Анотація до роботи:

Луцишин Н.І. Вплив перфторполіефірів та наночастинок пірогенного діоксиду кремнію на розклад перхлорату амонію

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.21 – хімія твердого тіла. Прикарпатський університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, 2005.

Робота містить експериментальні дослідження та теоретичне обґрунтування розкладу порошку перхлорату амонію. В результаті досліджень був встановлений механізм термічного розкладу перхлорату амонію та механізм його взаємодії з перфторполіетерами і наночастинками модифікованого та немодифікованого пірогенного діоксиду кремнію методами термографічного, термогравіметричного аналізів та ІЧ-спектроскопії. Показано, що наявність наночастинок аеросилів з високою питомою поверхнею і гідрофобними властивостями сприяють збільшенню робочої температури окисника перхлорату амонію та запобігають процесу вибуху при його технологічній переробці.

Встановлено, що навантажувальна здатність перфторполіетерних рідин є набагато вищою від різних синтетичних і мінеральних олив за випробуваннями на чотирикульовій машині тертя (ЧКМТ). Загальна оцінка відносних антифрикційних властивостей на ЧКМТ, перфторполіетерів з основними представниками різних класів нафтенових, мінеральних і синтетичних олив показують їх високу ефективність в умовах граничного тертя.

Вперше розроблені нові пластичні композиції на основі перфторполіетерів сумісні з твердим перхлоратом амонію, які на поверхні сталі утворюють тонкі плівки, де в якості загущувачів використані тверді дрібнодисперсні органічні пігменти класу металокомплексів, і обгрунтована доречність їх використання в умовах граничного тертя. Досліджено вплив аеросилів і органоаеросилів на взаємодію перхлорату амонію з перфторполіетерами до вибуху при ударі і терті.

1. За результатами ДТА з’ясовний механізм розкладу твердого перхлорату амонію. На термограмах розкладу ПХА спостерігається початок розкладу при 423 К проходить через два ендопіки, екзопік пік і завершується при 723 К автокаталітичним розкладом. При взаємодії ПФПЕ розклад твердих частинок ПХА сповільнюється полиблюючи ендоефект ІІ та замінює пік автокаталітичного розкладу на екзоефект, який зміщений до 731 К тим самим унеможливлює фізичний процес вибуху ПХА.

2. Наявність на поверхні наночастинок модифікованого і немодифікованого пірогенного діоксиду кремнію сприяє збільшення граничної температури твердого окисника при контакті з мастилом у вузлах тертя, запобігає процесу вибуху при його технологічній переробці. Найбільший ефект створюють наночастинки з гідрофобними властивостями: органокремнезему А-300 модифікований бутиловим спиртом та А-380, модифікований диметилдихлорсиланом, який пояснюється фізичною сорбцією та хемосорбційними процесами їхньої поверхні.

3. При дослідженні впливу ПЕФ-240 і ПЕФ-180 на поведінку розкладу твердих частинок перхлорату амонію визначено, що є доцільним їх використання, як таких речовин, що знижують втрату маси твердого окисника перхлорату амонію в 2,2 рази (на 14,5%) при тривалій дії високих температур. Найефективнішим серед композицій є ПЕФ-240+3,5% Б-1 та ПЕФ-180+3,5% Б-1, знижуючи втрату маси твердого окисника в 1,5 рази ( на 9%) і 1,1 рази (на 2,5%), відповідно в порівнянні з твердими частинками ПХА.

4. Зносостійкість пар тертя сталь-сталь підвищується в 1,2-3 рази при мащенні перфторполіетерними рідинами в порівнянні з синтетичними і мінеральними оливами за випробуваннями на ЧКМТ. Загальна оцінка відносних антифрикційних властивостей на ЧКМТ, перфторполіетерів з основними представниками різних класів нафтенових, мінеральних і синтетичних масел показують їх високу ефективність в умовах граничного тертя.

5. Створені нові пластичні мастильні матеріали, де в якості загущувачів використані мікрочастинки органічних пігментів, при мащенні яких зносостійкість суміжних поверхонь сталі ШХ-15 покращуються відносно базової оливи ПЕФ-240. При використанні мікрочастинок пігментів як добавок до рідких олив можна стверджувати, що вони покращують протизношувальні властивості пари тертя сталь-сталь на 25,3-67,4% або в 1,3-3,1 рази при нормальному навантаженні на 1 кульку р_i = 234 H і на 28,6-57,7% або в 1,4-2,36 рази при р_i = 981 H.

6. Отже, при використанні мікрочастинок даних органічних пігментів, можна стверджувати, що катіони, які містяться в металокомплексах Сu²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺ і які утворюють структуру безпосередньо з ПФПЕ, будуть каталізувати процес утворення плівки фторидів цих металів значно швидше, ніж плівки з фторидів заліза і хрому з базової сталі, яка перешкоджає зносу пари тертя, досягаючи менших контактних температур.

7. Знайдено, що характерний кореляційний зв’язок між величинами навантаження заїдання і температури кипіння (р_i(H) ~ t_кип,С) r_x,y1 = 0,997. Гранична ступінь полімеризації ПФПЕ становить 2,5 – 3, при яких прогнозуються найвищі протизносні властивості пари сталь-сталь при високих навантаженнях.

8. Досліджено, що наночастинки модифікованого Б-1 і немодифікованого пірогенного діоксиду кремнію А-300 і А-380 та мікрочастинки фтало-ціанінового пігменту призводять до зниження чутливості до удару і тертя.

9. За розрахунками на поверхні зносостійкої сталі ШХ-15 при мащенні буде утворюватись тонка гранична плівка складу FeF₃ i CrF₃ з товщиною 1,98-23,88*10^-9 м при 20⁰С, 6,5-42,86*10^-9 м при 45⁰С, 3,13-12,5*10^-9 м при 90⁰С для різних фракцій перфторполіетерів марок ПЕФ.

10. Отже, при переробці вибухонебезпечного твердого ПХА рекомендовано використовувати ПФПЕ марок ПЕФ-240 і ПЕФ-180, які створюють тонкі граничні наноплівки на поверхні пари тертя сталь-сталь і покращують її зносостійкість при загущені наночастинками пірогенного діоксиду кремнію марок А-380, А-300 з додаванням мікрочастинок протизносних присадок на основі металокомплесів в кількості 3-20%, як таких які знижують їхню чутливість.

Публікації автора:

1. Сіренко Г.О., Луцишин Н.І. Вплив лінійних перфторполіефірів на автокаталітичний розклад перхлорату амонію та дослідження їх суміші на чутливість до удару і тертя // Фізика і хімія твердого тіла.– 2004.–Том.5.–№2.–С.330-337.

2. Сіренко Г.О., Луцишин Н.І. Вплив наночастинок загущувача пластичного мастила на взаємодію з перхлоратом амонію// Фізика і хімія твердого тіла.–2004.–Том.5.–№3.–С.545-551.

3. Сіренко Г.О., Луцишин Н.І. Дослідження термоокислювальної стійкості перфторполіефірів і пластичних мастил на їх основі при термічному розкладі перхлорату амонію // Полімерні матеріали.–2004.–№3.–С.181-184.

4. Луцишин Н.І., Сіренко Г.О. Дослідження термоокислювальних властивостей перфторполіефірів в присутності перхлорату амонію методом ІЧ-спектрометрії // Вопросы химии и химической технологии.–2004.–№3.–С.40-45.

5. Сіренко Г.О., Луцишин Н.І., Шийчук О.В. Лінійні перфторполіефіри як основа хімічно- та термостійких мастильних матеріалів // Проблеми трибології.–2003.–№3.–С.64-75.

6. Сіренко Г.О., Луцишин Н.І. Ефективність впливу органічних пігментів як загусників в пластичних мастилах на основі перфторполіефірів // Проблеми трибології.–2004.–№4.–С.118-122.

7. Луцишин Н.І. Перфторполіефіри і їх ефективність, в порівнянні з термостійкими синтетичними рідинами, як основа для мастильних матеріалів // Вісник Прикарпатського університету. Сер. Хімія.–2002.–Вип.ІІІ.–С.103-116.

8. Луцишин Н.І. Перфторполіефіри – мастильні матеріали, що застосовуються в жорстких умовах тертя // Вісник Прикарпатського університету. Сер. Хімія.–2004.–вип.4.– С.101-133.

9. Луцишин Н.І. Антифрикційні властивості перфторполіефірів в порівнянні з іншими мастильними матеріалами // Тез. допов. звітної наукової конференція Прикарп. ун-ту ім. Василя Стефаника за 2002 р. – Секція “Хімія”. – 15-23.04.2003р. – Івано-Франківськ: Прикарп. ун-т ім. В. Стефаника.– 2003. – С.28.

10. Луцишин Н.І. Дослідження фракцій перфторполіефірів методом ІЧ-спектроскопії // Тез. Допов. V регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії.–2-4.06.2003р.–Дніппропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2003.–С.29.

11. Луцишин Н.І. Реологічна характеристика перфторполіефірів та дослідження механізму впливу перхлоратів калію і амонію на їх поведінку за допомогою ІЧ-спектрів // Тез. Допов Четвертої Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”.–21-22.05.2003.–Київ: Київський національний університет ім.Т.Шевченка.–2003.–С.31-32.

12. Луцишин Н.І. Механізм впливу перхлоратів калію і амонію на поведінку перфторполіефірів за допомогою ІЧ-спектрів // Тез. Допов V Української конференції молодих вчених з високомолекулярних сполук.–20-21.05.2003.–Київ: Національна академія наук України.–2003.–С.22.

13. Луцишин Н.І. Лінійні перфторполіефіри як основа хімічно- та термостійких мастильних матеріалів // Тез. Допов Міжнародної науково-технічної конференції “Зносостійкість і надійність вузлів тертя машин (ЗНМ-2003)”.–17-19.09.2003.–Очаків: Технологічний університет Поділля.–2003.–С.58-60.

14. Луцишин Н.І. Механізм взаємодії перфторполіефірів з перхлоратом амонію // Тез. Допов Української конференції «Актуальні питання органічної та елементорганічної хімії і аспекти викладання орагнічної хімії у вищій школі».–24-26.09.2002.–Ніжин: Ніжинський державний педагогічний університет ім. М.Гоголя.–2002.–С.46.

15. Луцишин Н.І. Механізм взаємодії перфторполіефірів з перхлоратом амонію // Тез. Допов Третьої Всеукраїнської конференції студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії».–16-17.05.2002.–Київ: Київський національний університет ім.Т.Шевченка.–2002.–С.31-32.

16. Луцишин Н.І. Поведіка ПЕФ-240 і мастил на їх основі при контакті з ПХА // Тез. Допов всеукраїнської науково-технічної конференції студентів та аспірантів «Хімія і хімічна технологія – 2002».–24-25.04.2002.– Дніпропетровськ: Дніпропетровський державний хіміко-технологічний університет.–2002.–С.75-76.

17. Lutsyshyn N.І. Chemical compatibility perchloric ammonia with perfluorpolyethers and inorganic polymers // The 2-nd Ukrainian-Polish Scientific Conference “The polymers of special application”.–27-31.05.2002.–Dnepropetrovsk 2002.–C.48-49.

18. Луцишин Н.І. Дослідження різних фракцій перфторполіефірів методом ІЧ-спектроскопії // І Міжнародна науково-технічна конференція студентів та аспірантів.–26-28.05.2003.–С.165-166.

19. Луцишин Н.І. В’язкісно-температурна характеристика перфторполіефірів та з’ясування механізму впливу ПХА та ПХК на їх поведінку за допомогою ІЧ-спектрів // Звітна наукова конференція кафедр університету за 2003р.Івано-Франківськ 20004р. 6-8.04.2004.–С.10.

20. Луцишин Н.І. Дослідження термоокислювальної стійкості перфторполіефірів і пластичних мастил на їх основі при термічному розкладі перхлорату амонію // Десята Українська конференція з високомолекулярних сполук.–12-14.10.2004.–С.125.