кандидат химических наук;
candidate of chemical sciences;
В настоящей работе представлены результаты теоретической оценки пластифицирующего эффекта синтезированных сложноэфирных соединений на основе расчетов параметров растворимости Хансена (HSP, Hansen Solubility Parameters), которая основана на концепции, что совокупная энергия испарения жидкости состоит из трёх основных составляющих: дисперсионных сил между атомами (δd), дипольных взаимодействий между молекулами (δp) и сил взаимодействия водородных связей (δh), которые обусловлены обменом электронами. Расчётные данные показали незначительное расхождение между значениями δd, δp и δh исследуемых сложноэфирных пластификаторов и соответствующими параметрами поливинилхлорида (ПВХ), что свидетельствует о высокой совместимости данных соединений с указанным полимером. Таким образом, степень молекулярного сходства определяет интенсивность межмолекулярного взаимодействия, поскольку вещества с близкими значениями HSP характеризуются высоким сродством. Точность выполненных расчетов параметров растворимости Хансена коррелируется с экспериментальными значениями критической температуры растворения. Доказано, что разработанные сложные эфиры дикарбоновых кислот, содержащие ароматическое ядро лучше растворяют поливинилхлорид, чем аналогичные соединения алифатического ряда. Для сравнения критическая температура растворения дифеноксиэтиладипината равна 134 °C, а соответствующего эфира бутоксиэтанола 147 °C. Динамический механический анализ (ДМА) полученных продуктов показал, что для всех сложных эфиров феноксиэтанола наблюдается преобразование в высокоэластичное состояние при температурах выше температуры стеклования. Установлено, что физико-механические свойства ПВХ-композиций значительно зависят от молекулярной структуры исследуемых соединений. Согласно полученным данным ДМА, эфиры оксиэтилированного бутанола по значению модуля упругости сопоставимы с промышленными пластификаторами ДОФ и ДОА. Дополнительно исследовано влияние содержания пластификаторов на твердость композиции по Шору А. Установлено, что структура сложноэфирных молекул оказывает выраженное влияние на данный показатель. Так, для достижения эталонной твердости, соответствующей применению ДОФ (70 усл. ед.), требуемое количество дибутоксиэфиров составляет на 5,1% (ДБЭС), 8,5% (ДБЭАз) и 18,6% (ДБЭГ) меньше, тогда как в случае феноксиэфиров, наоборот, необходимо увеличение их доли в рецептуре от 9% до 22%. Следовательно, дибутоксиэфиры дикарбоновых кислот демонстрируют более высокую эффективность в качестве пластификаторов по сравнению с ароматическими аналогами, хотя последние обладают большей растворяющей способностью.
This paper presents the results of a theoretical evaluation of the plasticizing effect of the synthesized ester compounds based on the calculations of the Hansen solubility parameters (HSP), which is based on the concept that the total energy of liquid evaporation consists of three main components: dispersion forces between atoms (δd), dipole interactions between molecules (δp) and hydrogen bond interaction forces (δh), which are caused by electron exchange. The calculated data showed a slight discrepancy between the δd, δp and δh values of the studied ester plasticizers and the corresponding parameters of polyvinyl chloride (PVC), which indicates a high compatibility of these compounds with this polymer. Thus, the degree of molecular similarity determines the intensity of intermolecular interaction, since substances with close HSP values are characterized by high affinity. The accuracy of the performed calculations of the Hansen solubility parameters correlates with the experimental values of the critical dissolution temperature. It has been proven that the developed esters of dicarboxylic acids containing an aromatic ring dissolve polyvinyl chloride better than similar compounds of the aliphatic series. For comparison, the critical dissolution temperature of diphenoxyethyl adipate is 134 °C, and that of the corresponding butoxyethanol ester is 147 °C. Dynamic mechanical analysis (DMA) of the obtained products showed that all phenoxyethanol esters undergo transformation into a highly elastic state at temperatures above the glass transition temperature. It has been established that the physicomechanical properties of PVC compositions significantly depend on the molecular structure of the compounds under study. According to the obtained DMA data, esters of oxyethylated butanol are comparable in elastic modulus to industrial plasticizers DOP and DOA. Additionally, the effect of plasticizer content on the composition hardness according to Shore A was studied. It was found that the structure of ester molecules has a pronounced effect on this indicator. Thus, to achieve the reference hardness corresponding to the use of DOP (70 conventional units), the required amount of dibutoxy esters is 5.1% (DBES), 8.5% (DBEAz) and 18.6% (DBEG) less, whereas in the case of phenoxy esters, on the contrary, it is necessary to increase their share in the formulation from 9% to 22%. Consequently, dibutoxy esters of dicarboxylic acids demonstrate higher efficiency as plasticizers compared to aromatic analogues, although the latter have greater dissolving capacity.