Модификация вторичных полимеров для изготовления изделий различного функционального назначения

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 5. Модификация вторичного поликапроамида (ВПКА)

Выводы

 

1. Научно и технологически обосновано использование различных методов модификации для вторичных термопластов (ВПЭТФ, ВПЭНД и ВПКА), обеспечивших удовлетворительный комплекс свойств разработанных материалов.

2. Различными взаимодополняющими методами (РГА, ИКС, ДТА, оптическая микроскопия), доказана эффективность модификации вторичных полимеров, приводящая к изменениям в их структуре (росту степени кристалличности, размера кристаллитов, возникновению химических связей, увеличению молекулярной массы и плотности полимера).

3. Доказана возможность получения качественных мономерных продуктов в условиях химической деполимеризации ВПЭТФ, соответствующих ТУ на ЭГ и ТФК).

4. Обнаружен ярко выраженный эффект пластификации ВПЭТФ ДБФ и ПЭС-5 за счет их высокой термодинамической совместимости, приводящий к повышению ПТР с 8 до 28 г/10 мин, снижению Тпл. с 240 до 150 С, Тст. с 80 до 70 С.

5. Предложено использование БВ в качестве армирующего наполнителя для ВПЭТФ и ВПЭНД в измельченном состоянии с размером частиц волокна 0,5-1мм удельной поверхностью- 3,5 м2/г, пористость- 13%, рН поверхности- 7,5, обеспечивающие лучшее распределение компонентов в полимерной матрице и лучшие свойства ПКМ.

6. Разработана технологическая схема получения изделий из ВПЭТФ, наполненного измельченной отработанной БВ, методом литья под давлением.

7. Определены области применения разработанных модифицированных материалов и проведена апробация их в условиях эксплуатации (строительные изделия из ВПЭТФ, вешалки для одежды из ВПЭНД, шестерни для ткацких станков из ВПКА). Сравнение свойств разработанных материалов с аналогами показало их технико- экономические преимущества.

 

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

 

1. Абдуллаев, Р.А. Значение полимеров в народном хозяйстве / Р.А. Абдуллаев, К. Мадрахимов, С. Каххаров, К. Дадажанов // Матер. докл. Республ. науч.-практ. конфер. Наманган, 2003г.- Наманган: Наманг. инжен.-экон. ин-т, 2003.

2. Абдуллаев, Р.А. Перспективы использования полимеров в народном хозяйстве / Р.А. Абдуллаев, К. Мадрахимов, Г.П. Овчинникова // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: доклады Междунар. конф. «Композит- 2004». Саратов, 6-9 июля 2004г.- Саратов: СГТУ, 2004.- С. 138-139.

3. Абдуллаев, Р.А. Схема переработки модифицированного вторичного полиэтилентерефталата / Р. А. Абдуллаев, Г.П. Овчинникова, С.Е. Артёменко // Экологические проблемы промышленных городов: Сб. науч. трудов/ Сарат. гос. техн. ун-т.- Саратов, 2005.- С. 171-173.

4. Абдуллаев, Р.А. Пластификация вторичного полиэтилентерефталата для его повторного использования / Р.А. Абдуллаев, Г.П. Овчинникова, С.Е. Артёменко, К.А. Мадрахимов // Композиты XXI- века: доклады Междунар. симпозиума восточно-азиатских стран, Саратов, 20-22 сентября 2005г.- Саратов: СГТУ, 2005.- С. 135-137.

5. Абдуллаев, Р.А. Технология переработки модифицированного вторичного полиэтилентерефталата / Р.А. Абдуллаев, Г.П. Овчинникова, С.Е. Артёменко // Физико-химия процессов переработки полимеров: сб. материалов III- Всерос. науч. конф.(с междунар. участием).- Иваново: Иванов. хим.-технолог. ун-т, 2006.-С.69-70.

6. Абдуллаев, Р.А. Пластификация вторичного полиэтилентерефталата для его повторного использования / Р.А. Абдуллаев, Г.П. Овчинникова, С.Е. Артёменко // Вестник СГТУ.-2006.-№ 1. Вып.2.- С.82-85.

7. Абдуллаев, Р.А. Прогрессивная технология использования вторичного поликапроамида для текстильной промышленности / Р.А. Абдуллаев, Г.П. Овчинникова, С.Е. Артёменко // Текстильная промышленность.- 2006.- №7.- С. 2-3.

МОДИФИКАЦИЯ ВТОРИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ