CC BY
57
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОДУКТОВ ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.А. Горюнов, 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
Полимерные строительные материалы и полимерные композиты в настоящее время все шире используются для производства товаров широкого потребления, для внутренней отделки в строительстве, и оказывают все возрастающее влияние на среду обитания человека. Ценные свойства пластмасс, такие как малый объемный вес, хорошие прочностные характеристики, низкая теплопроводность, высокая химической стойкостью, и другие значительно расширяют диапазон и масштабы их применения.
Однако, наряду с этим, существенным недостатком полимеров является их горючесть, и выделение в ходе термодеструкции целого спектра различных химических соединений. До настоящего времени данные о точном количественном и качественном составе продуктов пиролиза носят фрагментарный характер.
В первую очередь это связано с тем, что состав продуктов термодеструкции полимеров и полимерных композиционных материалов очень сложен и зависит от целого ряда факторов: их состава и строения; примесей, содержащихся в исходном сырье, введенных целевых добавок; от способа получения и переработки полимера; температурных и газовых условий термодеструкции и т.д.
В связи с этим, литературные данные не отражают в полной мере состава смеси газообразных веществ, образующейся в условиях горения или тления. И большую роль приобретают экспериментальные исследования продуктов термодеструкции полимерных материалов методами ИК Фурье спектроскопии и пиролитической газовой хроматографии, сочетающий процесс пиролитической деструкции полимерного образца с газохроматографическим анализом.
Особый интерес представляют исследования полимерных веществ, широко использующихся при производстве предметов широкого потребления и в строительстве, и при термодеструкции образующих токсичные газообразные продукты, такие как мономеры, оксид и диоксид углерода, альдегиды (формальдегид), цианистый водород, хлористый водород и т.д. Так, к полимерам, с большим выходом мономера при пиролизе без доступа воздуха можно отнести следующие: полиметилметакрилат, полиметилстирол, полиметаакрилонитрил, политетрафторэтилен и т.д.; такое крайне опасное для человека вещество как цианистый водород образуется при горении полистирола, полиуретана, и ряда других [1, 2].
Для высокотемпературной деструкции и деполимеризации полимерных материалов используются устройства (пиролизеры) различного типа, после чего продукты деструкции поступают в газовый хроматограф.
Сущность метода газовой хроматографии заключается в разделении
компонентов газовой смеси, основанном на различии в равновесном распределении компонентов между двумя фазами - газом-носителем (подвижная фаза) и либо твердой фазой (газо-твердофазная хроматография), либо жидкостью (газо-жидкостная хроматография), нанесенной в виде тонкой пленки на поверхность твердого носителя или стенки хроматографической колонки (неподвижная фаза).
Разделенные компоненты вместе с газом-носителем поступают в детекторы хроматографа различного типа, генерирующие электрический сигнал - тем больший, чем выше концентрация компонента в парогазовой смеси. Электрический сигнал усиливается и фиксируется регистратором хроматографа, на движущейся диаграммной ленте или выводится на экране монитора компьютера в виде хроматограммы. Эти хроматограммы используются для качественной и количественной обработки результатов анализа разделяемой смеси компонентов. Идентификационный анализ проводят путем сравнения данных продуктов пиролиза (по высоте пика и по положению пика на хроматограмме) с эталонными для известных веществ и соединений [3, 4].
Так, при исследовании термодеструкции полимера на основе полистирола методами газовой хроматографии идентифицируется большой спектр химических соединений: стирол, бензол, толуол, метанол, формальдегид, бутанол, и т.д., значительная часть которых является токсическими веществами. И с высокой достоверностью устанавливается их концентрация в газовой смеси.
Метод пиролитической газовой хроматографии удобен при анализе полимерных композитов и сложных материалов, содержащих различные наполнители, для сложных смесевых материалов из полимеров.
Список использованной литературы
1. Михайлин Ю.А. Тепло-, термо- и огнестойкость полимерных материалов. СПб.: Научные основы и технологии, 2011 - 416 с.
2. Передельский Л.В., Приходченко О.Е., Строительная экология: Учеб. пособие. - Ростов-н/Д: Феникс, 2003. - 320 с.
3. Беленький Б.Г., Виленчик Л.З. Хроматография полимеров. М.: Химия, 1978. - 344 с.
4. Алексеева К.В. Пиролитическая газовая хроматография. М.: Химия, 1985. - 256 с.
