vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/achb.895BWKCTNvuzbiochemi-1171Research ArticleХИМИЧЕСКИЕ НАУКИCHEMICAL SCIENCESВлияние структурообразователя на реологические свойства полимерной смеси на основе полиэтиленов низкой и высокой плотностиInfluence of structure-forming agent on rheological properties of polymer mixture based on low and high density polyethylenehttps://orcid.org/0000-0002-6117-6216МустафаеваФ. А.MustafayevaF. A.

Мустафаева Фатима Алимирза кызы, к.х.н., ведущий научный сотрудник

AZ5004, г. Сумгаит, ул. Самеда Вургуна, 124

Fatima A. Mustafayeva, Cand. Sci. (Chemistry), Leading Researcher

124, Samed Vurgun St., Sumgait, AZ5004

mustafayevafatima@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0889-7591КахрамановН. Т.KakhramanovN. T.

Кахраманов Наджаф Тофик оглы, д.х.н., профессор, заведующий лабораторией

AZ5004, г. Сумгаит, ул. Самеда Вургуна, 124

Najaf T. Kakhramanov, Dr. Sci. (Chemistry), Professor

124, Samed Vurgun St., Sumgait, AZ5004

   

najaf1946@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0671-6539АрзумановаН. Б.ArzumanovaN. B.

Арзуманова Нушаба Баба кызы, к.х.н., доцент, ведущий научный сотрудник

AZ5004, г. Сумгаит, ул. Самеда Вургуна, 124

Nushaba B. Arzumanova, Cand. Sci. (Chemistry), Assosiate Professor

124, Samed Vurgun St., Sumgait, AZ5004

   

arzumanova-nushaba@rambler.ruhttps://orcid.org/0009-0004-8805-4720НуралиеваГ. Х.NuraliyevaG. H.

Нуралиева Гюнай Хикмет кызы, соискатель

AZ5004, г. Сумгаит, ул. Самеда Вургуна, 124

Gunay H. Nuraliyeva, Applicant

124, Samed Vurgun St., Sumgait, AZ5004

   

gunayhasanova94@gmail.comИнститут полимерных материалов Министерства науки и образования Азербайджанской РеспубликиАзербайджанInstitute of Polymer Materials of the Ministry of Science and Education of the Republic of AzerbaijanAzerbaijan20242603202414119–26Copyright © Мустафаева Ф.А., Кахраманов Н.Т., Арзуманова Н.Б., Нуралиева Г.Х., 20242024Мустафаева Ф.А., Кахраманов Н.Т., Арзуманова Н.Б., Нуралиева Г.Х.Mustafayeva F.A., Kakhramanov N.T., Arzumanova N.B., Nuraliyeva G.H.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1171

В работе рассмотрено влияние структурообразователя диоксида титана на реологические характеристики полимерной смеси на основе полиэтиленов низкой и высокой плотности, взятых в соотношении 50/50. 

Концентрация диоксида титана составляла 1% масс. Реологическое поведение расплавов полимерных композитов исследовано с использованием капиллярного реометра марки CEAST MF50 (Instron, Италия) при температурах 190, 210, 230, 250 °С и нагрузках 3,8, 5,0, 10,0, 12,5 и 21,6 кг. Установлено влияние температуры и напряжения сдвига на закономерность изменения эффективной вязкости и скорости сдвига. Согласно модели Аррениуса – Френкеля – Эйринга определена энергия активации вязкого течения композитов. «Кажущаяся» энергия активации вязкого течения варьируется в пределах 16,04–33,10 кДж/моль для исходной смеси полиэтиленов и в диапазоне 6,96–33,10 кДж/моль для композитов, модифицированных структурообразователем на основе смеси полиэтиленов низкой и высокой плотности. Построена универсальная температурно-инвариантная характеристика вязкостных свойств полимерных материалов, позволяющая путем экстраполяции этой зависимости в область высоких скоростей сдвига прогнозировать технологический режим их переработки методами литья под давлением и экструзии.

The paper considers the effect of a structure-forming agent (titanium dioxide) on the rheological characteristics of a polymer mixture based on low and high density polyethylene, taken in a 50/50 ratio. The titanium dioxide concentration was 1 wt%. The rheological behavior of melts of polymer composites was studied using a CEAST MF50 capillary rheometer (Instron, Italy) at temperatures of 190, 210, 230, 250 °С and loads of 3.8, 5.0, 10.0, 12.5, and 21.6 kg. The effect of temperature and shear stress on the regularity of changes in effective viscosity and shear rate has been established. According to the Arrhenius – Frenkel – Eyring model, the activation energy of the viscous flow of composites is determined. The “apparent” activation energy of the viscous flow varies within 16.04–33.10 kJ/mol for the initial polyethylene mixture and in the range of 6.96–33.10 kJ/mol for composites modified with a structurant based on a mixture of low and high density polyethylene. A universal temperature-invariant characteristic of the viscosity properties of polymeric materials has been constructed, which makes it possible, by extrapolating this dependence to the region of high shear rates, to predict the technological mode of their processing by injection molding and extrusion.

реологияполимерная смесьструктурообразовательдиоксид титананапряжение сдвигаскорость сдвигатемпературно-инвариантная характеристикаrheologypolymer blendstructure-forming agenttitanium dioxideshear stressshear ratetemperature invariant characteristicВ работе использовано оборудование Института полимерных материалов Министерства науки и образования Азербайджанской Республики. Финансирование. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Института полимерных материалов Министерства науки и образования Азербайджанской Республики.The equipment of the Institute of Polymer Materials of the Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan was used in the work. Funding. The work was carried out in accordance with the research plan of the Institute of Polymer Materials of the Ministry of Science and Education of the Republic of Azerbaijan.ReferencesMishra J., Tiwari S.K., Abolhasani M.M., Azimi S., Nayak G.C. 2 – Fundamental of polymer blends and its thermodynamics // Micro and nano fibrillar composites (MFCs and NFCs) from polymer blends / eds K.M. Raghvendra, T. Sabu, K. Nandakumar. Woodhead Publishing, 2017. P. 27–55. DOI: 10.1016/B978-0-08-101991-7.00002-9.Mishra J., Tiwari S.K., Abolhasani M.M., Azimi S., Nayak G.C. 2 – Fundamental of polymer blends and its thermodynamics. In: Raghvendra K.M., Sabu T., Nandakumar K. (eds). Micro and nano fibrillar composites (MFCs and NFCs) from polymer blends. Woodhead Publishing; 2017, p. 27-55. DOI: 10.1016/B978-0-08-101991-7.00002-9.Sarathchandran C. Chapter 3 – Interfacial characterization of immiscible polymer blends using rheology // Micro and nano technologies, rheology of polymer blends and nanocomposites / eds T. Sabu, C. Sarathchandran, N. Chandran. Elsevier, 2020. P. 31–48. DOI: 10.1016/B978-0-12-816957-5.00003-3.Sarathchandran C. Chapter 3 – Interfacial characterization of immiscible polymer blends using rheology. In: Sabu T., Sarathchandran C., Chandran N. (eds). Micro and nano technologies, rheology of polymer blends and nanocomposites. Elsevier; 2020, p. 31-48. DOI: 10.1016/B978-0-12-816957-5.00003-3.Ruys A. 6 – Alumina bearings in orthopedics: origin and evolution // Alumina ceramics. Biomedical and clinical applications / ed. A. Ruys. Woodhead Publishing, 2019. P. 139–178. DOI: 10.1016/B978-0-08-102442-3.00006-3.Ruys A. 6 – Alumina bearings in orthopedics: origin and evolution. In: Ruys A. (ed.). Alumina ceramics. Biomedical and clinical applications. Woodhead Publishing; 2019, p. 139-178. DOI: 10.1016/B978-0-08-102442-3.00006-3.Nabeela A. M. Studing the mechanical properties and morphology of ternary blends of polyethylene // Engineering and Technology Journal. 2009. Vol. 27, no. 6. P. 1197–1205. DOI: 10.30684/etj.27.6.17.Nabeela A. M. Studing the mechanical properties and morphology of ternary blends of polyethylene. Engineering and Technology Journal. 2009;27(6):11971205. DOI: 10.30684/etj.27.6.17.Shebani A., Klash A., Elhabishi R., Abdsalam S., Elbreki H., Elhrari W. The influence of LDPE content on the mechanical properties of HDPE/LDPE blends // Research & Development in Material Science. 2018. Vol. 7, no. 5. P. 791–797. DOI: 10.31031/RDMS.2018.07.000672.Shebani A., Klash A., Elhabishi R., Abdsalam S., Elbreki H., Elhrari W. The influence of LDPE content on the mechanical properties of HDPE/LDPE blends. Research & Development in Material Science. 2018;7(5):791-797. DOI: 10.31031/RDMS.2018.07.000672.Ronca S. Chapter 10 – Polyethylene // Brydson’s Plastics Materials / ed. G. Marianne. Butterworth-Heinemann, 2017. P. 247–278. DOI: 10.1016/B978-0-323-35824-8.00010-4.Ronca S. Chapter 10 – Polyethylene. In: Marianne G. (ed.). Brydson’s Plastics Materials. ButterworthHeinemann; 2017, p. 247-278. DOI: 10.1016/B978-0-323-35824-8.00010-4.Basmage O.M., Hashmi M.S.J. Plastic products in hospitals and healthcare systems // Encyclopedia of renewable and sustainable materials / eds S. Hashmi, I.A. Choudhury. Elsevier, 2020. Vol. 1. P. 648–657. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.11303-7.Basmage O.M., Hashmi M.S.J. Plastic products in hospitals and healthcare systems. In: Hashmi S., Choudhury I.A. (eds). Encyclopedia of renewable and sustainable materials. Elsevier; 2020, vol. 1, p. 648-657. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.11303-7.Kakhramanov N.T., Mustafayeva F.A., Arzumanova N.B., Guliev A.D. Crystallization kinetics of composite materials based on polyethylene mixture with high and low density // Inorganic Materials: Applied Research. 2020. Vol. 11, no. 1. P. 127–131. DOI: 10.1134/S2075113320010177.Kakhramanov N.T., Mustafayeva F.A., Arzumanova N.B., Guliev A.D. Crystallization kinetics of composite materials based on polyethylene mixture with high and low density. Inorganic Materials: Applied Research. 2020;11(1):127131. DOI: 10.1134/S2075113320010177.Datta J., Kosiorek P., Włoch M. Effect of high loading of titanium dioxide particles on the morphology, mechanical and thermo-mechanical properties of the natural rubber-based composites // Iranian Polymer Journal. 2016. Vol. 25. P. 1021–1035. DOI: 10.1007/s13726-016-0488-7.Datta J., Kosiorek P., Włoch M. Effect of high loading of titanium dioxide particles on the morphology, mechanical and thermo-mechanical properties of the natural rubberbased composites. Iranian Polymer Journal. 2016;25:10211035. DOI: 10.1007/s13726-016-0488-7.Кахраманов Н.Т., Байрамова И.В., Мамедли У.М., Исмайылзаде А.Д., Исипчик В.С. Свойства нанокомпозитов на основе везувиана и сополимера этилена с гексеном // Пластические массы. 2019. N 5-6. С. 36–39. DOI: 10.35164/0554-2901-2019-5-6-36-39Kakhramanov N.T., Bayramova I.V., Mammadli U.M., Ismailzade A.D., Osipchik V.S. Properties nanocomposites on the basis of vezuvian and the copolymer of ethylene with hexene. Plasticheskie massy. 2019;5-6:36-39. (In Russian). DOI: 10.35164/0554-2901-2019-5-636-39. EDN: HXNTOR.Nguyen V.G., Thai H., Mai D.H., Tran H.T., Tran D.L., Vu M.T. Effect of titanium dioxide on the properties of polyethylene/TiO2 nanocomposites // Composites Part B: Engineering. 2013. Vol. 45, no. 1. P. 1192–1198. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.09.058.Nguyen V.G., Thai H., Mai D.H., Tran H.T., Tran D.L., Vu M.T. Effect of titanium dioxide on the properties of polyethylene/TiO2 nanocomposites. Composites Part B: Engineering. 2013;45(1):1192-1198. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.09.058.Diasanayake M.A.K.L., Senadeera G.K.R., Sarangika H.N.M., Ekanayake P.M.P.C., Thotawattage C.A., Divarathne H.K.D.W.M.N.R., et al. TiO2 as a low cost, multifunctional material // Materilastoday: Proceedings. 2016. Vol. 3, S1. P. S40–S47. DOI: 10.1016/j.matpr.2016.01.006.Diasanayake M.A.K.L., Senadeera G.K.R., Sarangika H.N.M., Ekanayake P.M.P.C., Thotawattage C.A., Divarathne H.K.D.W.M.N.R., et al. TiO2 as a low cost, multi-functional material. Materilastoday: Proceedings. 2016;3(S1):S40-S47. DOI: 10.1016/j.matpr.2016.01.006.Kubacka A., Suárez Diez M., Rojo D., Bargiela R., Ciordia S., Zapico I., et al. Understanding the antimicrobial mechanism of TiO2-based nanocomposite films in a pathogenic bacterium // Scientific Reports. 2014. Vol. 4. P. 4134. DOI: 10.1038/srep04134.Kubacka A., Suárez Diez M., Rojo D., Bargiela R., Ciordia S., Zapico I., et al. Understanding the antimicrobial mechanism of TiO2-based nanocomposite films in a pathogenic bacterium. Scientific Reports. 2014;4:4134. DOI: 10.1038/srep04134.Анпилогова В.С., Кравченко Т.П., Николаева Н.Ю., Лин Н.З., Осипчик В.С. Реологические свойства композиционных материалов на основе полиэтилена высокой плотности // Пластические массы. 2016. N 5-6. С. 9–11. EDN: WIOBHH.Anpilogova V.S., Kravchenko T.P., Nikolaeva N.Y., Ney Z.L., Osipchik V.S. Rheological properties of composite materials on the basis of polyethylene of high density. Plasticheskie massy. 2016;5-6:9-11. (In Russian). DOI: 10.35164/0554-2901-2016-5-6-9-11. EDN: WIOBHH.Курбанова Р.В. Реологические свойства органо-неорганических гибридных гелей на основе функционализированного полиэтилена низкой плотности и клиноптилолита // Пластические массы. 2020. N 7-8. С. 3–7. DOI: 10.35164/0554-2901-20207-8-3-7. EDN: DVGVAS.Qurbanova R.V. Rheological properties of organo-inorganic hybrid gels based on functionalized low density polyethylene and clinoptilolite. Plasticheskie massy. 2020;7-8:3-7. (In Russian). DOI: 10.35164/0554-29012020-7-8-3-7. EDN: DVGVAS.Кочуров Д.В. Реология разбавленных растворов полимеров // Международный студенческий научный вестник. 2018. N 5. С. 157. EDN: UZQMBU.Kochurov D.V. Rheology of dilute polymer solutions. Mezhdunarodnyi studencheskii nauchnyi vestnik. 2018;5:157. (In Russian). EDN: UZQMBU.Lou Y., Lei Q., Wu G. Research on polymer viscous flow activation energy and non-newtonian index model based on feature size // Advances in Polymer Technology. 2019. P. 1070427. DOI: 10.1155/2019/1070427.Lou Y., Lei Q., Wu G. Research on polymer viscous flow activation energy and non-newtonian index model based on feature size. Advances in Polymer Technology. 2019;1070427. DOI: 10.1155/2019/1070427.Alzarzouri F., Jabra R., Deri F. Melt rheological behaviour and mechanical properties of poly(lactic acid)/ high density polyethylene blends // Materials Physics and Mechanics. 2021. Vol. 47, no. 1. P. 103–116. DOI: 10.18149/MPM.4712021_10.Alzarzouri F., Jabra R., Deri F. Melt rheological behaviour and mechanical properties of poly(lactic acid)/high density polyethylene blends. Materials Physics and Mechanics. 2021;47(1):103-116. DOI: 10.18149/MPM.4712021_10.Vinogradov G.V., Malkin A.Ya. Temperature-independent viscosity characteristics of polymer systems // Journal of Polymer Science Part A: General Papers. 1964. Vol. 2, no. 5. P. 2357–2372. DOI: 10.1002/pol.1964.100020525.Vinogradov G.V., Malkin A.Ya. Temperature-independent viscosity characteristics of polymer systems. Journal of Polymer Science Part A: General Papers. 1964;2(5):2357-2372. DOI: 10.1002/pol.1964.100020525.Allahverdiyeva Kh.V., Kakhramanov N.T., Abdullin M.I. Rheological properties of metal-filled systems based on lowdensity polyethylene and aluminum // Inorganic Materials: Applied Research. 2022. Vol. 13, no. 5. P. 1340–1345. DOI: 10.1134/S2075113322050033.Allahverdiyeva Kh.V., Kakhramanov N.T., Abdullin M.I. Rheological properties of metal-filled systems based on low-density polyethylene and aluminum. Inorganic Materials: Applied Research. 2022;13(5):1340-1345. DOI: 10.1134/s2075113322050033.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.