Аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах
Thermal destruction of composites of ureaformaldehyde (UPR) and polyester resins (PER) with silicon dioxide nanoparticles having a specific surface area of 280 m2/g, titanium dioxide and titanosilicate with a specific surface area of 40 and 48 m2/g, respectively, when a filler content is no more tha...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/768 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Surface |
Репозитарії
Surface| _version_ | 1869291950929084416 |
|---|---|
| author | Горєлов, Б.М. Місчанчук, О.В. Сігарьова , Н.В. |
| author_facet | Горєлов, Б.М. Місчанчук, О.В. Сігарьова , Н.В. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Горєлов, Б.М. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2024-03-25T09:24:48Z |
| description | Thermal destruction of composites of ureaformaldehyde (UPR) and polyester resins (PER) with silicon dioxide nanoparticles having a specific surface area of 280 m2/g, titanium dioxide and titanosilicate with a specific surface area of 40 and 48 m2/g, respectively, when a filler content is no more than 5.0 wt% have been studied. The investigations were performed using
The thermally programmed mass spectrometry method with registration of the masses of desorbed atomic fragments in the 10 ‒ 200 m/z range.
It was established that during the main polymer mass destruction at 150 ‒ 350 oC, along with low temperature decomposition products, anomalously high thermal resistance of a number of atomic fragments of polymer chains and cross-links are recorded. The atomic composition of destruction fragments and their desorption temperature in the range 400 ‒ 700 oС were determined.
It was established that in composites of ureaformaldehyde resin with SiO2 and TiO2 nanoparticles the high temperature resistance of fragments with m/z 27 exhibits due to the formation of strong bonds among the Si and Ti surface sites and the nitrogen atoms of the polymer. Such thermal stability is not realized in resin loading with (Si/Ti)O2 nanoparticles. In composites of polyester resin with silica a high-temperature destruction of oxygen atoms from polyester chains realizes at temperatures of  290 ‒ 400 oC and a low-intensity wide destruction band takes place in the temperature range 400 ‒ 700 oC. In addition, in the temperature range of 400-700 oC cross-links are destroyed with the release of benzene rings and styrene molecules.
It was established that anomalously high-temperature desorption is typical for atomic fragments of the polymer structure attached to surface Si and Ti sites through nitrogen or carbon atoms from the polymer structure.
Thus, in UPR composites with silicon and titanium oxides, strong chemical nitride bonds of the form Si-N≡C-H and Ti-N≡C-H are formed, which demonstrate anomalously high heat resistance. It is shown that in composites of polyester resin with silicon dioxide nanoparticles, the high-temperature destruction of fragments is due to their desorption from the surface of silicon dioxide particles when breaking their bonds with silicon atoms. Thus, polymer matrices have been determined, in which atomic fragments of the macromolecule, binding to the surface centers of fillers, significantly weaken the thermal destruction of composites due to the formation of strong chemical and coordination bonds. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2023.15.135 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:37Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-768 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-02-08T08:11:38Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7682024-03-25T09:24:48Z Anomalous thermal stability of atomic destruction fragments in polymer nanocomposites Аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах Горєлов, Б.М. Місчанчук, О.В. Сігарьова , Н.В. polymer composite thermal destruction heat resistance highly dispersed silica titanium silica titanium dioxide полімерний композит термодеструкція термостійкість високодисперсний кремнезем титанокремнезем діоксид титану Thermal destruction of composites of ureaformaldehyde (UPR) and polyester resins (PER) with silicon dioxide nanoparticles having a specific surface area of 280 m2/g, titanium dioxide and titanosilicate with a specific surface area of 40 and 48 m2/g, respectively, when a filler content is no more than 5.0 wt% have been studied. The investigations were performed using The thermally programmed mass spectrometry method with registration of the masses of desorbed atomic fragments in the 10 ‒ 200 m/z range. It was established that during the main polymer mass destruction at 150 ‒ 350 oC, along with low temperature decomposition products, anomalously high thermal resistance of a number of atomic fragments of polymer chains and cross-links are recorded. The atomic composition of destruction fragments and their desorption temperature in the range 400 ‒ 700 oС were determined. It was established that in composites of ureaformaldehyde resin with SiO2 and TiO2 nanoparticles the high temperature resistance of fragments with m/z 27 exhibits due to the formation of strong bonds among the Si and Ti surface sites and the nitrogen atoms of the polymer. Such thermal stability is not realized in resin loading with (Si/Ti)O2 nanoparticles. In composites of polyester resin with silica a high-temperature destruction of oxygen atoms from polyester chains realizes at temperatures of  290 ‒ 400 oC and a low-intensity wide destruction band takes place in the temperature range 400 ‒ 700 oC. In addition, in the temperature range of 400-700 oC cross-links are destroyed with the release of benzene rings and styrene molecules. It was established that anomalously high-temperature desorption is typical for atomic fragments of the polymer structure attached to surface Si and Ti sites through nitrogen or carbon atoms from the polymer structure. Thus, in UPR composites with silicon and titanium oxides, strong chemical nitride bonds of the form Si-N≡C-H and Ti-N≡C-H are formed, which demonstrate anomalously high heat resistance. It is shown that in composites of polyester resin with silicon dioxide nanoparticles, the high-temperature destruction of fragments is due to their desorption from the surface of silicon dioxide particles when breaking their bonds with silicon atoms. Thus, polymer matrices have been determined, in which atomic fragments of the macromolecule, binding to the surface centers of fillers, significantly weaken the thermal destruction of composites due to the formation of strong chemical and coordination bonds. Досліджена термодеструкція композитів карбомідоформальдегідної (КФС) та поліефірної смол (ПЕС) з наночастинками діоксиду кремнію з питомою поверхнею 280 м2/г, діоксиду титану та титанокремнезему з питомою поверхнею, відповідно 40 та 48 м2/г за вмісту наповнювачів не більше 5.0 мас %. Дослідження виконані методом термопрограмованої десорбційної мас-спектрометрії з реєстрацією маси десорбованих атомних фрагментів в інтервалі 10 – 200 m/z. Встановлено, що при руйнуванні основної полімерної маси за температур 150 - 350 оС, із низькотемпературною деструкцією проявляється аномально висока термостійкість ряду атомних фрагментів полімерних ланцюгів та поперечних зв’язків. Визначені атомний склад фрагментів деструкції, температурні межі десорбції в інтервалі 400 ‒ 700 оС. Встановлено, що в композитах карбомідоформальдегідної смоли аномальна деструкція фрагментів з m/z 27 реалізується за наповнення наночастинками SiO2 і TiO2 внаслідок утворення міцних зв’язків Si та Ti поверхневих центрів з атомом азоту полімеру та не спостерігається в композитах із (Si/Ti)O2. В композитах поліефірної смоли з високодисперсним кремнеземом реалізується високотемпературна деструкція атомів кисню з поліефірних ланцюгів за температур 290 ‒ 400 оС та слабоінтенсивна широка смуга деструкції в інтервалі температур 400 ‒ 700 оС. Крім того, в температурному інтервалі 400 ‒ 700 оС руйнуються поперечні зв’язки з десорбцією бензольного кільця та молекули стиролу. Встановлено, що аномально високотемпературна десорбція характерна для атомних фрагментів полімерної структури закріплених на поверхневих Si та Ti через атоми азоту або вуглецю в складі полімерної структури. Таким чином, в композитах КФС з оксидами кремнію та титану утворюються міцні хімічні нітридні зв’язки виду Si-N≡C-Н та Ti-N≡C-Н, які демонструють аномально високу термостійкість. Показано, що в композитах поліефірної смоли з наночастинками діоксиду кремнію високотемпературна деструкція фрагментів обумовлена їх десорбцією з поверхні частинок діоксиду кремнію при розриві їх зв’язків з атомами кремнію. Таким чином, визначено полімерні матриці, в яких атомні фрагменти макромолекули, зв’язуючись з поверхневими центрами наповнювачів істотно послаблюють терморуйнування композитів внаслідок утворення міцного хімічного та координаційного зв’язків. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-12-03 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/768 10.15407/Surface.2023.15.135 Surface; No. 15(30) (2023): Surface; 135-145 Поверхность; № 15(30) (2023): Поверхня; 135-145 Поверхня; № 15(30) (2023): Поверхня; 135-145 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2023.15 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/768/762 Авторське право (c) 2023 Б.М. Горєлов, О.В. Місчанчук, Н.В. Сігарьова |
| spellingShingle | полімерний композит термодеструкція термостійкість високодисперсний кремнезем титанокремнезем діоксид титану Горєлов, Б.М. Місчанчук, О.В. Сігарьова , Н.В. Аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах |
| title | Аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах |
| title_alt | Anomalous thermal stability of atomic destruction fragments in polymer nanocomposites |
| title_full | Аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах |
| title_fullStr | Аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах |
| title_full_unstemmed | Аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах |
| title_short | Аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах |
| title_sort | аномальна термостійкість атомних фрагментів деструкції в полімерних нанокомпозитах |
| topic | полімерний композит термодеструкція термостійкість високодисперсний кремнезем титанокремнезем діоксид титану |
| topic_facet | polymer composite thermal destruction heat resistance highly dispersed silica titanium silica titanium dioxide полімерний композит термодеструкція термостійкість високодисперсний кремнезем титанокремнезем діоксид титану |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/768 |
| work_keys_str_mv | AT gorêlovbm anomalousthermalstabilityofatomicdestructionfragmentsinpolymernanocomposites AT mísčančukov anomalousthermalstabilityofatomicdestructionfragmentsinpolymernanocomposites AT sígarʹovanv anomalousthermalstabilityofatomicdestructionfragmentsinpolymernanocomposites AT gorêlovbm anomalʹnatermostíjkístʹatomnihfragmentívdestrukcíívpolímernihnanokompozitah AT mísčančukov anomalʹnatermostíjkístʹatomnihfragmentívdestrukcíívpolímernihnanokompozitah AT sígarʹovanv anomalʹnatermostíjkístʹatomnihfragmentívdestrukcíívpolímernihnanokompozitah |