Ту хабаршысы



жүктеу 15.98 Mb.
Pdf просмотр
бет58/82
Дата15.03.2017
өлшемі15.98 Mb.
1   ...   54   55   56   57   58   59   60   61   ...   82

Ключевые слова: госсипол, полимерные материалы, растительные наполнители, исследования. 

 

Полимерные материалы в настоящее время совершили революцию в технике и в нашем образе 



жизни и приобрели важнейшее значение в самых различных сферах человеческой деятельности. Их 

применение    в  виде  волокон,  пленок,  пластиков  и  многих  других  видов  материалов  постоянно 

расширяется,  но  их  широкое  использование  привело  к  целому  ряду  проблем,  среди  которых: 

использование  невозобновляемого  органического  минерального  сырья  -  нефти  и  газа; 

многостадийность,  материало-  и  энергоемкость  большинства  технологий;  неразрушаемость 

большинства  синтетических  полимерных  материалов  в  природной  среде;  быстрое  старение 

некоторых  полимеров;  утилизация  отработанных  синтетических  материалов  является  достаточно 

дорогой  и  сопряжена  с  экологическими  трудностями  [1].  Одной  из  основных  причин  старения 

полимеров  и  выхода  из  строя  многих  полимерных  изделий  является  окислительная  деструкция, 

причем проблема защиты полимеров от старения является комплексной. Для замедленного старения 

в  полимерные  материалы  добавляют  стабилизаторы.  Необходимо  отметить,  что,  несмотря  на 

значительный  рост  производства  стабилизаторов  полиэтилена  и  расширение  их  ассортимента, 

существующие в настоящее время ингибиторы свободно-радикальных процессов в той или иной мере 

не  удовлетворяют  все  возрастающим  требованиям  современной  промышленности  полимерных 

материалов.  В  связи  с  этим  поиск  более  эффективных  и  доступных  ингибиторов  термо-  и 

фотоокислительной  деструкции  полимерных  материалов  является  одной  из  актуальных  задач 

современной химии полимеров. Известно, что у госсипола имеются реакционноспособные группы, 

которые могут участвовать в свободно-радикальных процессах [2]

Целью исследований являлась проверка возможности и эффективности применения госсипола 

в качестве стабилизатора полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и разработка технологии получения 

композиционных  дисперсно-наполненных  полимерных  материалов  (ДНПМ)  на  основе  ПЭНП, 

растительных  наполнителей  и  госсипола.  Госсипол  характеризуется  полифункциональностью 

молекулы  (две  альдегидные  и  шесть  гидроксильных  групп,  два  бинафтильных  кольца)  и 

способностью  к  таутомерным  превращениям,  что  делает  возможным  получение  многочисленных 

производных  на  его  основе  и  предполагает  значительное  расширение  возможностей  его 

использования, т.к. из-за химической природы госсипола он не способен мигрировать, улетучиваться 

и экстрагироваться растворителем из композиционных материалов [2].  

Полиэтилен  не  обладает  высокими  физико-химическими  свойствами,  поэтому  одним  из 

эффективных  и  экономически  выгодных  способов  улучшения  его  свойств  является  введение  в  него 

стабилизаторов  и  наполнителей  органического  или  неорганического  происхождения.  Большое 

разнообразие  наполнителей  позволяет  регулировать  его  прочностные,  электрические,  теплофизические, 

химические и другие свойства [3]. При введении в полимерную матрицу различных наполнителей часто 

происходит  повышение  модуля  упругости,  прочности,  повышение  термической  стабильности, 

химической  стабильности  к  растворителям,  устойчивости  к  горению,  снижение  газопроницаемости 

материала.  Кроме  того,  введение  в  полиэтилен  модификаторов  позволяет  повысить  рентабельность 

производства  за  счет  уменьшения  толщины  пленочных  материалов,  которые,  при  правильном 

подборе наполнителей, будут обладать повышенными физико-механическими характеристиками.  

Была  изучена  структура  и  свойства  смесевых  композиций  на  основе  полиэтилена, 

компатибилизатора,  растительных  наполнителей  и  госсипола.  Актуальность  данного  исследования 

очевидна  потому,  что  в  результате  могут  быть  получены  современные  материалы  с  заданным 



 Химия-металлургия єылымдары 

 

ЌазЎТУ хабаршысы №5 2014  



 

331


набором свойств (в зависимости от состава) и тем, что в качестве наполнителей могут использоваться 

отходы  многих  производств.  Помимо  утилизации  отходов,  что  само  по  себе  актуально,  происходит 

частичная замена невозобновляемого сырья - нефти и газа, на возобновляемое – растительное сырье, 

что  экономически  целесообразно.  Для  получения  ДНПМ  на  основе  полиэтилена  были  исследованы 

различные  недревесные  растительные  отходы,  распространенные  на  Юге  Казахстана,  главными 

критериями  при  отборе  которых  являлась  их  стоимость,  доступность,  биоразлагаемость  и  физико-

химическая  стойкость  при  температуре  переработки  полиэтилена.  В  результате  в  качестве 

наполнителей для получения биоразлагаемых полимеров были выбраны сено, гузапая и подсолнечная 

лузга, как наиболее полно удовлетворяющие всем предъявляемым требованиям. Не все наполнители 

позволяют  получить  достаточно  однородную  систему  с  равномерным  распределением  частиц  в 

материале.  Нужна  специальная  обработка  и  применение  специальных  добавок  для  улучшения 

совместимости  частиц  наполнителей  с  полимером  и  их  равномерного  распределения  по  всей 

матрице. 

 

Введение  компатибилизатора  в  ПЭНП  необходимо  также  для  улучшения  его  свойств: 



ударной  вязкости;  теплостойкости,  модуля  упругости,  прочности;  увеличения  сопротивления 

образованию поверхностных трещинВ качестве наиболее эффективного компатибилизатора (после 

предварительных  исследований  и  анализа  литературных  данных)  был  использован  сополимер 

этилена с винилацетатом (сэвилен - СЭВА) марки 11104-030 [4]. 

Были  исследованы  структура,  теплофизические  свойства,  термическая  устойчивость, 

водопоглощение,  адгезия  к  стали,  горючесть  и  физико-механические  характеристики  пленочных 

образцов  ПНДМ. В таблице  1 приведены некоторые  механические  характеристики  для полученных 

пленочных образцов. 



0

2

4

6

8

10

12

Ст

еп

ень

 сшивк

и

, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Номер композита

 

1- ПЭНП, 2 - ПЭНП  + госсипол, 3 - ПЭНП+СЭВА, 4-9 - ПЭНТ+СЭВА+госсипол. 



(содержание, масс.% : СЭВА – 8,  госсипол: 4 – 0,1; 5 -0,5; 6-0,8; 2,7-1,0; 8 -1,5; 9 -1,8) 

Рис. 1. Изменение степени сшивки в зависимости от состава полимера 

 

Таблица 1. Некоторые механические характеристики пленочных образцов 



 

Вид 


испытуемогообразца 

Состав композиции 

Прочность 

при 


растяжении, 

МПа 


±0,5 

Относительное 

удлинение при 

разрыве, % 

±1 

Модуль 


упругости, 

МПа 


±5 

Содержание компонента, масс.% 

наполнитель 

сэвилен 


госсипол 

ПЭНП 




12,0 

457,0 


81 

ПЭНП 




25,9 

657,8 


390,9 

ПЭНП + сено 

35 





11,5 

325,7 


153,7 

35 


 

19,9 



389,8 

229,9 


35 



23,8 

421,6 


269,6 

ПЭНП   + гузапая 

35 





10,7 

337,5 


141,5 

35 


 

25,5 



404,8 

243,7 


35 



26,6 

445,4 


294,9 

ПЭНП + лузга 

35 





11,5 

318,4 


162,6 

35 


 

19,3 



398,7 

267,9 


35 



24,2 

427,9 


299,1 

 


 Химико-металлургические науки  

 

     



                                               

№5 2014 Вестник КазНТУ  

          

332 


Основной причиной повышения устойчивости новых композитов является повышение степени 

сшивки 


стабилизированного 

ПЭНП. 


Химическая 

структура 

молекул 

госсипола 

многофункционального  соединения  -  позволяет  предположить,  что  они  не  только  являются 



ловушками для радикалов, образующихся в результате термо- и фотоокислительной деструкции 

ПЭНП,  они  также  изменяют  надмолекулярную  структуру  композита  за  счет  образования  ими 

мостиковых связей между различными макрорадикалами.  

Именно  это  обстоятельство  оказывает  значительное  влияние  на  основные  физико-

химические и механические свойства материала, что подтверждают проведенные исследования 

по  определению  степени  сшивки  полимерных  композитов  (рисунок  1).  Образование  сшитой 

структуры  доказывают  ИК-спектры  пленок  исходного  полимера  и  стабилизированных  образцов  на 

его основе до и после их термо- и фотостарения. 

Для оценки комплексного воздействия микроорганизмов (как грибов, так и бактерий) образцы 

подвергали  деструкции  в  восстановленном  грунте.  Биоразлагаемость  чистых  наполнителей 

оценивали  с  использованием  плесневых  грибов,  рекомендованных  ГОСТ  9.049-91.  Как 

свидетельствуют  данные  полевых  испытаний,  введение  в  состав  полимерной  композиции 

растительных наполнителей и сэвилена ускоряет процесс биоразложения в 30 – 38 раз по сравнению 

с  исходным  ПЭНП  в  зависимости  от  вида  наполнителя.  Однако  полученные  результаты 

одновременно  показывают  невозможность  получения  универсального  полимерного  композита, 

обладающего  максимальным  набором  оптимальных  качеств,  поэтому  к  практической  реализации 

нами  предлагается  три  типа  новых  полимерных  композиций  различного  назначения.  Учитывая, что 

эффективные  концентрации  госсипола  в  композиции  ниже  его  токсического  уровня,  возможно 

расширить  рекомендуемые  области  применения  (сверх  предложенных  в  таблице  2)  полученных 

композиций после соответствующих испытаний и получения санитарного допуска. 

 

Таблица 2. Свойства новых полимерных композиций и области их применения 



 

Состав композиции и 

потребительские 

характеристики 

Свойства композиции 

Метод 


переработки 

Рекомендуемые 

области применения 

Прочность 

при растяже 

нии, МПа 

±0,5 

Модуль 


упру 

гости, 


МПа 

Биораз 


ложение,  

лет 


ПЭНП+ 

СЭВА(8%)+ 

госсипол(1%) 

повышенные  

эластичность,  

устойчивость на разрыв, 

текучесть в расплаве, 

термическая и фото-

устойчивость, 

не подвержена 

биоразложению в связи с 

высокой бактериальной 

стойкостью 

 

 



28-30 

390-400 


Свыше 30 

лет 


Экструзия 

Для профильно-

погонажных изделий, 

пленок и пленочных 

изделий специального 

назначения, для 

защиты от коррозии 

стальных труб, для 

напорных труб, для 

герметичной упаковки 

непищевых изделий 

Выдувание 

Для формования 

сосудов и бутылей для 

химических реактивов 

Ротационное 

формование 

Крупногабаритные 

изд. технического 

назначения, вмести-

мостью свыше 200 дм

ПЭНП+ 



СЭВА(8%)+растительный 

наполнитель(35%) 

госсипол(1%) 

повышенные 

устойчивость на разрыв, 

термическая и фото-

устойчивость, 

адгезия, 

не подвержена 

25-28 


280-300 

Свыше 30 

лет 

Экструзия 



Для профильно-

погонажных изделий, 

пленок и пленочных 

изделий общего 

назначения, для 

герметичной упаковки 

непищевых изделий 


 Химия-металлургия єылымдары 

 

ЌазЎТУ хабаршысы №5 2014  



 

333


биоразложению в связи с 

высокой бактериальной 

стойкостью 

Ротационное 

формование 

Среднегабаритные 

изделия технического 

назначения, вмести-

мостью  20 -200 дм

3  


Заливка 

Заливочные 

компаунды для 

заполнения деталей 

электрооборудования 

ПЭНП+ 


СЭВА(8%)+раститель 

ный наполнитель(35%) 

повышенные  

адгезия, 

устойчивость на разрыв, 

термическая и фото-

устойчивость, 

полное  


биоразложение  

23-25 


240-250 

Менее двух 

лет 

Экструзия 



Технические пленки 

для укрытия теплиц и 

кормов и других 

сельскохозяйственных 

нужд, для 

герметичной упаковки 

любых изделий. 

Заливка 


Заливочные 

компаунды для 

заполнения деталей 

электрооборудования 

 

Таким  образом,  введение  госсипола  в  ПЭНП  позволяет  эффективно  ингибировать  термо-  и 



фотоокислительную  деструкцию  композитов  и  способствует  сохранению  исходных  физико-

химических  свойств    композита  в  течение  длительного  времени.  Полимеры,  стабилизированные 

госсиполом в концентрации 0,8-1,2%, проявляют повышенную термостабильность, термохимическую 

устойчивость  и  повышенную  стойкость  к  высокотемпературному  окислению.  Использование 

растительных  наполнителей  позволяет  получить  ряд  ПНДМ  с  ценными  свойствами,  которые 

обеспечивают  разнообразные  области  их  применения.  Для  производства  готовых  изделий  из 

разработанных  композитов  наряду  с  широко  известными  и  применяемыми  методами,  нами 

предлагается использование инновационной технологии процесса объёмной штамповки композитов с 

СВЧ-нагревом.  Данные  исследования  проводились  благодаря  финансированию  Комитета  науки 

Министерства образования и науки РК. 

 

ЛИТЕРАТУРА 



1 Полимерные материалы будущего на основе возобновляемых растительных ресурсов и биотехнологий: 

волокна, пленки, пластики (часть 2-я) / Технический текстиль, №18, - 2008. – с. 23-41. 

2  Глушенкова  А.И.,  Назарова  И.П.  Госсипол,  его  производные  и  их  использование.-  Ташкент:  Фам,  -

1993.-78 с. 

3  Султонов  Н.Ж.  Композитные  материалы  на  основе  полиэтилена  низкой  плотности  и  наноразмерного 

карбоната кальция. Автореферат… канд. техн наук. – Нальчик - 2010. 

4  Пантюхов  П.В.  Особенности  структуры  и  биодеструкция  композиционных  материалов  на  основе 

полиэтилена низкой плотности и растительных наполнителей. Автореферат……..канд. хим. наук, - Москва. -   2013. 

 

REFERENCES 



1  Polimernyie  materialyi  buduschego  na  osnove  vozobnovlyaemyih  rastitelnyih  resursov  i  biotehnologiy: 

volokna, plenki, plastiki (chast 2-ya) / Tehnicheskiy tekstil, №18, - 2008. – s. 23-41. 

2 Glushenkova A.I., Nazarova I.P. Gossipol, ego proizvodnyie i ih ispolzovanie.- Tashkent: Fam, -1993.-78 s. 

3 Sultonov N.Zh. Kompozitnyie materialyi na osnove polietilena nizkoy plotnosti i nanorazmernogo karbonata 

kaltsiya. Avtoreferat… kand. tehn nauk. – Nalchik - 2010. 

4  Pantyuhov  P.V. Osobennosti  strukturyi  i  biodestruktsiya  kompozitsionnyih  materialov  na osnove polietilena 

nizkoy plotnosti i rastitelnyih napolniteley. Avtoreferat……..kand. him. nauk, - Moskva. - 2013. 

 

 



Надиров К.С., Жантасов М.К., Надирова Ж.К., Кутжанова А.Н., Нурашев Н.Х., Оразбеков О.С. 

Дисперсті - толықтырылған  полимерлік  материалдарды  алу  технологияларын  өндіру  жəне 

қасиеттерін зерттеу 

Түйіндеме.  Госсиполдың  төмен  тығыздықтағы  полиэтилен  тұрақтандырғышы  ретінде  қолдану 

мүмкіндігі  мен  нəтижесі  зерттелді  жəне  полиэтиленнің,  госсипол  мен  табиғи  толықтырғыштардың  негізінде 

композициялық дисперсті-толықтырылған полимерлік материалдарды алу технологиясы өңделді. 

Түйін сөздер: госсипол, полимерлік материалдар, табиғи толықтыруыштар, зерттеу. 


● Химико-металлургические науки

№5 2014 Вестник КазНТУ  

334 

Nadirov К.S., Zhantasov М.К., Nadirovа Zh.К., Kutzhanova A.N., Nurashev N.H., Orazbekov О.S. 



Study of properties and development of production technology particulate-filled polymer materials 

Summary. The possibility and efficacy of gossypol as a stabilizer of low density polyethylene and technology 

for  production  of  composite  particulate-filled  polymer  materials  for  different  purposes  on  the  basis  of  polyethylene, 

gossypol and vegetable toppings.  

Key words: gossypol, polymeric materials, vegetable fillers, research. 

УДК 546.57 



Д. Ержанова, Ж. Нурахметова, Г. Татыханова, Б. Селенова, С. Кудайбергенов 

(Казахский национальный технический университет имени К. И. Сатпаева, 

Лаборатория инженерного профиля АО «Технопарк КазНТУ» Алматы, Республика Казахстан) 

ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И КАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НАНЕСЕННЫХ НА 

ОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В РЕАКЦИИ РАЗЛОЖЕНИЯ 

ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА 

Аннотация. Путем восстановления нитрата серебра борогидридом натрия синтезированы наночастицы 

серебра,  стабилированные  полимерами  различной  молекулярной  массы.  Исследованы  физико-химические 

свойства синтезированных наносистем. Обсуждены уникальные каталитические свойства наносеребра. Изучено 

влияние параметров на реакцию разложения пероксида водорода в присутствии наночастиц серебра. 



Ключевые слова: нанотехнология, наночастицы серебра, поли(-N-винил-2-пирролидон), динамическое 

лазерное светорассеяние, спектрофотометр. 

Синтез  и  исследование  наноматериалов  является  одним  из  существенных  элементов 

нанотехнологии.  Новые  физические  свойства  и  эффективность  применения  наноматериалов 

проявляются  в  том  случае,  если  наноструктуры  имеют  оптимальные  размеры  при  определенной 

структуре,  морфологии  и  при  определенном  химическом  составе.  Наночастицы  (НЧ)  благородных 

металлов  имеют  особую  и  фундаментальную  стратегию  синтеза,  которая  известна  уже  несколько 

десятилетий.  

НЧ  серебра  являются  предметом  широких  исследований,  благодаря  их  особым  физическим, 

химическим и механическим свойствам [1]. К примеру, физические свойства НЧ серебра отличаются 

от  традиционных  свойств  того  же  серебра  (например,  уменьшение  размеров  частицы  приводит  к 

уменьшению  ее  температуры  плавления).  В  отличие  от  большинства  обычных  НЧ,  получаемых  во 

время  синтеза,  суператомы  серебра  почти  совершенно  одинаковы.  Это  не  только  упрощает  их 

очистку, но и делает их поведение более предсказуемым.  

Катализаторы  на  основе  НЧ  серебра  нашли  широкое  промышленное  применение,  включая 

производство  формальдегида,  эпоксидирование  этилена,  глубокое  окисление  углеводородов.  Из-за 

развитой  поверхности,  обеспечивающей  доступность  реакционных  центров,  НЧ  серебра  проявляют 

способность  к  генерированию  активных  форм  кислорода  [2].  Их  использование  сочетает  в  себе 

высокую  селективность  и  возможность  рециклизации.  В  работе  [3]  была  показана  каталитическая 

активность НЧ серебра, нанесенных на поверхность сферических частиц диоксида кремния.  

Известно, что каталитическая активность, нанесенных на твердые носители НЧ серебра крайне 

чувствительны  к  размеру  кристаллита,  природе  матрицы,  методу  синтеза,  а  также  к  условиям 

предварительной обработки образца [4,5]. 

Существуют множество доступных методов синтеза различных типов НЧ серебра [6-8]. Среди 

них  химическое  восстановление  в  жидкой  фазе  является  одним  из  простых  и  доступных  методов 

получения  НЧ  серебра.  Оно  включает  использование  стабилизирующего  агента  для  контроля 

размера, формы, устойчивости и растворимости наночастиц серебра [9].  

Для предотвращения агломерации и седиментации НЧ серебра используются различные типы 

стабилизаторов  [10,11].  К  ним  относятся  тиоловые  соединения,  амины,  поверхностно-активные 

вещества,  олеат  натрия,  валин,  ксантан  и  циклодекстрин  [12].    Кроме  того,  такие  полимеры,  как 

поли(-N-винил-2-пирролидон)  (ПВПД)  и  полистирол  тоже  показали  хорошие  стабилизирующие 

свойства по отношению к НЧ серебра[13,14].   



 Химия-металлургия єылымдары 

 

ЌазЎТУ хабаршысы №5 2014  



 

335


В  настоящей  работе  синтезированы  НЧ  серебра  методом  восстановления  и  исследованы  их 

каталитические  свойства  в  реакции  разложения  пероксида  водорода  при  изменении  основных 

параметров реакции. 

 

Методика эксперимента  

Методика  синтеза  [15]    НЧ  серебра  в  водной  среде  заключалась  в  следующем: 

Свежеприготовленный  раствор  борогидрида  натрия  охлаждали  до  0

0

  С,  затем  при  интенсивном 



перемешивании по каплям добавляли раствор нитрата серебра с концентрацией 1

10


-3 

М до появления 

характерной  окраски.  Весовое  соотношение  восстановителя  и  нитрата  серебра  составляло  2:1. 

Обобщенное уравнение восстановления нитрата серебра при взаимодействии с боргидридом натрия 

выглядит следующим образом: 

 

2AgNO



+ 2NaBH


+ 6H


2

O   2Ag


0

+7H


2

 + 2NaNO


+ 2H


3

BO

3



 

 

В качестве стабилизирующего агента НЧ серебра использовали 4%-ный водный раствор поли-



N-винилпирролидона (ПВПД) с молекулярными массами 10 000, 40 000, 360 000 Дальтон.  

Катализаторы  получали  путем  пропитки  оксидов  металлов  (MgO,  ZnO,  Al

2

O

3



,  SiO

2

,  TiO



2

коллоидными  растворами  НЧ  серебра.  После  нанесения  НЧ  серебра  на  твердые  носители, 



катализаторы  неоднократно  промывали  дистиллированной  водой,  отделяли  от  супернатанта 

центрифугированием и сушили в вакуум-сушильном шкафу при 80

0

С в течение двух часов. Реакцию 



разложения пероксида водорода проводили в интервале температур 25-55

0

С, массе катализатора 5-50 



мг и объеме пероксида водорода 0.5-2 мл.  

Спектры  поглощения  НЧ  серебра  при  комнатной  температуре  снимали  на  спектрофотометре 

(Specord 210 plus BU, Германия) в кварцевой кювете.  

Размеры  НЧ  серебра  определяли  методом  динамического  лазерного  светорассеяния  (ДЛС)  на 

приборе Malvern Zetasizer Nano ZS90 (UK).  

Реакцию разложения пероксида водорода H

2

O

2



 проводили в реакторе, снабженном магнитной 

мешалкой  (2)  и  термостатом  (7)  (рис.  1).  В  реакционный  сосуд  (1)  добавляли  пероксид  водорода 

объемом 0,5-2 мл и навеску катализатора массой 5-30 мг. Реакцию проводили в течение 2-5 часов при 

различных  температурах.  Объемное  количество  выделенного  кислорода  измеряли  с  помощью 

измерительной бюретки (3) газометрическим способом (5).  

 

 



 

1 – термостатированный реактор, 2 – магнитная мешалка, 3 – измерительная бюретка, 4 – кран, 5 – 

уравнительная воронка, 6 – термометр, 7 – термостат 




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   54   55   56   57   58   59   60   61   ...   82


©emirsaba.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет