Bazalt minerali asosida termik destruksiyaga chidamli polimer kompozitsion materiallar olish, ularning fizik-mexanik xossalari va tuzilishini fizik-kimyoviy usullar yordamida tadqiq qilish” 70530101 – “Kimyo

Tadqiqotda qo’llanilgan metodikaning tavsifi. Olingan tadqiqotlar natijasida materiallarning tuzilishi va xossalarini o‘rganishda rentgenfazaviy tahlil, skanerlovchi elektron mikroskopiya, infraqizil spektroskopiya, termogravimetriya va differensial skanerlovchi kalorimetriya usullaridan foydalanilgan.
Tadqiqot natijalarining nazariy va amaliy ahamiyati. Tadqiqot natijalarining nazariy ahamiyati bazalt minerali asosida polimer kompozitsion materiallar olishning ilmiy asoslari, shuningdek, olingan tadqiqot natijalari asosida kompleks xossalari yaxshilangan polimer materiallar ishlab chiqarish texnologiyasi yaratilganligi bilan izohlanadi.
Tadqiqot natijalarining amaliy ahamiyati mineral to‘ldiruvchilar bilan yuqori darajada to‘ldirilgan polimer kompozitsion materiallar «olish-qayta ishlash-buyum» sxemasi bo‘yicha sanoat ko‘lamida turli maqsadlarga mo‘ljallangan quvurlar, panel va pol qoplamalari ishlab chiqarishda keng qo‘llaniladi.
Dissertatsiyaning tuzilishi va hajmi. Dissertatsiya tarkibi kirish, uchta bob, xulosa, foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati va ilovalardan iborat. Dissertatsiyaning hajmi 82 betni tashkil etadi.

I BOB. BAZALT MINERALI ASOSIDA TERMIK DESTRUKSIYAGA CHIDAMLI POLIMER KOMPOZITSION MATERIALLAR OLISHNING NAZARIY ASOSLARI
1.1-§. Noorganik polimer kompozitsion materiallarning olinishi
Ekspluatatsion va konstruksion maqsadlar uchun to‘ldiruvchilar asosida polimer kompozitson materiallar olishning asosiy maqsadi fizik-mexanik va teplo-fizik xususiyatlari takomillashtirilgan kompleks xossalarga ega bo‘lgan polimer kompozit materiallarni olishdir. Bunday kompozit materiallar bazalt tolasi hamda boshqa qatlamli dispers va tolali to‘ldiruvchilar asosida olinadi.
Polimer "nanokompozitlar" tushunchasi yangi paydo bo‘lgan tushuncha bo‘lib, "polimer kompozit" ma’nosini saqlab qolgan holda, faqat dispers faza sifatida (turli geometrik shakl va o‘lchamdagi nanokompozitlar – 1 dan 100 nmgacha) organik va noorganik tabiatli nanoto‘ldiruvchilar tutgan kompozitlar hisoblanadi. Nanokompozitlarning takomillashtirilgan xususiyatlari, tarkibiy qismlarning umumiy xususiyatlarini o‘zida mujassamlashtiradi va an’anaviy kompozitlarning xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qiladi.
Mualliflar [2; 597-606-b.] PEga to‘ldiruvchi sifatida uglerod nanonaychalarini qo‘llashda sharli tegirmondan foydalanish usulini taklif qildilar (10 mas.% gacha), va bu usul erituvchilar, ultratovushli aralashtirgichlar, nanonaychalarni modikatsiyalash, yuqori haroratdan foydalanmaslik kabi bir qator afzalliklarga ega. Ushbu usul yordamida olingan mahsulotlarning morfologiyasi va fiziologiyasini baholash imkoniyati yaratilgan. Bu usul yordamida to‘ldiruvchi dispersiyasining yuqori darajasiga va kompozitlarning yuqori mexanik ko‘rsatgichlariga erishiladi.
Ushbu ishda [3; 3-6-b.] past zichlikdagi PE, chiziqli PE, yuqori zichlikdagi PE va PP polimerlari uchun to‘ldiruvchi sifatida kalsiy karbonatdan foydalanilganligi ko‘rsatib o‘tilgan. Kalsiy karbonat va poliolefinlar asosida polimer materiallar olishning asosiy texnologik bosqichlari va mexanik xususiyatlari muhokama qilingan.
Mualliflar [4; 1082-1087-b.] past zichlikdagi PE va to‘ldiruvchi sifatida sintetik gidromagnezit yoki magniy gidroksidi, alyuminiy gidroksidi va montmorillonitni o‘z ichiga olgan polimer kompozitsiyalarning termal barqarorligi va yong‘inga chidamliligini TGA, DTA, kalorimetriya usullari orqali o‘rganganlar va kislorod indeksi kattaligini o‘zaro taqqoslanganlar.
Ishda yuqori zichlikdagi PE va mineral to‘ldiruvchilar asosida polimerizatsion-to‘ldirilgan kompozit materiallarning kristallanish qonuniyatlari dilatometrik usul yordamida o‘rganib chiqilgan. [5;. 110-112-b.]
Stepanov I.V. va Panin S.I [6; 116-119-b.] yuqori molekulyar polietilen (YUMPE) xususiyatlarini o‘rganishganda, molekulyar bog‘lanishlarni (>1∙106) ko‘pgina xususiyatlarini aniqlashgan. To‘ldiruvchi sifatida ZrO2 va Al2O3 ultradispers kukunidan foydalanib, plazmokimyoviy sintez usulida polimer kompozitlar olingan, shuningdek, uglerodning nanotolasi, SiO2 ham to‘ldiruvchi safatida ishlatilgan. YUMPE asosidagi polimer materiallar fizik-mexanik xususiyatlarining kompleks kuchayishi sirkoniy dioksid va uglerod nanotola kukuni modifikatorlarini qo‘shish hisobiga samaraliligi oshadi deb ko‘rsatib o‘tilgan. SiO2 dan foydalanish materialning foydalanish muddatini va chidamliligini oshiradi.
Adabiyotlarda [7; 118-121-b.] berilishicha poliolefinlar va minerallar asosida nanokompozitlar ishlab chiqarish usullari bo‘yicha tadqiqotlar o‘tkazilgan. Matritsa sifatida polimer bo‘lmagan makromolekulalar va to‘ldiruvchi moddalari - qatlamli silikatlar, tabiiy va qayta ishlangan minerallar ishlatilgan. Nanokompozitlarning deformatsiyalanishi turli tuzilish darajalarida o‘rganilgan.
V.A.Gerasin va boshq [8; 97-100–b.] poliolefinlar va minerallarga asoslangan nanokompozitlarni olish va ishlab chiqarish usullarini ishlab chiqishgan, olingan materiallarda polimer matritsasi va to‘ldiruvchi modda tuzilishi va teksturasini batafsil o‘rganishgan. Deformatsiyada nanokompozitlarning tuzilishidagi o‘zgarishlar va ularning mexanik xususiyatlarga ta’siri o‘rganilgan. Ushbu tizimlarning deformatsiyalanishini tasvirlaydigan fenomenologik model ishlab chiqilgan.
Adabiyotlarda [9; 3530-3532-b.] uglerod nanonaychalari hamda yuqori molekulyar polietilendan tuzilgan va ikki o‘lchovli elektr o‘tkazuvchanlik panjara tuzilishiga ega bo‘lgan kompozitlar o‘rganilgan. Kompozitlar ko‘p devorli uglerod nanonaychalari va yuqori molekulyar PE dan tuzilgan bo‘lib, spirt ishtirokida ultratovush ta’sirida va mexanik aralashtirilib turib, nanoto‘ldiruvchilarni olishgan. To‘ldiruvchining nanozarrachalari PE to‘ldiruvchi matritsa qismida joylashgan. Kompozit ikki o‘lchovli elektr o‘tkazuvchan panjarali tuzilishga ega bo‘ladi.
Payvandlangan past zichlikli PEning shakli qizdirilganda vaqtinchalik shaklidan boshlang‘ich shakliga o‘zgarishi mumkin. Ananaviy mikroto‘ldiruvchilar bilan polimerlar 20-30% armirlanganda ularning tuzilish shakli o‘zgaradi. Bu kamchilikni bartaraf etish uchun nanominerallar to‘ldiruvchi sifatida ishlatilgan. Tarkibida 10% gacha to‘ldiruvchi tutgan bunday kompozitlar yuqori elastik modul va boshqa mexanik xossalarga ega bo‘lib, dastlabki shaklini saqlaydi. Modifikatsiyalangan montmorillonit to‘ldiruvchi sifatida qo‘shilganda kompozitning mexanik xususiyatining quyi zichlikli polietilenning dastlabki shakliga ta’siri o‘rganildi. Nanokompozitlarda elastiklik modulning qattiqligi, harorat tiklanishi, kuchning tiklanishi va harakat tezligining oshishi, lekin yakuniy natijada deformatsiyaning tiklanishi pasayishi ko‘rsatilgan [10; 2856-2865-b.].
Solovyov S.V [11; 136-137-b.] ishida o‘zida armirlangan to‘ldiruvchi hamda nanoto‘ldiruvchi saqlagan kompozit materiallardan ishlangan polietilen quvurlarni ishlab chiqarish to‘risida so‘z yuritiladi. Armirlangan qo‘shimcha sifatida uglerod tolasi, shisha tola va dispersiyasi turli darajada disperslikka ega bo‘lgan noorganik to‘ldiruvchilardan foydalanishni taklif etgan.
Gusev M.A. va boshq [12; 22-b.] turli xil usullar (RSA, DSK, KR, DMA, optik qutblanish mikroskopiyasi) yordamida sof PE va PE-matritsasi nanokompozitlarini kristalli va amorf fazalarda, deformatsiyaning barcha bosqichlarida bo‘lgan o‘zgarishlarni o‘lchab ko‘rishgan. Yuklanish ta’sirida YUZPE hosil bo‘lish jarayoni va kavitatsiyalanishi asosan deformatsiyalanish tezligiga bog‘liq, deb ko‘rsatilgan. Sof PE bilan solishtirganda, nanokompozitlar hajmi oshganligi (ko‘paytirish bosqichida 50% gacha), amorf fazada molekulalar oriyentatsiya past darajasi amaldagi kuchlanishni kamayishiga olib keladi (1.1:-1.5 marta), bunda to‘ldiruvchi va matritsa orasida qavatlarni adgezion ajralishiga olib kelishi bilan izohlash mumkin. Dastlabki namunalarda va yuklangandan keyin to‘ldiruvchi zarrachalarning tuzilishi va teksturasi batafsil o‘rganildi. PE kristallitlarida molekulalarning harakatchanligi bilan bog‘liq alfa o‘tish kuchli deformatsiyalangan namunalarda (epsilon>500%) past temperaturaga o‘tishi ko‘rsatilgan.
Yuqori zichlikka ega PE nanokompozitlar - mahalliy bentonit gilni interkalyatsiyalash yo‘li bilan olingan. Rentgen va uzatuvchi elektron mikroskop yordamida nanokompozitlarning appret sifatida malein angidrid bilan to‘rtlamchi ammoniy tuzi bilan ishlov berilgan va ishlov berilmasdan oldin olovga chidamliligi, mexanik va reologik xossalari o‘rganilgan.
Cho‘zilish modulining oshishi natijasida qisman eksfolirlangan va/yoki interkalyatsiyalangan kompozitlar hosil bo‘lishi ko‘rsatilgan.. Yong‘inga chidamliligini o‘rganishda nanokompozitlarga gil to‘ldiruvchi va apperet qo‘shilganda yonish tezligi kamayishi va yong‘inga chidamliligi oshishi aniqlandi.
Appretning qo‘shilishi PE matritsani zichligini va termik barqarorligi oshishiga, matritsaning to‘ldiruvchiga yopishqoqligining ortishiga va mexanik xususiyatlarini ortishiga olib keladi [13; 170-177-b.].
Tabiiy nanoxajmli zarralari asosidagi polimer kompozitlar montmorillonit, gektorit, vermikulit, kaolin, saponin kabi tabiiy qatlamli anorganik birikmalar yordamida hosil qilinadi, masalan, gilda uchraydi. Kompozitlarni ishlab chiqarish usuli quyidagicha: 1 nm qalinlikdagi montmorillonit qatlami ion almashinish reaksiyasi vaqtida faol guruhi (ε-kaprolaktam, butadiyen, akrilonitril yoki yepoksid smolasi) bilan monomer to‘yintiruvchi bilan to‘yintiriladi va so‘ngra polimerlanish amalga oshiriladi. Birinchi marta 1949 yilda montmorillonitni DNK ni yutishi to‘g‘risida ma’lumot qayd etilgan.
Kolyada S.Y., Slokva A.V. va Bashtannik P.I [14; 112-114-b.] lar yarim tolali armirlangan to‘ldiruvchi (bazalt tolani va yuqori molekulyar massali markali sun’iy tolani 8-12 mm-li bo‘laklarda) polimer kompozit materiallar ustida ish olib borib, avtomobil va samalyotsozlikda hamda xo‘jalik uskunalarida ishlatiladigan konstruksiyali detallarni muhim xususiyatga ega bo‘lgan qovushqoqligi yuqori darajaga ko‘tarilgan, cho‘ziluvchanligi oshgan, kam chiqimli polimer kompozit materiallar ishlab chiqishgan. Chambarak-disk ekstruziyasi va bosim ostida quyish optimal texnologik parametrlarini aniqlab, PP asosidagi kompozitlarning fizik-mexanik xususiyatlarini yaxshilash, bosim ostida quyish davomiyligini kamaytirib, armirlangan yarimtolali to‘ldiruvchilar hamda uskunalarni ishlab chiqarish samaradorligi oshirilgan.
Ayrim adabiyotlarda [15; 1051-1059-b.], PP asoslangan ikkita kompozitlarning cho‘ziluvchanlik tezligi darajasi deformatsiyalanishini kvazistatik jarayonida o‘rganishgan. Tadqiqot obyektlari talk to‘ldirilgan va to‘ldirilmagan zarbga chidamli PP hisoblanadi. Har ikki materialning mexanik xossalari past bo‘lishiga qaramay, deformatsiya tezligiga sezgir. Deformatsiya mehanizmini aniklash uchun elektron skanerlash mikroskopiya orqali material mikrostrukturasi o‘rganildi. O‘rganilgan materiallarning xossalarini tavsiflash uchun ikkita modeldan foydalanildi: uch parametrli liniyasiz model va tajriba natijalariga asoslangan polimer materiallarning elastik-viskoplastik xarakatini tavsiflovchi mikromexanik model. Bu modellar deformatsiya kuchlanish egriligini eksperimental usullar bilan tasdiqlangan.
Mualliflar [16; 1116-1123-b.] tomonidan ekstruziya yordamida PP va sepiolitni eritib nanokompozitlar (NKZ) olingan. PP ning malein angidridi qo‘shilgan guruhlari bilan, PP ning kislota qo‘shilgan guruhlari hamda polietilen oksidining PP diblok-SPL va polietilenoksidning sepiolit ignasimon nanozarrachalarni dispersligiga, kristalligiga va NKZ ning mexanik xossalariga ta’sirini o‘rganishgan. NKZ ning tuzilishi keng burchakli rentgen nurlari va DSK usullari bilan taxlil qilingan. Bu sepiolit zarrachalari PP kristallanish hosilasi paydo bo‘lishi va ularning alfa-bosqich kristallari oriyentatsiya sifatida mavjud degan xulosaga kelganlar.
Ushbu ishda [17; 3787-3793-b.] ekstruziya va bosim ostida quyish yo‘li bilan olingan qatlamli silikat va PP dan tayyorlangan nanokompozitlar o‘rganilgan. Olingan struktura tayyorlash usuliga bog‘liq. Modifikatsiyalangan to‘ldiruvchilardan foydalanib, asosan qavatlangan struktura olingan. PP standart namunalari va malein angidridi bilan payvandlangan PP nanokompozitlari bosim ostida quyish usulida olingan namunalarga nisbatan katta tezlikda oksidlanishi natijasida yorug‘lik ta’sirida oldinroq parchalana boshlaydi.
Bu kislorodni tutib turuvchi organofil, modifikatsiyalangan montmorillonit qatlamlarining mavjudligi, massadagi kislorod bosimini oshirishi va induksiya davrining pasayishiga olib keladi. Oksidlanish kinetikasida avtotezlanishni namoyon qiluvchi nazorat namunalaridan farqli ravishda nanokompozitlar foto-oksidlovchi jarayonining pasayishini ko‘rsatadi.
Surovsev A. B va boshq [18; 112-114-b.] ekstruziya usuli yordamida PP asosli va tolali maydalangan ko‘rinishga ega diskret to‘ldiruvchi asosida kompozit materiallar olish mumkinligini o‘rgandilar. Turli kimyoviy xarakterdagi tolali to‘ldiruvchlarning fizik-mexanik xossalari va suv yutishiga hamda ular bilan ikkilamchi polipropilenning to‘ldirilish darajasiga ta’siri taxmin qilinadi.
Ushbu ishda [19; 255-b.] to‘ldiruvchilar sifatini oshiradigan kimyoviy modifikatsiyalangan polipropilen-tola bo‘lgan zarralar shaklida natriy bentonit, montmorillonit va montmorillonitdan foydalanib, PP-asosidagi kompozitlarning texnologik va mexanik xossalariga ta’siri o‘rganilgan. Reaksion xususiyatga ega to‘ldiruvchilar guruhidan foydalanish kompozitlar xususiyatlarini oshiradi degan xulosaga kelingan.
Ushbu ishda [20; 586-595-b.], to‘ldiruvchilarni sifatini oshirishda qayta ishlangan kraft toladan va kompatablizator (KZ) sifatida maleinlangan PP dan foydalanib, PP – kompozitlarni fazalarni ajralish chegrasida o‘zaro ta’siri va mexanik xususiyatlari o‘rganilgan. PP va to‘ldiruvchining turli adgeziya mexanizmi KZ mavjudligi bilan bog‘liq. KZ ishtirokida kraft tolani 50 % gacha ishlatish ikki barobar cho‘ziluvchanlikka mustahkamligini oshiradi.
Qattiq SiO2 nanozarrachalari polimerlar uchun to‘ldiruvchilar sifatida ishlatiladi va polimerlarning mexanik xossalariga sezilarli ta’sir ko‘rsatadi. Biroq, SiO2 nanozarrachalari juda qimmat. Zol-gel jarayoni yordamida CaSO3 nanozarrachalari yuzasida yupqa qavat SiO2-PP sintezlanib, yadro qobiqli tuzilishga ega SiO2/CaSO3 nanokompozit hosil qilinadi. Ba’zi sirt modifikatsiyasidan so‘ng bu SiO2/CaSO3 nanokompozit turli konsentratsiyalarda PPda to‘ldiruvchi sifatida foydalanildi hamda PP ning mexanik xossalariga ta’siri o‘rganildi. SiO2/CaSO3 nanokompozit yuza-modifikatsiyalangan PP da bir tekisda dispergirlanganda mustahkamligini yetarli darajada oshiradi va bir vaqtda modifikatsiya effektivligi bilan birga material qovushqoqlik zarbini yaxshilaydi, bu SiO2 nanozarralariga [21; 130-133-b.] xos xususiyat deb topildi.
PP va 0,5-2% fulleren saqlovchi nanokompozitlar to‘ldirilmagan PPga nisbatan yuqori termik va past yonuvchanlik xususiyatiga ega. Erkin radikallar ushlovchi fuluren va insitu tuzilishli to‘rni hosil qiluvchi agent kabi olovga chidamliligini oshirish ta’sirini ko‘rsatadi. Nanokompozitning olovga chidamliligi fulleren miqdori oshgan sari ortadi [22; 225707/1-225707/10-b.].