Oxythermography for exploring the thermal stability of polymer materials: a novel analytical approach
- Authors: Zuev B.K.1, Zaitseva A.E.1, Korotkov A.S.1, Filonenko V.G.1, Rogovaya I.V.1
-
Affiliations:
- Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 79, No 7 (2024)
- Pages: 751-759
- Section: Articles
- Submitted: 31.01.2025
- URL: https://vestnikugrasu.org/0044-4502/article/view/650196
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044450224070072
- EDN: https://elibrary.ru/TNOIUG
- ID: 650196
Cite item
Abstract
The control of oxygen and carbon dioxide concentrations in an airflow released from a reactor, in which a sample is heated, can be used to investigate the thermal stability of polymer materials. This approach, known as oxithermography, involves analyzing experimental data (oxithermograms), representing the variation in oxygen concentration decrease and carbon dioxide appearance in an airflow with changing temperature conditions. This method allows for monitoring the effect of fillers introduced into polymer compositions on their thermal stability. The application of oxithermography to studying oxidative thermostability is demonstrated using pure polypropylene and polypropylene with titanium dioxide admixtures as examples.
Full Text

About the authors
B. K. Zuev
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences
Email: smile_mail@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow
A. E. Zaitseva
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences
Email: smile_mail@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow
A. S. Korotkov
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences
Email: smile_mail@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow
V. G. Filonenko
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences
Email: smile_mail@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow
I. V. Rogovaya
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: smile_mail@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow
References
- Haines P.J. Thermogravimetry / Thermal Methods of Analysis. Principles, Applications and Problems. Dordrecht: Springer Science Business Media, 1995. P. 22.
- Haines P.J. Wilburn F.W. Differential thermal analysis and differential scanning calorimetry / Thermal Methods of Analysis, Principles, Applications and problems. Dordrecht: Springer Science Business Media, 1995. P. 632.
- Зуев Б.К. Способ окситермографии. Патент РФ № 2411509. Заявка № 2010101137 от 15.01.2010, опубл. 10.02.2011.
- Роговая И.В., Зуев Б.К., Титова Т.В., Моржухина С.В., Сараева А.Е., Филоненко В.Г. Оптимизация условий определения органического вещества в воде “безреагентным” методом окситермографии и его применение для анализа природной воды // Журн. аналит. химии. 2016. Т. 71. № 10. С. 1069. (Rogovaya I.V., Zuev B.K., Titova T.V., Morzhukhina S.V., Saraeva A.E., Filonenko V.G. Optimization of conditions for the determination of the organic matter content of waters by reagentless oxithermography and its application to the analysis of natural waters // J. Anal. Chem. 2016. V. 71. № 10. P. 1022.) https://doi.org/10.1134/S1061934816100117
- Зуев Б.К., Филоненко В.Г., Нестерович Д.С., Поликарпова Р.Д. Определение гиалуроновой кислоты в водных растворах с использованием воздуха в качестве окислителя // Журн. аналит. химии. 2018. Т. 73. № 10. С. 763. (Zuev B.K., Filonenko V.G., Nesterovich D.S., Polikarpova P.D. Determination of hyaluronic acid in aqueous solutions using air as an oxidant // J. Anal. Chem. 2018. V. 73. № 10. P. 973.) https://doi.org/10.1134/S106193481810013
- Зуев Б.К., Коваленко Е.В., Кульбачевская Е.В., Оленин А.Ю., Ягов В.В. Определение концентрации нефтепродуктов и масел в пленках на повехности воды с помощью твердоэлектролитного анализатора // Журн. аналит. химии. 2001. Т. 56. № 5. С. 543. (Zuev B.K., Kovalenko V.V., Kul’bachevskaya E.V., Olenin A.Yu., Yagov V.V. Determination of the concentration of petroleum products and oils in films at the surface of water using a solid-electrolyte analyzer // J. Anal. Chem. 2001. V. 56. № 5. P. 481.) https://doi.org/10.1023/A:1016691423009
- Зуев Б.К., Поликарпова П.Д., Филоненко В.Г., Коротков А.С., Сараева А.Е. Пробоотбор и определение гиалуроновой кислоты на иммитаторе кожи человека методом окситермографии // Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74. № 4. С. 315. (Zuev B.K., Polikarpova P.D., Filonenko V.G., Korotkov A.S., Saraeva A.E. Sampling and determination of hyaluronic acid on a human skin imitator by oxithermography // J. Anal. Chem. 2019. V. 74. № 4. P. 410.) https://doi.org/10.1134/S1061934819030134
- Зуев Б.К., Новичков Р.В., Александрова Е.О., Оленин А.Ю. Получение и исследование состава поверхностного слоя химически модифицированных наночастиц диоксида кремния // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10. № 1–2. С. 45. (Zuev B.K., Novichkov R.V., Alexandrova E.O., Olenin A.Yu. Preparation and study of the surface-layer composition of chemically modified silica nanoparticles // Russ. Nanotechnol. 2015. V. 10. № 1–2. P. 53.) https://doi.org/10.1134/S1995078015010218
- Александрова Е.О., Новичков Р.В., Оленин А.Ю., Зуев Б.К. Формирование и исследование методом окситермографии привитого поверхностного слоя на частицах диоксида кремния // Журн. физ. химии. 2017. Т. 91. № 3. С. 513. (Aleksandrova E.O., Novichkov R.V., Olenin A.Yu., Zuev B.K. Formation of grafted surface layers on silicon dioxide particles and their investigation by means of thermoprogrammed oxidation // Russ. J. Phys. Chem. A. 2017. V. 91. № 3. P. 555.) https://doi.org/10.1134/S0036024417030013
- Зуев Б.К., Роговая И.В., Ларкович Р.В. Определение труднолетучих смолистых веществ в составе бензинов различных марок методом термоокислительной спектроскопии – окситермографии // Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. № 9. С. 792. (Zuev B.K., Rogovaya I.V., Larkovich R.V. Determination of poorly volatile resinous substances in the composition of gasolines of different brands by thermal oxidation spectroscopy–oxythermography // J. Anal. Chem. 2020. V. 75. № 9. P. 1147.) https://doi.org/10.1134/S106193482009018X
- Зуев Б.К., Дворкин В.И., Филоненко В.Г., Михайлова А.В., Бубнова И.А. Высокотемпературный сенсорный анализатор: определение труднолетучих органических примесей в растворителях // Журн.аналит.химии. 2007. Т. 62. № 9. С. 1000. (Zuev B.K., Dvorkin V.I., Filonenko V.G., Mikhailova A.V., Bubnova I.A. A High-temperature sensor analyzer: determination of difficult volatile organic impurities in solvents // J. Anal. Chem. 2007. V. 62. № 9. P. 903.) https://doi.org/10.1134/S1061934807090171
- Зуев Б.К., Оленин А.Ю. Твердоэлектролитный датчик как детектор для газохроматографического определения горючих примесей в воздухе // Журн. аналит. химии. 2006. Т. 61. № 2. С. 157. (Zuev B.K., Olenin A.Yu. Solid electrolyte sensor as a detector for gas chromatographic determination of combustible contaminants in air // J. Anal. Chem. 2006. V. 61. № 2. P. 147.) https://doi.org/10.1134/S1061934806020109
- Севастьянов В.С., Галимов Э.М., Бабулевич Н.Е., Тюрина Е.Н., Аржанников А.А. Оптимизация работы твердоэлектролитной ячейки на основе диоксида циркония в качестве окислительного реактора и хроматографического датчика // Электрохимия. Т. 45. № 6. 2009. С. 705. (Sevast’yanov V.S., Galimov E.M., Babulevich N.E., Tyurina E.N., Arzhannikov A.A. Optimizing zirconia–based solid electrolyte cell operated as oxidizing reactor and chromatographic sensor // Russ. J. Electrochem. 2009. V. 45. № 6. P. 662. https://doi.org/10.1134/S102319350906007X)
- Abbas-Abadi M.S., Van Geem K.M., Fathi M., Bazgir H., Ghadiri M. The pyrolysis of oak with polyethylene, polypropylene and polystyrene using fixed bed and stirred reactors and TGA instrument // Energy. 2021. V. 232. Article 121085. https://doi.org/10.1016/j. energy.2021.121085
- Mat-Shayuti M.S., Abdullah M.Z., Megat-Yusoff P.S.M. Thermal properties and morphology of polypropylene/polycarbonate/polypropylene-graft-maleic anhydride blends // MATEC Web Conf. 2016. V. 6. № 4. Article 03001. https://doi.org/10.1051/matecconf/20166903001
- Nguyen T.A., Ichise S., Kinashi K., Sakai W., Tsutsumi N., Okubayashi S. Spin trapping analysis of the thermal degradation of polypropylene // Polym. Degrad. Stabil. 2022. V. 197. Article 109871. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2022.109871
- Wang K., Addiego F., Bahlouli N., Ahzi S., Rémond Y., Toniazzo V., Muller R. Analysis of thermomechanical reprocessing effects on polypropylene/ethylene octene copolymer blends // Polym. Degrad. Stabil. 2012. V. 97. № 8. P. 1475. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2012.05.005
- Esmizadeh E., Tzoganakis C., Mekonnen T.H. Degradation behavior of polypropylene during reprocessing and its biocomposites: Thermal and oxidative degradation kinetics // Polymers. 2020. V. 12. № 8. Article 1627. https://doi.org/10.3390/polym12081627
- Naseem S., Wießner S., Kühnert I., Leuteritz A. Layered double hydroxide (MgFeAl-LDH)-based polypropylene (PP) nanocomposite: Mechanical properties and thermal degradation // Polymers. 2021. V. 13. № 19. Article 3452. https://doi.org/10.3390/polym13193452
- Furushima Y., Ota R., Ohkawa T. Isothermal thermogravimetric method using a fast scanning calorimeter and its application in the isothermal oxidation of nanogram-weight polypropylene // Thermochim. Acta. 2020. V. 694. Article 178804. https://doi.org/10.1016/j.tca.2020.178804
- Isaac N.A., Pikaar I., Biskos G. Metal oxide semiconducting nanomaterials for air quality gas sensors: operating principles, performance, and synthesis techniques // Microchim. Acta. 2022. V. 189. № 5. Article 196. https://doi.org/10.1007/s00604-022-05254-0
- Tian X., Cui X., Lai T., Ren J., Yang Z., Xiao M., Wang B., Xiao X., Wang Y. Gas sensors based on TiO2 nanostructured materials for the detection of hazardous gases: A review // Nano Mater. Sci. 2021. V. 3. № 4. P. 390. https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.05.011
- ГОСТ Р 56721-2015 Пластмассы. Термогравиметрия полимеров. М.: Стандартинформ, 2016. 9 с.
- Зуев Б.К. Способ исследования органических веществ, преимущественно характеристик окислительной термодеструкции органических полимеров. Патент РФ № 2794417. Заявка № 2022115230 от 06.06.2022, опубл. 17.04.2023.
Supplementary files
