CC BY
32
УДК 678.742
Мжачих И.Е., Орозбекова ДР., Шель П.Н., Аристов В.М., Путилина П.М.
РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО ПОЛИСТИРОЛА
Мжачих Иван Евгеньевич, аспирант 2 года обучения кафедры технологии переработки пластмасс; Орозбекова Дарья Ратбековна, студентка 1 курса магистратуры кафедры технологии переработки пластмасс; Шель Павел Николаевич, студент 2 курса магистратуры кафедры технологии переработки пластмасс; Аристов Виталий Михайлович, д.ф.-м.н, профессор, заведующий кафедрой технологии переработки пластмасс, e-mail: aristov@muctr.ru;
Путилина Полина Максимовна, студентка 3 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9.
В работе изучено влияние модифицирующих добавок различной природы (Лапрол, Vistamaxx, СБС) на технологические отходы пленки биоксиальноориентированного полистирола после термоформования. Ключевые слова: модификация, вторичная переработка пластмасс, отходы БОПС пленки, полистирол, лапрол, vistamaxx, термоэластопласт (СБС).
DEVELOPMENT OF MODIFIED COMPOSITIONS BASED ON SECONDARY POLYSTYRENE
Mshatschix I.E., Orosbekova D.R., Schel P.N., Aristov V.M., Putilina P.M. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The influence of modifying additives of different nature (Laprol, Vistamaxx, SBS) on technological waste BOPS after thermoforming were studied in this work.
Key words: modification, recycling plastics, waste of bops film, ps, lapro, vistamaxx, thermoplastic elastomer (SBS).
В настоящее время широко применяют пищевую упаковку из полимерных материалов. Свою популярность полимерная упаковка приобрела в связи с доступностью, малым удельным весом, большим выбором форм и размеров, светопропускной способностью, окрашиваемостью, возможностью вторичной переработки.
Существенным образом повторное использование полимеров сказывается на уменьшении материальных затрат производства, так как при термоформовании упаковочной тары для пищевых продуктов образуются отходы, которые составляют порядка 30 %. Кроме того, по мнению многих потребителей, упаковка из полимеров, в лучшем случае, просто не нужна, а в худшем - это серьезная экологическая угроза. Поэтому вторичная переработка может как уменьшить затраты на энергию и расход материала на единицу продукции, так и послужит улучшению экологической ситуации [1-3].
С целью создания композиции на основе вторичного полистирола следует решить следующие задачи:
- изучить технологические, эксплуатационные, физико-механические свойства вторичного полистирола, образующегося после термоформования пищевой упаковки;
- выбрать оптимальный режим измельчения и гранулирования для достижения простоты повторной переработки материала;
- подобрать модифицирующие добавки и получить модифицированные композиции с улучшенными
свойствами; изучить свойства модифицированных композиций.
Идеально подходит для изготовления пищевой и промышленной упаковки биоксиально ориентированная полистирольная пленка (БОПС-пленка) - соэкструдированная полистирольная пленка, ориентированная в двух направлениях.
Для получения БОПС-пленки используют полистирол (ПС) со стирол-бутадиен-стирольным блок-сополимером (СБС) торговой марки Styrolux компании BASF. Применяют СБС для увеличения эластичности материала, предназначенного для термоформования. Термоформование - метод формования изделий из листов и пленок при температуре выше температуры размягчения Тр (высокоэластическое (ВЭ) состояние). При этом модуль упругости термопластов снижается, что приводит к уменьшению усилий, которые потребуются для формования.
При производстве изделий из листов и пленок методом термоформования образуется большое количество промышленных отходов (30-40 %). Выход готовой продукции производства примерно 40-70%. Однако он может быть увеличен до 96-98 % при непрерывном возврате отходов в производство пленки.
Для достижения поставленной цели были проведены исследования по разработке композиции на основе вторичного БОПС и модифицирующих добавок. Были получены и исследованы следующие композиции: ПС + вторичный БОПС + Vistamaxx различного состава; ПС+ вторичный БОПС + Лапрол
различного состава; ПС + вторичный БОПС + СБС различного состава.
Характеристики БОПС-пленки представлены в таблице 1.
У181ашахх - модификатор, состоящий из пропилена и распределенного в нем этилена. Модификатор имеет очень низкую вязкость, что позволяет использовать его для увеличения текучести при экструзии, сокращая время цикла и увеличивая производительность процесса. Характеристики Vistamaxx 8880 представлены в таблице 2.
Таблица 2. Характеристики Vistamaxx 8880
Наименование Единица Значения
показателей измерения
Плотность гс/см3 0,879
Содержание этилена % 6
Вязкость МПа 1200
Прочность при МПа 6,2
разрыве
Удлинение при % 1237
разрыве
Температура 0С 97
плавления
Температура 0С -22
стеклования
Модификатор Лапрол - продукт щелочной полимеризации окиси пропилена с глицерином с последующей фосфатно-сорбентной очисткой. В таблице 3 представлены характеристики Лапрол 373 на основании ТУ 2226-017-10488057-94.
Таблица 3. Характеристики Лапрол 373
Наименование показателей Значение Метод испытания
Гидроксильное число, мг КОН/г 430-480 ГОСТ 25261 и п. 4.2
Кислотное число, мг KOH/г, не более 0,20 ГОСТ 25210 и п. 4.3.ТУ
рН 5,5-7,5 ГОСТ 25241 и п. 4.6 ТУ
Содержание воды, макс., % 0,1 ГОСТ 14870 и п. 4.4 ТУ
Вязкость динамическая при 25 0С, МПа 400-500 ОСТ 6-05-422 и п. 4.5ТУ
СБС - стирол-бутадиен-стирольный каучук (СБС) относится к группе стирольных блоксополимеров, полученных путем
сополимеризации стирола, бутадиена и стирола для улучшения технологических и прочностных характеристик. Сегментированная и радиальная молекулярная структура позволяет ему иметь ту же гибкость и физические свойства, что и у обычной резины, но без процесса вулканизации. Кроме тогоСБС обладает достойными характеристиками упругости, текучести, стойкости к атмосферным воздействиям.
Таблица 4. Показатели текучести расплава композиций различных составов__
Композиция ПТР 200 0С/5 кг, г/10мин
Отходы БОПС 0,89
ПС 1,47
ПС+20%БОПС+3 %Лапрол 3,38
ПС+20%БОПС+5%Лапрол 3,59
ПС+20%БОПС+5%У1Б1атахх (одношнековый) 17,97
ПС+30%БОПС+5%У1Б1атахх (одношнековый) 15,08
ПС+40%БОПС+5%У1Б1атахх (одношнековый) 12,00
ПС+20%БОПС+5%У1Б1атахх (двушнековый) 6,77
ПС+30%БОПС+5%У1Б1атахх (двушнековый) 4,98
ПС+40%БОПС+5%У1Б1атахх (двушнековый) 4,00
ПС+20%БОПС+3%СБС (двушнековый) 1,59
ПС+20%БОПС+5%СБС (двушнековый) 1,80
ПС+20%БОПС+3 %У1Б1атахх +3%Лапрол (двушнековый) 2,78
Важной технологической характеристикой термопластичного полимера является показатель текучести расплава (ПТР). Результаты измерения ПТР для исходного ПС, вторичного БОПС и исследуемых композиций представлены в таблице 4. Анализ таблицы показывает, что ПТР исходного полистирола выше, чем ПТР вторичного БОПС после термоформования. Снижение текучести происходит возможно из-за процессов реструктуризации полистирола после переработки.
Первой задачей исследований было повысить текучесть вторичного БОПС. С этой целью во вторичный материал были введены различные модификаторы. Введение модификаторов Vistamaxx и Лапрол как отдельно, так и совместно, позволяет повысить текучесть отходов БОПС. Такая же тенденция наблюдается при добавлении блок-сополимер СБС. Влияние кратности переработки ПС на ПТР представлено на рисунке 1, из которого видно значительное увеличение ПТР уже после 3
Таблица 1. Характеристики БОПС пленки
Наименование показателей Единица измерения Значения
Плотность кгс/м3 105-110
Прочность при разрыве МПа 60-70
Проницаемость по водяным парам г/м2 за 24 часа 50-150
Проницаемость по кислороду 2 м атм за 24 часа 4500-6000
Проницаемость по С02 2 м атм за 24 часа 1200014000
Температура формования 0С 120-150
циклов, что связано с уменьшением молекулярной массы ПС из-за разрыва цепей макромолекул в результате термоокислительной и
термомеханической деструкций.
2,22
2,07
1,51
1,47
2,4 2,2 В 2
о
г? 1,8
U
н' l,s С
1,4 1,2
2 3 4
Кратность переработки
Рис.1. Влияние кратности переработки полистирола на показатель текучести расплава
Результаты исследования изменения прочностных свойств модифицированных композиций на основе вторичного БОПС приведены в таблице 5. Анализ таблицы показывает, что для композиции ПС+ БОПС+5% Vistamaxx прочность при разрыве немного, но повышается с увеличением содержания БОПС от 20% до 40% масс, что также может быть связано со сшиванием БОПС, которое происходило во время первичной переработки и эксплуатации. Добавление Лапрола к таким композициям приводит к значительному повышению прочности при разрыве. Вероятно, активные радикалы Лапрола служат совместителем модификаторов с полимерной матрицей ПС, что
позволило улучшить структурную морфологию композиции.
Таблица 5. Значение прочности при разрыве
Композиция Прочность на разрыв, МПа
БОПС 16,90
ПС+20%БОПС+5%Vista maxx 17,05
ПС+30%БОПС+5%Vista maxx 18,70
ПС+40%БОПС+5%Vista maxx 20,46
ПС+20%БОПС+3 %Vista maxx+3 %Лапрол 28,88
ПС+20%БОПС+3% СБС 28,40
ПС+20%БОПС+5% СБС 29,30
Таким образом, показано, что для повторной переработки материала необходимо введение добавок, повышающих текучесть и прочность материала.
Список литературы
1. Вторичная переработка пластмасс / Ф. Ла Мантия (ред.), пер. с англ. под. ред. Г. Е. Заикова — СПб.: Профессия. - 2006. - 400 с.
2. Клинков А.С., Беляев П.С., Соколов М.В. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов: Учебн. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та. - 2005. -80 с.
3. Шипинский В. Г. Оборудование и оснастка упаковочного производства: учебное пособие. - Минск: Вышэйшая школа. - 2015. - 382 с.
