CC BY
11d ) https://dx.doi.org/10.36522/2181-9637-2023-2-5 UDC: 678.742.3(54.03)(045)(575.1)
QATLAMLI SILIKATLAR VA IZOTAKTIK POLIPROPILEN ASOSIDAGI KOMPOZITLARNING MEXANIK VA TERMIK
XUSUSIYATLARI
Berdinazarov Qodirbek Nuridin o'g'li, tayanch doktorant, ORCID: 0000-0002-4422-2305, e-mail: [email protected];
Haqberdiyev Elshod Olmosovich,
texnika fanlari bo'yicha falsafa doktori (PhD), katta ilmiy xodim, ORCID: 0000-0002-7707-2219;
Normurodov Nurbek Fayzullo o'g'li, tayanch doktorant, ORCID: 0000-0002-9817-9066;
Dusiyorov Nizomiddin Zokir o'g'li,
kichik ilmiy xodim;
Ashurov Nigmat Rustamovich,
texnika fanlari doktori, professor, laboratoriya mudiri, ORCID: 0000-0003-0765-5942
O'zbekiston Respublikasi Fanlar Akademiyasi Polimerlar kimyosi va fizikasi instituti
Annotatsiya. Mazkur maqolada polipropilen (PP) va qatlamli silikatlar asosida polimer kompozit-sion materiallarning melt mixing usuli orqali olinishi bayon qilingan. Malein angidrid payvandlangan polipropilen (MA-p-PP) kompatibilizator (moslashtirgich) sifatida ishlatildi va kompatibilizator miqdorining qatlamlararo turli xil zichlikdagi modifikator joylash-gan ikki turdagi qatlamli silikatlar asosidagi kom-pozitlarining termik va mexanik xususiyatlariga ta'siri o'rganildi. Kompozit tarkibidagi to'ldiruvchi miqdori o'zgarmas 3 % ni tashkil qilgan holda, kompatibilizator 3, 6, 9 va 12 % gacha o'zgartirildi. Modifikatorning zichligi yuqoriroq bo'lgan qatlamli silikat Cloisite15A interkalatsiyalangan tuzilmalarni hosil qildi. Modifikatorning zichligi nisbatan pastroq bo'lgan Cloisite20A da esa, asosan, eksfoliatsiyalangan nanokompozit-lar olishga erishildi. Nanostrukturaning shakllani-shi termik barqarorlikning sezilarli darajada o'sishi-ga olib keldi (50% vazn yo'qotish polipropilen va
Kirish
So'nggi yillarda polimer sohasida olib bo-rilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, organik polimer matritsada nanoo'lchamlarda taq-simlangan noorganik qatlamli yoki smek-tit silikatlar mexanik, issiqlik, bariyer va yong'inga chidamlilik xususiyatlarini oshi-radi (Gabr, Okumura, Ueda, Kuriyama, & Uzawa, 2015), (Dolgov, Ashurov, Shevele-va, & Khakberdiev, 2013), (Villaluenga, et al., 2007), (Berdinazarov, Khakberdiev, Normurodov, & Ashurov, 2022), (Lee, et al., 2008), (Khakberdiev, Q.N.u., Toshmamatov, & Ashurov, 2022), (Kato, Usuki, Hasegawa, Okamo-to, & Kawasumi, 2011). Qatlamli silikatlar o'lchamlari 8-10 mkm bo'lgan zarrachalar
ИЛМ-ФАН ВА ИННОВАЦИОН РИВОЖЛАНИШ PRINT ISSN 2181-9637
НАУКА И ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ONLINE ISSN 2181-4317
SCIENCE AND INNOVATIVE DEVELOPMENT 2 / 2023
S
bo'lib, taktoidlar shaklida yig'ilgan bir necha yuz yupqa disklardan iborat. Har bir disk shaklidagi qatlam juda katta nisbatga ega. Taxminan 100-1000 va qatlamlararo Van der Vaals kuchlari tufayli osongina aglomeratsiya qilinadi. Har bir qatlam ikki tashqi tetraedral kremniy qatlami bilan qoplangan alyuminiy oksidi yoki magniyning oktaedral qatlami-ni o'z ichiga oladi. Shuning uchun oktaedral qatlam va tetraedral qatlam kislorod atomlari bilan birikkan bo'ladi. Shunga ko'ra, qatlamli silikat zarralari yakuniy xususiyatlarini yax-shilash uchun polimer matritsalari ichida alo-hida qatlamlar sifatida bir xil nanoo'lcham-larda taqsimlanishi va eksfoliatsiyalanishi lozim. Bundan tashqari, kamroq miqdordagi qatlamli silikat polimer matritsasi va to'ldi-ruvchi moddalari o'rtasidagi katta aloqa yu-zasiga erishish, qatlamli silikat agregatsiya-sini yo'qotish va yaxshi taqsimotni ta'minlash uchun ham zarurdir (Hotta & Paul, 2004), (Zdiri, Elamri, & Hamdaoui, 2017), (Reichert, et al., 2000).
Gidrofilik xususiyatlari tufayli qatlamli si-likatlar poliolefinlar kabi organik polimerlar bilan kimyoviy ta'sirlashmaydi. O'zaro ta'sir-ni yuzaga keltirish uchun qatlamli silikatlar polimerning kimyoviy tarkibiga qarab turli xil surfaktantlar bilan modifikatsiya qilinadi. Alkil aminlar PP va qatlamli silikat bilan na-nokompozitlar olishda keng qo'llaniladigan sirti faol moddalardir. Xususan, amin PP mat-ritsasi ichidagi individual silikat qatlamlari-ning eksfoliatsiyasini ta'minlaydi. Cloisite 15A va Cloisite 20A - dimetil, degidrogen-langan to'rtlamchi ammoniy yog'i bilan mo-difikatsiyalangan organofil silikat minera-lidir. Surfaktant tarkibi 65% C18, 30% C16 va 5% C14 dan iborat. Bu ikki qatlam o'rtasidagi yagona farq qatlamlar orasidagi mo-difikator konsentratsiyasi bo'lib, u Cloisite 15A va Cloisite 20A da mos ravishda 1,25 va 0,95 meq/g ni tashkil qiladi. Shunga ko'ra, Cloisite15A qatlamlari orasidagi masofa -3,06 nm, Cloisite 20A ning qatlamlararo ma-sofasi 2,4 nm dan kattaroqdir (Cervantes-Uc, Cauich-Rodríguez, Vázquez-Torres, Garfias-Mesías, & Paul, 2007).
uning asosidagi nanokompozitlar uchun mos ravishda 360 °C va 430 °C haroratlarda kuzatiladi). Nano-kompozitlarning mexanik xususiyatlari tahlili elastik-lik modulning 15-20 % ga oshishi va bu ta'sir eksfo-liatsiyalangan tuzilmalar uchun yaqqolroq namoyon bo'lishini ko'rsatdi. Oquvchan holatga o'tish kuchla-nishi amalda o'zgarmasdan saqlanib qolgan holda, elastik deformatsiya sezilarli darajada kamaydi.
Kalit so'zlar: polipropilen, qatlamli silikat, kompozit, polipropilen, payvandlangan, malein angidrid, interkalatsiya, eksfoliatsiya, oksidlanish, montmorillonit.
МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СЛОИСТЫХ
СИЛИКАТОВ И ИЗОТАКТИЧЕСКОГО
ПОЛИПРОПИЛЕНА
Бердиназаров Кодирбек Нуридин угли,
базовый докторант;
Хакбердиев Эльшод Олмосович,
доктор философии по техническим наукам (PhD), старший научный сотрудник;
Нормуродов Нурбек Файзулло угли,
базовый докторант;
Дусиёров Низомиддин Зокир угли,
младший научный сотрудник;
Ашуров Нигмат Рустамович,
доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией
Институт химии и физики полимеров
Академии Наук Республики Узбекистан
Аннотация. В данной работе полимерные композиционные материалы на основе полипропилена (ПП) и слоистых силикатов получены методом смешения в расплаве. В качестве ком-патибилизатора использовали полипропилен, привитый малеиновым ангидридом (МА-п-ПП), и изучали влияние количества компатибилиза-тора на термические и механические свойства композитов на основе двух типов слоистых силикатов с модификаторами различной межслоевой плотности. Компатибилизатор был изменен на 3, 6, 9 и 12 %, в то время как количество наполнителя в композите осталось неизменным на уровне 3 %. Cloisite15A, слоистый силикат с более высокой плотностью модификатора, дает интеркалированные структуры, в то время как Cloisite20A, с относительно более низкой плотностью модификатора, дает в основном расслоенные нанокомпозиты. Формирование наноструктуры привело к значи-
тельному увеличению термостойкости (50 % потери массы наблюдается при температурах 360 и 430 °С для полипропилена и нанокомпо-зитов на его основе соответственно). Анализ механических свойств нанокомпозитов показал, что модуль упругости увеличивается на 15-20 %, причем этот эффект более выражен для расслоенных структур, предел текучести остается практически неизменным, наблюдается значительное снижение упругой деформации.
Ключевые слова: полипропилен, слоистый силикат, композит, полипропилен с привитым малеиновым ангидридом, интеркаляция, эксфолиация, окисление, монтмориллонит.
MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES OF COMPOSITES BASED ON LAYERED SILICATES
AND ISOTACTIC POLYPROPYLENE
Berdinazarov Kodirbek Nuridin ugli,
Basic Doctoral Student;
Khakberdiev Elshod Olmosovich,
Doctor of Philosophy in Technical Sciences (PhD), Senior Researcher;
Normurodov Nurbek Fayzullo ugli,
Basic Doctoral Student;
Dusiyorov Nizomiddin Zokir ugli,
Junior Researcher;
Ashurov Nigmat Rustamovich,
Doctor of Technical Sciences, Professor,
Head of the Laboratory
Institute of Chemistry and Physics of Polymers, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan
Abstract. In this work, polymer composite materials based on polypropylene (PP) and layered silicates were obtained by melt mixing method. The research looked into the effect of the amount of compatibilizer on thermal and mechanical properties of composites based on two types of layered silicates with modifiers of different interlayer densities, with maleic anhydride grafted polypropylene (MA-p-PP), which was used as a compatibilizer. The compatibilizer was changed to 3, 6, 9 and 12 % while the amount of filler in the composite remained at 3 %. Cloisite15A, a layered silicate with a higher modifier density, produced intercalated structures, while Cloisite20A, with a relatively lower modifier density, produced mostly exfoliated nano-composites. Forming of the nanostructure led to a significant increase in thermal stability (50 % weight loss was observed at
Tessier va boshqalar kraxmalli pay-vandlangan polipropilen va organik modi-fikatsiyalangan qatlamli silikatlar asosida nanokompozitlar olish uchun ikki turdagi qatlamli silikatlardan foydalangan (Tessier, Lafranche, & Krawczak, 2012) - Cloisite 20A va Cloisite 30B (sirti qutbli faol modda bilan modifikatsiyalangan). Cloisite 20A ni polipropilen, Cloisite 30B ni esa kraxmal fazasi-ga moyilligi uchun qo'llashgan. Ular ushbu qutbsiz modifikator bilan modifikatsiyalangan montmorillonitning (Cloisite 20A) dast-labki qatlamlararo masofasi uning qutbli modifikator bilan modifikatsiyalangan mont-morillonitdan (Cloisite 30B) yuqori ekanli-gini ta'kidlaganlar. Shu sababli Cloisite 20A ning eksfoliatsiya mexanizmi PP qatlam-li silikat nanokompozitlarida kimyoviy emas, balki mexanik ravishda (polipropilen zanjiri-ni kiritish orqali) amalga oshishini aniqlash-gan.
Eksfoliatsiyalangan tuzilmani olish bi-lanoq PP qatlamli silikat kompozitlarining termik barqarorligi sezilarli darajada osha-di (Xie, Zhang, Wang, Liu, & Yang, 2005), (Tang, et al., 2003), (Qin, Zhang, Zhao, Hu, & Yang, 2005), (Duvall, Sellitti, Myers, Hilt-ner, & Baer, 1994), (Lai, Chen, & Zhu, 2009). Natijalar termik xususiyatlarning yaxshi-lanishi kislorod diffuziya yo'li ortishi va uchuvchan parchalanish mahsulotlarining qatlamlar orasida harakati susayishi bilan bog'liqligini ko'rsatadi. Qatlamli silikatlar-ning modifikatsiyalashning turli usullari to'ldiruvchi taqsimotiga ta'siri o'rganilgan. Ular orasida MA-p-PP PP qatlamli silikat kompozitlari uchun eng samarali kompa-tibilizator deb topilgan (Lai, Chen, & Zhu, Melt mixed compatibilized polypropylene/ clay nanocomposites, 2011), (Durmus, Woo, Kasgoz, Macosko, & Tsapatsis, 2007), (Bag-heri-Kazemabad, et al., 2012), (Reichert, et al., 2000), (Lee & Kim, 2004), (Dong & Bhat-tacharyya, 2010).
Surfaktant moddasining uzunligi, silikat-ni qoplash darajasi va matritsa bilan entalpi-yasi uchun Balazs va uning jamoasi polimer qatlamli silikatlar kompozitlarining mor-
44
ИЛМ-ФАН ВА ИННОВАЦИОН РИВОЖЛАНИШ PRINT ISSN 2181-9637
НАУКА И ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ONLINE ISSN 2181-4317
SCIENCE AND INNOVATIVE DEVELOPMENT 2 / 2023
S
fologiyasini o'z-o'zidan izchil maydonni hi-soblash modelidan foydalangan holda o'rga-nishgan. Ularning modeliga ko'ra, uzunroq organik modifikator silikat sirtlari orasidagi bo'shliqqa kirib borish uchun polimer mak-romolekulalarining yaxshiroq interkalatsiya-sini ta'minlaydi. Biroq sirt faol moddasining zichligi kichikroq bo'lishi kerak, chunki zich modifikator interkalatsiya yoki eksfoliatsiya-ga imkon bermaydi (Balazs, Singh, & Zhulina, 1998).
Shunga ko'ra, ushbu maqolada kom-pozitlarni olishda izotaktik PP, MA-p-PP va ikki turdagi qatlamli silikatlar tanlangan. Ushbu tadqiqotning maqsadi qatlamlar ora-lig'ida turli xil modifikator zichligi bilan olin-gan PP qatlamli silikat nanokompozitlarining kompatibilizator miqdori o'zgarishi va xusu-siyatlarini o'rganishdir.
Material va metodlar
Tadqiqot va tajribalar polimerlar kimyosi va fizikasi institutining nanostrukturali kom-pozitsion polimer materiallar laboratoriyasi-da maqola mualliflari tomonidan "O'zbekis-tonda ishlab chiqarilgan poliolefinlar aso-sida nanokompozitsion polimer - polimer aralashmalar materiallari" mavzusidagi fundamental maqsadga qaratilgan ilmiy loyiha doirasida 2022-2023-yillarda amalga oshiril-di.
Suyultmaning oqish ko'rsatkichi (SOK) = (2,16 kg, 230 0C) 21 g/10 daq. bo'lgan izotaktik PP (J-170T) Uz-Kor Gas Chemical MChJ QK tomonidan; SOK = (2,16 kg, 230 0C) > 200 g/ daq. 2,5 % malein guruhlari tutgan MA-p-PP UzAuto CEPLA MChJ QK tomonidan taqdim etildi. Cloisite15A (d = 3,06 nm, dimetilde-gidrogenlangan ammoniy kons. 1,25 meq/g), Cloisite 20A (d = 2,4 nm, dimetildegidro-genlangan ammoniy kons. meq/0,95) Sau-thern Clay Products, Inc., Gonsales, TX dan xarid qilindi.
Kompozitlarning tayyorlanishi
Komponentlar Brabender Plastograph (Germaniya)da eritildi. Birinchi PP va MA-p-PP plastografda 190 0C haroratda suyulti-rib olingandan so'ng qatlamli silikat kiritildi va komponentlar yaxshiroq birikishi uchun
temperatures of 360 and 430 °C for polypropylene and its based nano-composites, respectively). The analysis of the mechanical properties of nano-composites showed that the elastic modulus increases by 15-20 %, and this effect is more expressive for exfoliated structures, however the yield stress remains practically unchanged, and a significant decrease in elastic deformation is observed.
Keywords: polypropylene, layered silicate, composite, polypropylene grafted maleic anhydride, intercalation, exfoliation, oxidation, montmorillonite.
8 daqiqa davomida aralashtirildi. Mercator 1971 (Polsha) inyeksion quyuvchi mashi-nasida mexanik tadqiqotlar uchun namunalar 180 0C da quyuldi. Namunalarning nomi va ularning tarkibi nisbati 1-jadvalda keltirilgan.
1-jadval
Olingan namunalarning nomi va ularning
tarkibi
Namunalarning nomi PP, % MA-p-PP, % Cloisite 15A, % Cloisite 20A, %
PP 100 - - -
MA-p-PP - 100 - -
PP/MA10 90 10 - -
PP/MA20 80 20 - -
15A3 94 3 3 -
15A6 91 6 3 -
15A9 88 9 3 -
15A12 85 12 3 -
20A3 94 3 - 3
20A6 91 6 - 3
20A9 88 9 - 3
20A12 85 12 - 3
Rentgen nurlari diffraksiyasi o'lchovlari (RND)
RND o'lchovlari Rigaku Miniflex 600 (Ya-poniya) bilan 40 kV kuchlanish, 15 mA tok kuchi va 0,02 ° qadam sharoitida o'tkazildi.
Differensial skanerlovchi kalorometr (DSK) va termogravametrik tahlil (TGA) o'lchovlari
DSK va TGA tahlillari Linseis termal ana-lizatori PT1610 tomonidan o'tkazildi. Namu-nalarning termik xususiyatlari bir vaqtning o'zida xona haroratidan 600 0C gacha bo'lgan diapazonda 10 0C/daq. tezlikda qizdirish yo'li bilan amalga oshirildi.
Mexanik tahlillar
Shimadzu AG-X PLUS (Yaponiya)da xalqa-ro ASTMD 638 standartiga muvofiq cho'zish
05.02.06 - КОНСТРУКЦИОН МАТЕРИАЛЛАРГА ИШЛОВ БЕРИШ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ВА УСКУНАЛАРИ
sinovlari o'tkazildi. Cho'zilish moduli (£)m o'lchash uchun 0,3 % deformatsiyaga qadar 1 mm/daq. tezlik, so'ngra oquvchan holatga o'tish kuchlanishi (a) va deformatsiyani (e) o'lchash uchun 20 mm/daq. tezlikda sinovlar o'tkazildi.
Suyultmaning oqish ko'rsatkichi (SOK) o'lchovi
SOK xalqaro ASTMD 1238 bo'yicha Zwick ekstruziya plastometri (Germaniya) yordami-da 230 0C/2,16 kg da o'lchandi.
Tadqiqot natijalari tahlili
Rentgen nurlar difraksiyasi (RND)
Kichik burchakli rentgen nurlari difraksiyasi polimer matritsasidagi qatlamli silikat dispersiyasini tavsiflash uchun eng samarali usuldir (Gabr, Okumura, Ueda, Kuriyama, & Uzawa, 2015), (Rao, Srikanth, & Reddy, 2021), (Fasihnia, Peighambar-doust, & Peighambardoust, 2018). Silikat qatlamining bazal oralig'i (d ) Bragg qo-nuni bilan hisoblangan: nÄ = 2dsin6. 1- va 2-rasmlarda olingan namunalarning RND grafigi ko'rsatilgan. Ushbu ikki organik modifikatsiyalangan kompozit o'rtasida-gi farq modifikator hajmi va qatlamlararo masofa - d (Cloisite15A Cloisite20A dan kattaroqdir) (Hong, et al., 2005). To'ldiruv-chilar ikkita asosiy cho'qqiga ega. Ikkin-chi cho'qqisi 26 = 7,2 (d = 1,2 nm)da sof o'zgartirilmagan montmorillonit (MMT) qatlamlararo masofasiga to'g'ri keladi. Bi-rinchi cho'qqi 26 = 2,88 da Cloisite15A ga mos. Cloisite20A da modifikatsiya pay-tida modifikatorning kirib borishi nati-jasida MMT interkalatsiyasida bu cho'qqi 26 = 3,68 ni tashkil qiladi. 1- va 2-rasmda-gi RND egri chiziqlari MA-p-PP tarkibining Cloisite15A va Cloisite20A interkalatsiya darajasiga ta'sirini solishtirish mumkin. Silikatning PP matritsasida taqsimlani-shi o'rtasida sezilarli farq bor edi. Cloisi-te15A kompozitlari interkalatsiyalangan tuzilishga ega bo'lsa-da, Cloisite20A 20A3 dan tashqari barcha namunalarda eksfo-liatsiyaga erishadi. Cloisite15A holatida 26 = 2,8 dagi birinchi cho'qqi d = 38,25Ä ga to'g'ri keladigan taxminan 26 = 2,3 kichik
burchaklarga siljiydi, ammo 15A9 boshqa-larga qaraganda bir oz kichikroq burchak-ka ega. Bu barcha namunalarning inter-kalatsiyasini ko'rsatadi. Ikkinchi cho'qqi ham 26 = 7,2 dan 26 = 4,7 gacha pasayadi. Cho'qqilarning intensivligiga kelsak, eng kichik intensivlik (15A9) ikkala asosiy cho'qqida ham kuzatilgan. Cho'qqilar inten-sivligidagi bu pasayish ma'lum miqdordagi eksfoliatsiyalangan strukturaning shaklla-nishi sifatida talqin qilinishi mumkin.
Cloisite20A haqida gap ketganda, 20A3 bo'lgan kompozitlardan tashqari, eksfoli-atsiya natijasida cho'qqilarning 26 = 2 dan pastroq burchakka sezilarli siljish mavjud. 20A3 namunadagi istisnoning sababi poli-mer matritsasida qatlamli silikatning yana-da yaxshiroq taqsimlanishiga erishish uchun kompatibilizator yetishmasligidir.
Cloisite20A kompozitlarida eksfoliat-siyaning mavjudligi birinchi cho'qqining kichikroq burchaklarga dastlabki Cloisite 20A dagiga nisbatan siljishi bilan isbotlani-shi mumkin.
Namuna nonii d masofa
15 A3 3,83 nra
15A6 3,82 nra
15A9 3,95 nm
15A12 3,87 mil
- Clositel SA -15A12
- 15A9 15A6
—15 A3
1-rasm. PP va Cloisite15A kompozitlarining RND grafigi
2-rasm. PP va Cloisite20A kompozitlarining RND grafigi
S
Suyultmaning oquvchanlik ko'rsatkichi (SOK)
3-rasmda PP va MA-p-PP aralashmala-rining SOK keltirilgan. MA-p-PP ning SOK qiymati 200 g/10 daq. dan ortiq, PP da esa 21 g/10 daq. 10% og'irlikdagi MA-p-PP mavjud bo'lganda, PP/MA-p-PP aralashma-sining SOK qiymati 56 g/10 daq. ni tash-kil qiladi va MA-p-PP qo'shilishi SOK ni 94 g/10 daq. gacha oshiradi. Bu MA-p-PP ning past molekulyar og'irligi bilan bog'liq va bir qator ishlarda (Qin, Zhang, Zhao, Hu, & Yang, 2005), (Duvall, Sellitti, Myers, Hiltner, & Baer, 1994), (Balazs, Singh, & Zhulina, 1998), (Gabr, Okumura, Ueda, Kuriyama, & Uzawa, 2015) ko'rsatilgandek, bu qatlamlararo bo'shliqda interkalatsiya uchun qulay shart-sharoitlarni ta'minlay-digan oligomerik funksional PP hisobla-nadi. PP va qatlamli silikat tizimlari uchun SOK eksfoliatsiyalangan va interkalatsi-yalangan tuzilmalarning shakllanishi bila-noq kamayadi. Bizning kompozitsiyalari-miz ham shunday ko'rinishga ega (4-rasm). Cloisite15A bo'lgan kompozitlar uchun kompatibilizator/to'ldiruvchining nisbati 1: 1 bo'lganda, SOK 58,6 g/10 daq. ni tash-kil qiladi va kompatibilizator miqdori ortib borishi bilan SOK 15A9 da 17,5 g/10 daq. gacha kamayadi. Ammo keyinchalik MA-p-PP qo'shilishi (15A12 namunada) bu qiy-matning biroz o'sishiga olib keladi. SOK qiymatlaridagi dastlabki pasayish inter-kalatsiya natijasida to'ldiruvchi zarralari o'lchamlarini kengaytirish bilan bog'liq. MA-p-PP miqdori to'yinganlik nuqtasiga yetganda, ya'ni 9 % bo'lganda, qo'shimcha MA-p-PP SOK ortishiga olib keladi.
Cloisite20A kompozitlariga kelsak, kom-patibilizatorning optimal miqdori 6 % ni tashkil qiladi va interkalatsiya yoki eksfo-liatsiyada ishtirok etmagan holda, qo'shim-cha kompatibilizator faqat suyultma oqimi oshishiga olib keladi. Fizik bog'lar ko'ri-nishidagi interkalatsiyalangan markazlar (o'zaro bog'lanishga o'xshash) MA-p-PP or-tishi bilan kompozitsiyaning qovushqoqligi oshishiga olib keladi.
PP PP/MAIO PP/MA20 ЫА-р-РР
3-rasm. PP va MA-p-PP aralashmalari uchun suyultmaning oquvchanlik ko'rsatkichlari
&3rf ■ С le .srelC'i i OoisitelSA
3 6 S 12
MA-p-PP ni iqdcn'i
4-rasm. Cloisite15A va Cloisite20A asosidagi kompozitlar uchun suyultmaning oquvchanlik ko'rsatkichlari
Differensial skanerlovchi kalorometr (DSK) va termogravametrik analiz (TGA) o'lchovlari PP va MA-p-PP aralashmalari uchun DSK egri chiziqlari turli oksidlanish xususiyatla-rini ko'rsatdi, ammo namunalarning suyulish harorati deyarli bir xil. 158,5 °C erish nuqta-si PP 220 °C gacha barqaror turadi va keyingi qizdirish intensiv oksidlanishni keltirib chiqa-radi. Suyulish nuqtasi 160,6 °C bo'lgan MA-p-PP suyultirilgandan so'ng darhol oksidlanish-da faol ishtirok etadi. Ularning aralashmalari alohida komponentlarga mos keladigan termal xarakterni namoyon etadi. Aralashmalar-da MA-p-PP miqdori ortishi bilan oksidlanish nisbatan pastroq haroratlarda sodir bo'ladi (5-rasm). 6-rasmda Cloisite15A asosidagi
05.02.06 - КОНСТРУКЦИОН МАТЕРИАЛЛАРГА ИШЛОВ БЕРИШ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ВА УСКУНАЛАРИ
kompozitlarning DSK egri chiziqlari ko'rsa-tilgan bo'lib, ularda oksidlanish jarayonidagi farqlar aks etadi. 9 va 12 % bo'lgan kompozit-larda MA-p-PP miqdori ortsa-da, oksidlanish jadalligi kamayadi. Cloisite20A bilan olingan kompozitlarning DSK egri chiziqlari suyulish nuqtasida ham, oksidlanishi ham farqlanadi (7-rasm). 20A3 interkalatsiyalangan namuna-da suyulish nuqtasi 159,1 0C ni qayd etgandan so'ng darhol intensiv oksidlanish kuzatiladi. Shu bilan birga, MA-p-PP miqdori 6 % ga yet-ganda, kompozitda 188 0C gacha oksidlanish kuzatilmaydi. MA-p-PP molekulalari to'ldi-ruvchi moddasining qatlamlararo bo'shlig'iga kirib borishi tufayli bu eksfoliatsiyalangan kompozitsiyaning suyulish nuqtasi harorati pastroq bo'lib, 157,9 0C ko'rsatadi. Eksfoliatsi-yalangan tuzilma hosil bo'lishiga qaramasdan, MA-p-PP ning keyingi qo'shilishi Cloisite20A ning og'irligi 9 va 12 % bo'lgan kompozitsi-yalarda yana oksidlanish jarayoni hamda su-yulish nuqtalarining oshishiga olib keladi.
Harorat [°C]
5-rasm. PP va MA-p-PP aralashmalarining DSK egri chiziqlari
6-rasm. Cloisite15A asosidagi kompozitlarning DSK egri chiziqlari
7-rasm. Cloisite20A asosidagi kompozitlarning DSK egri chiziqlari
DSK dan tashqari, olingan namunalar-ning TGA tahlillari ham o'tkazildi. 8-rasm-da PP massa yo'qotishini 237 0C (degradat-siyaning boshlang'ich harorati)da boshlay-di. MA-p-PP da esa bu ko'rsatkich 256 0C ni tashkil qiladi. Bundan tashqari, degradatsi-ya boshlangandan so'ng PP MA-p-PP ga qa-raganda ko'proq degradatsiyaga uchraydi. PP va MA-p-PP aralashmalari turli xil degra-datsiya mexanizmlarini ko'rsatadi, chunki aralashmalar tarkibidagi MA-p-PP miqdori ortib, aralashmaning egri chizig'i MA-p-PP ga tomon yaqinlashadi. Biroq PP/MA10 va PP/ MA20 aralashmalari PP ga nisbatan pastroq haroratlarda degradatsiyani boshlaydi. Asli-da, degradatsiyaning boshlang'ich harora-ti polimer qo'shimchalar qoidasiga ko'ra, PP va MA-p-PP degradatsiya harorati o'rtasi-da bo'lishi kerak. Buning sababi shundaki, MA-p-PP 5-rasmdagi DSK egri chiziqlariga ko'ra, suyulish komponentlarini qayta ish-lash jarayonida individual termal harakati tu-fayli PP oksidlanishga sezgir qiladi. MA-p-PP eritmani qayta ishlash jarayonida kislorodni oladi va bu so'rilgan kislorod PP/MA10 va PP/MA20 aralashmalarining nisbatan oldin-gi haroratlarda massa yo'qolitishiga olib ke-ladigan erkin radikal hosil qilish orqali degradatsiyaga sabab bo'ladi (Zdiri, Elamri, & Hamdaoui, 2017).
Cloisite15A va Cloisite20A bilan olingan kompozitlarning TGA tahliliga kelsak, PP DSK tahlilida namunalar orasida oksidlanishga
S
nisbatan yuqori termal barqarorlikni ko'rsat-sa ham, PP ning termal degradatsiya xususi-yatlari - massa yo'qolishi - PP qatlamli silikat nanokompozitlarnikidan past (9-rasm). PP qatlamli silikat nanokompozitlarida silikat gazining parchalanishdan chiqishini sekinlashtiradigan ajoyib izolyatsion to'siq bo'lib xizmat qiladi. Shuning uchun degradatsiya harorati ortadi. Umuman olganda, PP da qatlamli silikatning mavjudligi polimerning termal barqarorligi oshishiga xizmat qiladi (Chiu, Lai, Chen, & Chu, 2004).
Hirorit, ['С]
8-rasm. PP va MA-p-PP aralashmalarining TGA tahlillari grafigi
—i-1-1-1-1-1—
200 250 300 350 400 450
Harorat, [°C]
9-rasm. PP va PP / gil kompozitlarining TGA tahlillari grafigi
Mexanik o'IchovIar
Mexanik o'lchashlar natijalari - cho'zi-lish moduli (E), oquvchanlik holatiga o'tish kuchlanishi (а) va deformatsiya (e) 2-jad-valda ko'rsatilgan. PP ga MA-p-PP qo'shili-
shi PP dagi E va а ni kamaytirib, e ni ortti-radi va uning yanada elastikroq bo'lishiga olib keladi. Cloisite15A kompozitsiyalarida MA-p-PP ortishi bilan PP/MA-p-PP aralash-masidan farqli o'laroq, E va а ham ortadi. Aslida, to'ldiruvchining tarkibi o'zgarmas - 3 %. Buning sababi RND dan ko'rinib tur-ganidek, matritsa orqali nano-disperslangan qatlamli silikat zarralarining hosil bo'lishi, d001 dagi cho'qqining kichik burchaklarga siljishidir. Cloisite20A asosidagi kompozit-lar uchun kompozitning MA-p-PP bilan to'yinganligi MA-p-PP miqdori 6 % bo'lgan-da sodir bo'ladi. Mexanik xususiyatlar - E va а ham aynan 20A6 namunada eng katta (taxminan mos ravishta 1090 va 37,6 MPa) qiymatlarni namoyon qiladi. Kompatibiliza-torning qo'shilishi aralashtirish va quyish jarayonida kompozitning oksidlanishi hiso-biga mexanik xususiyatlarning yana pasa-yishiga olib keladi.
2-jadval
Olingan PP qatlamli silikat kompozitlarining mexanik xususiyatlari
Namuna nomlari E, [MPa] о, [MPa] £, [%]
PP 922±68 36,2±1,2 845±90
PP/MA10 918±54 35,5±1,2 868±93
PP/MA20 770±7 29,9±0,7 984±150
MA-p-PP 713±61 26,2±1,6 697±52
15A3 946±61 32,8±0,6 18,5±2
15A6 960±52 34,5±1,2 17,8±3,8
15A9 968±49 35,2±0,8 127±18
15A12 1008±41 35,3±1,1 102±29
20A3 1000±51 35,4±0,8 12,7±2
20A6 1087±19 37,6±0,3 52±7
20A9 1002±52 35,9±0,5 17,3±5
20A12 932±51 35,4±0,4 16,8±3
Xulosalar
Modifikatsiyalangan MMT (Cloisite15A, Cloisite20A) bilan izotaktik polipropilen-ning nanokompozitlar hosil qilish bo'yicha tadqiqotlar qatlamlararo bo'shliqda har xil modifikator zichligi bilan amalga oshirildi. Qatlamli silikatning PP ga taqsimlanishini yaxshilash uchun kompatibilizator sifati-da MA-p-PP ishlatildi. Uning miqdori mos
05.02.06 - КОНСТРУКЦИОН МАТЕРИАЛЛАРГА ИШЛОВ БЕРИШ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ВА УСКУНАЛАРИ
ravishda 3, 6, 9 va 12 % massa ulushidagi og'irlikda o'zgargan va to'ldiruvchi o'zgar-mas 3 % ulushini tashkil etdi.
Tajribalar shuni ko'rsatdiki, modifika-torning yuqori zichlikdagi (Cloisite15A) MMT interkalatsiyalangan tuzilmalarni hosil qildi. Modifikatorning zichligi past bo'lgan MMT (Cloisite20A)da, asosan, eks-foliatsiyalangan nanokompozitlar yuza-ga keldi. Birinchi holda kompozitsiyalar tarkibidagi MA-p-PP ning o'sishi qatlam-lararo bo'shliqning kengayishiga sabab bo'ladi (30,6 dan 39,5 Â gacha). Cloisite20A asosidagi kompozitlarda MA-p-PP ning 3 % miqdori aralashtirilganda, interkalatsiya-langan va eksfoliatsiyalangan tuzilmalar shakllanishini ko'rsatdi. Keyinchalik ortib borayotgan kompatibilizator tarkibi eksfo-liatsiyalangan tuzilmalar shakllanishiga olib keladi. Kuzatilgan tuzilmalar qovushqoqlik parametrida, qatlamlararo bo'shliqda mak-romolekulalarning interkalatsiyasi bilan bog'liq cheklovlar va modifikator qatlamli silikat yuzasi bilan o'ziga xos o'zaro ta'sir-ning mavjudligi tufayli qovushqoqlik ortadi. MA-p-PP ortishi bilan interkalatsiyalangan nanokompozitlarda qovushqoqlik sezilarli darajada oshadi (65 dan 20 g/daq. gacha).
Eksfoliatsiyalangan strukturalarda esa kom-pozitda MA-p-PP miqdori og'irlik bo'yicha 6 dan 9 % gacha bo'lganda, qovushqoqlik minimal qiymatlarni qayd etadi. Nanokom-pozitning shakllanishi termal barqarorlik-ning sezilarli o'sishiga ham sabab bo'ladi (50 % vazn yo'qotish polipropilen va uning asosidagi nanokompozitlar uchun mos ravishda 360 va 430 °C haroratlarda kuzati-ladi). Nanokompozitlarning mexanik xu-susiyatlari tahlili ham elastik modulining 15-20 % ga oshishini ko'rsatadi (past modulli MA-p-PP mavjudligini hisobga ol-gan holda) va bu ta'sir eksfoliatsiyalangan tuzilmalarda yanada yaqqolroq namoyon bo'ladi. Amaliy nuqtayi nazardan interka-latsiyalangan va eksfoliatsiyalangan nano-kompozitlarning issiqlikka chidamlilik xu-susiyatlari (tarkibida mos ravishda 9-12 % va 6 % MA-p-PP) elastiklik moduli bo'yicha yaxshilangan va o'rtacha deformatsiyasi 100 % dan ortiq ekanligidir.
Minnatdorchilik
Ushbu maqola mualliflari tomonidan Uz-Kor Gas Chemical MChJ QK ga PP namu-nalarini taqdim etganliklari uchun, UzAuto CEPLA MChJ QK ga MA-p-PP bilan ta'minla-ganliklari uchun minnatdorchilik bildiriladi.
REFERENCES
1. Bagheri-Kazemabad, S., Fox, D., Chen, Y., Geever, L., Khavandi, A., Bagheri, R., & Chen, B. (2012). Morphology, rheology and mechanical properties of polypropylene/ethylene-octene copolymer/clay nanocomposites: Effects of the compatibilizer. Composites Science and Technology, 72(14), pp. 16971704.
2. Balazs, A., Singh, C., & Zhulina, E. (1998). Modeling the interactions between polymers and clay surfaces through self-consistent field theory. Macromolecules, 31(23), pp. 8370-8381.
3. Berdinazarov, Q., Khakberdiev, E., Normurodov, N., & Ashurov, N. (2022). Mechanical and thermal degradation properties of isotactic polypropylene composites with Cloisite15A and Cloisite20A. Bulletin of the University of Karaganda, pp. 22-23. doi:10.31489/2022Ch3/3-22-23
4. Cervantes-Uc, J., Cauich-Rodríguez, J., Vázquez-Torres, H., Garfias-Mesías, L., & Paul, D. (2007). Thermal degradation of commercially available organoclays studied by TGA-FTIR. Thermochimica Acta, 457(1-2), pp. 92-102.
5. Chiu, F., Lai, S., Chen, J., & Chu, P. (2004). Combined effects of clay modifications and compatibilizers on the formation and physical properties of melt-mixed polypropylene/clay nanocomposites. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 42(22), pp. 4139-4150.
S
6. Dolgov, V., Ashurov, N., Sheveleva, E., & Khakberdiev, E. (2013). Strength-strain, barrier, thermal, and fire-resistance properties of nanocomposites based on linear polyethylene with montmorillonite. Russian Journal of Applied Chemistry (86), pp. 1885-1896.
7. Dong, Y., & Bhattacharyya, D. (2010). Dual role of maleated polypropylene in processing and material characterisation of polypropylene/clay nanocomposites. Materials Science and Engineering, 527(6), pp. 1617-1622.
8. Durmus, A., Woo, M., Kasgoz, A., Macosko, C., & Tsapatsis, M. (2007). Intercalated linear low density polyethylene (LLDPE)/clay nanocomposites prepared with oxidized polyethylene as a new type compatibilizer: structural, mechanical and barrier properties. European Polymer Journal, 43(9), pp. 3737-3749.
9. Duvall, J., Sellitti, C., Myers, C., Hiltner, A., & Baer, E. (1994). Interfacial effects produced by crystallization of polypropylene with polypropylene-g-maleic anhydride compatibilitzers. Journal of Applied Polymer Science, 52(2), pp. 207-216.
10. Fasihnia, S., Peighambardoust, S., & Peighambardoust, S. (2018). Nanocomposite films containing organoclay nanoparticles as an antimicrobial (active) packaging for potential food application. Journal of Food Processing and Preservation, 42(2), p. e13488.
11. Gabr, M., Okumura, W., Ueda, H., Kuriyama, W., & Uzawa, K. (2015). Mechanical and thermal properties of carbon fiber/polypropylene composite filled with nano-clay. Composites(69), pp. 94-100.
12. Hong, C., Lee, Y., Bae, J., Jho, J., Nam, B., & Hwang, T. (2005). Molecular weight effect of compatibilizer on mechanical properties in polypropylene/clay nanocomposites. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 11(2), pp. 293-296.
13. Hotta, S., & Paul, D. (2004). Nanocomposites formed from linear low density polyethylene and organoclays. Polymer, 45(22), pp. 7639-7654.
14. Kato, M., Usuki, A., Hasegawa, N., Okamoto, H., & Kawasumi, M. (2011). Development and applications of polyolefin-and rubber-clay nanocomposites. Polymer, 43(7), pp. 583-593.
15. Khakberdiev, E., Q.N.u., B., Toshmamatov, D., & Ashurov, N. (2022). Mechanical and morphological properties of poly(vinyl chloride) and linear low-density polyethylene polymer blends Vinyl Addit. Technol.(1). doi:10.1002/vnl.21920
16. Lai, S., Chen, W., & Zhu, X. (2009). Melt mixed compatibilized polypropylene/clay nanocomposites. Composites, 40(6-7), pp. 754-765.
17. Lai, S., Chen, W., & Zhu, X. (2011). Melt mixed compatibilized polypropylene/clay nanocomposites. Journal of Composite Materials, 45(25), pp. 2613-2631.
18. Lee, S., & Kim, J. (2004). Surface modification of clay and its effect on the intercalation behavior of the polymer/clay nanocomposites. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 42(12), pp. 2367-2372.
19. Lee, S., Kang, I., Doh, G., Kim, W., Kim, J., Yoon, H., & Wu, Q. (2008). Thermal, mechanical and morphological properties of polypropylene/clay/wood flour nanocomposites. Express Polymer Letters, 2(11), pp. 78-87.
20. Qin, H., Zhang, S., Zhao, C., Hu, G., & Yang, M. (2005). Flame retardant mechanism of polymer/ clay nanocomposites based on polypropylene. Polymer, 46(19), pp. 8386-8395.
21. Rao, G., Srikanth, I., & Reddy, K. (2021). Effect of organo-modified montmorillonite nanoclay on mechanical, thermal and ablation behavior of carbon fiber/phenolic resin composites. Defence Technology, 17(3), pp. 812-820.
22. Reichert, P., Nitz, H., Klinke, S., R., B., Thomann, R., & Mulhaup, R. (2000,). Poly (propylene)/ organoclay nanocomposite formation: Influence of compatibilizer functionality and organoclay modification. Macromolecular Materials and Engineering, 275(1), pp. 8-17.
23. Tang, Y., Hu, Y., Song, L., Zong, R., Gui, Z., Chen, Z., & Fan, W. (2003). Preparation and thermal stability of polypropylene/montmorillonite nanocomposites. Polymer Degradation and Stability, 82(1), pp. 127-131.
24. Tessier, R., Lafranche, E., & Krawczak, P. (2012). Development of novel melt-compounded starch-grafted polypropylene/polypropylene-grafted maleic anhydride/organoclay ternary hybrids. Express Polymer Letters, 6(11).
25. Villaluenga, J., Khayet, M., Lôpez-Manchado, M., J.L., V., Seoane, B., & Mengual, J. (2007). Gas transport properties of polypropylene/clay composite membranes. European Polymer Journal(43), pp. 1132-1143.
26. Xie, S., Zhang, S., Wang, F., Liu, H., & Yang, M. (2005). Influence of annealing treatment on the heat distortion temperature of nylon-6/montmorillonite nanocomposites. Polymer Engineering & Science, 45(9), pp. 1247-1253.
27. Zdiri, K., Elamri, A., & Hamdaoui, M. (2017). Advances in thermal and mechanical behaviors of PP/clay nanocomposites. Polymer-plastics Technology and Engineering, 56(8), pp. 824-840.
Taqrizchi: Eshbekova S., f.-m.f.n., dotsent, Jizzax politexnika instituti.
ИЛМ-ФАН ВА ИННОВАЦИОН РИВОЖЛАНИШ PRINT ISSN 2181-9637
НАУКА И ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ONLINE ISSN 2181-4317
SCIENCE AND INNOVATIVE DEVELOPMENT 2 / 2023
