CC BY
20
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
ДЕРИВАТОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КРАХМАЛА С ХЛОРИСТЫМ КАЛЬЦИЕМ
Мухиддинов Баходир Фахриддинович
д-р хим. наук, профессор кафедры "Химическая технология " Навоийского государственного горного института, Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: [email protected]
Оликулов Фахриёр Жонкулович
ассистент кафедры "Химическая технология " Навоийского государственного горного института, Республика Узбекистан, г. Навои
Жураев Шохрух Тулкинович
доц. кафедры "Химическая технология " Навоийского государственного горного института, Республика Узбекистан, г. Навои
DERIVATOGRAPHIC INVESTIGATION THERMAL CHARACTERISTICS OF COMPOSITIONS BASED ON TECHNICAL STARCH WITH CALCIUM CHLORIDE
Bakhodir Mukhiddinov
Doctor of Chemical Sciences, Professor of the Department of Chemical technology " of Navoi State Mining Institute, Uzbekistan, Navoi
Fakhriyor Olikulov
Assistant of the department "Chemical technology " Navoi State Mining Institute, Uzbekistan, Navoi
Shokhruh Juraev
Associate Professor of the Department of Chemical Technology
Navoi State Mining Institute, Uzbekistan, Navoi
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты исследования термической характеристики композиций на основе технического крахмала и хлористого кальция.Дериватографическим методом изучены термические характеристики композиции технического крахмала и хлористого кальция. Определены их температуры начала разложения, скорость разложения и количество энергии израсходованной для разложения композиций. Установлено, что у композиций с увеличением содержания хлористого кальция термостабильность снижается.
ABSTRACT
The article presents the results of a study of the thermal characteristics of compositions based on technical starch and calcium chloride. The thermal characteristics of the composition of technical starch and calcium chloride were studied by the derivatographic method. Their temperatures of the beginning of decomposition, the rate of decomposition and the amount of energy expended for the decomposition of the compositions were determined. It has been established that the thermal stability of the compositions decreases with an increase in the content of calcium chloride.
Ключевые слова: технический крахмал, хлористый кальций, композиция, температура разложения, скорость разложения, термостабильность, дериватография, потеря массы.
Keywords: technical starch, calcium chloride, composition, decomposition temperature, decomposition rate, thermal stability, derivatography, weight loss.
Библиографическое описание: Мухиддинов Б.Ф., Оликулов Ф.Ж., Жураев Ш.Т. ДЕРИВАТОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЫЛЕПОДАВЛЮЩИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО КРАХМАЛА С ХЛОРИСТЫМ КАЛЬЦИЕМ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 2(95). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/13170
№ 2 (95)
A UNÍ
Л ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Введение
В мире производится более 60 млн тонн крахмала и объем его произ-водства год за годом увеличивается. Это обусловлено, с одной стороны потреблением крахмала пищевой индустрии, с другой стороны расширением сферы его практического использования в различных отраслях промыш-ленности.
В настоящее время разработаны ряд композиций на основе местного сырья - технического крахмала с различными гигроскопическими солями хлоридов металлов, которые используются в различных отраслях реальной экономики [1,2]. В области химии и технологии методы термического анализа широко применяются с-70-х годов ХХ века [3-6]. Исследование термических характеристик композиций является актуальной проблемы химии и технологии композиционных полимерных материалов для определения практической области применения.
Объекты и методы исследования
Объектом исследования служил порошок желтого цвета технического рисового крахмала со средним размером зерен 0,006 мм, массовая доля влаги 10-15 %, насыпная плотность -650 кг/м3, массовая доля общей золи в пере-счете на сухое вещество -1,2 %. Хлористый кальций использовали по ГОСТ 450-77.
Композиции технического рисового крахмала с хлористым кальцием с определенным соотношением их механически смешивали - порошки этих компонентов в фарфоровой чашке.
Динамический термический анализ образцов проводили в воздушной среде на дериватографе «Labsys evo SETARAM ТГ ДТА ДСК+1600» в интервале температур 20-700оС со скоростью нагрева 5 град/мин, навеска образцов 100 мг, инертное вещество - спектрально чистая окись алюминия.
Результаты и их обсуждение
Методом дериватографии исследованы термические характеристики разработанных композиций на основе технического крахмала и хлористого кальция. На рис. 1 приведены результаты анализа динамических термограви-метрических кривых (ДТГА), производной термогравиметрии (ТГП) и диф-ференци-альной сканирующей калориметрии (ДСК) композиции техничес-кого крахмала с хлористым кальцием.
Анализ результатов исследования кривых ДТГА рис.1 (кривая 1) показывает, что кривая состоит, в основном, из двух сигмоидов, которые показывают протекание процесса в две стадии. Первая стадия протекает в интервале температур от 100 0С до 250 0С, а вторая стадия в интервале от 250 0С до 6500С.
Рисунок 1. Дериватограмма композиций технического крахмала с хлористым кальцием. Состав композиции технический крахмал 5,0масс.% + хлористый кальций 7,0масс.%. (1-кривая ДТГА; 2-кривая ТГП; 3-кривая ДСК; 4- кривая (линия) температура)
Разложение композиции технического крахмала с хлористым кальцием начинается в основном при 100 0С. Первая стадия происходит в интервале температур от 100оС до 250, при этом потеря массы составляет 25,57масс.%, а вторая стадия в интервале от 250 0С до 650 0С, при этом потеря массы составляет 53,12 масс.%.
С возрастанием температуры возрастает скорость разложения композиции на основе технического крахмала. Интенсивное разложение композиции
на основе технического крахмала (крахмал 2,0 масс.%+3,0 хлористый кальций) в основном происходит после 2000С и достигает максимума при 350-450 0С, при этом потеря массы составляет 45,02 масс.% .
Анализ результатов исследования композиции на основе технического крахмала с хлористым кальцием показывает, что введение в состав крахмала хлористого кальция ведет к возрастанию термостабильности композиции.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Таблица 1,
Резултаты анализа кривых ДТГА и ТГП композиций технического крахмала с хлористым кальцием
№ Тем пера-тура, оС Потеря массы, % и скорость разложения, мг/мин
Крахмал 2 % + CaCl2 3% Крахмал 2 % + CaCl2 5% Крахмал 2 % +CaCl2 7% Крахмал 3 % + CaCl2 7% Крахмал 4 % +CaCl2 7% Крахмал 5 % +CaCl2 7%
% мг/мин % мг/мин % мг/мин % мг/мин % мг/мин % мг/мин
1 50 0,897 1,85 0,784 1,33 0,765 1,49 0,267 1,48 0,321 1,35 0,349 1,40
2 100 1,265 2,68 1,356 2,81 1,621 2,78 0,584 2,91 0,553 2,89 0,658 2,74
3 150 3,531 4,62 5,231 4,01 9,696 4,19 4,674 4,02 4,235 4,09 4,541 4,16
4 200 11,26 2,36 15,12 5,02 20,11 5,15 13,77 5,18 13,99 5,08 14,08 5,19
5 250 25,57 3,45 25,88 6,93 26,86 6,73 26,43 6,90 28,33 6,83 30,10 6,73
6 300 35,73 5,68 34,98 8,15 34,10 8,17 32,68 8,22 3487 8,03 37,22 7,11
7 350 39,64 6,81 38,88 4,75 36,11 5,70 35,74 4,70 36,33 4,80 40,65 4,70
8 400 42,41 3,68 40,12 4,86 37,48 4,32 37,55 3,38 41,11 4,02 43,25 3,32
9 450 45,02 5,05 43,91 5,01 40,72 4,98 39,71 4,96 43,69 4,62 46,15 5,98
10 500 48,12 2,22 46,19 4,98 44,84 5,02 42,83 5,09 46,37 5,12 49,37 5,02
11 550 50,55 1,98 48,36 2,21 46,85 3,05 44,95 4,30 49,22 3,12 51,78 2,05
12 600 52,16 1,02 50,17 3,16 47,94 2,18 46,15 4,15 51,36 3,09 52,01 3,18
13 650 53,12 2,45 51,34 2,24 48,01 5,26 47,55 2,29 52,02 3,28 52,78 4,26
14 700 55,82 1,78 53,45 1,48 48,09 3,23 48,86 2,36 52,83 3,29 53,29 2,23
Например, у композиций технического крахмала, содержащие 2,0; 5,0; 7,0 масс.% хлористого кльция, термостабильность композиции с увеличением содержания последнего при 450 0С составляет 45,02; 43,91 и 40,72 масс.%, соответственно.
Это по-видимому обусловлено тем что, с увеличением содержания хлористого кальция, приводящего к возрастанию термостабильности композиции, связана с образованием хелатных соединений с крахмалом.
Анализ кривых результатов исследования ТГП от содержания хлористого кальция рис. 1 (кривая 2) и табл. 1 показывает, что кривая состоят из двух пиков, которые в процессе происходят в основном в двух температурных интервалах при разных скоростях деструкции композиции. Первый пик появляется в интервале 160-200 0С с меньшей скоростью -5,15 мг/мин, а второй пик появляется в интервале 220-2500С с намного большой скоростью -6,93 мг/мин.
Исследованы дифференциальной сканирующей калориметрией композиции технического крахмала с
хлористым кальцием, результаты которой приведены в табл. 2. и рис.1 (кривая 3). Анализ результатов исследования (табл.2) показывает, что у композиции технического крахмала с хлористым кальцием количество израсходованной энергии (цV•s/mg) для разложения композиции изменяется экстремально. Например, для композиции содержащие 2,0 масс,% технического крахмала и 3,0; 5,0 и 7,0 масс.% хлористого кальция количество израсходованной энергии для разложения композиций с увеличением содержания последнего при 500 0С составляет 3,543; 4,643 и 3,643 цV•s/mg , соответственно.
Сравнения табличных значений количества израсходованной энергии для разложения композиций технического крахмала (табл.2) , показывают что большая энергия затрачивается, в основном, в интервале температур 400-500°С, которые составляют 4,018-5,034цV•s/mg , соответственно.
Для сравнения термостабильности композиции технического крахмала с хлористым кальцием (табл.3), исследован динамический термогравимет-ричесий анализ композиции.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Таблица 2.
Резултаты анализа кривых ДСК композиций технического крахмала с хлористым кальцием
№ Темпе-ра-тураоС Количество израсходованной энергии (цV*s/mg))
п/п Крахмал 2 % +CaCl2 3% Крахмал 2 % +CaCl2 5% Крахмал 2 % + CaCl2 7% Крахмал 3 %+CaCl2 7% Крахмал 4 % +CaCl2 7% Крахмал 5%+CaCh 7%
1 50 0,077 0,027 0,037 0,025 0,029 0,037
2 100 0,095 0,055 0,039 0,063 0,065 0,065
3 150 0,154 0,093 0,079 0,081 0,096 0,043
4 200 0,235 0,077 0,091 0,083 0,099 0,017
5 250 0,654 0,508 0,458 0,538 0,408 0,558
6 300 0,784 1,609 0,618 0,659 0,648 1,656
7 350 0,583 0,073 0,073 0,083 0,093 0,079
8 400 2,359 4,018 3,449 1,436 2,449 4,015
9 450 2,824 5,034 4,534 4,563 4,714 5,034
10 500 3,543 4,643 3,643 5,033 4,602 4,642
11 550 0,589 0,549 0,549 0,640 0,556 1,549
12 600 0,332 0,569 0,532 0,649 0,550 1,569
13 650 0,320 0,623 0,520 0,653 0,639 0,623
14 700 0,655 0,653 0,515 0,632 0,644 1,653
Определена температура начала разложения, соответствующая температуре 10 и 20 %-ной потери массы и ТзоОрЖ)- температура, носящая название «интегральная процедурная температура разложения», соответствующая 50%-ной потери массы. Анализ результатов исследования (табл.3) показывает, что с увеличением содержания хлористого кальция в составе техни-ческого крахмала термостабильность композиции снижаются. Например, для
Результаты динамического
композиции, содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 3,0 масс.% хлористого кальция температура начала разложения составляет 100 0С, а для композиций,содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 5,0 масс.% хлористого кальция и композиции содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 7,0 масс.% хлористого кальция температуры начала разложения составляют 84 0С и 750С, соответственно.
Таблица 3.
равиметрического анализа
№ Композиция и ее состав Температура разложения, оС Потеря массы при определен.температуре, %
Т0 Т10 Т20 Т5o(ipdt) T400 T600
1 Техн. крахмал 2масс.% + CaCl2 3 масс.% 100 189 237 539 42,38 52,62
2 Техн. крахмал 2 масс.% + CaCl2 5 масс.% 84 165 214 501 39,12 50,44
3 Техн. крахмал 2 масс.% + СаСЬ 7 масс.% 75 152 201 487 37,37 47,88
4 Техн. крахмал3масс.% + СаСЬ 7масс.% 101 178 232 640 37,55 46,54
5 Техн. крахмал4 масс.% + % СаСЬ 7масс.% 100 177 230 588 39,46 50,31
6 Крахмал 5масс.% + СаСЬ 7 масс.% 99 177 225 513 43,19 53,73
7 Техн. крахмалЗ масс.% + СаСЬ5 масс.% 107 194 253 477 36,12 46,22
8 Техн. крахмал4масс.% +СаСЬ 5масс.% 107 186 251 469 37,45 47,91
9 Техн. крахмалб масс.% +СаСЬ 5 масс.% 106 183 244 464 38,85 48,46
Примечание: То—температура, при которой начинается разложение; Т10— температура, при которой наблюдается 10%-ная потеря массы; Т5о(1рЖ)— температура, носящая название «интегральная процедурная температура разложения», соответствующая 50%-ной потери массы.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Также определена потеря массы композиции технического крахмала с хлористым кальцием при температурах 400 и 600 0С. Результаты анализа (табл.3) показывают, что у композиций содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 3,0 масс.% хлористого кальция потеря массы при 4000С составляет 42,38 масс.%, а для композиции, содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и 5,0 масс.% хлористого кальция и композиции, содержащие 2,0 масс.% технического крахмала и
февраль, 2022 г.
7,0 масс.% хлористого кальция потеря массы составляют 39,12 и 37,37 масс.%, соответственно. У тех же композициях при 600 0С потери массы составляют 52,62; 50,44 и 47,88 масс.% , соответственно.
Таким образом установлено,что с увеличением содержания хлористого кальция в составе разработанной композиции на основе технического крахмала, снижаются термостабильность композиции.
Список литературы:
1. Мухиддинов Б.Ф., Оликулов Ф.Ж., Самадов А.Р., Вапоев Х.М. Расчет изменения вязкости композиции технического крахмала с хлористым кальцием в зависимости от концентрации. Программа для ЭВМ DGU № 14421 от 02.02.2022 г.
2. Мухиддинов Б.Ф., Оликулов Ф.Ж., Самадов А.Р., Раупова М.М. Расчет изменения вязкости композиции технического крахмала с хлористым кальцием в зависимости от температуры. Программа для ЭВМ DGU № 14420 от 02.02.2022 г.
3. Уэндландт У. Термические методы анализа. - М.: Мир, 1978. - 526 с.
4. Gomes da Silva G. A Thermogravimetric Analysis of the Combustion of a Brazilian mineral Coal/ Quim. Nova, Вып. 31, № 1, c. 98-103, 2008.
5. Термогравиметрический анализ угольной пыли и инертных добавок в системах пылевзрывозащиты. С.Б.Ро-манченко, Е.А.Губина.Д.В.,Ушаков, Ю.К. Нагановский. Научно-технический журнал Вестник, 2020, № 2, стр.6-12.
6. Термические методы анализа. Учебное пособие В.И. Альмяшев, В.В. Гусаров. Санкт-Петербург 1999. -40 с.
