Модификация вторичных полимеров для изготовления изделий различного функционального назначения

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.