збірник наукових праць наносистеми, наноматеріали, нанотехнології 2023, том 21, випуск 2
English Українська
Отримати статтю →
Том рік сторінка
Випуски PACS Передплатникам Для авторів
Пошук →
Розширений пошук

Випуски

 / 

2023

 / 

том 21 / 

випуск 2

 


Завантажити повну версію статті (в PDF форматі)

Б. Б. Колупаєв, Б. С. Колупаєв, В. В. Левчук, Ю. Р. Максимцев, О. В. Матвійчук
Математичне моделювання процесу термодеструкції полівінілхлориду, наповненого нанодисперсними металами
0331–0347 (2023)

PACS numbers: 61.41.+e, 64.75.Va, 81.05.Lg, 81.07.Pr, 82.35.Lr, 82.35.Np, 83.80.Tc

Досліджено вплив нанодисперсного металевого наповнювача (мідь (Cu), графіт (С)), одержаного шляхом електричного вибуху провідника (ЕВП) та електролізи, в кількості (φ) 0 ≤ φ ≤ 0,10 об.% на величину термодеструкції систем полівінілхлориду (ПВХ) в температурному діяпазоні 298 К ≤ Т ≤ 660 К. Проведено розрахунок зміни маси ПВХ-систем під дією температурного поля, що уможливило в основу дослідження термодеструкції композиту запропонувати метод оптичної мікроскопії, який можна використати в центральних заводських лабораторіях (ЦЗЛ). За його допомогою показано, що під дією активної поверхні нанодисперсного Cu- й С-наповнювача відбуваються нелінійні зміни кінетичних параметрів термодеструкції, що підтверджено інтенсивним зростанням оптичної густини полоси 1428 см-1. Максимальний ефект термостійкости ПВХ-систем спостерігається, якщо 0,04 ≤ φ ≤ 0,08 об.% Cu, що зумовлено донорно-акцепторною взаємодією між йонами Cu (акцептор) та полярними групами Cl із забезпеченням ΔЕ = 8,0·10-20 Дж. Фактор ангармонічности атома Cl стосовно кола головних валентностей становить 0,9 (вихідний ПВХ), 3,6·10-2 (для φ = 0,01 об.% Cu) і 1,7·10-7 (для φ = 0,10 об.% Cu). Показано, що зміни величин структурно-кінетичної активности, коефіцієнта пакування, вільної енергії, внутрішнього тиску, енергії активації термічної деструкції викликано структуроутвореннями ПВХ, які мають різний час життя. Встановлено релаксаційний механізм процесу термодеструкції систем ПВХ + мідь–графіт, де «стрілкою» дії виступає енергія зовнішнього поля, забезпечуючи виконання принципу температурно-часової еквівалентности. Нанодисперсні порошки Cu та С можна рекомендувати як активні наповнювачі ПВХ. Присутність їх забезпечує теплові коливання атомів Н, Cl, С для Т ≥ 410 К (за коефіцієнта пакування K = 0,64 в об’ємі 3,8·10-19 м3 навколо положення квазирівноваги), інтенсивно викликаючи на зміну величини межового шару в діяпазоні 2,5·10-18 м3 ≤ Vмш ≤ 1,2·10-7 м3. Результати розрахунків слугують основою для прогнозування, одержання й експлуатації ПВХ-систем з реґульованим комплексом властивостей.

Keywords: термодеструкція, гнучкість макромолекул, нанодисперсність, структурний елемент, релаксація.


References
  1. Yu. S. Lipatov, Kolloidnaya Khimiya Polimerov [Colloid Chemistry of Polymers] (Kiev: Naukova Dumka: 1967) (in Russian).
  2. S. Ja. Frenkel’, I. M. Tsygel’nyy, and B. S. Kolupaev, Molekulyarnaya Kibernetika [Molecular Cybernetics] (L’viv: Svit: 1990) (in Russian).
  3. I. N. Andrusimina, Ukrainskyi Zhurnal Suchasnykh Problem Toksykolohii, 3: 5 (2011); http://protox.medved.kiev.ua/index.php/ru/issues/2011/3/item/93-metal-nanoparticles-types-of-production-physicochemical-properties-methods-of-investigation-and-toxicity-assessment
  4. D. R. Paul and L. M. Robeson, Polymer, 49, No. 15: 3187 (2008); doi:10.1016/j.polymer.04.017
  5. B. S. Kolupaev, Relaksatsionnyye i Termicheskie Svoistva Napolnennykh Polimerov [Relaxation and Thermal Properties of Filled Polymers] (L’viv: Vyshcha Shkola: 1980) (in Russian).
  6. T. Yoshikatsu, Polym. Degrad. Stab., 96, No. 7: 1321 (2011); doi:10.1016/j.polymdegradstab.2011.03.019
  7. P. H. C. Camargo, Mat. Rec., 12, No. 1: (2009); http://dx.doi.org/10.1590/S1516-14392009000100002
  8. B. B. Kolupaev, Surf. Engin. Appl. Electrochem., 44: 133 (2008); https://doi.org/10.3103/S1068375508020105
  9. A. A. Askadskiy and V. I. Kondratenko, Kompyuternoye Materialovedenie Polimerov. Atomno-Molekulyarnyi Uroven [Computer Materials Science of Polymers. Atomic-Molecular Level] (Moskva: Nauchnyi Mir: 1999), vol. 1 (in Russian).
  10. B. B. Kolupaev, V. V. Klepko, E. V. Lebedev, and T. G. Lyashuk, Polym. Sci. Ser. A, 56: 337: (2014); https://doi.org/10.1134/S0965545X14030067
  11. D. S. Sanditov and G. M. Bartenev, Fizicheskie Svoistva Neuporyadochennykh Struktur [Physical Properties of Disordered Structures] (Novosibirsk: Nauka: 1982).
  12. M. Kardar, Statistical Physics of Particles (Cambridge: Cambridge University Press: 2007); https://doi.org/10.1017/CBO9780511815898
  13. V. F. Kuropatenko, Doklady RAN, 403, No. 6: 761 (2005) (in Russian).
  14. B. B. Kolupaev, B. S. Kolupaev, V. V. Levchuk, Yu. R. Maksimtsev, and V. O. Sidletskiy, Zh. Nano- Elektron. Fiz., 10, No. 2: 020025(5) (2018); http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/68501
  15. B. B. Kolupaev, B. S. Kolupaev, V. V. Levchuk, B. D. Nechyporuk, Yu. R. Maksimtsev, and V. A. Sidletskii, Mech. Compos. Mater., 54: 333 (2018); https://doi.org/10.1007/s11029-018-9743-7
  16. Novoye v Metodakh Issledovaniya Polimerov [New in Polymer Research Methods] (Eds. Z. A. Rogovina and V. P. Zubova) (Moskva: Mir: 1968) (in Russian)
.

Creative Commons License
Усі статті ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
©2003—2023 НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова Национальной Академии наук Украины.
Електрона пошта: tatar@imp.kiev.ua Телефони та адреса редакції Про збірник Угода користувача