ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОСТАБИЛИЗАЦИИ ПВХ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОСТАБИЛИЗАЦИИ ПВХ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

Тогаев Элдор Махманазарович

преподаватель,

Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши

Бекназаров Хасан Сойибназарович

д-р техн. наук, проф., вед. научн. сотр., Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, Республика Узбекистан, п/о Шуро-базар E-mail: hasan 74@mail.ru

INVESTIGATION OF PVC PHOTOSTABILIZATION BY IR SPECTROSCOPY

Eldor Togaev

Teacher

of the Karshi Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi

Khasan Beknazarov

Dr. tech. Sciences, Professor, Leading Researcher of the Tashkent Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Shuro-bazaar

АННОТАЦИЯ

В данной статье проведен синтез кротонового альдегида и п-фенилендиамина, изучен полученный продукт в качестве стабилизатора ПВХ. При исследовании использован ИК-спектр для определения карбонильных и поли-еновых групп. Установлено, что стабилизатор ФС-1 обладает фотостабилизирующими свойствами. Стабилизатор ФС-1 до 0,7% проявляет фотостабилизирующую активность при появлении карбонильных и полиеновых групп.

ABSTRACT

In this article, the synthesis of crotonaldehyde and phenylenediamine was carried out and the resulting product was studied as a PVC stabilizer. The study used the IR spectrum to determine the carbonyl and polyene groups. It has been established that the stabilizer FS-1 has photo-stabilizing properties. The PS-1 stabilizer up to 0.7% exhibits photostabilizing activity when carbonyl and polyene groups appear.

Ключевые слова: фотостабилизатор, кротоновый альдегид, фенилендиамин, поливинилхлорид, стабилизация.

Keywords: photostabilizer, crotonaldehyde, phenylenediamine, polyvinyl chloride, stabilization.

Введение

Амины представляют собой органическое соединение с функциональными группами, содержащими основной атом азота с неподеленной парой. Также аминные соединения являются производными аммиака, в которых один или несколько атомов водорода заменены заместителем, таким как алкильная или арильная группа [3]. Важные амины включают аминокислоты, биогенные амины, анилин и триме-тиламин. Поливинилхлорид, также известный как ПВХ, является термопластом и занимает третье место в мире по производству полимеров [5].

Синтетические и природные высокомолекулярные полимеры поглощают широкий спектр солнечного ультрафиолетового излучения и вступают в

фотолитические, фотоокислительные и термоокислительные реакции, приводящие к деструкции материала [4]. Деструкция, от которой страдают эти материалы, может варьироваться от простого обесцвечивания поверхности, влияющего на эстетическую привлекательность продукта, до значительной потери механических свойств, что серьезно ограничивает их эксплуатационные характеристики.

Низкая стоимость и превосходные характеристики поливинилхлорида (ПВХ) делают его очень привлекательным и подходящим пластиком для широкого спектра применений. По производству и потреблению синтетических материалов он занимает третье место в мире после полиэтилена и полипропилена. Однако ПВХ обладает плохой термической

Библиографическое описание: Тогаев Э.М., Бекназаров Х.С. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОСТАБИЛИЗАЦИИ ПВХ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2023. 4(106). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/15155

и светостойкостью. Он подвергается быстрому автокаталитическому дегидрохлорированию под действием тепла и света [6] при формовании и использовании соответственно. В результате с самого начала реакции образуются сопряженные полиеновые последовательности, которые вызывают обесцвечивание полимера и серьезно изменяют его физические свойства [7]. Чтобы обеспечить устойчивость к атмосферным воздействиям, смола ПВХ должна быть правильно составлена и обработана с использованием подходящих добавок, что приводит к получению сложного материала, поведение и свойства которого сильно отличаются от самой смолы ПВХ [2]. Недавно ученые использовали замещенное бензоти-азольное и бензимидозольное кольцо [1] в качестве фотостабилизаторов жесткого ПВХ. Они также использовали производные 1,3,4-оксадиазола и 1,3,4-тиадиазола в качестве новых фотостабилизаторов для жесткого ПВХ [8]. В этой статье мы сообщаем о разработке некоторых олигомеров, стабилизированных кротоновым альдегидом и фенилендиамином, и описываем изучение их использования в качестве фотостабилизирующего реагента.

Экспериментальная и методическая часть

Стабилизатор ФС-1 получали на основе фени-лендиамина с кротоновым альдегидом. Реакцию кронового альдегида с фенилендиамином проводят следующем образом: в трехгорлую колбу (500 мл), снабженную магнитной мешалкой, капельной воронкой, термометром и обратным холодильником, помещают 100 г (0,5 моля) 30%-ного раствора пара-фенилендиамина в спирте. Из капельной воронки добавляют 30 г (0,5 моля) кротонового альдегида с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не была выше 10 °С. После окончания прибавления кротонового альдегида реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 30 минут. После чего очищают реакционную смесь от непрореагировавших исходных веществ этанолом. Осадок фильтруют и сушат при температуре 30-35 °С. Выход составляет 94%. Схему реакции получения основания Шиффа на основе кротонового альдегида с фенилендиамином можно представить следующим образом:

hc

h

cho + h2n

\ /

-nh

-ho

hc

c h

=n

nh

Экспериментальные методы подготовки пленок ПВХ

В наших исследованиях использовали ПВХ марки SG-5, произведенный на предприятии АО «Навоиазот». В качестве растворителя использовали диметилсульфоксид марки «х.ч.».

Из раствора поливинилхлорида в диметил-сульфоксиде (5 г/100 мл) и стабилизатора ФС-1 (стабилизатор брали концентрацией 0,3, 0,5 и 0,7% от массы ПВХ) получали полимерные пленки толщиной 30 мкм. Пленки готовили методом выпаривания при комнатной температуре в течение 24 часов. Для удаления возможного остаточного растворителя образцы пленок дополнительно сушили при комнатной температуре в течение 3 ч.

Эксперименты по облучению. Для определения атмосферостойкости использовали УФ-лампу для облучения пленок полимеров. Ускоренный тестер атмосферостойкости содержит пластину из нержавеющей стали с двумя отверстиями спереди и одним сзади, на которой располагается пленка. С каждой стороны имеются лампы для облучения полимерной пленки (типа флуоресцентных ультрафиолетовых ламп) по 40 Вт каждая. Эти лампы относятся к типу UV-B 313, обеспечивающему диапазон спектра от 290 до 360 нм с максимальной длиной волны 313 нм.

Образцы полимерных пленок фиксировали вертикально параллельно лампам, чтобы убедиться, что падающее УФ-излучение перпендикулярно образцам. Облучаемые образцы время от времени поворачивают, чтобы обеспечить одинаковую интенсивность света, падающего на все образцы.

Измерение скорости фотодеструкции полимерных пленок с помощью инфракрасной спектро-фотометрии. Степень фотодеструкции образцов полимерных пленок отслеживали путем контроля ИК-спектров в диапазоне 4000-400 см-1 на спектрофотометре IRAffrnity-1S (Shimadzu). Положение карбонильной группы указано при 1722 см-1, полие-новой группы - при 1602 см-1 и гидроксильной группы - при 3500 см-1. За ходом фотодеструкции при различном времени облучения следили по изменению карбонильных и полиеновых пиков. Затем рассчитывали карбонильный (Ico), полиеновый (Ipo) и гидроксильный (IOH) индексы путем сравнения пика поглощения FTIR при 1722, 1602 и 3500 см-1 с эталонным пиком при 1328 см-1 соответственно. Этот метод называется методом индекса полосы, который включает в себя:

As

Ar

где Лб - поглощение исследуемого пика; Лг - поглощение эталонного пика; - индекс исследуемой группы.

Фактическая абсорбция, разница между абсорбцией верхнего пика и базовой линии (верхний пик -базовая линия) рассчитывается с использованием метода базовой линии.

Н

с—с Н I

с

Н

С1 Н

С1

Ьу

о-

Н

С—с

Н

С1

о—о

С Н

Н

С1

. Н

о/\/\/с-с

Н

С1

о—он

С" Н

Н

С1

Н С

Н

о—он

С Н

Н

С1

о

Н

с-С^7^7^

Н |

С1

оН

0

1

о

С-Н

С1

Н

С1

. н •

С-С^^^^ -► ОУХ/ХУ С С^^^7 + С1

н | н н

С1

Схема 1. Фотоокислительная деструкция ПВХ

Результаты и их обсуждение

Стабилизатор ФС -1, полученный из кротоно-вого альдегида и фенилендиамина, использовался в качестве добавок для фотостабилизации пленок ПВХ. Для изучения фотохимической активности стабилизатора ФС-1 для фотостабилизации пленок ПВХ карбонильный и полиеновый индексы контролировали в зависимости от времени облучения с помощью ИК-спектрофотометрии. Облучение пленок

ПВХ УФ-светом с длиной волны X = 313 нм привело к четкому изменению ИК-спектра, как показано на рис. 1. Появление полос 1722 см-1 связывают с образованием карбонильных групп, связанных с хлорке-тоном и алифатическим кетоном соответственно. Наблюдалась третья полоса при 1579 см-1, относящаяся к полиеновой группе, как показано на схеме 1.

Рисунок 1. Изменение ИК-спектра пленки ПВХ,, окисленной ПВХ-пленки и в присутствии ФС-1 (30 мкм)

По поглощению карбонильных, полиеновых и гидроксильных групп следили за степенью деструкции полимера при облучении. Это поглощение рассчитывали как карбонильный индекс (1со), полие-новый индекс (1ро) и гидроксильный индекс (1он). Разумно предположить, что рост карбонильного индекса является мерой степени деструкции. Однако на рис. 2 приведен карбонильный индекс I со для стабилизатора ФС-1 при различных концентрациях. Показано, что рост концентрации стабилизатора ингибирует пленки ПВХ, то есть скорость роста карбонильных групп уменьшается с увеличением концентрации ингибитора во время облучения по сравнению с контрольной пленкой из ПВХ без добавок. Поскольку рост карбонильного индекса со

временем облучения ниже, чем в контроле ПВХ, как видно на рис. 2, можно сделать вывод, что эти добавки можно рассматривать как фотостабилизаторы полимера ПВХ. Поскольку эффект фотостабилизатора показывает более длительный период индукции при концентрации 0,7%, концентрация 0,7% ФС-1 считается наиболее приемлимой, а остальные концентрации являются менее активными. Полиеновые соединения, как и карбонильные, образуются при фотодеструкции ПВХ. Следовательно, полиеновый индекс (1Р0) также можно контролировать по времени облучения в присутствии и в отсутствие этих добавок. Результаты представлены на рис. 3.

0,05

0,00% 0,30% 0,50% 0,70%

50 100 150

Время облучения, час

200

250

Рисунок 2. Зависимость карбонильного индекса от времени облучения пленок ПВХ без стабилизатора и при концентрациях 0,3, 0,5 и 0,7%

0

0

0,2 0,1 0

0,00% 0,30% 0,50% 0,70%

50 100 150

Время облучения, час

200

250

Рисунок 3. Зависимость полиенового индекса от времени облучения пленок ПВХ без стабилизатора и при концентрациях 0,3, 0,5 и 0,7%

Заключение

Таким образом, полученные данные показывают, что синтезированный стабилизатор успешно работает в качестве фотостабилизатора пленок ПВХ. Установлено, что с увеличением концентрации ФС-1

до 0,7% фотостабилизирующая активность растет при появлении карбонильных и полиеновых групп. При увеличении концентрации от 0,7 до 1% стабилизирующий эффект увеличивается незначительно, поэтому нами выбрана оптимальная концентрация -0,7%.

0

Список литературы:

1. Расчеты квантово-химических параметров соединения антраниловой кислоты с кротональдегидом /

H.И. Назаров, Х.С. Бекназаров, Ш.Ш. Ортиков, Г.А. Мирзаева // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. - 2021. - № 6 (84) / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://7universum.com/ru/nature/ar-chive/item/11876.

2. Синтез и исследование методами ИК-спектроскопии и квантовой химии кротонилиденимин-о-бензойной кислоты / Н.И. Назаров, Х.С. Бекназаров, Х.К. Разоков, С.И. Назаров // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. - 2020. - № 11 (80) / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10978.

3. Тогаев Э.М., Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Исследование фотостабилизации ПВХ солями фталаминовой кислоты // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. - 2020. - № 7 (76) / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/9947.

4. Beknazarov H.S., Djalilov A.T., Sultanov A.S. Resistance to thermooxidizing destruction of the polyethylene stabilized by derivatives of gossypol // J. Plastics. - 2007. - № 4. - P. 39-40.

5. Beknazarov H.S., Djalilov A.T., Sultanov A.S. Studying of thermooxidizing destruction of polyethylene of the gossypol stabilized by derivatives // J. Chemistry and chemical technologies. - 2006. - V. 2. - P. 56-58.

6. Research oligomer inhibitors of corrosion / H.S. Beknazarov, A.T. Djalilov, Kh.I. Akbarov, T.T. Jurayev // J. Plastics. - 2008. - № 4. - P. 335-336.

7. Studying of kinetics of thermodestruction of the stabilized polyethylene by gossypol derivatives / H.S. Beknazarov, A.T. Djalilov, M.K. Asamov, Z.Z. Mirvaliyev // J. Chemistry and chemical technologies. - 2008. - V. 1. - P. 62-64.

8. Yousif E., Hameed A., Baker E. Synthesis and photochemical study of poly(vinyl chloride)-1,3,4-oxadiazole and

I,3,4-thiadiazole // J. Al-Nahrain Univ. Sci. - 2007. - № 1. - P. 7-11.