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: 07.05.2021).
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

академик, АН РУз, директор ООО Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии Республика Узбекистан, п/о Ибрат

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Director of LLC “Tashkent Research Institute of Chemical Technology”, the Republic of Uzbekistan, Ibrat

соискатель, Ташкентский химико-технологический институт (ТХТИ), Узбекистан, г.Ташкент

Applicant of the Tashkent Chemical Technology Institute, Uzbekistan, Tashkent

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