Влияние процесса термоокисления на кристаллическую фазу полипропилена в композициях с одностенными углеродными нанотрубками

О. М. Палазник; П. М. Недорезова; В. Г. Крашенинников; Д. П. Шашкин

doi:10.25514/CHS.2022.2.23004

О. М. Палазник Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия
П. М. Недорезова Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия
В. Г. Крашенинников Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия; https://orcid.org/0000-0003-1869-7267
Д. П. Шашкин Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия

DOI: https://doi.org/10.25514/CHS.2022.2.23004

Ключевые слова: полипропилен, одностенные углеродные нанотрубки, полимеризация, термоокисление, температура плавления, степень кристалличности

Аннотация

Проведено исследование процесса окисления полипропилена (ПП) в композициях с одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ). Синтез композиций проводили в присутствии гомогенного металлоценового катализатора рац-Me₂Si(2-Me-4PhInd)₂ZrCl₂ в массе пропилена. В качестве активатора использовался метилалюмоксан. Методом ДСК показано, что введение ОУНТ в полимерную матрицу увеличивает ее термоокислительную стабильность и существенно влияет на характер изменений в кристаллической фазе в ходе окисления. Установлено, что полимер в композите в процессе окисления является более однородным, по сравнению с ПП, не содержащим ОУНТ, на что указывает узкий пик плавления, характеризующийся более высоким значением температуры плавления

Литература

Zeynalov, E.B., Agaguseynova, M.M., & Salmanova, N.I. (2020). Effect of nanocarbon additives on stability of polymer composites. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [Russ. J. Chem. & Chem. Tech.], 63(11), 4 - 12. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206311.6213

Yuan, B., Zhan, Y., Sheng, S., Li, P., Zhao, H., & He, Y. (2020). Exploration on the influence mechanism of heteroatom doped graphene on thermal oxidative stability and decomposition of polypropylene. Materials Today Communications, 25, 101446. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101446

He, Y., Fan, D., Chen, J., Zhao, J., Lv, Y., Huang, Y., Li, G., & Kong, M. (2022). Multiple stabilization roles of thermally reduced graphene oxide for both thermo- and photo-oxidation of polypropylene: deter, delay, and defend. Polymers for Advanced Technologies, 33(2), 505 - 513. https://doi.org/10.1002/pat.5532

Jun, Y-S., Um, J.G., Jiang, G., & Yu, A. (2018). A study on the effects of graphene nano-platelets (GnPs) sheet sizes from a few to hundred microns on the thermal, mechanical, and electrical properties of polypropylene (PP)/GnPs composites. Express Polymer Letters, 12(10), 885 - 897. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2018.76

Kapachauskene, Ya.P., Yurevichene, R.P., & Shlyapnikov, Yu.A. (1967). Kinetics and catalysis, 8(1), 212.

Verdejo, R., Bernal, M.M., Romasanta, L.J., & Lopez'Man'chado, M.A. (2011). Graphene filled polymer nanocomposites. J. Mater. Chem., 21(10), 3301 - 3310. https://doi.org/10.1039/C0JM02708A

Shlyapnikov, Yu.A., Kiryushkin, S.G., & Maryin, A.P. (1988). Antioxidant stabilization of polymers. M.: Chemistry (in Russ.).

Polschikov, S.V., Nedorezova, P.M., Klyamkina, A.N., Krasheninnikov, V.G., Monakhova, T.V., Shchegolikhin, A.N., Popov, A.A., Margolin, A.L., & Muradyan, V.E. (2013). Composite materials based on fullerenes C60/C70 and polypropylene prepared via in situ polymerization. Polymer Science, Series B, 55(5 - 6), 286 - 293. https://doi.org/10.1134/S1560090413050059

Galimov, D.I., Bulgakov, R.G., & Gazeeva, D.R. (2011). Reactivity of fullerene C60 towards peroxy radicals generated by liquid-phase oxidation of cumene and ethylbenzene with oxygen. Russian Chemical Bulletin, 60(10), 2107 - 2109. https://doi.org/10.1007/s11172-011-0323-4

Watts, P., Fearon, P., Hsu, W., Billingham, N., Kroto, H., & Walton, D. (2003). Carbon nanotubes as polymerantioxidants. J. Mater. Chem., 13(3), 491 - 495. https://doi.org/10.1039/B211328G

Zeinalov, E.B., & Koßmehl, G. (2001). Fullerene C60 as an antioxidant for polymers. Polym. Degrad. Stab., 71(2), 197 - 202. https://doi.org/10.1016/S0141-3910(00)00109-9

Yang, J., Huang, Y., Lu, Y., Li, S., Yang, Q., & Li, G. (2015). The synergistic mechanism of thermally reduced graphene oxide and antioxidant in improving the thermo-oxidative stability of polypropylene. Carbon, 89, 340 - 349. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.03.069

Nedorezova, P.M., Shevchenko, V.G., Shchegolikhin, A.N., Tsvetkova, V.I., & Korolev, Yu.M. (2004). Polymerizationally filled conducting polypropylene-graphite composites prepared with highly efficient metallocene catalysts. Polymer Science, Series A, 46(3), 242 - 249.

Koval’chuk, A.A., Nedorezova, P.M., Klyamkina, A.N., Aladyshev, A.M., Shchegolikhin, A.N., & Shevchenko, V.G. (2008). Synthesis and properties of polypropylene/multiwall carbon nanotube composites. Macromolecules, 41(9), 3149 - 3156. https://doi.org/10.1021/ma800297e

Pat. 4241112, USA, 1980.

Dyachkovsky, F.S., & Novokshonova, L.A. (1984). Synthesis and properties of polymerization-filled polyolefins. Uspekhi Khimii, 53(2), 200 - 222 (in Russ). https://www.uspkhim.ru/php/getFT.phtml?jrnid=rc&paperid=3031&year_id=1984

Monakhova, T.V., Nedorezova, P.M., Bogayevskaya, T.A., Tsvetkova, V.I., & Shlyapnikov, Yu.A. (1988). Thermooxidative destruction of polypropylene-graphite composites. Polymer Science U.S.S.R., 30(11), 2589 - 2594. https://doi.org/10.1016/0032-3950(88)90031-7

Pol'shchikov, S.V., Klyamkina, A.N., Krashenninikov, V.G., Aladyshev, A.M., Nedorezova, P.M., Shchegolikhin, A.N., Monakhova, T.V., Shevchenko, V.G., Sinevich, E.A., & Muradyan, V.E. (2013). Composite materials based on graphene nanoplatelets and polypropylene derived via in situ polymerization. Nanotechnologies in Russia, 8(1-2), 69 - 80. https://doi.org/10.1134/S1995078013010114

Monakhova, T.V., Popov, A.A., Margolin, A.L., Nedorezova, P.M., & Pol’shchikov, S.V. (2014). Thermooxidation and chemiluminescence of polypropylene-graphite compositions. Russian Journal of Physical Chemistry B, 8(6), 874 - 880. https://doi.org/10.1134/S1990793114110062

Achaby, M.E., Arrakhiz, F.-E., Vaudreuil, S., Qaiss, A.K., Bousmina, M., & Fassi-Fehri, O. (2012). Mechanical, Thermal, and Rheological Properties of Graphene-Based Polypropylene Nanocomposites Prepared by Melt Mixing. Polymer Composites, 33(5), 733 - 744. https://doi.org/10.1002/pc.22198

Margolin, A.L., Monakhova, T.V., Nedorezova, P.M., Klyamkina, A.N., & Polschikov, S.V. (2018). Effects of graphene on thermal oxidation of isotactic polypropylene. Polymer Degradation and Stability, 156, 59 - 65. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2018.07.029

Palaznik, O.M., Nedorezova, P.M., Krasheninnikov, V.G., Shevchenko, V.G., Monakhova, & T.V., Arbuzov, A.A. (2021). Synthesis and properties of polymerization-filled composites based on polypropylene and single-wall carbon nanotubes. Polymer Science, Series B, 63(2), 161 - 174. https://doi.org/10.1134/S1560090421020093

Godovsky Yu.K. (1982). Thermophysical methods for studying polymers. M: Chemistry (in Russ.).

Turner-Jones, A., Aizewood, J.M., & Beckert, D.R. (1964). Crystalline forms of isotactic polypropylene. Makromol. Chem., 75(1), 134 - 158. https://doi.org/10.1002/macp.1964.020750113

Turner-Jones, A. (1971). Development of the γ-crystal form in random copolymers of propylene and their analysis by DSC and x-ray methods. Polymer, 12(8), 487 - 508. https://doi.org/10.1016/0032-3861(71)90031-0

Martynov, M.A., & Valegzhanina, K.A. (1966). Changes of the crystalline structure of polypropylene in the process of thermoaging. Polymer Science, 8(3), 376 - 379 (in Russ.). http://polymsci.ru/static/Archive/1966/VMS_1966_T8_3/VMS_1966_T8_3_376-379.pdf

Shibryaeva, L.S., Shatalova, O.V., Krivandin, A.V., Korzh, N.N., Popov, A.A., & Petrov, O.B. (2003). Structural transformations in the oxidation of isotactic polypropylene. Polymer Science, Series A, 45(3), 244 - 253.

Emanuel, N.M., & Buchachenko, A.L. (1987). Chemical Physics of Polymer Degradation and Stabilization., The Netherland, Utrecht: VNU Science Press.

Fisher, D., & Mulhaupt, R. (1994). The influence of regio- and stereoirregularities on the crystallization behaviour of isotactic poly(propylene)s prepared with homogeneous group IVa metallocene/methylaluminoxane Ziegler-Natta catalysts. Makromol. Chem. Phys., 195(4), 1433 - 1441. https://doi.org/10.1002/macp.1994.021950426

Shibryaeva, L.S., Shatalova, O.V., Krivandin, A.V., & Rishina, L.A. (2011). Thermal oxidation of isotactic polypropylene synthesized with a metallocene catalyst. Polymer Science, Series B, 53(11 - 12), 618 - 625. https://doi.org/10.1134/S1560090411120050