Американский Научный Журнал ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПП/СКЭПТ (38-40)

Получены термопластичные эластомеры на основе изотактического полипропилена и тройного этиленпропилендиенового эластомера с использованием металлсодержащих нанонаполнителей. Исследовано влияние нанонаполнителей, содержащих наночастицы оксидов различных металлов на термические свойства невулканизованных и динамически вулканизованных смесей. Проведен совмещенный ДТА - ДСК анализ исследуемых композиций. Скачать в формате PDF
38 ASJ № ( 35) / 20 20
ХИМИЯ

ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ КО МПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ
ПП/СКЭПТ

Алимирзоева Наида Аманулла
Науч ный сотр удник
Инсти тута поли мер ных материа ло в НА Н А зербай джа на,
г Сумгайыт

Аннотация . Получены термопластичные эластомеры на основе изотактического полипропилена и
тройного этиленпропилендиенового эластомера с использованием металлсодержащих нанонаполнителей.
Исследовано влияние нанонаполн ителей, содержащих наночастицы оксидов различных металлов на
термические свойства невулканизованных и динамически вулканизованных смесей. Проведен
совмещенный ДТА - ДСК анализ исследуемых композиций.
Abstract. Created new thermoplastic elastomers based on isotactic polypropylene and ternary ethylene -
propylene -diene elastomer using a metal -containing nanofillers. Investigated the influence of nanofillers
containing nanoparticles of different metals oxides on the physico -mechanical and thermal properties of t he
uncured and dynamically vulcanized blends. Held a combined DTA - DSC analysis of the studied compositions.
Ключевые слова : термопластичные эластомеры, изотактический полипропилен, тройной
этиленропилендиеновый эластомер, металлсодержащие нанонаполнител и, ДТА - ДСК анализ
Key words : thermoplastic elastomers, isotactic polypropylene, triple ethylene -propylene -diene elastomer, the
metal -containing nanofillers, DTA - DSC analysis

В последние годы многокомпонентные
наполненные полимер ные системы широко
используются в различных отраслях
промышленности[1]. Условия эксплуатации
изделий из этих материалов весьма разнообразны,
они охватывают широкий диапазон температур и
давлений. Изготовленные материалы при этом
должны сохранять свои механ ические показатели.
Известно, что длительное воздействие
высокой температуры вызывает разрушение
полимеров, поэтому увеличение
термостабильности их даже на 20 -30С имеет
немаловажное значение [2].
Многочисленные исследования в области
разработки теплостойких материалов показывают,
что использование наполнителей имеет большое
значение для полимерных материалов, т.к.
введение их позволяет не только повысить
теплостойкость, но и улучшить физико -
механические и технологические свойства и
снизить стоимо сть композиций.
В современном мире различные виды
полимерных композиционных материалов на
основе нанонаполнителей активно вытесняют
традиционные материалы. В настоящее время все
больше внимания уделяется разработке композитов
с наноразмерными наполнителями . Такие
композиционные материалы обладают более
высокими показателями, чем композиционные
материалы с микро - и макронаполнителями.
Ранее нами было изучено влияние малых
добавок нанонаполнителей (НН), содержащих
наночастицы (НЧ) оксидов меди, никеля и желез а,
стабилизированных на полимерной матрице, на
особенности свойств термопластичных
эластомеров смесевых (ТПЭ) и динамически
вулканизованных (ТПВ) на основе изотактического
полипропилена (ПП) и этиленпропилендиенового
эластомера (СКЭПТ). Показано, что малая добавка
НН в количестве 1 масс. ч. практически не влияет
на кристалличность и диэлектрическую
проницаемость ТПЭ и ТПВ, но уменьшает их
модуль упругости при сохранении прочностных
свойств .[3].
Цель работы - исследование влияния добавок
металлсодержащих на нонаполнителей на
особенности теплофизических и термических
свойств смесевых ТПЭ и динамически
вулканизованных ТПВ на основе изотактического
ПП и СКЭПТ.
Экспериментальная часть.
В работе использованы: изотактический ПП
марки 21030 -16 (Россия) c плотностью  = 0.907
г/см3; степенью кристалличности 55%;
температурой плавления Т пл = 165°С; СКЭПТ
марки Dutral TER 4044 (Италия) с количеством
пропиленовых звеньев 35%. В составе СКЭПТ
диеновым компонентом являлся 5 -этилиден -2-
норборнен в количестве 4-5%. В качест ве НН
использовали НЧ оксидов металлов: НЧ оксида
меди I (Cu2O) и НЧ оксида никеля (NiO),
стабилизированные на матрице полиэтилена,
полученного с применением титан -фенолятной
каталитической системы (CuПЭ) и (NiПЭ), а также
НЧ оксида меди I (Cu2O) на матриц е АБС -
акрилонитрилбутадиенового термопласта
(CuАБС). Соотношение компонентов полимерных
смесей (мас. ч.): ПП/СКЭПТ/НН = 50/50/1.0
Термические свойства полученных
композиций проведены на приборе STA PT 1600
LINSEIS (Германия) при скорости нагрева 20˚С в
атм осфере воздуха.
Результаты и их обсуждение
Исследованы свойства смесевых и
динамически вулканизованных нанокомпозитов на

ASJ № ( 35) / 20 20 39

основе ПП/СКЭПТ, содержащих наполнители с
наночастицами оксидов различных металлов.
Полученные термограммы представлены на
рис.1.


Рис. 1. Термограммы ДСК – ТГА / Т нанокомпозитов: ТПЭ (а), ТПЭ/НН (б), ТПВ (в), ТПВ/НН (г)
Надо отметить, что все термограммы ДСК -ТГА/Т имели одинаковый
характер для всех условий испытаний и всех образцов термоэластопластов....
Анализ ДСК кривых на термограммах ДТА -
ДСК показал, что для всех исследованных образцов
термоэластопластов (ТПЭ и ТПВ) температура
плавления (ТПЛ) одинаков а и равна 140°С.
В случае ТПЭ (рис.1.а) с повышением
температуры кривая ДСК плавно поднимается до
140°С, затем следует резкий эндотермический пик
(поглощение теплоты), соответствующий ТПЛ
ТПЭ, далее плавный подъем до 300°С -
экзотермические процессы, связа нные с
окислением полимерной цепи. Затем начинаются
потери массы: при 320°С (10%), далее кривая
медленно опускается до 350°С (20%), затем резкий
эндотермический пик - процесс сублимации или
испарения продуктов деструкции, достигающий
максимума при 388.5°С (потеря массы 40%). При
этом скорость потери массы на термограмме ДТА
также максимальна и при 465°С потеря массы
соответствует 95.5%. Примерно в середине
процесса термоокислительной деструкции при
394°С происходит резкий переход от поглощения
тепла к его в ыделению до 420°С, затем до 600°С –
конкуренция эндо -экзопроцессов и далее резкий
эндотермический пик с постепенным затуханием
процесса вплоть до полного выхода продуктов
деструкции из экспериментальной ячейки.
В случае ТПЭ с НН (рис.1.б) также с
повышени ем температуры кривая ДСК плавно
поднимается до 140°С, затем следует резкий
эндотермический пик (поглощение теплоты),
соответствующий ТПЛ ТПЭ, далее подъем до
350°С - экзотермические процессы, связанные с
окислением полимерной цепи. После 360°С
начинаются потери массы (4 -5%), затем резкий
эндотермический пик - процесс сублимации
продуктов деструкции, достигающий максимума
при 410°С (потеря массы 20 -23%). При этом
скорость потери массы на термограмме ТГА также
максимальна и при 485°С потеря массы
соответству ет 90%. Примерно в середине процесса
термоокислительной деструкции при 400°С
происходит резкий переход от поглощения тепла к
его выделению до 420°С, затем до 600°С –
конкуренция эндо -экзопроцессов и далее резкий
эндотермический пик с постепенным затуханием
процесса вплоть до полного выхода продуктов
деструкции из экспериментальной ячейки.
В случае ТПВ (рис.1.в) кривая ДСК имеет вид,
аналогичный кривой для ТПЭ, однако, показатели
температур изменяются.
В случае ТПВ с НН (рис.1.г) кривая ДСК имеет
вид, анало гичный кривой для ТПЭ с НН, однако,
показатели температур изменяются.
Анализ термограмм ДТА -ДСК/Т полученных
смесевых нанокомпозитов показал, что образцы
исследованных ТПЭ термостабильны в атмосфере
воздуха до 300°С, в то время, как ТПЭ с НН,
содержащим НЧ оксида меди, стабильны до 350°С.
Исходный ТПЭ при 320°С теряет 10% массы, при
360°С - 20% массы, а ТПЭ с НН - 10%. При 388.5°С
исходный ТПЭ теряет 40% массы, а ТПЭ с НН -
18÷20%, т.е. в 2 раза меньше, при 465°С потеря
массы соответствует 95.5 %.

40 ASJ № ( 35) / 20 20
Анализ термограмм ДТА - ДСК полученных
вулканизованных нанокомпозитов (ТПВ) показал,
что они термостабильны в атмосфере воздуха до
350°С, в то время, как ТПВ с НН, содержащими НЧ
оксида меди, стабильны до 400°С. Исходный ТПВ
после 360°С теряет 10% массы , при 410°С - 25%
массы, а ТПВ с НН - 18÷20%, при 485°С потеря
массы соответствует 90%.
Исследование теплофизических и
термических свойств полученных нанокомпозитов
показало, что образцы исследованных ТПЭ
термостабильны в атмосфере воздуха до 300°С, а
ТПЭ с НН - до 350°; ТПВ стабилен до 350°С, а ТПВ
с НН - до 400°С. Tемпература начала
термоокислительной деструкции возрастает для
ТПЭ и ТПВ на 50 °С, что свидетельствует о
высокой термостойкости полученных
нанокомпозитов.
Вид кривых термограмм ДСК -ТГА/Т
наноко мпозитов с участием медь - и
никельсодержащих нанонаполнителей аналогичен.
Исследование теплофизических и
термических свойств полученных образцов
нанокомпозитов проводилось также по кривой
ТГА.
Термостабильность исследуемых образцов
оценивалась по энергии а ктивации (Eа) распада
термоокислительной деструкции, рассчитанной
методом двойного логарифмирования по кривой
ТГА по методике[4], а также по температурам 10% -
ого (T10 ), 20% -ого (T20 ) и 50% -ого (T50 ) распада
исследуемых образцов ТПЭ и ТПВ, и по времени и х
полураспада - 1/2.. Полученные данные
термогравиметрических исследований данные
приведены в таблице.
Таблица.
Термоокислительные свойства нанокомпозитов ТПЭ и ТПВ
Композиция T10 , % T20 , % T50 , % 1/2, мин Ea, кДж/моль
TПЭ
ТПЭ 320 350 420 64 194.1 1
ТПЭ/С uПЭ 360 39 0 480 72 235.47
ТПЭ/ NiПЭ 355 385 475 70 223.86
ТПЭ/С uАБС 365 395 485 73 242.35
TПВ
ТПВ 360 400 440 68 215.3 8
ТПВ/С uПЭ 390 450 490 78 257.13
ТПВ/ NiПЭ 385 445 485 76 24 4.76
ТПВ/С uАБС 390 455 495 79 263.17

Как видно из данных таблицы, введение
наполнителя, содержащего наночастицы оксидов
металлов, в состав смесевых термоэластопластов
способствует повышению температуры распада
образцов: T10 на 35 -45°С, T20 на 35 -45°С, T50 на
55 -65°С; время полураспада 1/2, увеличивается от
64 до 73 мин для ТПЭ, а для вулканизованных
термоэластопластов наблюдается повышение
температуры распада образцов: T10 на 25 -30°С,
T20 на 45 -55°С, T50 на 45 -55°С; время полураспада
1/2, увеличивается от 68 д о 79 мин для ТПВ,
энергия активации (Eа) распада
термоокислительной деструкции полученных
нанокомпозитов повышается на 29 -48 кДж/моль.
Проведенные термогравиметрические
исследования показали, что введение
наполнителей, содержащих наночастицы оксидов
металл ов, в состав смесевых и вулканизованных
термоэластопластов способствует улучшению
термоокислительной стабильности полученных
нанокомпозитов.

Список литературы:
1. Помогайло А.Д. (2002) Молекулярные
полимер -полимерные композиции. // Успехи
химии. 71. 5 -38
2. Кор шак В.В. 1969 Термостойкие
полимеры. М.: Наука, 381с.
3. Курбанова Н.И., Алимирзоева Н.А.,
Кулиев А.М. и др.(2016) Влияние
металлсодержащих нанонаполнителей на свойства
смесевых и динамически вулка ни зованных
термоэластопластов на основе изотак тичес кого
поли пропилена и тройного этилен про -
пилендиенового эластомера. Пластические массы.
5,6.
4. Технические свойства полимерных
материалов: Учебно -справочное пособие (2007)
/Под общей ред. проф. В.К.Крыжановского. СПб.:
Профессия. 240.