CC BY
48
УДК 678.673
В.А.Запорников*, В.С. Осипчик, А.А. Редькина, А.И. Кочетков, Г.А. Павлова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125047, Москва, Миусская пл., д. 9 * e-mail: [email protected]
УЛУЧШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИКАРБОНАТА
В работе приводятся результаты исследований по модификации вторичного и исходного поликарбоната с целью повышения их технологических и прочностных свойств. Изучено влияние модификаторов на надмолекулярную структуру композитов.
Ключевые слова: поликарбонат; отходы; добавки; структура; свойства.
Сегодня в мире производится огромное количество полимеров. По имеющимся данным работы [1] оно превосходит объемы производства всех черных и цветных металлов вместе взятых, соответственно количества отходов тоже огромны, а основными полимерными отходами являются: полиэтилены низкой и высокой плотности, полипропилен, полиэтилентерефталат и поликарбонат (ПК).
Наибольший интерес, из представленных полимеров представляет поликарбонат. Это связано, в первую очередь, с комплексом его уникальных физико-химических свойств, например, таких, как высокая стойкость к ударным нагрузкам, прозрачность, теплостойкость и химстойкость, во-вторых, с достаточно широкой сырьевой базой и относительно невысокой стоимостью. Кроме этого, по данным Росстат, производство поликарбоната в России, за 20122013 год выросло на 8,5% [2], что свидетельствует о его стабильном состоянии на рынке. Поэтому можно сделать вывод о том, что количество отходов от производства изделий из поликарбоната будет только увеличиваться. В связи с этим, вторичная переработка ПК,с точки зрения экономики, является важной технико-экономической задачей, и помимо этого, важной экологической задачей, потому что утилизировать полимерные отходы путем их сжигания или захоронения - нерационально; этот полимер применяется во многих областях техники в качестве конструкционного материала [3, 4].
Однако, переработка поликарбоната сопровождается рядом трудностей, связанных, в первую очередь, с тем, что его перерабатывают при температурах, значительно превышающих температуру плавления и находящихся близко к температуре термодеструкции [4]. Другим является тот факт, что готовое изделие - это многокомпонентная система, включающая в себя
полимер, различные добавки и модификаторы, стабилизаторы, красители и др.
Целью настоящей работы явилось исследование процесса переработки отходов производства сотового листа из поликарбоната в изделия путем предварительного
компаундирования отходов производства с исходным сырьем, добавками и дальнейшей переработкой компаунда в изделия методом литья под давлением, а также исследование получаемых материалов.
Непосредственно переработать отходы производства не представлялось возможным из-за очень низкой вязкости и прочности расплава, даже при пониженных температурах (250-260 оС). Причиной этого, скорее всего, является введение красителя при производстве, который резко снижает коэффициент трения на стенках цилиндра и на шнеке и, возможно, ускоряет деструктивные процессы, протекающие в материале, что влечет за собой снижение производительности процесса. В дальнейшем отходы производства вводили в исходный поликарбонат в количестве 20 масс. %.
Поэтому при выполнении работы были поставлены следующие задачи:
1. Изучение влияния добавок на физико-механические и технологические свойства материала;
2. Исследование возможности повышения прочностных характеристик композиции за счет введения модификаторов.
В работе изучалось влияние модифицирующей добавки (МД) на физико-механические свойства композиции в интервале концентраций от 0,25 до 1 масс.%. Результаты исследования представлены в таблице 1.
Помимо этого было установлено, что при введении МД удается увеличить показатель текучести расплава, что коррелирует с данными, представленными в справочнике [5], а также
снизить температуру процесса переработки с 280290 оС до 260-270 оС, что,в свою очередь, снижает энергозатраты. Как видно из полученных данных, количество модификатора слабо влияет на прочностные свойства композиции, он скорее выступает в качестве структурного модификатора, о чем свидетельствуют снимки
микроструктуры,полученные на атомно-силовом микроскопе, представленные на рисунках 1 и 2.
Таблица 1
Физико-механические и технологические свойства композиций (ПК - исходный поликарбонат, ВПК -вторичный поликарбонат, МД - модифицирующая
добавка)
Композиция, масс.% А, кДж/м2 Ор, МПа °изг; МПа е, % ПТР, г/10 мин
ПК 97 52 70 105 9,0
ПК + 20% ВПК 90 50 65 50 10,0
ПК + 20 % ВПК + 0,25% МД 95 55 73 41 11,0
ПК + 20% ВПК + 0,5% МД 97 53 74 38 12,5
ПК + 20% ВПК + 1% МД 100 52 76 32 13,0
локализовывать микротрещины и тем самым предотвращать их дальнейший рост.
Также в работе было исследовано влияние функциональных добавок на свойства исходного поликарбоната. Исследовалось влияние МД совместно с функциональной добавкой (ФД).
На фотографии исходного поликарбоната видна характерная для него фибриллярная структура [6-8] с размерами фибрилл от 130 до 230 нм.
Рис. 2. АСМ фотография исходного поликарбоната
Механизм модифицирования заключается, по-видимому,наличием микрочастиц ФД в матрице поликарбоната, которые в момент разрушения способствуют образованию вокруг них сетки микротрещин и одновременно, эластично деформируясь, предотвращают образование магистральной трещины.
Таблица 2
Композиция А, кДж/м2 МПа е, % Физ^ Мпа ПТР, г /10 мин
ПК 95 52 105 70 9
ПК + 1% МД 100 57 105 70 7
ПК + 3% ФД 95 50 115 66 4
ПК + 3% ФД + 1% МД 110 65 95 67 10
10 15
(ДГП
Рис. 1. АСМ фотография поликарбоната, модифицированного МД
На АСМ фотографии модифицированного поликарбоната видны сферолиты радиального типа, что может свидетельствовать о росте степени кристалличности материала.
Увеличение ударной вязкости и предела текучести при введении МД обусловлено, по-видимому, тем фактом, что они способны
Из теории упрочнения хрупких полимеров следует, что эффект повышения ударной вязкости достигается лишь в том случае, если каждая частица модификатора будет способствовать локализации дошедшей до нее трещины [9]. Свойства полученной композиции представлены в таблице 2.
Выводы.
1. Удалось увеличить производительность процесса переработки вторичного поликарбоната,
а также снизить температуру переработки на 20-30 градусов.
2. За счет введения добавок удалось повысить прочностные свойства поликарбоната, а также удалось снизить технологическую усадку.
3. Установлены типы и размеры надмолекулярных образований композиционных материалов.
Запорников Вячеслав Андреевич аспирант кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Осипчик Владимир Семенович д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Редькина Александра Андреевна аспират кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Кочетков Александр Иванович студент кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Павлова Галина Александровна студентка кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Сурков А.А., Глушанкова И.С., Балабенко Н.А. // Фундам. исследования. 2012. № 9. С. 171-175
2. Рынок поликарбоната стабильно растет — Режим доступа: http://carboglass.ru/news/744/ (дата обращения: 04.12.13)
3. Петрова Г.Н., Бейдер Э.Я. // Рос. хим. журнал. 2010. Т. 54. Вып. 1. С. 41-45
4. Ла Мантия Ф. Вторичная переработка пластмасс. Пер. с англ. под ред. Г.Е. Заикова. СПб.: Профессия. 2006. 398 с.
5. Кац Г.С., Милевски Д.В. Наполнители для полимерных композиционных материалов. Пер. с англ. под ред. П.Г. Бабаевского. М.: Химия. 1981. 736 с.
6. Аскадский А.А. Деформация полимеров. М.: Химия. 1973. 440 с.
7. Козлов Г.В., Буря А.И., Сандитов Д.С., Сердюк В.Д., Липатов Ю.С. // Матер., техн., инструменты. 1999. Т. 4. № 2. С. 51-54
8. Алоев В.З. Закономерности формирования структуры и свойств одноосноориентированных полимерных материалов. Дис. на соискание ученой степени д.х.н. Нальчик: Кабардино-балкарская гос. сельхоз. академия. 2004. 383 с.
9. Тростянская Е.Б. Термопласты конструкционного назначения. М.: Химия, 1975. 240 с.
Zapornikov ViacheslavAndreevich*, Osipchik Vladimir Semenovich, RedkinaAlexandraAndreevna, Kochetkov Alexander Ivanovich, Pavlova Galina Alexandrovna
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia * e-mail: [email protected]
IMPROVEMENT OF TECHNOLOGICAL AND PHYSICAL-MECHANICAL PROPERTIES OF RECYCLED POLYCARBONATE-BASED
Abstract
The paper presents results of studies on the modification of the secondary source and polycarbonate to improve technological and strength properties. The effect of modifiers on the supramolecular structure of composites.
Keywords: polycarbonate; waste; additives; structure; properties.
