ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННОЙ СШИВКИ ПОЛИЭТИЛЕНОВ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛО- И ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ
- Авторы: Сыздык А.Г.1, Сейтенова Г.Ж.2, Дюсова Р.М.3, Байгазинов Ж.А.4, Нуркасимов А.К.5, Касымжанов М.Т.6
-
Учреждения:
- магистрант 2-го курса, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
- ассоциированный профессор, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
- Университет имени Торайгыров
- Председатель правления АО «Парк ядерных технологий»
- Директор департамента инноваций и коммерциализации, Акционерное Общество Парк ядерных технологий
- Директор департамента промышленного производства, Акционерное Общество Парк ядерных технологий
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://vestnik-ngo.kz/2707-4226/article/view/108888
- DOI: https://doi.org/10.54859/kjogi108888
- ID: 108888
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В работе представлены результаты исследования радиационной сшивки различных марок полиэтилена, используемых в строительной тепло- и звукоизоляции. Образцы подвергались электронному облучению при дозах 75, 125 и 175 кГр в различных газовых средах: воздухе, аргоне и азоте. Для оценки степени сшивки использовался метод определения содержания гель-фракции согласно ГОСТ Р 59112-2020. Дополнительно применялась ИК-Фурье спектроскопия для анализа структурных изменений. Установлено, что оптимальной дозой облучения является 125 кГр, при которой достигается максимальная степень сшивки. Наибольшее содержание гель-фракции зафиксировано в инертных средах (аргоне и азоте), в то время как в воздушной атмосфере наблюдается усиление деструктивных процессов. Полученные результаты подтверждают возможность эффективной радиационной модификации полиэтиленов для повышения их устойчивости в условиях эксплуатации строительных изоляционных материалов.
Полный текст
Введение. Одним из эффективных методов улучшения свойств полиэтилена является радиационная сшивка, при которой под воздействием ионизирующего излучения в структуре полимера формируются поперечные связи, повышающие его термостойкость и механическую прочность. Такой подход имеет преимущество по сравнению с химическими методами, поскольку позволяет избежать ввода посторонних реагентов и лучше контролировать степень сшивки [1, 2].
Дополнительное подтверждение эффективности поперечного сшивания как метода повышения эксплуатационных характеристик термопластов демонстрируется и на других классах полимеров. Например, в работе [1] показана возможность формирования динамических поперечных связей в полиэтилентерефталате при помощи Zn(II)-координационных взаимодействий, что приводит к увеличению термической стабильности и модифицируемости материала.
Обзор [2] подчёркивает значимость сшивки полиэтилена для таких применений, как упаковка, трубы, строительная теплоизоляция и технические покрытия, а также анализирует различные методы — пероксидный, силановый, электронно-лучевой — с точки зрения их влияния на структуру, переработку и повторное использование полимеров.
Радиационная сшивка полиэтилена позволяет существенно повысить его термическую стабильность, жёсткость и химическую стойкость, что делает данный метод особенно перспективным для получения долговечных строительных изоляционных материалов. В отличие от химической модификации, радиационный способ обеспечивает более равномерное распределение поперечных связей и снижает риск ввода посторонних примесей [1, 2].
В работах [3, 4] показано, что электронное облучение вызывает не только сшивку, но и структурные перестройки в полимерных материалах, включая образование дефектов, изменение диэлектрических свойств и повышение кристалличности. Эти эффекты зависят от типа полимера, дозы излучения и условий внешней среды. Так, в [3] рассмотрены особенности радиационной модификации нескольких полимеров под действием пучка электронов, а в [4] продемонстрировано изменение диэлектрических свойств в зависимости от энергии ионизирующего излучения.
Для оценки степени сшивки в полимерах широко используется определение содержания гель-фракции – нерастворимой части полимера, образующейся в результате поперечного сшивания. Повышение доли гель-фракции свидетельствует об эффективной модификации и структурной перестройке материала. Исследования [5, 6] подтверждают, что гелеобразование и плотность сшитых сетей напрямую влияют на кристалличность, механическую прочность и перерабатываемость полиэтиленов, в том числе ультравысокомолекулярных.
Таким образом, количественный анализ гель-фракции и структурные исследования (ИК-Фурье спектроскопия, термические методы) представляют собой надёжную основу для оценки эффективности радиационной модификации полиэтиленов.
Дополнительные исследования показывают, что при воздействии тепла, ионизирующего и УФ-излучения на полиэтилен происходят процессы окисления, разрушения антиоксидантных добавок и деструкции молекулярной структуры [7–10]. Это приводит к снижению диэлектрической прочности, хрупкости и потере механических характеристик, особенно в длительных эксплуатационных условиях.
Для повышения стабильности тепло- и звукоизоляционных материалов на основе полиэтилена применяются радиационно модифицированные композиции, демонстрирующие повышенную устойчивость к внешним воздействиям. Однако даже такие материалы требуют оптимизации состава и условий обработки. В ряде исследований [7–10] подчёркивается, что сочетанное воздействие температуры и излучения ускоряет процессы деструкции, и только правильно подобранный режим модификации способен эффективно замедлить старение полимерной структуры.
Метод ИК-Фурье спектроскопии (FTIR) широко используется для оценки степени структурных изменений в полиэтилене под действием радиации. FTIR позволяет отслеживать как образование поперечных связей, так и появление продуктов деструкции – ненасыщенных и окисленных фрагментов [11–14]. Согласно [12], даже после завершения облучения в полиэтилене продолжается медленное окисление, особенно в кислородной среде. Это подчёркивает важность применения инертных газов для стабилизации материала. Работа [11] демонстрирует высокую чувствительность FTIR для диагностики дозовых эффектов при электронном и γ-облучении, а [13, 14] подтверждают универсальность метода для оценки процессов старения и деструкции полиэтиленов. Таким образом, радиационная сшивка полиэтилена с последующим контролем структуры и степени модификации представляет собой перспективное направление повышения надёжности и долговечности строительных тепло- и звукоизоляционных материалов на полимерной основе.
Цель исследования — определить влияние дозы электронного облучения и газовой среды (воздух, аргон, азот) на степень сшивки полиэтиленов, используемых в строительной тепло- и звукоизоляции.
- Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
- Провести облучение образцов полиэтиленов (ПЭ 153-10К, ПЭ-1, ПЭ-2, ПЭ-3) в различных газовых средах при дозах 75, 125 и 175 кГр.
- Оценить степень сшивки материалов по содержанию гель-фракции согласно ГОСТ Р 59112-2020.
- Исследовать изменения в структуре полимеров с помощью ИК-Фурье спектроскопии.
- Установить оптимальные условия облучения, обеспечивающие максимальную степень сшивки при минимальной деструкции..
Материалы и методы. В качестве объектов исследования использовались образцы полиэтиленов, применяемых в производстве строительных тепло- и звукоизоляционных материалов: ПЭ 153-10К, ПЭ-1, ПЭ-2 и ПЭ-3. Образцы имели форму полосок с размерами не менее 25×70 мм, 25×90 мм и 40×130 мм, по 9 экземпляров каждого типа. Перед облучением материалы были отобраны в соответствии с их маркировкой и предназначением, после чего промаркированы.
Таблица 1. Образцы
Наименование | Дозы облучения | В азоте | В аргоне | Без защитной среды |
ПЭ-1 | 75 кГр | масса 12,3 г длина 70 мм | масса 12,8 г длина 70 мм | масса 12,5 г длина 70 мм |
125 кГр | масса 15,5 г длина 90 мм | масса 16,1 г длина 90 мм | масса 14,8 г длина 90 мм | |
175 кГр | масса 12,2 г длина 130 мм | масса 12,7 г длина 130 мм | масса 13 г длина 130 мм | |
ПЭ-2 | 75 кГр | масса 9,5 г длина 70 мм | масса 10 г длина 70 мм | масса 9,8 г длина 70 мм |
125 кГр | масса 12,4 г длина 90 мм | масса 13,4 г длина 90 мм | масса 12,8 г длина 90 мм | |
175 кГр | масса 28 г длина 130 мм | масса 28,3 г длина 130 мм | масса 27,7 г длина 130 мм | |
ПЭ-3 | 75 кГр | масса 5,05 г длина 70 мм | масса 5,35 г длина 70 мм | масса 4,95 г длина 70 мм |
125 кГр | масса 6,86 г длина 90 мм | масса 7,75 г длина 90 мм | масса 7,2 г длина 90 мм | |
175 кГр | масса 17,9 г длина 130 мм | масса 17,5 г длина 130 мм | масса 17 г длина 130 мм | |
ПЭ 153-10К | 75 кГр | масса 8 г длина 70 мм | масса 9,65 г длина 70 мм | масса 9,30 г длина 70 мм |
125 кГр | масса 11,2 г длина 90 мм | масса 9,3 г длина 90 мм | масса 11,2 г длина 90 мм | |
175 кГр | масса 26,75 г длина 130 мм | масса 22,7 г длина 130 мм | масса 19,75 г длина 130 мм | |
Итого 108 образца 72 из них в герметичных пакетах заполненные инертным газом (36 в азоте + 36 в аргоне) + 36 без защитной среды. | ||||
Облучение проводилось на ускорителе электронов ЭЛВ-4 (АО «Парк ядерных технологий», г. Курчатов) при трёх различных дозах: 75, 125 и 175 кГр. Облучение осуществлялось в трёх средах: воздух, азот и аргон. Для создания инертных условий образцы герметично упаковывались в пакеты, которые предварительно продувались соответствующим газом и затем запаивались. Это позволило исключить контакт с кислородом и тем самым минимизировать окислительные процессы во время облучения.
После облучения проводилась оценка степени сшивки, основанная на определении содержания гель-фракции согласно ГОСТ Р 59112-2020. Подготовка включала измельчение образцов до размеров не более 0,5 мм с толщиной около 0,2 мм. Образцы извешивались с точностью до 0,1 мг и погружались в 100 мл ксилола (смесь изомеров с чистотой ≥98 %, температура кипения 137–144 °C), содержащего 1 % антиоксиданта (2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутилфенол)). Экстракция проводилась в круглодонной колбе с обратным холодильником в течение 8 часов, после чего образцы высушивались в сушильном шкафу при температуре 140 ± 2 °C в течение не менее 3 часов.
После сушки образцы охлаждали до комнатной температуры и повторно взвешивали. Степень сшивки рассчитывали как отношение массы нерастворимого остатка (гель-фракции) к первоначальной массе образца. Параллельно проводился анализ растворимой части – золь-фракции, которая представляет собой низкомолекулярные продукты деструкции.
Для спектроскопического анализа использовался метод ИК-Фурье трансформной спектроскопии (FTIR). Образцы анализировались на двух приборах: Инфралюм ФТ-08 (Россия) с алмазной приставкой GladiATR (PIKE Technologies, США) и Shimadzu IR Spirit (Япония). Спектры регистрировались в диапазоне 4000–400 см⁻¹ при разрешении 2,0 см⁻¹, с 20 сканированиями для каждого образца. Исследования проводились как с поверхностей («верх» и «низ»), так и со срезов, в случае, если материал был слишком твёрдым.
Дополнительно были сняты ИК-спектры золь-фракции и растворителей (ксилол, этанол) для исключения их влияния. Спектральные характеристики позволили определить наличие двойных связей (C=C), гидроксильных групп (OH) и других фрагментов, указывающих на процессы деструкции или сшивки.
Заключение и выводы. В ходе проведённых исследований установлено, что в процессе электронного облучения полиэтиленов одновременно протекают два конкурирующих механизма – сшивка макромолекул (образование поперечных связей) и деструкция (разрыв основных цепей). Баланс между ними зависит от дозы облучения, состава газовой среды и структуры исходного полимера.
- Влияние дозы облучения на степень сшивки
Для всех исследуемых полиэтиленов при увеличении дозы от 0 до 125 кГр наблюдается рост содержания гель-фракции, что свидетельствует о доминировании процессов сшивки. Например, у полиэтилена 153-10К, облучённого в азоте, доля гель-фракции увеличивается с 60,7 % (0 кГр) до 72,5 % (125 кГр). Однако при дальнейшем повышении дозы до 175 кГр степень сшивки уменьшается (до 61,4 %), что указывает на начало преобладания деструктивных процессов. Подобная U-образная зависимость типична для алкановых полимеров, так как на высоких дозах разрушаются уже сшитые участки макромолекул, образуя растворимые фрагменты. Рост доли гель-фракции с увеличением дозы от 0 до 125 кГр, а также её последующее снижение при 175 кГр демонстрируют U-образную зависимость (см. таблицу 2).
Наименование полиэтиленового материала | Условия
| Доза облучения, кГр | Масса образца исходная, г | Масса гель фракции, г | Масса золь фракции, г | Доля гель фракции | Доля золь фракции |
ПЭ 153-10К | воздух | 0 | 0,5722 | 0,3475 | 0,2247 | 0,6073 | 0,3927 |
ПЭ 153-10К | воздух | 75 | 0,5454 | 0,3694 | 0,176 | 0,6773 | 0,3227 |
ПЭ 153-10К | воздух | 125 | 0,5023 | 0,364 | 0,1383 | 0,7247 | 0,2753 |
ПЭ 153-10К | воздух | 175 | 0,5064 | 0,2965 | 0,2099 | 0,5855 | 0,4145 |
ПЭ 153-10К | азот | 75 | 0,5101 | 0,3251 | 0,185 | 0,6373 | 0,3627 |
ПЭ 153-10К | азот | 125 | 0,501 | 0,3264 | 0,1746 | 0,6514 | 0,3486 |
ПЭ 153-10К | азот | 175 | 0,5048 | 0,3102 | 0,1946 | 0,6145 | 0,3855 |
ПЭ 153-10К | аргон | 75 | 0,5024 | 0,3473 | 0,1551 | 0,6912 | 0,3088 |
ПЭ 153-10К | аргон | 125 | 0,5111 | 0,3028 | 0,2083 | 0,5924 | 0,4076 |
ПЭ 153-10К | аргон | 175 | 0,5 | 0,3106 | 0,1894 | 0,6213 | 0,3787 |
ПЭ-1 | воздух | 0 | 0,5003 | 0,2119 | 0,2884 | 0,4235 | 0,5765 |
ПЭ-1 | воздух | 75 | 0,5014 | 0,2500 | 0,2514 | 0,4987 | 0,5013 |
ПЭ-1 | воздух | 125 | 0,5047 | 0,2900 | 0,2147 | 0,5745 | 0,4255 |
ПЭ-1 | воздух | 175 | 0,5012 | 0,2007 | 0,3005 | 0,4005 | 0,5995 |
ПЭ-1 | азот | 75 | 0,5006 | 0,2961 | 0,2045 | 0,5914 | 0,4086 |
ПЭ-1 | азот | 125 | 0,5019 | 0,2702 | 0,2317 | 0,5384 | 0,4616 |
ПЭ-1 | азот | 175 | 0,5003 | 0,2129 | 0,2874 | 0,4256 | 0,5744 |
ПЭ-1 | аргон | 75 | 0,5091 | 0,2000 | 0,3091 | 0,3929 | 0,6071 |
ПЭ-1 | аргон | 125 | 0,5007 | 0,2379 | 0,2628 | 0,4752 | 0,5248 |
ПЭ-1 | аргон | 175 | 0,5027 | 0,1986 | 0,3041 | 0,3951 | 0,6049 |
ПЭ-2 | воздух | 0 | 0,5006 | 0,2771 | 0,2235 | 0,5535 | 0,4465 |
ПЭ-2 | воздух | 75 | 0,5008 | 0,3211 | 0,1797 | 0,6412 | 0,3588 |
Таблица 2. Зависимость выхода золь и гель фракции полимера от дозы и условий облучения
Продолжение таблицы 2
ПЭ-2 | воздух | 125 | 0,5012 | 0,3503 | 0,1509 | 0,6989 | 0,3011 |
ПЭ-2 | воздух | 175 | 0,5009 | 0,2361 | 0,2648 | 0,4714 | 0,5286 |
ПЭ-2 | азот | 75 | 0,5003 | 0,3502 | 0,1501 | 0,6999 | 0,3001 |
ПЭ-2 | азот | 125 | 0,5017 | 0,3588 | 0,1429 | 0,7151 | 0,2849 |
ПЭ-2 | азот | 175 | 0,5008 | 0,3016 | 0,1992 | 0,6022 | 0,3978 |
ПЭ-2 | аргон | 75 | 0,5005 | 0,3666 | 0,1339 | 0,7325 | 0,2675 |
ПЭ-2 | аргон | 125 | 0,5002 | 0,3224 | 0,1778 | 0,6445 | 0,3555 |
ПЭ-2 | аргон | 175 | 0,5001 | 0,3167 | 0,1834 | 0,6332 | 0,3668 |
ПЭ-3 | воздух | 0 | 0,5013 | 0,1980 | 0,3033 | 0,3949 | 0,6051 |
ПЭ-3 | воздух | 75 | 0,5006 | 0,2486 | 0,2520 | 0,4967 | 0,5033 |
ПЭ-3 | воздух | 125 | 0,5009 | 0,2538 | 0,2471 | 0,5067 | 0,4933 |
ПЭ-3 | воздух | 175 | 0,5001 | 0,2130 | 0,2871 | 0,4259 | 0,5741 |
ПЭ-3 | азот | 75 | 0,501 | 0,2698 | 0,2312 | 0,5386 | 0,4614 |
ПЭ-3 | азот | 125 | 0,5002 | 0,2767 | 0,2235 | 0,5532 | 0,4468 |
ПЭ-3 | азот | 175 | 0,5006 | 0,2414 | 0,2592 | 0,4823 | 0,5177 |
ПЭ-3 | аргон | 75 | 0,5008 | 0,1760 | 0,3248 | 0,3514 | 0,6486 |
ПЭ-3 | аргон | 125 | 0,5007 | 0,2503 | 0,2504 | 0,4999 | 0,5001 |
ПЭ-3 | аргон | 175 | 0,5003 | 0,2310 | 0,2693 | 0,4617 | 0,5383 |
Полиэтилен сшитый Силанол СИП | 0 | 0,5014 | 0,2068 | 0,2946 | 0,4125 | 0,5875 | |
Сшитый полиэтилен Пероксидный | 0 | 0,552 | 0,1862 | 0,3658 | 0,3374 | 0,6626 | |
- Влияние газовой среды на эффективность сшивки
Наличие кислорода в воздушной среде приводит к интенсификации процессов окислительной деструкции, особенно при высоких дозах. Так, в воздухе при 175 кГр содержание гель-фракции у ПЭ 153-10К составляет 58,5 %, тогда как при тех же условиях в аргоне – 62,1 %, а в азоте – 61,4 %. Это подтверждает, что инертные среды (аргон, азот) позволяют повысить эффективность радиационной сшивки и замедлить разрушение цепей. Сводный график зависимости степени сшивки от дозы облучения для всех образцов в различных средах представлен на рисунке 1.
а)
б)
в)
д)
Рисунок 1. Зависимость доли гель фракции а – полиэтилена, б – ПЭ-1, в – ПЭ-2 и д – ПЭ-3 от дозы облучения в различных средах
Различия между аргоном и азотом минимальны, однако в отдельных случаях (например, у ПЭ-2) аргон обеспечивает чуть более высокие значения гель-фракции, что может быть связано с большей плотностью и более эффективным вытеснением кислорода из образца.
Все образцы показали различную степень восприимчивости к радиационной обработке:
ПЭ 153-10К продемонстрировал устойчивую и высокую степень сшивки. При дозе 125 кГр в аргоне достигнуто 59,2-69,1 % гель-фракции. Это свидетельствует о высокой пригодности данного материала для электронно-лучевой модификации.
ПЭ-1 показал более низкие значения: в воздухе при 175 кГр гель-фракция составила всего 40,0 %, а в аргоне – 39,5 %. Это может говорить о присутствии в материале добавок или структурных дефектов, препятствующих эффективному образованию поперечных связей.
ПЭ-2 проявил наилучшие показатели среди всех образцов: при 125 кГр в аргоне степень сшивки составила 73,2 %, а даже при 175 кГр осталась выше 63 %, что указывает на термостабильность и химическую устойчивость данного полимера к ионизирующему излучению.
ПЭ-3, несмотря на эластичную структуру, также поддаётся радиационной сшивке: в азоте при 125 кГр достигнуто 55,3 % гель-фракции. При этом исходный уровень сшивки у него был низким (менее 40 %), что объясняет его гибкость и резиновидные свойства.
- ИК-Фурье спектроскопия как подтверждение процессов
ИК-спектры гель-фракции всех образцов содержат характерные полосы поглощения полиэтилена:
- валентные колебания C–H: 2920 и 2850 см⁻¹;
- деформационные колебания: 1470, 1377, 729 см⁻¹.
На рисунках 2-5 представлены ИК спектры гель фракции материалов после экстракции. К сожалению, пластичный материал практически не поддается растиранию и плохо смешивается с бромидом калия, что значительно ухудшило качество спектров, однако на них видны основные характерные линии поглощения для полиэтилена.
Рисунок 2. ИК спектр ПЭ 153-10К контр. 5/10
Рисунок 3. ИК спектр ПЭ 153-10К 175 кГр. 5/9
Рисунок 4. ИК спектр ПЭ 153-10К Аргон. 175 кГр. 5/6
Рисунок 5. ИК спектр ПЭ-1. Аргон. 175 кГр. 10/6
Как видно из спектров присутствуют характерные линии поглощения для полиэтилена в диапазоне валентные колебания С-Н 2920 и 2850 см-1 , 1470 1435 см-1, а также деформационные колебания С-Н 720- 729 см-1. ИК спектр ПЭ-1. Аргон. 175 кГр. 10/6 отличается тем, что проявились линии поглощения характерные для спирта – «горб» в области 3600-3200 см-1 колебаний гидроксильной группы и 1430 см-1
На спектрах золь-фракций наблюдаются полосы, характерные для ненасыщенных связей (C=C) в диапазонах 985, 931, 2885 см⁻¹, указывающие на образование продуктов деструкции — короткоцепочечных фрагментов. Это подтверждает, что при дозе 175 кГр происходит разрушение основного скелета полимера.
На рисунках 6-9 представлены ИК спектры растворов золь фракции.
Рисунок 6. ИК спектр ПЭ 153-10К контр. 5/10
Рисунок 7. ИК спектр ПЭ 153-10К. 175 кГр. 5/9
Рисунок 8. ИК спектр ПЭ 153-10К. Аргон. 175 кГр. 5/6
Рисунок 9. ИК спектр ПЭ-1. Аргон. 175 кГр. 10/6
Как видно из ИК спектров экстракта полимеров основные линии поглощения свойственны для растворителя ксилол, а именно, 3107 см-1, 3066 см-1, 3017 см-1, 2923 см-1, 2875 см-1, 1120 см-1, 1053 см-1, 1021 см-1, 741 см-1, 433 см-1. Данные линии присутствуют на всех спектрах всех образцов.
В спектрах ПЭ-1 Аргон. 175 кГр. 10/6, ПЭ 153-10К. Аргон. 175 кГр. 5/6, ПЭ 153-10К. 175 кГр. 5/9 присутствуют линии поглощения характерные для этилового спирта, а именно: 3356 см-1, 2973 см-1, 2884 см-1, 1051 см-1. Спирт видимо сохранился после промывки образца.
В образце ПЭ 153-10К контр. 5/10 присутствуют полосы поглощения ксилола без спирта.
Полосы поглощения полиэтилена (алканов) совпадают как с ксилолом, так и со спиртом, а именно С-Н и С-С связи. Такие колебания в области 2800-3000 см-1, 1463 и 1377 см-1. Однако в спектрах ПЭ-1. Аргон. 175 кГр. 10/6, ПЭ 153-10К. Аргон. 175 кГр. 5/6, ПЭ 153-10К. 175 кГр. 5/9 и ПЭ 153-10К контр. 5/10 имеются полосы поглощения не совпадающих со спиртом и ксилолом – 2980-2885 см-1, 659 см-1,2579 см-1, 880 см-1 и 670-505 см-1, 2864 см-1, 2762 см-1, 2731 см-1, 2576 см-1, 2346 см-1, 2277 см-1, 1943 см-1, 1496 см-1, 1466 см-1, 1383 см-1. Это свидетельствует о наличие в растворе золь фракции, представляющие собой короткие цепи полиэтилена. Следует отметить появление таких полос поглощения как 985 см-1, 931 см-1 а также 2885 см-1 соответствующие колебаниям не насыщенной С=С связи. Это обусловлено разрывом ковалентной связи С-С основной цепи полимера под воздействием излучения и образуют золь фракцию. В случае деструкции цепи осколки полимера растворяются в растворителе (экстрагируются) в виде золь фракции.
Дополнительно, на некоторых спектрах зафиксированы полосы OH-групп (в диапазоне 3200–3500 см⁻¹), что может быть связано с остатками этанола, использованного при промывке, или с образованием гидроксильных радикалов в процессе окисления.
Таким образом установлено, что при радиационной обработке полиэтиленов одновременно протекают процессы сшивки и деструкции макромолекул. Баланс между ними определяется дозой облучения и составом окружающей среды.
- Оптимальной дозой электронного облучения для достижения максимальной степени сшивки является 125 кГр. При этой дозе гель-фракция достигает максимальных значений (до 73,2 %), тогда как при дозе 175 кГр наблюдается снижение из-за преобладания деструктивных процессов.
- Наиболее эффективным условием для радиационной сшивки является облучение в инертной среде (аргон или азот), при котором минимизируется окислительная деструкция. В воздушной среде степень сшивки значительно ниже из-за воздействия кислорода.
- Разные марки полиэтилена демонстрируют различную устойчивость к ионизирующему излучению. ПЭ-2 и ПЭ 153-10К показали наивысшие значения гель-фракции и наименьшую чувствительность к деструкции, тогда как ПЭ-1 проявил меньшую устойчивость.
- Результаты ИК-Фурье спектроскопии подтвердили образование поперечных связей (характерные полосы C–H) и наличие продуктов деструкции (появление полос, соответствующих C=C и OH-группам), что согласуется с результатами гравиметрического анализа.
Таким образом, проведённое исследование демонстрирует возможность эффективной радиационной модификации полиэтиленов, используемых в строительной тепло- и звукоизоляции, и позволяет обоснованно рекомендовать оптимальные условия обработки для повышения эксплуатационной устойчивости и долговечности этих материалов.
Об авторах
Аяжан Галымкызы Сыздык
магистрант 2-го курса, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Автор, ответственный за переписку.
Email: ayazhanka.syzdyk@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-4435-0976
Казахстан, ул. Кажымукана, 13, Астана, Казахстан, 010000
Гайни Жумагалиевна Сейтенова
ассоциированный профессор, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Email: gainiseitenova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6202-3951
к.х.н., ассоциированный профессор
Казахстан, ул. Кажымукана, 13, Астана, Казахстан, 010000Ризагуль Муслимовна Дюсова
Университет имени Торайгыров
Email: riza92@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-3083-5255
кандидат технических наук
Казахстан, 014000, Республика Казахстан, г. Павлодар, ул. Ломов 64Жанат Абылканович Байгазинов
Председатель правления АО «Парк ядерных технологий»
Email: Zh.baigazinov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0348-8473
Ассоциированный профессор, кандидат биологических наук, доктор PhD
Казахстан, Курчатов, Абайский район, Республика Казахстан, ул. Абылай хана 2/1Азат Канатович Нуркасимов
Директор департамента инноваций и коммерциализации, Акционерное Общество Парк ядерных технологий
Email: nurkasimov@pnt.kz
ORCID iD: 0009-0007-8222-8349
магистр
Казахстан, Курчатов, Абайский район, Республика Казахстан, ул. Абылай хана 2/1Марат Тулеужанович Касымжанов
Директор департамента промышленного производства, Акционерное Общество Парк ядерных технологий
Email: kasymzhanov@pnt.kz
ORCID iD: 0000-0002-3977-4084
магистр
Казахстан, Курчатов, Абайский район, Республика Казахстан, ул. Абылай хана 2/1Список литературы
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- 1. Demongeot A., Groote R., Goossens H., Hoeks T., Tournilhac F., Leibler L. Cross-Linking of Poly(butylene terephthalate) by Reactive Extrusion Using Zn(II) Epoxy-Vitrimer Chemistry // Macromolecules. 2017. Vol. 50, № 16. P. 6117–6127. doi: 10.1021/acs.macromol.7b01141
- 2. Ahmad H., Rodrigue D. Crosslinked polyethylene: A review on the crosslinking techniques, manufacturing methods, applications, and recycling // Polymer Engineering and Science. 2022. Vol. 62, № 8. P. 2376–2401. doi: 10.1002/pen.26049
- 3. Singh P., Venugopal B. R., Nandini D. R. Effect of Electron Beam Irradiation on Polymers // Journal of Materials and Manufacturing. 2018. Vol. 5, № 1. P. 24–33. doi: 10.21467/jmm.5.1.24-33
- 4. Raghu S., Archana K., Sharanappa C., Ganesh S., Devendrappa H. Electron beam and gamma ray irradiated polymer electrolyte films: Dielectric properties // Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 2016. Vol. 9, № 2. P. 117–124. doi: 10.1016/j.jrras.2015.10.007
- 5. An M., Lv Y., Xu H., Wang B., Wang Y., Gu Q., Wang Z. Effect of Gel Solution Concentration on the Structure and Properties of Gel-Spun Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene Fibers // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2016. Vol. 55, № 30. P. 8357–8363. doi: 10.1021/acs.iecr.6b02116
- 6. Yang W., He Y., Yang J., Wang H., Bin Y. Rheological behavior of ultrahigh molecular weight polyethylene/low-density polyethylene blending gels with high solid content // Polymer Engineering & Science. 2018. Vol. 58, № 1. P. 22–27. doi: 10.1002/pen.24526
- 7. Liu S., Veysey S. W., Fifield L. S., Bowler N. Quantitative analysis of changes in antioxidant in crosslinked polyethylene (XLPE) cable insulation material exposed to heat and gamma radiation // Polymer Degradation and Stability. 2018. Vol. 156. P. 252–258. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2018.09.011
- 8. Vykydalova A., Dubaj T., Cibulkova Z., Mizerova G., Zavadil M. A predictive model for polyethylene cable insulation degradation in combined thermal and radiation environments // Polymer Degradation and Stability. 2018. Vol. 158. P. 119–123. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2018.11.002
- 9. Liu S., Fifield L. S., Bowler N. Aging mechanisms of filled cross-linked polyethylene (XLPE) cable insulation material exposed to simultaneous thermal and gamma radiation // Radiation Physics and Chemistry. 2021. Vol. 185. Article 109486. doi: 10.1016/j.radphyschem.2021.109486
- 10. Hedir A., Moudoud M., Lamrous O., Rondot S., Jbara O., Dony P. Ultraviolet radiation aging impact on physicochemical properties of crosslinked polyethylene cable insulation // Applied Polymer Science. 2020. Vol. 137, № 16. Article 48575. doi: 10.1002/app.48575
- 11. Al-Ghamdi H., Farah K., Almuqrin A., Hosni F. FTIR study of gamma and electron irradiated high-density polyethylene for high dose measurements // Nuclear Engineering and Technology. 2022. Vol. 54, № 1. P. 255–261. doi: 10.1016/j.net.2021.07.023
- 12. Liu S., Li Q., Wang J., Lu M., Zhang W., Wang K., Liu W., Wang M. Study on the post-irradiation oxidation of polyethylenes using EPR and FTIR technique // Polymer Degradation and Stability. 2022. Vol. 196. Article 109846. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2022.109846
- 13. Zaki M. F., Elshaer Y. H., Taha D. H. The alterations in high density polyethylene properties with gamma irradiation // Radiation Physics and Chemistry. 2017. Vol. 139. P. 90–96. doi: 10.1016/j.radphyschem.2017.02.058
- 14. Gaston F., Dupuy N., Marque S. R. A., Barbaroux M., Dorey S. One year monitoring by FTIR of γ-irradiated multilayer film PE/EVOH/PE // Radiation Physics and Chemistry. 2016. Vol. 125. P. 115–121. doi: 10.1016/j.radphyschem.2016.03.010
Дополнительные файлы

