Библиографическое описание:

Литов К. М., Кувшинова С. А., Бурмистров В. А. Мезогенные модификаторы для вторичной переработки термопластов // Молодой ученый. — 2009. — №10. — С. 89-93.

Одним из наиболее осязаемых результатов антропогенной деятельности является образование отходов, среди которых отходы пластмасс занимают особое место в силу своих уникальных свойств. Производство пластических масс на современном этапе развития возрастает в среднем на 5 – 6% ежегодно и к 2010 году достигнет 250 млн.т. Их потребление на душу населения в индустриально развитых странах  за последние 20 лет удвоилось, достигнув 85 – 90 кг, к концу 2010 года эта цифра повысится на 45 – 50% [1]. Такая высокая популярность пластмасс объясняется их легкостью, экономичностью и набором ценнейших потребительских свойств. Пластики являются серьезным конкурентом металлу, стеклу, керамике. Например, при изготовлении стеклянных бутылей требуется на 21% больше энергии, чем на пластмассовые [2].

Но наряду с этим возникает проблема с утилизацией отходов, появляющихся в результате использования продукции полимерной промышленности. В России к концу 2010 года полимерные отходы составят больше 1 млн.т., а процент их использования до сих пор мал. Учитывая специфические свойства полимерных материалов (они не подвергаются гниению, коррозии), проблема их утилизации носит, прежде всего, экологический характер. Однако в настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов обретает актуальное значение не только с позиции окружающей среды, но и связана с тем, что в условиях дефицита полимерного сырья пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом. Использование отходов полимеров позволяет существенно экономить первичное сырье (прежде всего нефть) и электроэнергию [3].

Основное количество отходов уничтожают захоронением в почву или сжиганием. Однако уничтожение отходов экономически не выгодно и технически сложно. Кроме того, захоронение, затопление и сжигание полимерных отходов ведет к загрязнению окружающей среды, к сокращению земельных угодий (организация свалок) и т.д. [4]. При сжигании происходит образование сажи от неполного сгорания полимерных продуктов, выделение токсичных газов и, следовательно, повторное загрязнение воздушного и водного бассейнов, быстрый износ печей за счет сильной коррозии [4]. Тем не менее и захоронение, и сжигание продолжают оставаться довольно широко распространенными способами уничтожения отходов пластмасс.

В настоящее время наиболее приемлемой как с экологической, так и с экономической точек зрения является вторичная переработка отходов полимерных материалов [5].

В процессе переработки и эксплуатации материалы подвергаются воздействию высоких температур, сдвиговых напряжений, тепло- и фотоокислительной деструкции, что приводит к появлению активных групп, которые при последующих переработках способны инициировать реакции окисления. Поэтому вторичное сырье следует подвергать модификации, основная цель которой – ингибирование повторной деградации высокомолекулярных соединений, создание однородного по структуре материала с воспроизводимыми свойствами, улучшение качества и повышение срока службы изделий из него.

Учитывая хорошую совместимость с полимерами и высокую светотермостабилизирующую эффективность, которая в некоторых случаях проявляется уже на стадии переработки, нами было проведено исследование возможности использования в качестве модификаторов при вторичной переработке одних из наиболее многотоннажных и широко применяемых термопластов, а именно полиэтилена высокого давления (ПЭВД) и поливинилхлорида (ПВХ), некоторых жидкокристаллических соединений. Ниже приведены структурные формулы потенциальных модификаторов.

Модификаторы для вторичной переработки ПВХ

4-(2,3-эпоксипропокси)-4-цианобифенил

4-пропилокси-4’-(2,3-эпоксипропокси)азобензол

Модификаторы для вторичной переработки ПЭВД

4-(4’-ундецилоксибензоилокси)коричная кислота

 

4-гидроксигексилокси-4-цианоазоксибензол

4-гидроксигексилокси-4’-цианоазобензол

Методики синтеза, структурная и мезоморфная идентификация объектов исследования приведены в работах [6-8].

Для вторичной переработки использовали неустранимые технологические отходы ПЭВД и ПВХ.

Сравнение проводили с известным и широко используемым промышленным модификатором Вигостаб БЦ (для вторичного ПВХ), а также с немодифицированными композициями (для вторичного ПЭВД). Мезогенные соединения вводили в полимерные композиции в количестве 0,2 и 0,4 масс.ч. на 100 масс.ч. ПВХ или ПЭВД, промышленный стабилизатор – 1 масс.ч на 100 масс.ч. полимера. Эффективность мезогенных модификаторов оценивали по величине разрушающего напряжения при растяжении и относительного удлинения при разрыве. Результаты физико-механических испытаний образцов приведены в табл. 1 и 2.

При вторичной переработки ПЭВД без модификаторов происходит снижение относительного удлинения в среднем на 60% (табл.1). Причиной этого может быть наличие гель-фракции во вторичном ПЭВД, которая выполняет функцию активного наполнителя полимерной матрицы. Наличие такого «наполнителя» является причиной появления значительных напряжений, следствием чего является повышение жесткости и хрупкости  материала, снижение стойкости к растрескиванию и эластичности. При введении мезогенных модификаторов при первичной переработке ПЭВД происходит увеличение относительного удлинения в среднем на 40%. Эта тенденция сохраняется и при вторичной переработке, при которой относительное удлинение увеличивается почти в 2 раза по сравнению с контрольным образцом (табл.1).

Сравнение результатов физико-механических испытаний образцов вторичных ПВХ пленок показало (табл.2), что жидкокристаллические модификаторы позволяют достичь хороших показателей как по прочности, так и по эластичности материала, причем их концентрация при этом может быть в 5 раз ниже по сравнению с промышленным стабилизатором.

 


Таблица 1

Результаты испытаний вторичного ПЭВД

 

Соединения

из первичного ПЭВД

из вторичного ПЭВД

разруш. напряж. при разрыве, МПа

относит. удлин. при растяж., %

разруш. напряж. при разрыве, МПа

относит. удлин. при растяж., %

Плёнка без добавок (к)

11,25

375

9,3

218,5

0,2 м.ч. на 100 м.ч. ПЭВД

11,35

491,5

 

 

0,4 м.ч. на 100 м.ч. ПЭВД

12,55

480

10,15

400

0,2 м.ч. на 100 м.ч. ПЭВД

13,8

481,5

10,85

400

0,4 м.ч. на 100 м.ч. ПЭВД

9,6

311,5

9,25

78,5

0,2 м.ч. на 100 м.ч. ПЭВД

12,35

538

10,5

413

0,4 м.ч. на 100 м.ч. ПЭВД

13,05

546,5

 

 

 

Таблица 2

Результаты испытаний вторичного ПВХ

 

 

Соединения

пресс., вдоль

с вальцев, без прессования

разруш. напряж. при разрыве, МПа

относит. удлин. при растяж., %

вдоль

поперёк

разруш. напряж. при разрыве, МПа

относит. удлин. при растяж., %

разруш. напряж. при разрыве, МПа

относит. удлин. при растяж., %

Исходная плёнка

 

 

35,2

214

34,0

250

Плёнка без добавок (к)

30,7

230

30,9

235

28,2

175

Вигостаб БКЦ 1м.ч. на 100 м.ч. ПВХ

29,7

245

34,5

220

26,9

180

0,1 м.ч. на 100 м.ч. ПВХ

28,9

190

29,9

196

26,5

160

0,2 м.ч. на 100 м.ч. ПВХ

30,4

222

27,8

220

27,8

210

0,1 м.ч. на 100 м.ч. ПВХ

 

 

29,2

200

27,1

190

0,2 м.ч. на 100 м.ч. ПВХ

 

 

32,0

225

28,2

200


Литература

1.      Пономарева В.Т., Лихачева Н.Н., Ткачик З.А. Использование пластмассовых отходов за рубежом // Пластические массы. 2002. №5. С.44-48.

2.      Вторичные ресурсы: проблемы, перспективы, технология, экономика: Учеб.пособие / Г.К.Лобачев, В.Ф.Желтобрюхов и др.; Волгоград, 1999. 180с.

3.      Бобович Б.Б. Утилизация отходов полимеров: Учебное пособие. М., 1998. 62с.

4.      Милицкова Е.А. Рециклы отходов // научные и технические аспекты охраны окружающей среды: Обзорная информ. / ВИНИТИ. М., 1997. №3. С.52-70.

5.      Ла Мантия Ф., Вторичная переработка пластмасс / пер.с англ. под ред. Г.Е. Заикова. СПб.: Профессия, 2006. 400с.

6.      Кувшинова С.А., Бурмистров В.А., Алтунина А.Е., Койфман О.И. 4-(2,3-эпоксипропокси)-4’-цианобифенил, проявляющий свойства светотермо стабилизаторов ПВХ // Патент РФ №2313518, Б.И. №36 от 27.12.2007.

7.      Кувшинова С.А., Бурмистров В.А., Койфман О.И. 4-(2,3-эпоксипропокси)-4’-пропилоксиазоксибензол, проявляющий свойства светотермо стабилизаторов поливинилхлорида // Патент РФ №2284318, от 27.09.2006.

8.      Кувшинова С.А., Фокин Дм.С., Новиков И.В., Литов К.М., Бурмистров В.А., 4-(4’-алкоксибензоилокси)коричные кислоты: синтез, полиморфизм, применение // Жидкие кристаллы и их практическое использование, Вып. 3(25). 2008. С.5-12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle