Окситермография как новый аналитический метод исследования термостойкости полимерных материалов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Контроль содержания кислорода и углекислого газа в потоке воздуха, выходящего из реактора, в котором происходит нагрев образца, может быть использован для исследования процессов термической стойкости полимерных материалов. Такого рода подход получил название метода окситермографии. Экспериментальные данные (окситермограммы) – это зависимости уменьшения содержания кислорода и появления диоксида углерода в потоке воздуха от изменения температурного режима, позволяющие контролировать влияние введения наполнителей в состав полимеров на их термическую стойкость. На примере чистого полипропилена и полипропилена с добавками диоксида титана показано применение метода окситермографии для изучения окислительной термостабильности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. К. Зуев

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: smile_mail@mail.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

А. Е. Зайцева

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: smile_mail@mail.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

А. С. Коротков

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: smile_mail@mail.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

В. Г. Филоненко

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: smile_mail@mail.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

И. В. Роговая

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: smile_mail@mail.ru
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

Список литературы

  1. Haines P.J. Thermogravimetry / Thermal Methods of Analysis. Principles, Applications and Problems. Dordrecht: Springer Science Business Media, 1995. P. 22.
  2. Haines P.J. Wilburn F.W. Differential thermal analysis and differential scanning calorimetry / Thermal Methods of Analysis, Principles, Applications and problems. Dordrecht: Springer Science Business Media, 1995. P. 632.
  3. Зуев Б.К. Способ окситермографии. Патент РФ № 2411509. Заявка № 2010101137 от 15.01.2010, опубл. 10.02.2011.
  4. Роговая И.В., Зуев Б.К., Титова Т.В., Моржухина С.В., Сараева А.Е., Филоненко В.Г. Оптимизация условий определения органического вещества в воде “безреагентным” методом окситермографии и его применение для анализа природной воды // Журн. аналит. химии. 2016. Т. 71. № 10. С. 1069. (Rogovaya I.V., Zuev B.K., Titova T.V., Morzhukhina S.V., Saraeva A.E., Filonenko V.G. Optimization of conditions for the determination of the organic matter content of waters by reagentless oxithermography and its application to the analysis of natural waters // J. Anal. Chem. 2016. V. 71. № 10. P. 1022.) https://doi.org/10.1134/S1061934816100117
  5. Зуев Б.К., Филоненко В.Г., Нестерович Д.С., Поликарпова Р.Д. Определение гиалуроновой кислоты в водных растворах с использованием воздуха в качестве окислителя // Журн. аналит. химии. 2018. Т. 73. № 10. С. 763. (Zuev B.K., Filonenko V.G., Nesterovich D.S., Polikarpova P.D. Determination of hyaluronic acid in aqueous solutions using air as an oxidant // J. Anal. Chem. 2018. V. 73. № 10. P. 973.) https://doi.org/10.1134/S106193481810013
  6. Зуев Б.К., Коваленко Е.В., Кульбачевская Е.В., Оленин А.Ю., Ягов В.В. Определение концентрации нефтепродуктов и масел в пленках на повехности воды с помощью твердоэлектролитного анализатора // Журн. аналит. химии. 2001. Т. 56. № 5. С. 543. (Zuev B.K., Kovalenko V.V., Kul’bachevskaya E.V., Olenin A.Yu., Yagov V.V. Determination of the concentration of petroleum products and oils in films at the surface of water using a solid-electrolyte analyzer // J. Anal. Chem. 2001. V. 56. № 5. P. 481.) https://doi.org/10.1023/A:1016691423009
  7. Зуев Б.К., Поликарпова П.Д., Филоненко В.Г., Коротков А.С., Сараева А.Е. Пробоотбор и определение гиалуроновой кислоты на иммитаторе кожи человека методом окситермографии // Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74. № 4. С. 315. (Zuev B.K., Polikarpova P.D., Filonenko V.G., Korotkov A.S., Saraeva A.E. Sampling and determination of hyaluronic acid on a human skin imitator by oxithermography // J. Anal. Chem. 2019. V. 74. № 4. P. 410.) https://doi.org/10.1134/S1061934819030134
  8. Зуев Б.К., Новичков Р.В., Александрова Е.О., Оленин А.Ю. Получение и исследование состава поверхностного слоя химически модифицированных наночастиц диоксида кремния // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10. № 1–2. С. 45. (Zuev B.K., Novichkov R.V., Alexandrova E.O., Olenin A.Yu. Preparation and study of the surface-layer composition of chemically modified silica nanoparticles // Russ. Nanotechnol. 2015. V. 10. № 1–2. P. 53.) https://doi.org/10.1134/S1995078015010218
  9. Александрова Е.О., Новичков Р.В., Оленин А.Ю., Зуев Б.К. Формирование и исследование методом окситермографии привитого поверхностного слоя на частицах диоксида кремния // Журн. физ. химии. 2017. Т. 91. № 3. С. 513. (Aleksandrova E.O., Novichkov R.V., Olenin A.Yu., Zuev B.K. Formation of grafted surface layers on silicon dioxide particles and their investigation by means of thermoprogrammed oxidation // Russ. J. Phys. Chem. A. 2017. V. 91. № 3. P. 555.) https://doi.org/10.1134/S0036024417030013
  10. Зуев Б.К., Роговая И.В., Ларкович Р.В. Определение труднолетучих смолистых веществ в составе бензинов различных марок методом термоокислительной спектроскопии – окситермографии // Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. № 9. С. 792. (Zuev B.K., Rogovaya I.V., Larkovich R.V. Determination of poorly volatile resinous substances in the composition of gasolines of different brands by thermal oxidation spectroscopy–oxythermography // J. Anal. Chem. 2020. V. 75. № 9. P. 1147.) https://doi.org/10.1134/S106193482009018X
  11. Зуев Б.К., Дворкин В.И., Филоненко В.Г., Михайлова А.В., Бубнова И.А. Высокотемпературный сенсорный анализатор: определение труднолетучих органических примесей в растворителях // Журн.аналит.химии. 2007. Т. 62. № 9. С. 1000. (Zuev B.K., Dvorkin V.I., Filonenko V.G., Mikhailova A.V., Bubnova I.A. A High-temperature sensor analyzer: determination of difficult volatile organic impurities in solvents // J. Anal. Chem. 2007. V. 62. № 9. P. 903.) https://doi.org/10.1134/S1061934807090171
  12. Зуев Б.К., Оленин А.Ю. Твердоэлектролитный датчик как детектор для газохроматографического определения горючих примесей в воздухе // Журн. аналит. химии. 2006. Т. 61. № 2. С. 157. (Zuev B.K., Olenin A.Yu. Solid electrolyte sensor as a detector for gas chromatographic determination of combustible contaminants in air // J. Anal. Chem. 2006. V. 61. № 2. P. 147.) https://doi.org/10.1134/S1061934806020109
  13. Севастьянов В.С., Галимов Э.М., Бабулевич Н.Е., Тюрина Е.Н., Аржанников А.А. Оптимизация работы твердоэлектролитной ячейки на основе диоксида циркония в качестве окислительного реактора и хроматографического датчика // Электрохимия. Т. 45. № 6. 2009. С. 705. (Sevast’yanov V.S., Galimov E.M., Babulevich N.E., Tyurina E.N., Arzhannikov A.A. Optimizing zirconia–based solid electrolyte cell operated as oxidizing reactor and chromatographic sensor // Russ. J. Electrochem. 2009. V. 45. № 6. P. 662. https://doi.org/10.1134/S102319350906007X)
  14. Abbas-Abadi M.S., Van Geem K.M., Fathi M., Bazgir H., Ghadiri M. The pyrolysis of oak with polyethylene, polypropylene and polystyrene using fixed bed and stirred reactors and TGA instrument // Energy. 2021. V. 232. Article 121085. https://doi.org/10.1016/j. energy.2021.121085
  15. Mat-Shayuti M.S., Abdullah M.Z., Megat-Yusoff P.S.M. Thermal properties and morphology of polypropylene/polycarbonate/polypropylene-graft-maleic anhydride blends // MATEC Web Conf. 2016. V. 6. № 4. Article 03001. https://doi.org/10.1051/matecconf/20166903001
  16. Nguyen T.A., Ichise S., Kinashi K., Sakai W., Tsutsumi N., Okubayashi S. Spin trapping analysis of the thermal degradation of polypropylene // Polym. Degrad. Stabil. 2022. V. 197. Article 109871. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2022.109871
  17. Wang K., Addiego F., Bahlouli N., Ahzi S., Rémond Y., Toniazzo V., Muller R. Analysis of thermomechanical reprocessing effects on polypropylene/ethylene octene copolymer blends // Polym. Degrad. Stabil. 2012. V. 97. № 8. P. 1475. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2012.05.005
  18. Esmizadeh E., Tzoganakis C., Mekonnen T.H. Degradation behavior of polypropylene during reprocessing and its biocomposites: Thermal and oxidative degradation kinetics // Polymers. 2020. V. 12. № 8. Article 1627. https://doi.org/10.3390/polym12081627
  19. Naseem S., Wießner S., Kühnert I., Leuteritz A. Layered double hydroxide (MgFeAl-LDH)-based polypropylene (PP) nanocomposite: Mechanical properties and thermal degradation // Polymers. 2021. V. 13. № 19. Article 3452. https://doi.org/10.3390/polym13193452
  20. Furushima Y., Ota R., Ohkawa T. Isothermal thermogravimetric method using a fast scanning calorimeter and its application in the isothermal oxidation of nanogram-weight polypropylene // Thermochim. Acta. 2020. V. 694. Article 178804. https://doi.org/10.1016/j.tca.2020.178804
  21. Isaac N.A., Pikaar I., Biskos G. Metal oxide semiconducting nanomaterials for air quality gas sensors: operating principles, performance, and synthesis techniques // Microchim. Acta. 2022. V. 189. № 5. Article 196. https://doi.org/10.1007/s00604-022-05254-0
  22. Tian X., Cui X., Lai T., Ren J., Yang Z., Xiao M., Wang B., Xiao X., Wang Y. Gas sensors based on TiO2 nanostructured materials for the detection of hazardous gases: A review // Nano Mater. Sci. 2021. V. 3. № 4. P. 390. https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.05.011
  23. ГОСТ Р 56721-2015 Пластмассы. Термогравиметрия полимеров. М.: Стандартинформ, 2016. 9 с.
  24. Зуев Б.К. Способ исследования органических веществ, преимущественно характеристик окислительной термодеструкции органических полимеров. Патент РФ № 2794417. Заявка № 2022115230 от 06.06.2022, опубл. 17.04.2023.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной окситермографической установки для исследования образцов полимеров методом окситермографии. 1 – кварцевая лодочка, 2 – термопара, 3 – узел введения кварцевой лодочки в реактор, 4 – входное отверстие в температурный реактор, 5 – кварцевый высокотемпературный реактор, 6 – нагревательный элемент, 7 – катализатор окисления отходящих газов, 8 – термопара контролирующая нагрев реактора, 9 – датчик кислорода, 10 – датчик углекислого газа, 11 – ротаметр, 12 – побудители потока воздуха, 13 – блок управления и сбора экспериментальных данных, 14 – персональный компьютер.

Скачать (126KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Временные развертки координаты лодочки (1) и температуры поверхности лодочки с образцом (2), используемые для формирования температурного профиля нагрева образцов при изучении термодеструкции образцов исходного полипропилена (ПП) и полипропилена с добавками диоксида титана.

Скачать (80KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение содержания кислорода (отн. ед.) в потоке воздуха, выходящего из реактора, в зависимости от времени для образцов чистого полипропилена (ПП) и с содержанием 1, 2 и 5% ТiO2.

Скачать (88KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение содержания диоксида углерода (отн. ед.) в потоке воздуха, выходящего из реактора, в зависимости от времени для образцов чистого полипропилена (ПП) и с содержанием 1, 2 и 5% ТiO2.

Скачать (78KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение содержания кислорода (отн. ед.) в потоке воздуха, выходящего из реактора, в зависимости от температуры нагрева для образцов чистого полипропилена (ПП) и с содержанием 1, 2 и 5% ТiO2.

Скачать (91KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение содержания диоксида углерода (отн. ед.) в потоке воздуха, выходящего из реактора, в зависимости от температуры нагрева для образцов чистого полипропилена (ПП) и с содержанием 1, 2 и 5% ТiO2.

Скачать (77KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Кривая, характеризующая потребление кислорода в зависимости от температуры в процессе термодеструкции полипропилена с добавкой 5% TiO2. Пунктиром показана прямая линия, аппроксимирующая передний фронт.

Скачать (64KB)
Метаданные
9. Рис. 8

Скачать (24KB)
Метаданные
10. Схема 1

Скачать (30KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024