Реологические исследования полимерной композиции на основе полипропилена и лузги подсолнечника Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 541.64:536

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛИМЕРНОИ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА И ЛУЗГИ ПОДСОЛНЕЧНИКА

© Р. Ю. Лаздин, И. Р. Аллаяров, А. С. Шуршина, В. П. Захаров*

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел.: +7 (347) 272 61 05.

*Email: zaharovvp@mail.ru

В работе исследованы вязкоупругие свойства расплавов композиционных материалов на основе первичного полипропилена марки Бален 01030. Высокодисперсные композиционные порошки на основе полипропилена и лузги подсолнечника получали методом совместного высокотемпературного измельчения. Реологические измерения расплава композиции проводили на модульном динамическом реометре Haake Mars III при 220 °С. Установлено, что введение до 40 мас. % наполнителя в полимерную композицию сопровождается только увеличением вязкости расплава полимера, но не приводит к увеличению его упругости. Данный факт позволяет утверждать, что наполненные лузгой подсолнечника композиции будут перерабатываться на уровне исходного полипропилена.

Ключевые слова: реология, осцилляционный режим, полипропилен, композиционные мате-

риалы.

Введение

Композиционные материалы, представляющие собой наполненные наполнителями растительного происхождения полимеры, находят широкое применение [1]. Использование композиционных матер иа-лов на основе природных наполнителей и полимеров позволяет решить как минимум две задачи - снизить стоимость продукции, а также придать биоразлагае-мость синтетическому полимеру. Это особенно важно в связи с тем, что, увеличивающийся спрос на пластмассовые изделия приводит к возникновению проблемы их утилизации, так как на сегодняшний день остро стоит проблема их захоронения на полигонах [2, 3].

Однако введение наполнителей может сказаться не только на свойствах композиционного материала, но и отразиться на способности материала к переработке. О влиянии наполнителя на свойства полимерного расплава можно судить по данным реологических исследований. Например, проведение испытаний в режиме осцилляции позволяет оценить по значениям модуля накоплений и потерь такой важный параметр, как упругость полимерного расплава. Важность этого определения связана с тем, что именно наличие у расплава упругости приводит к ухудшению перерабатываемости материала и возникновению дефектов.

В связи с этим целью работы являлось проведение реологических исследований полимерной композиции на основе полипропилена, наполненного природным наполнителем - лузгой подсолнечника.

Экспериментальная часть

В работе использовали первичный полипропилен (ПП) марки Бален 01030. В качестве наполнителя использовали лузгу подсолнечника без предварительного измельчения. Высокодисперсные ком-

позиционные порошки на основе ПП и лузги подсолнечника получали методом совместного высокотемпературного измельчения (упруго-деформационного измельчения (УДИ)) в условиях одновременного воздействия высокого давления и сдвиговой деформации в аппарате экструзионного типа с диаметром шнека 32 мм конструкции ИХФ РАН [4]. Температура в зонах сжатия, пластикации и измельчения составляла 180-180-70. Содержание наполнителя составляло от 6 до 40 мас. %. Высокодисперсные порошки с большим содержанием наполнителя данным методом получить не возможно.

Реологические измерения расплава композиции проводили на модульном динамическом реометре Нааке МагеШ при 220 °С. Для определения вязкоупругих характеристик материалов реологические испытания проводили в осцилляционном режиме при частоте осцилляции от 0.1 до 100 герц. Значение частоты осцилляции определялось как значение частоты, при которой значение модуля накоплений G', характеризующего упругую составляющую общего сопротивления системы течению, начинает превышать значение модуля потерь G", отражающего вклад вязкой компоненты.

Результаты и их обсуждение

На рис. 1 приведена кривая зависимости комплексной вязкости от частоты осцилляции для расплава ПП. Видно, что с увеличением частоты осцилляции значение вязкости закономерно уменьшается.

Обработка кривой представленной на рис. 1 в двойных логарифмических координатах позволяет оценить индекс п, характеризующий аномалию течения. Как видно из рис. 2, экспериментальные данные удовлетворительно спрямляются в двойных логарифмических координатах, а по значению тангенса угла наклона этой прямой может быть определен индекс п равный для образца ПП п =0.4.

О 20 40 60 80 100 120

Рис. 1. Зависимость комплексной вязкости расплава ПП от частоты осцилляции.

Введение наполнителя в полимерную композицию приводит к ряду последствий. Во-первых, для наполненных композиций характерно большее значение комплексной вязкости. При этом, чем больше наполнителя, тем выше располагаются прямые (так как вязкость расплава увеличивается), но характер аномалии не изменяется, так как прямые параллельны друг к другу. Таким образом, чем больше содержание наполнителя в системе, тем больше значение комплексной вязкости (рис. 3 а), но значение ин-

декса п (рис. 3б) неизменно, т.е. введение наполнителя не приводит к усилению аномалии вязкости, что, безусловно, является положительным фактором. а

Рис. 2. Зависимость комплексной вязкости расплава ПП от частоты осцилляции в двойных логарифмических координатах.

Определение зависимости модуля накоплений и потерь от частоты осцилляции показало, что

Рис. 3. Зависимость комплексной вязкости (а) и индекса п (б) от содержания наполнителя - лузги подсолнечника. Значение комплексной вязкости приведены для частоты осцилляции f = 0.01 Герц.

а)

б)

Рис. 4. Зависимость модуля накоплений и модуля потерь расплава ПП (а) и композиции на основе ПП и лузги подсолнечника 10 мас. % (б) от частоты осцилляции в двойных логарифмических координатах.

наполненные композиции характеризуются теми же значениями частоты :*, что и исходный ПП (рис. 4). Данный факт однозначно свидетельствует в пользу того, что наполнитель не влияет на упругие характеристики расплава полимера.

Таким образом, в ходе исследований было установлено, что введение до 40 мас. % наполнителя в полимерную композицию не приводит к увеличению упругости полимерного расплава, т.е. вязкая часть увеличивается, а упругая не изменяется, что, несомненно, является положительным фактором.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №17-43-020092).

ЛИТЕРАТУРА

1. Власенко Ф. С., Раскутин А. Е. // Труды ВИАМ. 2013. №8. С. 54-59.

2. Клинков А. С., Беляев П. С., Скуратов В. К., Соколов М. В., Однолько В. Г. Утилизация и вторичная переработка тары и упаковки из полимерных материалов: учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб.гос.ун-та, 2010. 100 с.

3. Ивановский С. К., Бахаева А. Н., Ершова О. В., Чупрова Л. В. // Успехи современного естествознания. 2015. №1. С. 813-817.

4. Akhmetkhanov R. M., Minsker K. S., Zaikov G. E. // Plast. masses. 2006. №8. P. 6-9.

Поступила в редакцию 09.10.2017 г.

RHEOLOGICAL STUDIES OF POLYMERIC COMPOSITION BASED ON POLYPROPYLENE AND SUNFLOWER HUSK

© R. Yu. Lazdin, I. R. Allayarov, A. S. Shurukhina, V. P. Zakharov*

Bashkir State University 32 Zaki Validi Street, 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

Phone: +7 (347) 272 61 05.

*Email: zaharovvp@mail.ru

Composite materials represented by polymers with phytogenesis fillers have broad application. However, introduction of fillers can affect not only base properties of composite material, but also its ability to be processed. It is possible to evaluate the influence of filler on properties of polymeric fusion by data of rheological studies. For example, with the help of oscillation mode tests, one can estimate elasticity of polymeric fusion. High elasticity of fusion leads to deterioration in processing of material and to appearance of defects. The vis-coelastic properties of the melts of composite materials based on primary polypropylene of the brand Balen 01030 were studied. High-dispersion composite powders based on polypropylene and sunflower husk were obtained by the method of joint high-temperature grinding. Rheological measurements of the melt of the composition were carried out on a modular dynamic Haake Mars III rheometer at 220 °C. It was found that the introduction to 40 wt. % of the filler in the polymer composition is only accompanied by an increase in the viscosity of the polymer melt, but does not increase its elasticity. The authors suppose that the compositions filled with sunflower husk will be processed at the same level as the initial polypropylene.

Keywords: rheology, oscillation mode, polypropylene, composite materials.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Vlasenko F. S., Raskutin A. E. Trudy VIAM. 2013. No. 8. Pp. 54-59.

2. Klinkov A. S., Belyaev P. S., Skuratov V. K., Sokolov M. V., Odnol'ko V. G. Utilizatsiya i vtorichnaya pererabotka tary i upakovki iz polimernykh materialov: uchebnoe posobie. Tambov: Izd-vo Tamb.gos.un-ta, 2010.

3. Ivanovskii S. K., Bakhaeva A. N., Ershova O. V., Chuprova L. V. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2015. No. 1. Pp. 813-817.

4. Akhmetkhanov R. M., Minsker K. S., Zaikov G. E. Plast. masses. 2006. No. 8. Pp. 6-9.

Received 09.10.2017.