CC BY
976
Список использованной литературы
1. Влияние ИТ на развитие кадастрового учета // [Эл. ресурс] Режим доступа: http://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-metodov-organizatsii - geoprostranstvennykh-dannykh-dlyaavtomatizirovannoi
2. Путькина Л.В., Пискунова Т.Г. Интеллектуальные информационные системы. - М.: СПбГУП, 2008. - 228 с.
3. Блиновска Д.С. Задоя. Введение в геоинформационные системы. - М.: Инфра-М, Форум, 2012. - 112 с.
4. Воронцов А.И., Николаевская Н.Г. «Вопросы экологии и охраны окружающей среды». Москва, 1986.
5. Медико-экологический атлас Воронежской области: монография / С.А. Куролап, Н.П. Мамчик, О.В. Клепиков [и др.]. - Воронеж: Изд-во «Истоки», 2010. - 167 с.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТЕРМИЧЕСКИЙ И ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.А. Горюнов, старший преподаватель, к.х.н., А.И. Черников, преподаватель, к.т.н., А.М. Чуйков, начальник кафедры, к.т.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
С середины 20-го века производство полимерных материалов превратилось в одну из основных мировых индустрий, которая влияет на все сферы жизни человека. Полимеры позволили усовершенствовать производство значительной части выпускаемой продукции - конструкционных и строительных материалов, тканей и т.д. Полимерные вещества внедрились во все сферы человеческой деятельности - технику, здравоохранение, быт. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами.
Однако наряду с применением полимерные материалов одновременно встает в вопрос снижения вредного влияние полимерных материалов на окружающую среду и человека. Так, в ЕС, в рамках поворота к более «зеленой», экологически безопасной экономике с 2025 года планируется запретить свалки отходов, пригодных для повторной обработки, в первую очередь полимерных материалов, сходные инициативы выдвигаются и в России.
Так же следует уделить внимание и пожарной безопасности данных соединений, поскольку они относятся к группе горючих материалов. При этом различные полимеры отличаются друг от друга по многим параметрам, определяющим поведение материалов как в случае их воспламенения и
самовоспламенения, так и в условиях развитого пожара. Особенную опасность при нагреве и горении полимерных материалов представляет процесс термодеструкции. Так как при этом случае возможна деполимеризации с выходом газообразных мономеров и различных соединений неполного окисления, негативно влияющих на здоровье человека.
Поскольку физические переходы в структуре полимера под действием температуры сопровождаются тепловыми эффектами, а при прохождении химических реакций и некоторых физических процессов изменением массы образцов, это позволяет применять для исследования ряда свойств полимеров термический анализ.
В термическом анализе, изучающем изменение свойств материалов под воздействием температуры, выделяют несколько методов, из которых для исследования термической стабильности полимер используются следующие:
1. Дифференциально-термический анализ.
2. Термогравиметрический анализ.
Дифференциальный термический анализ (ДТА) - метод исследования, заключающийся в нагревании или охлаждении образца с определенной скоростью и записи временной зависимости разницы температур между исследуемым образцом и образцом сравнения (эталоном), не претерпевающим никаких изменений в рассматриваемом температурном интервале.
т Спя мине
Тс ТЦ> ТПч Тоге Таестр
Рис. 1. Общий вид кривой ДТА в полимерах
Термогравиметрия или термогравиметрический анализ (ТГ) - метод термического анализа, при котором регистрируется изменение массы образца в зависимости от температуры. Результатом анализа являются ТГ-кривые -зависимости массы навески (или изменения массы навески) от температуры или времени.
ТГ-анализ является одним из основных методов исследования относительно быстрых процессов термической или термоокислительной деструкции при глубоких степенях деструктивного превращения в полимерах. Часто с ним применяют метод деривативной термогравиметрии (ДТГ) -показывающий скорость изменения - первую производную ТГ кривой во времени (или температуры).
Так же сходным с ДТА является метод ДСК (дифференциально-сканирующая калориметрия) фиксирующий зависимость теплового потока dH/dT (Дж/с), требуемого для поддержания одинаковой температуры образца и
эталона, от температуры. Кривая ДСК по форме такая же, как и в методе ДТА, но по площади пиков количественно рассчитываются тепловые эффекты.
При синхронном ТГ-ДТА/ДСК анализе одновременно измеряется изменение теплового потока и массы образца как функция от температуры или времени. При этом, в зависимости от цели эксперимента, может использовать различная контролируемая атмосфера, как инертного газа, так и содержащая кислород при моделировании процессов окисления.
10 20 30
Рис. 2. Общий вид кривых ТГ и ДТГ кривых. 1 - ТГ-кривая (потеря массы); 2 - ДТГ-кривая (скорость потери массы); 3 - температура (скорость нагревания - 20 °С/мин)
Подобный синхронный анализ не только позволяет увеличивать производительность измерений, но и упрощает интерпретацию результатов, благодаря возможности разделить эндо- и экзотермические процессы, не сопровождающиеся изменением массы (фазовые переходы), и те, при которых происходит изменение массы (деструкция).
Таким образом, термические методы анализа позволяют решать комплекс практических задач:
- задачу идентификации пластических материалов;
- установление предельной температуры переработки пластмассы в изделия из расплава;
- оценка термостабильности полимера и расплава полимера;
- выбор добавок для регулирования свойств полимера по их поведению при нагревании (добавки не должны претерпеть изменений при плавлении полимера).
Проблемой синхронного термический анализ материалов становится невозможность провести анализ выделяющихся в процессе окисления и термодеструкции газов. В связи с чем, в настоящее время для приборов синхронного термического анализа (дериватографы) предусмотрено совмещение с инфракрасными Фурье-спектрометрами, масс-спектрометрами и хроматографами.
Подобный блок высокоточных приборов позволяет:
- изучить температурный интервал, температуру плавления, изменение температуры плавления под влиянием различных факторов, определить теплоту
плавления. И на основании получившихся данных идентифицировать состав смесей кристаллизующихся полимеров, сделать выводы об особенностях структуры полимеров (степень кристалличности, состав статистических и блок-сополимеров, стереорегулярность и т.д.);
- изучать процессы получения (поликонденсацию, полимеризацию, сополимеризацию и др.) полимеров, определять оптимальные условия этих процессов, исследовать влияние состава исходной смеси на скорость реакции. Получить в широком интервале температур, сведения как о потере массы полимера вследствие выделения летучих продуктов разложения, так и о тепловых эффектах, возникающих при этом;
- определить температуры начала и определенных стадий деструкции, максимальной скорости и окончания физико-химических процессов в условиях испытания полимеров, а так же на основе опытных данных рассчитать их кинетические параметры - порядок реакции и энергию активации;
- провести качественный и количественный анализ выделяющихся в процессе термодеструкции полимерных материалов газообразных продуктов и определить их токсичность.
В данное время прибор синхронного термического анализа - STA 449 F5 Jupiter (NETZSCH), совмещенный с ИК Фурье-спектрометром TENSOR 27 (Bruker) размещен на кафедре «Химии и процессов горения» Воронежский институт ГПС МЧС России и задействован в рамках выполнения научно-исследовательских работ по тематике «Пожарно-техническое исследование термоокисления полимерных композиционных материалов».
Список использованной литературы
1. Физикохимия полимеров / Кочнев A.M., Заикин A.E., Галибеев С.С., Aрхиреев В.П. // Казань: Изд-во «Фэн», 2003. - 512 с.
2. Термический анализ полимеров/ Казан. гос. технол. ун-т; Сост.: A.M. Кочнев и др. Казань, 2007. - 37 с.
3. Сутягин ВМ., Ляпков A.A. Учеб. пособие. Физико-химические методы исследования полимеров. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 130 с.
4. Дльмяшев В.И., Гусаров В.В. Термические методы анализа. Учеб. пособие. - СПб.: СПбГЭТУ (ЛЭТИ), 1999. - 40 с.
5. Simultaneous Thermal Analyzer - STA 449 F5 Jupiter® Method, Technique and Applications, 2015. - 16 р.
