Исследование фотостабилизации ПВХ солями фталаминовой кислоты

Research of photo stabilization of pvc with phthalaminic acid salts
Цитировать:
Тогаев Э.М., Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Исследование фотостабилизации ПВХ солями фталаминовой кислоты // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 7 (76). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/9947 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В данной работе проведен фотостабилизация пленок поливинилхлорида (ПВХ) с использованием ФАК-Ва, ФАК-Cd и ФАК-Са (5 %мас.) в пленках ПВХ. Эти добавки успешно ведут себя как фотостабилизаторы для пленок ПВХ. Установлено, что появление полос при 1770 см-1 и 1724 см-1 объясняется образованием карбонильных групп.

ABSTRACT

In this work, we photostabilized films of polyvinyl chloride (PVC) using FAK-Ba, FAK-Cd and FAK-Ca (5% wt.) In PVC films. These additives successfully behave as photostabilizers for PVC films. It was established that the appearance of bands at 1770 cm – 1 and 1724 cm – 1 is explained by the formation of carbonyl groups.

 

Ключевые слова: фотостабилизатор, фталаминовая кислота, соли фталаминовой кислоты, поливинилхлорид, стабилизация.

Keywords: photostabilizer, phthalamic acid, salts of phthalamic acid, polyvinyl chloride, stabilization.

 

Введение. Фталаминовая кислота представляет интересную функциональную группу, содержащих орто- положении амидных групп, а также карбоксильную группу в пара- положении бензольного кольца. Такие соединения легко образует координационные соединения с переходными металлами и могут быт использовано как светостабилизаторы ПВХ. Поливинилхлорид (ПВХ) является одним из наиболее распространенных термопластичных материалов в мире благодаря своим ценным свойствам, широкому применению, высокой химической стойкости, барьерным свойствам и низкой стоимости [1]. Во время обработки, хранения и утилизации ПВХ как и другие полимерные материалы могут подвергаться воздействию высоких температур, высоких механических напряжений или ультрафиолетового излучения, в присутствии кислорода. Деструкция полимера происходит путем последовательного удаления хлористого водорода (HCl), который называется дегидрохлорированием, с образованием длинных полиенов, которые в результате вызывают изменение цвета, ухудшение механических свойств и снижение химической стойкости [2]. Чтобы обеспечить способность этих материалов к воздействию погодных условий, ПВХ должен быть смешан и обработан должным образом с использованием подходящих добавок, что приводит к сложному материалу, поведение и свойства которого сильно отличаются от самого ПВХ [3].

Экспериментальная часть. Все используемые химические вещества, кроме ПВХ, были закуплены у "XIMREAKTIVINVEST" ООО и использовались с дальнейшей очисткой. Точки плавления определяли на электротермическом капиллярном аппарате и не корректировали, элементный анализ на углерод, водород и азот проводили с использованием прибора Perkin-Elmer модель 2400 (рис. 1). ИК-спектры твердого образца в методике ATR регистрировали на Shimadzu 8400S.

Поливинилхлорид (ПВХ), использовали поставляемый АО «Навоиазот», был освобожден от добавок с помощью повторного осаждения раствора (ПВХ) в этаноле. Очищенный полимер сушили при пониженном давлении и комнатной температуре в течение 24 часов [4].

Ba-, Cd- и Ca-cоли фталаминовой кислоты (ФАК-Ва, ФАК-Cd и ФАК-Са) получали с соответствующей методикой [5]. Фталаминовой кислоты синтезировали на основе фталевого ангидрида и аммиака. При реакции фталевого ангидрида с аммиаком образуется фталимид, полученную фталимид гидролизовали с помощью щелочи до образования фталаминовой кислоты. Выход составляла 93% от исходного фталевого ангидрида.

 

Рисунок 1. Элементный анализ Са-соли ФАК

 

Подготовка пленок. Наиболее подходящим растворителем для ПВХ является тетрагидрофуран (ТГФ). Следовательно, фиксированные концентрации раствора ПВХ (5%) в ТГФ были использованы для приготовления полимерных пленок толщиной 40 мкм методом выпаривания при комнатной температуре в течение 24 часов, полученные координационные соединения (0,5% концентрации по массе) добавляли к раствору пленок, начиная с нулевых концентраций. После растворения полученный раствор наносили на стеклянную рамку и оставляли на ночь.

Фотодеструкция образцов. Измерение скорости фотодеструкции пленок ПВХ проводили с помощью УФ-излучение. После фотодеструкции образцов, изменение пленок ПВХ наблюдали методом ИК-спектрометрии в диапазоне (4000–400) см-1. Поглощение при растяжении карбонильной связи проявляется при (1722 и 1602 см-1) для расчета показателей карбонила и полиена соответственно. За фотодеструкцией при разных временах облучения наблюдали изменения в карбонильной и полиеновой полосах. Индексы карбонила (Ico) и полиена (Ipo) рассчитывали путем сравнения полосы поглощения ИК-спектров при (1722 см-1) и (1602 см-1) с эталонной полосой при (1328 см-1) соответственно. Этот метод называется методом индекса полосы [36], в котором: Is = As/Ar, в то время как As = поглощение пика при исследовании, Ar = поглощение контрольного пика и Is = индекс исследуемой группы, разница между оптической плотностью базовой линии и верхней вершиной (пик Aверх пик – Aбазовый) определяется с использованием метода базовой линии, о котором сообщалось в [6], и он определяется как фактическая оптическая плотность.

Стабилизирующую активность стабилизатора определяли путем измерения массового процента фотодеструкции ПВХ-пленок в отсутствие и в присутствии добавок [7]. Определение потери веса проводилось в зависимости от уравнения: потеря веса% = (W1 –W2/W1)100, где W1 - вес исходного образца (до облучения), а W2 - вес образца после облучения.

Результаты и обсуждения

Фотохимическое исследование пленок ПВХ проводили методом ИК-спектроскопии. Спектры инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием как упоминалась выше (FTIR) регистрировали в диапазоне (4000–400) см-1. Появление полос при 1770 см-1 и 1724 см-1 объясняется образованием карбонильных групп, связанных с хлоркетоном и алифатическим кетоном. Третья полоса наблюдалась при 1631 см-1, что подразумевало образование двойной связи С=С, конъюгированной с карбонильной группой. Гидроксильная полоса, которая появилась при 3400 см-1, была описана ОН как гидропероксидной и гидроксильных групп. Поглощение карбонильной, полиеновой и гидроксильной групп использовалось для отслеживания степени разложения полимера во время облучения, на рис. 2 показан ИК-спектр пленок ПВХ с соединением Са-ФАК в качестве добавки до и после облучения.

 

Рисунок 2. ИК спектр стабилизированного ПВХ с Са-ФАК. A) до излучения;  b) после 250 часового излучения

 

Рисунок 3. Зависимость роста карбонильного индекса от времени облучения для пленок ПВХ (толщиной 40 мкм). Содержание концентрации добавок 0,5% по массе

 

Рисунок 4 Зависимость роста полиенового индекса от времени облучения для пленок ПВХ (толщиной 40 мкм). Содержание концентрации добавок 0,5% по массе

 

Как показано на рис. 3, рост карбонильного индекса (Ico) со временем облучения ниже, чем у контрольного ПВХ. Таким образом, эти добавки могут рассматриваться как фотостабилизаторы ПВХ, полиеновый индекс (IPO) контролировался по времени облучения, а также по наличию и отсутствию этих добавок, результаты показаны на рис. 4, а гидроксильный индекс (IHО) контролировался со временем облучения. С другой стороны, стабилизирующая эффективность этих пленок была определена с использованием метода потери массы, результаты потери веса в процентах как функция облучения.

Посредством полученных общих результатов эффективность соли-ФАК в качестве фотостабилизаторов для пленок ПВХ может быть построена следующим образом в соответствии с изменением концентрации гидроксила, карбонила и полиена в качестве эталона для сравнения.

PVC + Cd-ФАК <PVC + Ca-ФАК <PVC + Ba-ФАК < контроль ПВХ

Фталаминовая кислота имеет два разных атома и разную электроотрицательность (азот и кислород). Полярность этих групп объясняет притяжение между стабилизатором и ПВХ. Этот механизм может привести к заключению, что сшивание может происходить при УФ-облучении, что может быть правильным для всех соединений.

Координационные соединения играет роль в механизме процесса стабилизации, выступая в роли поглотителя ультрафиолета [8]. Поглощение ультрафиолета этими добавками, содержащими амидных групп, рассеивает энергию ультрафиолета до безвредной тепловой энергии [9].

Заключение. В данной работе проведен фотостабилизация пленок поливинилхлорида (ПВХ) с использованием ФАК-Ва, ФАК-Cd и ФАК-Са (5 %мас.) в пленках ПВХ. Эти добавки успешно ведут себя как фотостабилизаторы для пленок ПВХ. Фотостабилизаторы принимают следующий порядок в фотостабилизационной активности, в соответствии с их уменьшением карбонила, гидроксила и полиена (ICO, IOH и IРО), PVC + Cd-ФАК <PVC + Ca-ФАК <PVC + Ba-ФАК < контроль ПВХ, эти добавки стабилизируют ПВХ пленки от УФ-облучении и солнечного света. Установлено, что соединение PVC + Cd-ФАК является наиболее эффективным в процессе фотостабилизации в соответствии с фотостабильностью и механизмом, упомянутым выше. Это позволяет использовать соединение PVC + Cd-ФАК в качестве эффективного стабилизатора для ПВХ.

 

Список литературы:

  1. Hamerton I, Pielichowski J, Pielichowski K (1994) A study of the thermal degradation of poly (vinyl chloride) in the presence of carbazole and potassium carbazole using tga/FTi.r Polymer 35(2): 336–338.
  2. Sabaa MW, Mohamed RR (2007) Organic thermal stabilizers for rigid poly(vinyl chloride). Part XIII: Eugenol (4-allyl-2-methoxyphenol) Polym Degrad Stab 92(4):587–595.
  3. Martins JDN, Freire E, Hemadipour H (2009) Applications and market of PVC for piping industry Polímeros 19(1):58–62.
  4. Rabek J, Canbäck G, Rånby B (1977) Studies on the photooxidation mechanism of polymers. VI. The role of commercial thermostabilizers in the photostability of poly (vinyl chloride) J Appl Polym Sci 21(8):2211–2223.
  5. Boussoum, M.O., Atek, D., Belhaneche-Bensemra, N. Interactions between poly(vinyl chloride) stabilized with epoxidized sunflower oil and food stimulants. Polym. Degrad. Stab. 91 (2006) 579.
  6. Al-Jibouri MN, Al-Ameri SA, Al-Jibouri WM, Al-Souz MA (2013) Spectroscopic study of the effect of a new metal chelate on the stability of PVC Journal of the Association of Arab Universities for Basic andí Applied Sciences 14(1):67–74.
  7. Wu M, Xu S, Zhao J, Kang H, Ding H (2010) Preparation and characterization of molecular weight fractions of glycosaminoglycan from sea cucumber Thelenata ananas using free radical depolymerization Carbohydr Res 345(5):649–655.
  8. Kramer EJ (1979) Developments in polymer fracture. Appl Sci, London.
  9. Cooray B, Scott G (1980) The effect of thermal processing on PVC—VI. The role of hydrogen chloride Eur Polym J 16(2):169–177.
Информация об авторах

преподователь Каршинского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан, Кашкадарьинская область, г. Карши

Lecturer, Karshi Engineering and Economics Institute, Republic of Uzbekistan, Qashqadaryo region, Karshi

д-р техн. наук, ведущий науч. сотр., Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Dr. Tech. Sciences, Leading Researcher Tashkent Research Institute of Chemical Technology, Republic of 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

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