CC BY
33
№ 9 (54)
сентябрь, 2018 г.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
МОДИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СТРУКТУРЫ ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Содикова Мунира Рустамбековна
соискатель, ГУП ТНИИХТ, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар.
E-mail: [email protected]
Джалилов Абдулахат Турапович
д-р хим. наук, проф., академик, ГУП ТНИИХТ, директор, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар
E-mail: gup tniixt @mail.ru
Абдумавлянова Мамура Косимовна
канд. хим. наук, доцент, Ташкентский химико-технологический институт (ТХТИ),
Узбекистан, Ташкент E-mail: mаmura @mail.ru
Мурзаев Рустам Камилович
соискатель, ГУП Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии (ГУП ТНИИХТ),
Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар
E-mail: hartum83@mail. ru
Таджиходжаев Закирходжа Абдусаттарович
д-р техн. наук, проф., Ташкентский химико-технологический институт,
Узбекистан, Ташкент E-mail: zakirhodja@, gmail.com
MODIFICATION OF POLYMERS AND STUDYING THEIR STRUCTURE IR - SPECTROSCOPIC METHOD
Munira Sodikova
Applicant of the SUE TSRICT Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, p / o Shuro-bazaar
Abdulahat Jalilov
Doctor of chemical sciences, Professor, academician, director of the SUE TSRICT Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, p / o Shuro-bazaar
Mamura Abdumavlyanova,
Cand. ^em. sci., associate professor, Tashkent Chemical Technology Institute,
Uzbekistan, Tashkent
Rustam Murzaev
Applicant of the Stat Unitary Enterprise Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology (SUE TSRICT), Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, p / o Shuro-bazaar
Zakirkhodja Tadjikhodjaev
Doctor of techn^l sciences, Professor, Tashkent Chemical Technology Institute
Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: Модификация полимеров и изучение их структуры ИК - спектроскопическим методом // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. Содикова М.Р. [и др.]. 2018. № 9(54). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6396
№ 9 (54)
сентябрь, 2018 г.
АННОТАЦИЯ
В данной статье рассматриваются вопросы модификации полимеров, как способа синтеза высокомолекулярных соединений с улучшенными свойствами, представляющий значительный интерес с практической и научной точки зрения.
ABSTRACT
This article deals with the modification of polymers as a way to synthesize high-molecular compounds with improved properties, which is of considerable interest from a practical and scientific point of view.
Ключевые слова: полиэтилен, хлорирование, вторичные продукты, отходы, модификатор. Keywords: polyethylene, chlorination, secondary products, waste, modifier.
Создание полимеров и полимерных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами на основе доступных и вторичных продуктов на сегодняшний день является одним из важных направлений в химии синтеза, модификации с сохранением степени полимеризации и переработки высокомолекулярных соединений [1-2].
Удобным для модификации является невостребованный до сегодняшнего дня газообразный хлор, который образуется в технологической цепочке химических производств. Введение этого хлора во вторичный полимерный материал создаёт условия для получения аммониевых полимеров нашедшие широкое применение в различных отраслях [1]. Это, по-видимому, обусловлено и тем, что полученный таким образом продукт является относительно новым для химической индустрии полимеров. В связи с этим изучение модификации вторичного полимера путем химических превращений макромолекул и изучение физико-химических свойств модифицированных полимерных продуктов является важной задачей.
Переработка и рациональное использование сырьевых ресурсов за счёт использования вторичных полимерных материалов имеет актуальное и практическое значение, которое позволяет обеспечить охрану окружающей среды и экологическую обстановку, а также сэкономить сырьевые ресурсы полимерных материалов за счёт использования производственных и бытовых вторичных пластмассовых и полимерных отходов.
В настоящее время наиболее эффективным и ресурсосберегающим, а также не влияющих на окружающую среду является переработка отходов полимерных материалов путем химической модификации и создания на их основе полимерных композиций с улучшенными физико-химическими, механическими и эксплуатационными свойствами.
Исследования в области химических превращений модифицированного полиэтилена и его вторичного продукта [2-4], а также изучение физико-химических, механических и эксплуатационных свойств вновь полученных продуктов не изучены и представляет интерес.
Целью настоящего исследования является химическая модификация (хлорирование, аминирование и др.^ полиэтилена и его отходов, изучение свойств полученных новых продуктов. В соответствии с целью исследования были изучено химическое превращение хлорированного полиэтилена модификаций ами-нопроизводными соединениями и изучена структура
синтезированных продуктов ИК
спектроскопическими методами.
Хлорирование ПЭВД, ПЭНД, вторичного ПЭ и низкомолекулярного ПЭ проводили в органическом растворителе толуол проводили согласно традиционной методики [5], при различном температурном режиме, и выявлено что при температуре 25-28 оС ПЭ не растворяется в обычных растворителях, а при высоких температурах растворяется в хлорированных алифатических и ароматических углеводородах. Температурный режим хлорирования варьировал от 50-60 оС (в начале) до 100-110 °С (в конце реакции), при этом выявлено, что увеличение температурного режима свыше 110 °С приводит к ухудшению свойств полученных продуктов. Исследования также показали, что свойства продуктов зависят от продолжительности хлорирования, так хлорирование свыше 6 часов, не изменяет структуру полученного продукта и не приводит к улучшению исследуемых свойств, а качественное определение хлора исследуемых продуктов показали о наличии в них связанного хлора, которые определяли методом Кари-уса.
Исследование и изучение синтеза хлорированного полэтилена (ХПЭ) с диэтаноламином и триэтаноламином показывают, что растворимость ХПЭ зависит от содержания хлора, который способствует растворимости в некоторых лаковых растворителях и получению вязкой композиции применимых в лакокрасочной промышленности. Разработанные покрытия на основе ХПЭ с содержанием хлора до 40% получили значительно меньшее применение, чем покрытия на основе хлорсульфированного полиэтилена [1].
Исследование и изучение взаимодействия ХПЭ с аминосодержащими [1] соединениями (ДЭА и ТЭА) выявили реакции дегидрохлорирования с образованием двойных связей в полимерных цепях, аминирование и межмолекулярное иминирование. Определено, что высокое содержания хлора в полимере проявляет склонность к реакции дегидрохлорирования и при этом образование С=С связей возрастает.
При аминировании ХПЭ происходит замещения атомов хлора у третичных углеродных атомов, которое проявляется содержанием азота соответствующего числу разветвлений в полимерных цепях.
Идентификация и структура полученных продуктов изучена методом ИК-спектроскопии, выбор которого обусловлен экспресс выполнением анализа и
№ 9 (54)
высоким уровнем экспериментальной техники спектрального исследования исследуемых продуктов.
Изучены ИК-спектры поглощения молекулы полиэтилена высокого давления (ПЭВД), хлорированного ПЭВД, хлорированного ПЭВД модифицированного с диэтаноламином, хлорированного ПЭВД с триэтаноламином, полиэтилена низкого давления (ПЭНД), хлорированного ПЭНД, хлорирован-ного ПЭНД модифицированного с диэтаноламином, хлорированного ПЭНД с триэтаноламином, вторичного полиэтилена (ВПЭ), хлорированного ВПЭ, хлорированного ВПЭ модифицированного диэтаноламином, хлорированного ВПЭ с триэтаноламином, низкомолекулярного полиэтилена (НМПЭ), хлориро-ванного НМПЭ, хлорированного НМПЭ модифицированного диэтаноламином и хлорированного НМПЭ с триэта-ноламином.
Исследования и изучение ИК-спектров поглощения молекул показали, что:
• полиэтилен высокого давления (ПЭВД) характеризуется полосами при 2922 - vas(СH2), 2852 -^(СИ2), 1632- v(C=C), 1471 - 5 (СН2), 1376, 1021 - v(C-С), 909 - п(СН2), 873 - v(CС), 719 и 582 см-1.
• в полиэтилене низкого давления (ПЭНД) обнаружены частоты при 2922 - vas(СH2), 2852 -^(СН2), 1717, 1636 - v(С=С), 1544, 1471 - 5(СН2), 1371,1105, 906 - п(СН2),870 - v(CС) и 719 см-1.
• во вторичном полиэтилене (ВПЭ) обнаружены частоты при 2923 - vas(СH2), 2852 -^(СН2), 1734, 1715, 1636 - v(С=С), 1470 - 5(СН), 1376 -(СН2), 1105, 1015 и 719 см-1.
• низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ) характеризуется полосами при 2952 - vas(СH2), 2921-vas(СH2), 2851 - vs(СH2), 1632 - v(С=С), 1558, 1538, 1471 - 5(СН), 1390, 1366, 1230, 1166, 1046, 950, 923 -п(СН2), 822 - v(CС), 778, 720, 604 и 419 - 5(СН2) см-1.
• в хлорированном ПЭВД обнаружены частоты (см-1) при 3490, 2944 - VaS(СH2), 2863 - ^(СН2), 2738, 2525, 1721, 1646, 1604, 1493 - 5(СН), 1445 - 5(СН2), 1384, 1266, 1137, 1096, 1071, 1051 - (С-С), 989, 916 -п(СН2), 867, 828 - v(CС), 784, 761 - (С-С1), 698, 666, 636, 611, 507, 480, 438 и 419 - 5(СН2).
• хлорированный ПЭНД имеет частоты при 2924 - VaS(СH2), 2853 - 5(СН2), 1728,1600^(С=С), 1580-v(С=С), 1465-5(СН2), 1378-(СН2), 1274,1124, 1073, 1040, 960, 909 - ПСН2), 864 - v(CС), 780, 742 -v(C-C1), 724 - (С-С1), 664 и 611 см-1.
• хлорированный ВПЭ имеет частоты при 2940
- VaS(СH2), 2860 - ^(СН2), 1722, 1645 - v(С=С), 1491, 1454 - 5(СН2), 1444, 1382 - (СН2), 1265, 1096, 1071, 1049, 998, 914 - ПСН2), 864 - v(CС), 828 - v(CС), 780 см-1.
• в хлорированном НМПЭ обнаружены частоты (см-1) при 2930 - VaS(СH2), 2857 - vs(СH2), 1715, 1646 - v(С=С), 1457 - 5(СН2), 1384 - (СН2), 1366 -(СН2), 1342 - (СН2), 1278, 1128, 1074, 988, 950, 917 -п(СН2), 864 - v(CС), 827 - v(CС), 783, 743, 696, 601 и 508.
• хлорированный ПЭВД модифицированный диэтаноламином характеризуется полосами при 2929
- VaS(СH2), 2856 - ^(СН2), 1710 - v(NH), 1456 - 5(СН),
сентябрь, 2018 г.
1382 - (СН2), 1269, 1124, 1094, 1073, 1052, 916 -п(СН2), 867, 827 - v(CC), 784, 761, 741 - v(C-Cl), 700 -(CCI), 666, 635, 610, 523, 480 и 419 - 5(СН2) см-1.
• хлорированный ПЭНД модифицированный диэтаноламином характеризуется полосами при 2924
- vas(CH2), 2853 - vs(CH2), 1734, 1710, 1465 - 5(СИ2), 1435 - v(C=C), 1373 - (СН2), 1245, 722 - (CCI), 660 и 610 см-1.
• хлорированный ВПЭ модифицированный ди-этаноламином характеризуется полосами при 2927 -Vas(CH2), 2856 - Vs(CH2), 2356, 1709, 1653 - 5(NH2),
1556 - v(C=C), 1540, 1491 - v(C=C), 1456 - 5(CH), 1379 - (CH2), 1264, 1091, 914 - n(CH2), 823 - v(CC), 758, 687 и 607 см-1.
• хлорированный НМПЭ модифицированный диэтаноламином характеризуется полосами при 2926
- Vas(CH2), 2855 - Vs(CH2), 1730, 1710, 1651 - 5(NH2),
1557 - v(C=C), 1540, 1493, 1456 - S(CH2), 1381, 1265, 1049, 916 - n(CH2), 864 - v(CC), 824 - v(CC), 782, 725, 693, 667, 604 и 522 см-1.
• в хлорированном ПЭВД модифицированного триэтаноламином найдены частоты при 3298 - v(NH), 2944 - Vas(CH2), 2863 - vs(CH2), 2351, 1720, 1646 -v(C=C), 1490, 1455 - S(CH2), 1384, 1268, 1095, 1068, 1004, 967 - n(CH2), 827 - v(CC), 783, 759 - v(C-Cl), 700
- (CCI), 606, 524 и 417 - S(CH2) см-1.
• хлорированный ПЭНД модифицированный триэтаноламином найдены частоты при 3314 - (O-H), 2922 - Vas(CH2), 2852 - vs(CH2), 1726, 1653 - 5(NH), 1597 - v(C=C), 1558 - v(C=C), 1538, 1465 - 5(CH), 1401, 1371 - (CH2), 1315 - (CH2), 1279, 1155, 1071, 1035, 909 - n(CH2), 881 - v(CC), 724, 699, 668, 610 и 419 см-1.
• хлорированный ВПЭ модифицированный триэтаноламином найдены частоты при 3312 -v(NH2), 3156 - v(NH2), 2941 - VaS№), 2861 - vs(CH2), 1719, 1646 - 5(NH2), 1491 - v(C=C), 1456 - S(CH2), 1382
- (CH2), 1268, 1094, 1070, 1004, 914 - n(CH2), 867-v(CC), 827 - v(CC), 783, 738, 699, 668, 609, 525, 419 -S(CH2) и 405 см-1.
• в хлорированном НМПЭ модифицированного триэтаноламином найдены частоты при 3312 - v(NH), 2926 - vs(CH2) , 2857 - vs(CH2), 1725, 1646 - 5(NH), 1462 - S(CH2), 1386, 1367, 1344, 1317, 1264, 1231, 1077, 1052, 1000, 916 - n(CH), 866 - v(CC), 829 -v(CC), 783, 760, 741, 698, 637, 601 и 517 см-1.
В ИК-спектре поглощения ПЭВД, ПЭНД, ВПЭ и НМПЭ частоты при 2922-2944 см-1, соответствуют преимущественно валентному колебанию связей Vas(CH2) и Vs(CH2), в то время как значение 1651-1710 см-1 соответствуют на колебании частот v(NH), а при частоты колебании 700-780 см-1 соответствует (С-С1).
Химическое превращение хлорированного полиэтилена аминопроизводными соединениями показали, что молекулы полиэтилена с аминами соединяются через атомы углерода и хлора.
Выводы
1. Синтезированы новые полимерные галоид- и аминсодержащие продукты на основе полиэтилена и
№ 9 (54)
его отходов путем прямого галогенирования с последующим аминированием ДЭА и ТЭА.
2. ИК-спектроскопическими методами анализа изучены структуры химического превращения хло-
сентябрь, 2018 г.
рированного полиэтилена и хлорированного вторичного полиэтилена модифицированных аминопроиз-водными (ДЭА и ТЭА) соединениями.
Список литературы:
1. Донцов А.А., Лозовик Г.Я., Новицкая С.П. Хлорированные полимеры. -М.: Химия, 1979. - 232 с.
2. Нуркулов Ф.Н., Джалилов А.Т., Бекназаров Х.С. Исследование физико-химических свойств композиций на основе хлорсульфированного полиэтилена // Наука вчера, сегодня, завтра: сб. ст. по матер. V междунар. науч.-практ. конф. (Новосибирск, 16 октября 2013 г.). № 5. - Новосибирск: СибАК, 2013.
3. Гумаров А.Х., Темникова Н.Е., Русанова С.Н. и др. Материалы на основе хлорсульфированного полиэтилена (обзор) // Вестник Казанского технологического университета. -2014. -№3. - С. 117-123.
4. Тимошенко В.В., Таврогинская Н.Г. Разработка полимерных композитов на основе отходов ПЭ пониженной горючести // Композитные материала. -2011. Т. 5. -№1. -С. 50-56.
5. Григорьев А.П., Федотова О.Я. Лабораторный практикум по технологии пластических масс. Поликонденсационные и химически модифицированные пластические массы: Учеб. пособие для химико-технол. вузов. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 1977. - 264 с.
