом выявлено, что увеличение температурного режима свыше 110 °С приводит к ухудшению свойств полученных продуктов. Исследования также показали, что свойства продуктов зависят от продолжительности хлорирования, так хлориро­вание свыше 6 часов, не изменяет структуру полученного продукта и не приводит к улучшению исследуемых свойств, а качественное определение хлора исследуемых продуктов показали о наличии в них связанного хлора, которые определяли методом Кариуса.

Исследование и изучение синтеза хлориро­ванного полэтилена (ХПЭ) с диэтаноламином и триэтаноламином показывают, что растворимость ХПЭ зависит от содержания хлора, который способствует растворимости в некоторых лаковых растворителях и получению вязкой композиции применимых в лакокрасочной промышленности. Разработанные покрытия на основе ХПЭ с содержанием хлора до 40% получили значительно меньшее применение, чем покрытия на основе хлорсульфированного полиэтилена [1].

Исследование и изучение взаимодействия ХПЭ с аминосодержащими [1] соединениями (ДЭА и ТЭА) выявили реакции дегидрохлорирования с образованием двойных связей в полимерных цепях, аминирование и межмолекулярное иминирование. Определено, что высокое содержания хлора в полимере проявляет склонность к реакции дегидрохлорирования и при этом образование С=С связей возрастает.

При аминировании ХПЭ происходит замещения атомов хлора у третичных углеродных атомов, которое проявляется содержанием азота соответ­ствующего числу разветвлений в полимерных цепях.

Идентификация и структура полученных продуктов изучена методом ИК-спектроскопии, выбор которого обусловлен экспресс выполнением анализа и высоким уровнем экспериментальной техники спектрального исследования исследуемых продуктов.

Изучены ИК-спектры поглощения молекулы полиэтилена высокого давления (ПЭВД), хлориро­ванного ПЭВД, хлорированного ПЭВД модифициро-ванного с диэтаноламином, хлорированного ПЭВД с триэтаноламином, полиэтилена низкого давления (ПЭНД), хлорированного ПЭНД, хлорирован-ного ПЭНД модифицированного с диэтаноламином, хлори­рованного ПЭНД с триэтаноламином, вторичного полиэтилена (ВПЭ), хлорированного ВПЭ, хлорированного ВПЭ модифицированного диэтаноламином, хлорированного ВПЭ с триэтаноламином, низкомолекулярного полиэтилена (НМПЭ), хлориро-ванного НМПЭ, хлорированного НМПЭ модифицированного диэтаноламином и хлорированного НМПЭ с триэтаноламином.

Исследования и изучение ИК–спектров поглощения молекул показали, что:

  • полиэтилен высокого давления (ПЭВД) характеризуется полосами при 2922 - νas(СH2), 2852 - νs(СH2), 1632- ν(C=C), 1471 - δ (СH2), 1376, 1021 - ν(C-C), 909 - π(СH2), 873 - ν(CС), 719 и 582 см-1.
  • в полиэтилене низкого давления (ПЭНД) обнаружены частоты при 2922 - νas(СH2), 2852 - νs(СH2), 1717, 1636 - ν(С=С), 1544, 1471 - δ(СH2), 1371,1105, 906 - π(СH2),870 - ν(CС) и 719 см-1.
  • во вторичном полиэтилене (ВПЭ) обнаружены частоты при 2923 - νas(СH2), 2852 - νs(СH2), 1734, 1715, 1636 - ν(С=С), 1470 - δ(СH2), 1376 -(СH2), 1105, 1015 и 719 см-1.
  • низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ) характеризуется полосами при 2952 - νas(СH2), 2921- νas(СH2), 2851 - νs(СH2), 1632 - ν(С=С), 1558, 1538, 1471 - δ(СH2), 1390, 1366, 1230, 1166, 1046, 950, 923 - π(СH2), 822 - ν(CС), 778, 720, 604 и 419 - δ(СH2) см-1.
  • в хлорированном ПЭВД обнаружены частоты (см-1) при 3490, 2944 - νas(СH2), 2863 - νs(СH2), 2738, 2525, 1721, 1646, 1604, 1493 - δ(СH2), 1445 - δ(СH2), 1384, 1266, 1137, 1096, 1071, 1051 - (C-C), 989, 916 - π(СH2), 867, 828 - ν(CС), 784, 761 – (C-Cl), 698, 666, 636, 611, 507, 480, 438 и 419 - δ(СH2).
  • хлорированный ПЭНД имеет частоты при 2924 - νas(СH2), 2853 - δ(СH2), 1728,1600-ν(С=С), 1580-ν(С=С), 1465-δ(СH2), 1378-(СH2), 1274,1124, 1073, 1040, 960, 909 - π(СH2), 864 - ν(CС), 780, 742 - ν(C-Cl), 724 - (C-Cl), 664 и 611 см-1.
  • хлорированный ВПЭ имеет частоты при 2940 - νas(СH2), 2860 - νs(СH2), 1722, 1645 - ν(С=С), 1491, 1454 - δ(СH2), 1444, 1382 - (СH2), 1265, 1096, 1071, 1049, 998, 914 - π(СH2), 864 - ν(CС), 828 - ν(CС),
    780 см-1.
  • в хлорированном НМПЭ обнаружены частоты (см-1) при 2930 - νas(СH2), 2857 - νs(СH2), 1715, 1646 - ν(С=С), 1457 - δ(СH2), 1384 - (СH2), 1366 - (СH2), 1342 - (СH2), 1278, 1128, 1074, 988, 950, 917 - π(СH2), 864 - ν(CС), 827 - ν(CС), 783, 743, 696, 601 и 508.
  • хлорированный ПЭВД модифицированный диэтаноламином характеризуется полосами при 2929 - νas(СH2), 2856 - νs(СH2), 1710 - ν(NH), 1456 - δ(СH2), 1382 - (СH2), 1269, 1124, 1094, 1073, 1052, 916 - π(СH2), 867, 827 - ν(CС), 784, 761, 741 - ν(C-Cl), 700 - (CCl), 666, 635, 610, 523, 480 и 419 - δ(СH2) см-1.
  • хлорированный ПЭНД модифицированный диэтаноламином характеризуется полосами при 2924 - νas(СH2), 2853 - νs(СH2), 1734, 1710, 1465 - δ(СH2), 1435 - ν(С=С), 1373 - (СH2), 1245, 722 – (CCl), 660 и 610 см-1.
  • хлорированный ВПЭ модифицированный диэтаноламином характеризуется полосами при 2927 - νas(СH2), 2856 - νs(СH2), 2356, 1709, 1653 - δ(NH2), 1556 - ν(С=С), 1540, 1491 - ν(С=С), 1456 - δ(СH2), 1379 - (СH2), 1264, 1091, 914 - π(СH2), 823 - ν(CС), 758, 687 и 607 см-1.
  • хлорированный НМПЭ модифицированный диэтаноламином характеризуется полосами при 2926 - νas(СH2), 2855 - νs(СH2), 1730, 1710, 1651 - δ(NH2), 1557 - ν(С=С), 1540, 1493, 1456 - δ(СH2), 1381, 1265, 1049, 916 - π(СH2), 864 - ν(CС), 824 - ν(CС), 782, 725, 693, 667, 604 и 522 см-1.
  • в хлорированном ПЭВД модифицированного триэтаноламином найдены частоты при 3298 - ν(NH), 2944 - νas(СH2), 2863 - νs(СH2), 2351, 1720, 1646 - ν(С=С), 1490, 1455 - δ(СH2), 1384, 1268, 1095, 1068, 1004, 967 - π(СH2), 827 - ν(CС), 783, 759 - ν(C-Cl), 700 - (CCl), 606, 524 и 417 - δ(СH2) см-1.
  • хлорированный ПЭНД модифицированный триэтаноламином найдены частоты при 3314 - (O-H), 2922 - νas(СH2), 2852 - νs(СH2), 1726, 1653 - δ(NH2), 1597 - ν(С=С), 1558 - ν(С=С), 1538, 1465 - δ(СH2), 1401, 1371 - (СH2), 1315 - (СH2), 1279, 1155, 1071, 1035, 909 - π(СH2), 881 - ν(CС), 724, 699, 668, 610 и 419 см-1.
  • хлорированный ВПЭ модифицированный триэтаноламином найдены частоты при 3312 - ν(NH2), 3156 - ν(NH2), 2941 - νas(СH2), 2861 - νs(СH2), 1719, 1646 - δ(NH2), 1491 - ν(С=С), 1456 - δ(СH2), 1382 - (СH2), 1268, 1094, 1070, 1004, 914 - π(СH2), 867- ν(CС), 827 - ν(CС), 783, 738, 699, 668, 609, 525, 419 - δ(СH2) и 405 см-1.
  • в хлорированном НМПЭ модифицированного триэтаноламином найдены частоты при 3312 - ν(NH), 2926 - νs(СH2) , 2857 - νs(СH2), 1725, 1646 - δ(NH2), 1462 - δ(СH2), 1386, 1367, 1344, 1317, 1264, 1231, 1077, 1052, 1000, 916 - π(СH2), 866 - ν(CС), 829 - ν(CС), 783, 760, 741, 698, 637, 601 и 517 см-1.

В ИК-спектре поглощения ПЭВД, ПЭНД, ВПЭ и НМПЭ частоты при 2922-2944 см-1, соответствуют преимущественно валентному колебанию связей νas(СH2) и νs(СH2), в то время как значение 1651-1710 см-1 соответствуют на колебании частот ν(NH), а при частоты колебании 700-780 см-1 соответствует (С-Сl).

Химическое превращение хлорированного полиэтилена аминопроизводными соединениями показали, что молекулы полиэтилена с аминами соединяются через атомы углерода и хлора. 

Выводы

1.Синтезированы новые полимерные галоид- и аминсодержащие продукты на основе полиэтилена и его отходов путем прямого галогенирования с последующим аминированием ДЭА и ТЭА.

2.ИК-спектроскопическими методами анализа изучены структуры химического превращения хлорированного полиэтилена и хлорированного вторичного полиэтилена модифицированных аминопроизводными (ДЭА и ТЭА) соединениями.

 

Список литературы:
1. Донцов А.А., Лозовик Г.Я., Новицкая С.П. Хлорированные полимеры. -М.: Химия, 1979. – 232 с.
2. Нуркулов Ф.Н., Джалилов А.Т., Бекназаров Х.С. Исследование физико-химических свойств композиций на основе хлорсульфированного полиэтилена // Наука вчера, сегодня, завтра: сб. ст. по матер. V междунар. науч.-практ. конф. (Новосибирск, 16 октября 2013 г.). № 5. – Новосибирск: СибАК, 2013.
3. Гумаров А.Х., Темникова Н.Е., Русанова С.Н. и др. Материалы на основе хлорсульфированного полиэти-лена (обзор) // Вестник Казанского технологического университета. –2014. –№3. – С. 117-123.
4. Тимошенко В.В., Таврогинская Н.Г. Разработка полимерных композитов на основе отходов ПЭ понижен-ной горючести // Композитные материала. –2011. Т. 5. –№1. –С. 50-56.
5. Григорьев А.П., Федотова О.Я. Лабораторный практикум по технологии пластических масс. Поликонден-сационные и химически модифицированные пластические массы: Учеб. пособие для химико-технол. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. –М.: Высшая школа, 1977. – 264 с.

 

Информация об авторах

д-р техн. наук, профессор, Центр внедрения и развития информационно-коммуникационных технологий, специалист, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, director of the Center for Introduction and Development of Information and Communication Technologies, Uzbekistan, Tashkent

д-р хим. наук, проф., академик, ГУП ТНИИХТ, директор, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

Doctor of chemical sciences, Professor, academician, director of the SUE TSRICT, Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, p / o Shuro-bazaar

соискатель, ГУП ТНИИХТ, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

Applicant of the SUE TSRICT, Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, p / o Shuro-bazaar

канд. хим. наук, доцент, Ташкентский химико-технологический институт (ТХТИ), Узбекистан, Ташкент

Cand. сhem. sci., associate professor, Tashkent Chemical Technology Institute, Uzbekistan, Tashkent

соискатель, ГУП Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии (ГУП ТНИИХТ), Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

Applicant of the Stat Unitary Enterprise Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology (SUE TSRICT), Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, p / o Shuro-bazaar

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top