CC BY
0ш А 5ЕЕЕЕ* 22-24 0КтабРЯ 2024 г-
Анализ степени кристалличности полиэтилентерефталата методом спектроскопии комбинационного рассеяния света
Козлова Л.Ю.1, Васимов Д.Д.1, Менделеев Д.И.2, Новиков В.С.1
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
2- Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук, Москва
Е-mail: vs.novikov@kapella.gpi.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-111-113
Полиэтилентерефталат (ПЭТ) и полиэтилентерефталат-гликоль (ПЭТГ) широко используются во многих областях деятельности человека, в том числе для производства пищевой, медицинской и косметической тары, в 3D печати и при изготовлении текстильных волокон. Важным достоинством ПЭТ является реализация на практике эффективной и экономически оправданной вторичной переработки этого полимера.
Степень кристалличности (СК) ПЭТ значительно влияет на его свойства — механические, оптические, барьерные. СК ПЭТ в изотропном состоянии не превышает 45%, в ориентированном состоянии — 65%. СК и, соответственно, свойства материалов на основе ПЭТ можно управляемо изменять путем сополимеризации, деформации и термической обработки, что значительно расширяет спектр применения данного материала. В ПЭТГ кристаллизация подавляется введением в цепи ПЭТ звеньев 1,4-циклогександиметанола.
Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) света позволяет проводить экспресс-анализ молекулярных веществ неразрушающим способом. Хотя спектроскопия КР и применяется для исследования свойств ПЭТ и ПЭТГ, до сих пор более затяжные и разрушающие методы остаются преобладающими при определении их СК. С произошедшим за последние годы появлением портативных и коммерчески доступных КР спектрометров развитие методик определения СК ПЭТ и ПЭТГ по спектрам КР может повлечь за собой расширение использования этого более эффективного подхода.
В данной работе исследуется зависимость спектров КР ПЭТ и ПЭТГ от СК. Спектры КР исследуемых образцов зарегистрированы при возбуждении излучением с длиной волны 785 нм и спектральном разрешении 1,5 см-1. В качестве дополнительного метода
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
, «ПРОХОРОВСКИЕНЕДЕЛИ-
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
используется дифференциально-термический анализ (ДТА). При расчете СК по данным ДТА значение теплоты плавления для образца со СК=100% полагалось равным 140 Дж/г.
Рис. 1. Спектры КР ПЭТ и ПЭТГ с различной СК в диапазонах 530-1785 (а) и 2450-3300 (б) см-1.
Рядом со спектром указано значение СК соответствующего образца по
данным ДТА.
Рис. 1 демонстрирует спектры КР коммерческих образцов ПЭТ и ПЭТГ в исходном виде и подвергнутых механической и термической обработке, что позволило получить набор образцов со степенью кристалличности от 0 до 32%. Установлено, что спектры КР меняются монотонно с изменением СК. Наиболее сильно от СК зависят интенсивности и ширины полос с частотами около 858, 1096, 1729 и 2962 см-1 (рис. 1).
Величины относительных интенсивностей выделенных полос КР линейно соответствуют значениям СК ПЭТ и ПЭТГ (рис. 2а), полученных по данным ДТА (рис. 2б). Отношение 12962/1зо82 интенсивностей линий с частотами 2962 и 3082 см-1 наиболее сильно меняется при вариации СК. Эти две линии близко расположены и имеют высокую интенсивность. В результате, отношение 12962/1зо82 наиболее удобно использовать для определения СК ПЭТ и ПЭТГ по спектрам КР.
О 5 10 15 20 25 30 35 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350
Степень кристалличности по ЦТ А, % Т, °С
Рис. 2. Отношения интенсивностей линий КР (а) и пики плавления ПЭТ и ПЭТГ по данным ДТА (б) как функции степени кристалличности ПЭТ и ПЭТГ.
Таким образом, в работе выявлены наиболее чувствительные к степени кристалличности линии в спектрах КР и впервые предложено использование отношения интенсивностей линий КР ПЭТ и ПЭТГ с частотами 2962 и 3082 см-1 в качестве меры их СК.
