Модификация вторичных полимеров для изготовления изделий различного функционального назначения (166157)

Посмотреть архив целиком

На правах рукописи



АБДУЛЛАЕВ Равшан Амонуллаевич




МОДИФИКАЦИЯ ВТОРИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ


Технология и переработка полимеров и композитов


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук












2007





ОБЩАЯ ХАРАТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы:

Неуклонный рост полимерных материалов неизбежно вызывает рост полимерных отходов. Среди них значительную долю занимают термопласты, способные к неоднократной переработке. Однако, их повторное использование не удовлетворяет повышенным техническим требованиям серийного производства из-за деструктивных процессов и сниженных свойств. Модификация вторичных полимеров способна обеспечивать повышение уровня их свойств. Но практическая реализация процессов получения и использования модифицированных термопластов затруднена из-за недостаточной изученности явлений, возникающих при их переработке: недостаточно сведений об изменениях структуры, возникновении новых функциональных групп, об образовании новых типов связей, о формировании комплекса новых физико-механических свойств. Именно поэтому проблема утилизации полимерных отходов полностью до сих пор не решена ни в одной стране мира. Поэтому использование вторичных полимеров, в частности, термопластов, является актуальной проблемой современности. Её решение будет способно обеспечить эффективное использование вторичных термопластов и прогнозировать конкретные области применения новых модифицированных материалов- не только с нужным уровнем свойств, но и более дешевых.

Цель работы:

выбор эффективных модификаторов вторичных термопластов для повышения комплекса свойств изделий, полученных на их основе.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить задачи:

исследовать влияние вида и количества модификаторов на свойства вторичных термопластов;

оценить с научной и технологической точек зрения используемые методы модификации;

различными методами оценить взаимосвязь структуры и свойств в модифицированных вторичных полимерах;

разработать технологическую схему переработки полимерных отходов;

произвести сравнительный анализ свойств разработанных материалов с традиционными для определения их пригодности в различных областях.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

разработаны эффективные методы модификации вторичных термопластов- ПЭТФ и ПЭНД, путем наполнения базальтовыми волокнами, которые обеспечивают их повторное использование в различных целях;

доказана возможность повышения комплекса свойств вторичных термопластов за счет изменений их структуры при модифицирующих воздействиях (рост степени кристалличности, размера кристаллитов, образование химических связей, увеличение плотности упаковки полимера);

обнаружена способность используемого для ВПЭТФ пластификатора (ДБФ, ПЭС-5) резко снижать температуру термоокислительной деструкции ВПЭТФ за счет высокого термодинамического сродства компонентов;

установлены под влиянием удлинителя цепи повышение молекулярной массы ВПЭТФ, повышение вязкости, и увеличение количества функциональных групп (-СООН).

Практическая значимость работы состоит в:

разработке технологической схемы переработки ВПЭТФ в изделия методом литья под давлением;

снижении экологической напряженности местности при повторном использовании полимерных отходов;

расширении сырьевой базы при изготовлении полимерных изделий за счет использования отходов;

использовании результатов исследований по модификации рецикловых полимеров в учебном процессе по специальности «Технология переработки пластмасс и эластомеров» в дисциплине «Экологические проблемы производств полимерных материалов»;

снижении себестоимости материала за счет использования для модификации ряда дешевых добавок и дешевых вторичных полимеров.

На защиту выносятся следующие основные положения:

методы эффективной модификации вторичных термопластов, обеспечивающие необходимый уровень свойств в изделиях различного функционального назначения;

результаты комплексных исследований по влиянию модификаторов на структуру и свойства модифицированных вторичных полимеров;

технология получения полимерных изделий на основе вторичных термопластов;

данные технико-экономического анализа от вовлечения в оборот полимерных отходов.

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждается комплексом независимых и взаимодополняющих методов исследования, стандартных методов испытаний технологических и физико-механических свойств.

Апробация результатов работы.

Результаты работы доложены на Международных и Всероссийских конференциях: III Международной конференции «Композит-2004» (Саратов, 2004), 3-ей Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2005), Международном симпозиуме Восточно-азиатских стран «Композиты XXI- века», Саратов- 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 статьи в центральных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и списка использованной литературы.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность за научные консультации по вопросам переработки и применения полимеров доценту кафедры «Химическая технология» Энгельсского технологического института СГТУ, к.х.н., Овчинниковой Галине Петровне.





СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Введение содержит обоснование актуальности темы, цели и задачи исследований, научную новизну и практическую значимость работы.


Глава 1. Литературный обзор


Проведен анализ литературы по современному состоянию проблемы создания КМ из вторичных полимеров и их модификации. Рассмотрены приоритетные технологии получения КМ путем их модификации, обобщен международный опыт создания таких материалов. Анализом и обобщением литературных данных установлено, что модификация вторичных полимеров приводит к улучшению свойств КМ на основе вторичных полимеров.


Глава 2. Объекты и методы исследования


В качестве объектов исследования были использованы:

вторичный полиэтилентерефталат (ВПЭТФ), в виде измельченных в флексы бутылок из-под напитков;

вторичный полиэтилен низкого давления (ВПЭНД), в виде измельченных отработанных изделий, в частности корпуса аккумуляторов;

вторичный поликапроамид (ВПКА), в виде стружек, образованных при механической обработке блочного полимера.

В качестве модификаторов использовались:

дибутилфталат (ДБФ), и полиэтилсилоксан (ПЭС-5), как пластификаторы;

эпоксидиановая смола ЭД-20, как удлинитель цепи ВПЭТФ;

некондиционная базальтовая вата (БВ), как наполнитель ВПЭТФ и ВПЭНД;

ПАВ (алкилбензосульфонат), как смачивающее вещество;

оксид цинка (Zn O), стеарат кальция ([CH3 (CH2)16 COO]2 Ca), как регуляторы структуры.

Исследования проводились с применением методов: термогравиметрического анализа (ТГА), инфракрасной спектроскопии (ИКС), рентгенографического анализа (РГА), оптической микроскопии (ОМ) и стандартных методов испытаний технологических, физико-механических свойств.

Экспериментальная часть работы


Глава 3. Модификация вторичного полиэтилентерефталата (ВПЭТФ)


Известные направления рециклинга вторичных термопластов (материальный и сырьевой рециклы),были использованы в работе для повторной переработки ВПЭТФ. В качестве модифицирующих методов для ВПЭТФ были избраны наполнение, пластификация, удлинение полимерной цепи, а также – химическая деполимеризация.


3.1 Исследование влияния наполнителей на свойства ВПЭТФ

Введение наполнителей в широком интервале концентраций всегда сопровождается изменением всего комплекса свойств полимерной матрицы. Эти изменения связаны с изменениями в структуре полимера на различных уровнях ее организации, происходящими при формировании наполненной системы.

В работе исследована модификация ВПЭТФ введением в качестве наполнителя базальтовой ваты. БВ в виде отходов потребления подвергалась механической деструкции с образованием в результате 10% армирующих волокон с размером 0,5-1мм, и 90% дисперсных частиц размером 45-60 мкм. При введении БВ все физико- механические свойства ВПЭТФ улучшились в 1,5-2 раза. Улучшение свойств ВПЭТФ объясняется структурными изменениями в полимере в присутствии наполнителя (рис.1). Распределяясь равномерно в среде полимерной матрицы, наполнитель ускоряет релаксационные процессы, повышает плотность упаковки образующихся структур, снижает уровень остаточных напряжений в полимере.


3.2 Исследование влияния вида и количества пластификаторов на свойства ВПЭТФ

Одним из самых сложных вопросов при повторном использовании ВПЭТФ является возможность его переработки на литьевом оборудовании. Перевод полимера в вязкотекучее состояние затруднен из-за высокого межмолекулярного взаимодействия и высокой вязкости, несмотря на имеющие место процессы гидролитической и термоокислительной деструкции полимера и падения его молекулярной массы. Поэтому требовалась пластификация ВПЭТФ.

В проведенных исследованиях количество пластификатора (ДБФ и ПЭС- 5) варьировалось от 10 до 40%.






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.