ИК-спектроскопическое исследование взаимодействия глицидоксисилана и сополимеров этилена

УДК 678.01:543.4

С. Н. Русанова, Н. Е. Темникова, О. В. Стоянов,

В. К. Герасимов, А. Е. Чалых

ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЛИЦИДОКСИСИЛАНА И СОПОЛИМЕРОВ ЭТИЛЕНА

Ключевые слова: ИК-спектроскопия, химическое взаимодействие, сополимеры этилена, кремнийорганические соединения.

Методом ИК-спектроскопии НПВО исследовано химическое взаимодействие (3-

глицидоксипропил)триметоксисилана и сополимеров этилена с винилацетатом и сополимеров этилена с ви-нилацетатом и малеиновым ангидридом.

Keywords: IR-spectroscopy, chemical interaction, copolymers of ethylene, organosilicon compounds.

^e chemical interaction of (3-glitsidoxipropil)trimethoxysilane and copolymers of ethylene with vinylacetate and copolymers of ethylene with vinylacetate and maleic anhydride was studied by IR-spectroscopy ATR.

Введение

Расширить область применения сополимеров этилена возможно путем модификации исходного полимера либо создания композиционных материалов на их основе. Традиционно эффективным является формирование композиций в присутствии добавок, способных взаимодействовать с полимером в процессе переработки, в результате чего возможно регулирование свойств материала. Одним из методов химической модификации является введение в полиолефины кремнийорганических соединений. Ранее [1-6] нами была изучена модификация двойных и тройных сополимеров этилена, этилсилика-том и аминосиланами.

Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования использовались сополимеры этилена с винилацетатом (СЭВА) Evatane2020 и Evatane 2805; сополимеры этилена с винилацетатом и малеиновым ангидридом (СЭВАМА) марок Orevac 9305 и Orevac 9707. Модификатор - (3-

глицидоксипропил)триметоксисилан. Реакционное смешение сополимеров с этилсиликатом проводили на лабораторных вальцах при скорости вращения валков 12,5 м/мин и фрикции 1:1,2 в течение 10 минут в интервале 100-120°С. Содержание модификатора варьировали в интервале 0-10 масс. %. Образцы для исследований готовили методом прямого прессования в ограничительных рамках. Режим прессования: температура 160° С при удельном давлении 15МПа. ИК-спектры в области 650-4400 см-1 регистрировались на инфракрасном Фурье-спектрофотометре «Spectrum BXII» фирмы Perkin Elmer с помощью метода НПВО (нарушенного полного внутреннего отражения) на кристалле ZnSe. Данный метод был выбран из-за высокой интенсивности характеристических пиков в спектрах пропускания, что не позволяет провести анализ в областях сильно перекрывающихся полос.

Результаты и их обсуждение

Поскольку используемые в настоящей работе полиолефины и модификатор содержат в своем составе реакционоспособные функциональные группы, есть основания предполагать возможность

протекания химических превращений в процессе получения композиций. Изменение химической структуры макромолекул в результате полимерана-логичных превращений достаточно легко идентифицируется при помощи ИК-спектроскопии.

Спектр НПВО модификатора представлен на рис. 1. Как видно в спектре глицидоксисилана имеются полосы, относящиеся к полосам валентных колебаний связей Бі-О, Бі-О-Бі, Бі-О-О в области 1100-1190, 1020-1090 и 780-840 см-1, а также характеристическая полоса поглощений глицидок-сигруппы 910 см-1.

0.160.140.120.100.08-О 0.060.040.020.00-0.02800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

V, см-1

Рис. 1 - ИК-спектр (3-глицидоксипропил) триме-токсисилана

Анализ ИК-спектров (рис. 2 и 3) показал, что на всех спектрах сополимеров, модифицированных глицидоксисиланом, присутствуют полосы, относящиеся к кремнийорганическим фрагментам, однако полоса поглощения глицидоксигрупп отсутствует. Это позволяет предположить ее участие в реакции полимераналогичных превращений.

Для эпоксидных смол, имеющих в своем составе аналогичные глицидоксигруппам эпоксидные группы, широко известно отверждение с помощью малеинового ангидрида. Поэтому отсутствие полосы 910 см-1, в спектрах модифицированных глицидоксисиланом сополимеров этилена с винилацетатом и малеиновым ангидридом вполне ожидаемо. Как видно из рис 2. в спектре модифицированного тройного сополимера, отсутствует дуплет характеристи-

ческих полос 1790 см-1 и 1850см-1, относящийся к валентным колебаниям О=О групп малеинового ангидрида. Можно предположить, что это связано с интенсивным термомеханическим воздействием в среде кислорода воздуха при вальцевании, в результате которого происходит раскрытие ангидридного цикла с образованием дикарбоновой кислоты, реагирующей в дальнейшем с глицидоксигруппой и алкоксигруппами модификатора.

v, см

Рис. 2 - ИК-спектр НПВО СЭВАМА исходного (1) и модифицированного 10% мас. (3-

глицидоксипропил)триметоксисилана

v, см-1

Кроме того, достаточно тривиальным является факт образования в полиолефинах карбокси- и гидроксигрупп в ходе их термоокислительного старения, который обязательно присутствует при вальцевании расплава полимера. Очевидно взаимодействие глицидоксигрупп модификатора с группами, образующимися при окислении СЭВА, и обуславливает отсутствие полосы 910 см-1в спектрах модифицированного СЭВА

Литература

1. Русанова, С.Н. Дисс. ... канд. техн. наук: 02.00.16 / Русанова Светлана Николаевна. -Казань: Казанский гос. технол. ун-т, 2000.- 119с.

2. Стоянов, О.В. Химическое строение сополимеров этилена с винилацетатом, модифицированным предельным алкоксиланом, по данным ИК спектроскопии / О.В.Стоянов, С.Н.Русанова , О.Г.Петухова, А.Б.Ремизов // Журн. прикл. химии.- 2001. -Т. 74.- № 7.- С. 11741177.

3. Русанова, С.Н. ИК-спектроскопическое исследование силанольной модификации сополимеров этилена/ С.Н.Русанова, О. В. Стоянов, А. Б. Ремизов, А. О. Янае-ва, В. К. Герасимов, А. Е. Чалых //Вестник Казанского технологического университета. 2010. N9. - С.346-352.

4. Русанова, С.Н. Модификация сополимеров этилена

аминотриалкоксисиланом / С. Н. Русанова,

Н.Е.Темникова, Э.Р.Мухамедзянова, О.В.Стоянов // Вестник Казанского технологического университета. 2010. N9. - С.353-355

5. Русанова, С.Н. Исследование модификации сополимеров этилена аминосиланами методом ИК-спектроскопии НПВО/ С.Н. Русанова, Темникова Н.Е.,Тафеева Ю.С., Стоянов О.В. // Вестник Казанского технологического университета. 2011. N19. - С. 112-124.

6. The Effect of an Amino-Containing Modifier on Properties of Ethylene Copolymers/ N. E. Temnikova, S. N. Rusanova, Yu. S. Tafeeva, S. Yu. Sof’ina, and O. V. Stoyanov/ Polymer Science, Ser. D, 2012, Vol. 5, No. 4, pp. 259-265.

Рис. З - ИК-спектр НПВО СЭВА исходного (1) и модифицированного 10%масс (3-

глицидоксипропил) триметоксисилана

© С. Н. Русанова - канд. техн. наук, доц. каф. технологии пластических масс КНИТУ, s-n-r_2004@mail.ru; Н. Е. Темникова -асп. той же кафедры; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ; В. К. Герасимов - канд. хим. наук, вед. науч. сотр. ИФХ и Э РАН; А. Е. Чалых - д-р хим. наук, проф., зав. лаб. ИФХ и Э РАН.

9б