CC BY
0
A UNIVERSUM:
№10(115)_• » - ,;>= К*" 1'_октябрь. 2023 г.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА С ДОБАВЛЕНИЕМ ОКСИДА КРЕМНИЯ
Рахматуллаев Лутфилло Суярович
соискатель
ООО «Ташкентский научно-исследовательский институт
химической технологии», Республика Узбекистан, п/о Ибрат E-mail: lraxmatullayev@mail.ru
Каримов Масъуд Убайдулла угли
вед. науч. сотр.,
ООО «Ташкентский научно-исследовательский институт
химической технологии», Республика Узбекистан, п/о Ибрат
Киемов Шариф Нозимович
PhD ст. науч. сотр. ООО «Ташкентский научно-исследовательский институт
химической технологии», Республика Узбекистан, п/о Ибрат
PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF POLYETHYLENE WITH THE ADDITION
OF SILICON OXIDE
Lutfillo Rakhmatullayev
Degree-seeking student, LLC "Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology", Republic of Uzbekistan, Ibrat
Masud Karimov
Leading Research Scientist, LLC "Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology", Republic of Uzbekistan, Ibrat
Sharif Kiyemov
PhD, Senior Research Scientist, LLC "Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology", Republic of Uzbekistan, Ibrat
АННОТАЦИЯ
В данной работе представлены результаты по улучшению физико-химических свойств полиэтилена при добавлении оксида кремния, методом ИК-спектроскопии, определены функциональные группы, исследованы физико-химические, физико-механические свойства и прочностная стабильность маточных полимерных композитов.
ABSTRACT
The authors present the results of improving physical and chemical properties of polyethylene with the addition of silicon oxide; functional groups have been determined by IR spectroscopy; physico-chemical, physico-mechanical properties and strength stability of masterbatch polymer composites have been studied.
Ключевые слова: оксид кремния SiO2, полиэтилен, воск, микрокальций, стеарат кальция, дифференциально -термический и термогравиметрический анализы, ИК-спектроскопия.
Keywords: silicon oxide SiO2; polyethylene; wax; microcalcium; calcium stearate; differential thermal and thermo-gravimetric analyses; IR spectroscopy.
Библиографическое описание: Рахматуллаев Л.С., Каримов М.У., Киёмов Ш.Н. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА С ДОБАВЛЕНИЕМ ОКСИДА КРЕМНИЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 10(115). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16091
Введение. Оксид кремния SiO2 широко применяется в полимерной, пластмассовой, лакокрасочной, резинотехнической промышленности с целью улучшения химических и физико-механических свойств изделий. Высокодисперсный оксид кремния активно используется в качестве наполнителя в полимерных изделиях, в качестве антикоррозионной, антифрикционной добавки в лакокрасочной продукции. Оксид кремния достаточно широко применяют в резиновой, полимерной, строительной промышленности, используя в качестве добавки к полимерным изделиям, пластмассам, термостойким и теплоизоляционным материалам. Высокодисперсный оксид кремния существенно улучшает физико-механические свойства полимеров [2].
В результате многочисленных опытов Е. Петровиковой были получены важные результаты в области применения высокодисперсного порошка 8102 для снижения трения и износа, которые рассматриваются как направление для практического применения. Найденные с его помощью решения по созданию антифрикционных покрытий успешно реализуются в результате исследований, применяемых в промышленности.
Результаты работ Е. Петровиковой показали, что износостойкость наполненных образцов увеличилась до 67 %, концентрация мелкоразмерного оксида кремния увеличилась до 15 % по объему, а стойкость к царапанью увеличилась до 35 %. Было обнаружено, что коэффициент трения нанокомпозита ниже, чем у исходного нейлона [3].
А.Г. Сирота и Р.Н. Ротхон изучили, что свойства поверхности наполнителя можно изменить, покрыв частицы поверхностно-активными веществами.
Не следует забывать, что, помимо достижения хорошей адгезии между полимером и наполнителем, очень важно уменьшить взаимодействие между частицами наполнителя, а это может привести к их агломерации, что в свою очередь приводит к механическим и технологическим проблемам, оказывает негативное влияние на важные показатели [1; 4].
Целью данной работы является получение маточной смеси на основе полиэтилена, воска, микрокальцита, стеарата кальция и оксида кремния.
В Ташкентском научно-исследовательском институте химической технологии получена добавка, содержащая оксид кремния, для полиэтиленовых изделий. Таким образом, была получена маточная смесь на основе полиэтилена, воска, микрокальцита, стеарата кальция и оксида кремния.
Экспериментальная часть
Для эксперимента смесь из 200 г полиэтилена, 40 г воска, 4 г стеарата кальция, 4 г микрокальция и 100 г белой сажи помещали в специальный контейнер, с крышкой, термометром и мешалкой внутри. Смесь постоянно помешивали. Полученную смесь нагревали при температуре 80-90°С в течение 2,5-3,5 часов. Маточную смесь изготавливали в качестве добавки к полимерным изделиям в экструдере LSB.
ИК-спектроскопические анализы маточной смеси с белой сажей, полученной в результате эксперимента, проводили на ИК-спектрометре (в диапазоне 400-4000 см-1) производства японской компании Shimadzu. Метод ИК-спектроскопии позволяет определить изменения химической структуры реагентов в результате реакции и изучить образующиеся новые функциональные группы. Полиэтилен, содержащий оксид кремния, анализировали методом ИК-спектров.
Рисунок 1. ИК-спектр полиэтилена, содержащего оксид кремния
На рисунке 1 ИК-спектр наполнителя, содержащего оксид кремния, по результатам анализа включает полосы поглощения в области 2914 см-1, соответствующие колебаниям группы (-СН2-). Линии,
принадлежащие группам (-СН-), варьируются в области от 2848 до 1463 см-1. Установлено, что колебания в области поглощения 1078 см-1 принадлежат группе 81-0. Линии в области при 956 см-1 при анализе
ИК-спектра обусловлены валентными колебаниями соответствующих групп (С-С).
Проводились и термические анализы в диапазоне температур от 20°С до-600°С, в атмосфере аргона со скоростью 10 градусов в минуту. Проверку термической стабильности маточной смеси, содержащей оксид кремния, полученной, в результате эксперимента, анализировали на дифференциально-термических и термогравиметрических приборах
(ДТГ-60, SIMULTANEOUS DTA-TG APPARATUS SHIMADZU, Япония). Полученная производная диаграмма состоит из 2 кривых. Она имеет подробную информацию, например, о термических свойствах изучаемых полимеров, их температурной устойчивости, о том, как они претерпевают изменения под действием температуры, то есть при какой температуре и за какое время происходит потеря массы.
Рисунок 2. Термограмма полиэтилена, содержащего оксид кремния
Эндотермическая кривая полученной деривато-граммы реализовывалась преимущественно в диапазоне двух интенсивно разлагающихся температур.
Первый интервал разложения длился 33,82 минуты от 30,5°С до 354,74°С, потеря массы составила 0,319 мг, т.е. 9,864 %. Второй интервал распада, начиная с 354,74°С до 601,73°С, потерял массу за 59,37 минут и составил 2,992 мг, т. е. 92,517 %. По образцу, полученному в результате эксперимента, масса уменьшается на 2-3 % за счет потери влаги до 100°С. Дальнейшая потеря массы начинается при температуре 182°С, при которой ожидается разложение с возможным выделением кислоты, связанной с водой. Выше 350°С вещество разжижается, а выше 427,38°С происходит разложение основной структуры вещества.
Кривая термогравиметрического анализа показывает, что полученные полимерные изделия не содержат дополнительных соединений, потерянная масса испаряется при 479,34°С, а оставшимся веществом является оксид кремния.
Таким образом, с помощью современных физико-химических методов исследованы физико-механические свойства и прочностная стабильность маточных полимерных композитов, изготовленных на основе полиэтилена с использованием маточной
смеси из микрокальцита, стеарата кальция и оксида кремния.
Из полиэтилена с SiO2 были сформированы «лопаточки» для удобства изучения физико-механических свойств композита (рис. 3).
Рисунок 3. Размерные характеристики полиэтилена с добавлением оксида кремния
Анализ результатов эксперимента. Удлинение полимерного композита на универсальном приборе ИР-5057 определяли следующим образом. Размеры подготовленной «лопаточки», как показано на рисунке 3, состоят из 2-х частей лопаты, т.е. центра и двух краев (5 мм от отметки). С помощью этой формы были изучены удлинение, прочность, эластичность и другие физико-механические свойства полимерной композиции. Размеры лопаты показаны на рисунке 3.
Д UNIVERSUM:
№10(115)_• » - ,;>= К*" 1'_октябрь. 2023 г.
ПЭ лопатки с оксидом кремния 25.05.2023 г
К л Ю и н о о слово Наймом О и и н И И п р о д у к т о Имя ф п й л и испита М И я 20230020 1в1.1 xtaa
Ими файла метода Дата отчета 20-Моу-23 Дате« и с п ы т а м и я 20-Мву-23
Р Й ж и м и с п ы т a м и я О д и и о ч и Ы й Тип и с п ы т а м и я Р а с т п ж в н и о Скорое Т 1. 1 м м/м и н
Форма П л о с к а п Сорил 1 Ч Л С Т И Г. И|)ИИ 3
Ими Модуль у о р у г о с т И М а к с .С и л а Разрыв С ила М л к с Д и Ф .Сила П р Т 1 С и л а
П а р а м а т р ы Единица Д о ф о р м а и И И 0 - 0.3 % МПа Рвсчет □ О В С О X области X Н Ч у « с т в и т о л и м о с Т U: 10 н Н 0.2 Ч И
1»1. ЗЮ 1 136:1 на «00238 оно 23й 046300 Ь4Ь 324
И N10 2 1 У4 1 И» tt/b 20 / И/в 2 Ь / 0.20604 Mil 4tth
и ню :1 1 300 «о /in II:I/ /in из/ 0 4/0114 btt / 4У!>
С 0 и д и и и 1310 4/ ИМЯ 1 11 ИНЬ 1 1 1 оз/мхи 043 /311
С 1 И Н Д М |> т м о о о т н л о м «ч Н.и * 63 739/ 21 704? 21 /042 010001 24 01 вО
Результаты определения прочности полимерного композиционного материала при растяжении и деформации по требованиям ГОСТ приведены путем отбора 3 проб.
1. Модуль упругости образца РЕ-8Ю2 1 составил 1353,89 МПа в диапазоне деформации образца от 0 % до 5 %. Усилие, использованное для разрушения образца полимерного композиционного материала (ПКМ), составляет 690,238 Н. Предел прочности образца составляет 690,238 Н. Величина деформации образца до разрушения составляет 545,324 %.
2. Модуль упругости образца РЕ-8Ю2 2 составил
1241.89 МПа в диапазоне деформации образца от 0 % до 5 %.Усилие, использованное для разрушения образца полимерного композиционного материала (ПКМ), составляет 676,257 Н. Предел прочности образца составляет 676 257 Н. Величина деформации образца до разрушения составляет 518,465 %.
3. Модуль упругости образца РЕ-8Ю2 3 составил
1350.90 МПа в диапазоне деформации от 0 % до 5 %.
Усилие, использованное для разрушения образца полимерного композиционного материала (ПКМ), составляет 718 837 Н. Предел прочности образца составляет 718 837 Н. Величина деформации образца до разрушения составляет 567,425 %, то есть площадь образца, участвовавшего в испытании, была растянута на 567,425 %.
Модуль упругости среднего образца составил 1315,47 МПа в диапазоне деформации образца от 0 % до 5 %. Усилие, использованное для разрушения образца полимерного композиционного материала (ПКМ), составляет 695,111 Н. Предел средней прочности образца составляет 1315,47 Н. Средняя величина деформации образца до разрушения составляет 543,738 %, то есть площадь образца, участвовавшего в испытании, растянута на 543,738 %.
Результаты прочности полимерных композиционных материалов на растяжение и деформацию приведены на рисунке 4.
Рисунок 4. Диаграмма растяжения и деформации композиционных материалов
№ 10 (115)
А1
Выводы. В статье рассматривается улучшение физико-химических свойств и термостойкость полиэтилена с дополнением оксида кремния при добавлении минеральной добавки из маточной смеси для производства композиционных материалов на
октябрь, 2023 г.
60 %-ной основе полимеров. Микрокальцит, стеарат кальция, воск, оксид кремния и другие добавки к полиэтилену рекомендуется использовать в качестве эффективных добавок при производстве термостойких полимерных композиций, т.е. маточных смесей.
Список литературы:
1. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. - Л.: Химия, 1984. - 152 с.
2. Gaitero J.J. Reduction of the calcium leaching rate of cement paste by addition of silica nanoparticles // Cement and Concrete Research. 2008. Vol. 38. Iss. 9. Pp. 1112-1118.
3. Petrovicova E. Nylon 11/silica nanocomposite coatings applied by the HVOF process. II. Mechanical and barrier properties // Journal of Applied Polymer Science. 2000. Vol. 78. Iss. 13. Pp. 2272-2289.
4. Particulate-filled Polymer Composites / ed. by Rothon R.N. - 2-nd еd. Shawbury: Rapra Technology Limited, 2003. 545 p.
