Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences68187910.31857/S0207401X24080017Kinetics and mechanism of chemical reactions, catalysisКинетика и механизм химических реакций, катализResearch ArticleKinetics of thermal decomposition of polymethylmethacrylate in a carbon dioxide environmentКинетика термического разложения полиметилметакрилата в среде углекислого газаSalganskyE. A.СалганскийЕ. А.
Russian Federation
sea@icp.ac.ruSalganskayaM. V.СалганскаяМ. В.
Russian Federation
sea@icp.ac.ruGlushkovD. O.ГлушковД. О.
Russian Federation
sea@icp.ac.ruFRC of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии, Российской академии наукNational Research Tomsk Polytechnic UniversityНациональный исследовательский Томский политехнический университет150820244383901062025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/681879

A thermogravimetric analysis of the thermal decomposition of polymethylmethacrylate (PMMA) in a carbon dioxide flow was carried out. The kinetic constants of the process were determined. The heating rate of the sample varied over a wide range and amounted to 2, 5, 8, 20, 35 and 50 K/min. The values of the kinetic constants of PMMA decomposition were determined using the isoconversional method. For the degree of conversion of the substance from 10 to 90%, the values of activation energy for the thermal decomposition of PMMA vary in the range from 213.5 to 194.3 kJ/mol, and the values of the pre-exponential coefficient change in the range from 1.62 ⋅ 1016 to 6.85 ⋅ 1012 1/s. The average activation energy for the thermal decomposition of PMMA in a carbon dioxide flow was 206 kJ/mol.

Методом термогравиметрического анализа определены кинетические константы термического разложения полиметилметакрилата в потоке углекислого газа в широком диапазоне скоростей нагрева образцов (2–50 К/мин). Значения кинетических констант разложения определены по методу постоянных степеней превращения. Показано, что для степеней превращения вещества от 10 до 90% значения энергии активации термораспада ПММА изменяются в диапазоне 213.5–194.3 кДж/моль, а значения предэкспоненциального коэффициента – в диапазоне 1.62 · 1016– 6.85 · 1012 с−1. Среднее значение энергии активации термораспада ПММА в потоке углекислого газа составило 206 кДж/моль.

PMMATGAthermal decompositionkineticscarbon dioxideполиметилметакрилаттермогравиметрический анализтермическое разложениекинетикадиоксид углеродаМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian FederationM.K. Eriksen, J.D. Christiansen, A.E. Daugaard, et al., Waste Manag. 96, 75 (2019). https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.07.005Eriksen M.K., Christiansen J.D., Daugaard A.E. et al. // J. Waste Manag. 2019. V. 96. P. 75. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.07.005G.X. Xi, S.L. Song and Q. Liu, Thermochim. Acta 435 (1), 64 (2005). https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.05.005Xi G.X., Song S.L., Liu Q. // Thermochim. Acta. 2005. V. 435. № 1. P. 64. https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.05.005E.A. Salgansky and N.A. Lutsenko, Aerosp. Sci. Technol. 109, 106420 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.106420Salgansky E.A., Lutsenko N.A. // Aerosp. Sci. Technol. 2021. V. 109. № 106420. https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.106420E.A. Salgansky, A.Yu. Zaichenko, D.N. Podlesniy, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 16 (6), 1080 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122060094Салганский Е.А., Зайченко А.Ю., Подлесный Д.Н. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 11. С. 39. https://doi.org/10.31857/S0207401X22110097A.D. Pomogailo, A.S. Rozenberg and G.I. Dzhardimalieva, Russ. Chem. Rev. 80 (3), 257 (2011). https://doi.org/10.1070/RC2011v080n03ABEH004079Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Джардималиева Г.И. // Успехи химии. 2011. Т. 80. № 3. С. 272.E.A. Salganskii, V.P. Fursov, S.V. Glazov, et al., Combust. Explos. Shock Waves. 42, 55 (2006). https://doi.org/10.1007/s10573-006-0007-9Салганский Е.А., Фурсов В.П., Глазов С.В. и др. // Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 1. С. 65.E.A. Salganskii, V.P. Fursov, S.V. Glazov, et al., Combust. Explos. Shock Waves. 39 (1), 37 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022193117840Салганский Е.А., Фурсов В.П., Глазов С.В. и др. // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39. № 1. С. 44.B.P. Yur’ev and V.A. Dudko, Russ. J. Phys. Chem. B 16 (1), 31 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122010171Юрьев Б.П., Дудко В.А. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 17. https://doi.org/10.31857/S0207401X22010174V.N. Mikhalkin, S.I. Sumskoy, A.M. Tereza, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 16 (3), 318 (2022). https://doi.org/10.31857/S0207401X2208009XМихалкин В.Н., Сумской С.И., Тереза А.М. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0207401X2208009XA.M. Tereza, P.V. Kozlov, G.Ya. Gerasimov, et al., Acta Astronaut. 204, 705 (2023). https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2022.11.001Tereza A.M., Kozlov P.V., Gerasimov G.Ya. et al. // Acta Astronaut. 2023. V. 204. P. 705; https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2022.11.001M. Sieradzka, A. Mlonka-Mędrala and A. Magdziarz, Fuel. 330, 125566 (2022). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125566Sieradzka M., Mlonka-Mędrala A., Magdziarz A. // Fuel. 2022. V. 330. № 125566. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125566V.M. Gol’dberg, S.M. Lomakin, A.V. Todinova, et al., Russ. Chem. Bull. 59 (4), 806 (2010). https://doi.org/10.1007/s11172-010-0165-5Гольдберг В.М., Ломакин С.М., Тодинова А.В. и др. // Изв. АН. Сер. хим. 2010. № 4. С. 790.A.V. Zhuikov and D.O. Glushkov, Solid Fuel Chem. 56 (5), 353 (2022). https://doi.org/10.31857/S0023117722050115Жуйков А.В., Глушков Д.О. // ХТТ. 2022. № 5. С. 45. https://doi.org/10.31857/S0023117722050115H. Shen, H. Qiao and H. Zhang, Chem. Eng. J. 450, 137905 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137905Shen H., Qiao H., Zhang H. // Chem. Eng. J. 2022. V. 450. № 137905. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137905G.M. Nazin, V.V. Dubikhin, A.I. Kazakov, et al., Russ. J. Phys. Chem. B 16 (1), 72 (2022). https://doi.org/10.1134/S1990793122010122Назин Г.М., Дубихин В.В., Казаков А.И. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 48. https://doi.org/10.31857/S0207401X22010125C.F. Ramirez-Gutierrez, I.A. Lujan-Cabrera, L.D. Valencia-Molina, et al., Mater. Today Commun. 33, 104188 (2022). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104188Ramirez-Gutierrez C.F., Lujan-Cabrera I.A., Valencia-Molina L.D. et al. // Mater. Today Commun. 2022. V. 33. № 104188. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104188W. Kaminsky, M. Predel and A. Sadiki, Polym. Degrad. Stab. 85 (3), 1045 (2004). https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2003.05.002Kaminsky W., Predel M., Sadiki A. // Polym. Degrad. Stab. 2004. V. 85. № 3. P. 1045. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2003.05.002G. Lopez, M. Artetxe, M. Amutio, et al., Chem. Eng. Process. 49 (10), 1089 (2010). https://doi.org/10.1016/j.cep.2010.08.002Lopez G., Artetxe M., Amutio M. et al. // Chem. Eng. Process: Process Intensif. 2010. V. 49. № 10. P. 1089. https://doi.org/10.1016/j.cep.2010.08.002R.S. Braido, L.E.P. Borges and J.C. Pinto, J. Anal. Appl. Pyrol. 132, 47 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jaap.2018.03.017Braido R.S., Borges L.E.P., Pinto J.C. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2018. V. 132. P. 47. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2018.03.017B.J. Holland and J.N. Hay, Polymer. 42, 4825 (2001). https://doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00923-XHolland B.J., Hay J.N. // Polymer. 2001. V. 42. № 11. P. 4825. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00923-XM. Ferriol, A. Gentilhomme, M. Cochez, et al., Polym. Degrad. Stab. 79 (2), 271 (2003). https://doi.org/10.1016/S0141-3910(02)00291-4Ferriol M., Gentilhomme A., Cochez M. et al. // Polym. Degrad. Stab. 2003. V. 79. № 2. P. 271. https://doi.org/10.1016/S0141-3910(02)00291-4B.J. Holland and J.N. Hay, Thermochim. Acta. 388, 253 (2002). https://doi.org/10.1016/S0040-6031(02)00034-5Holland B.J., Hay J.N. // Thermochim. Acta. 2002. V. 388. № 1–2. P. 253. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(02)00034-5A. Bhargava, P. Hees and B. Andersson, Polym. Degrad. Stab. 129, 199 (2016). https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2016.04.016Bhargava A., Hees P., Andersson B. // Polym. Degrad. Stab. 2016. V. 129. P. 199. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2016.04.016A.Yu. Snegirev, V.A. Talalov, V.V. Stepanov, et al., Polym. Degrad. Stab. 137, 151 (2017). https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2017.01.008Snegirev A.Yu., Talalov V.A., Stepanov V.V. et al. // Polym. Degrad. Stab. 2017. V. 137. P. 151. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2017.01.008B.L. Denq, W.Y. Chiu and K.F. Lin, J. Appl. Polym. Sci. 66, 1855 (1997). https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19971205)66:10<1855::AID-APP3>3.0.CO;2-MDenq B.L., Chiu W.Y., Lin K.F. // J. Appl. Polym. Sci. 1997. V. 66. № 10. P. 1855. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19971205)66:10<1855::AID APP3>3.0.CO;2-ME.A. Salgansky, A.Yu. Zaichenko, D.N. Podlesniy, et al., Fuel. 210, 491 (2017). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.08.103Salgansky E.A., Zaichenko A.Yu., Podlesniy D.N. et al. // Fuel. 2017. V. 210. P. 491. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.08.103I.I. Amelin, E.A. Salgansky, N.N. Volkova, et al., Russ. Chem. Bull. 60 (6) 1150 (2011). https://doi.org/10.1007/s11172-011-0180-1Амелин И.И., Салганский Е.А., Волкова Н.Н. и др. // Изв. АН. Сер. хим. 2011. № 6. С. 1125.K. Miura and T. Maki, Energy Fuels. 12 (5), 864 (1998). https://doi.org/10.1021/ef970212qMiura K., Maki T. // Energy Fuels. 1998. V. 12. № 5. P. 864. https://doi.org/10.1021/ef970212qJ. Zhang, Z. Wang, R. Zhao, et al., Energies. 13, 3313 (2020). https://doi.org/10.3390/en13133313Zhang J., Wang Z., Zhao R. et al. // Energies. 2020. V. 13. № 13. P. 3313. https://doi.org/10.3390/en13133313J. Zhang, T. Chen, J. Wu, et al., RSC Advances. 4, 17513 (2014). https://doi.org/10.1039/c4ra01445fZhang J., Chen T., Wu J. et al. // RSC Advances. 2014. V. 4. № 34. P. 17513. https://doi.org/10.1039/c4ra01445fS. Vyazovkin, Molecules. 25, 2813 (2020). https://doi.org/10.3390/molecules25122813Vyazovkin S. // Molecules. 2020. V. 25. P. 2813. https://doi.org/10.3390/molecules25122813