Влияние малых добавок натурального каучука на реологические и физико-механические свойства полиэтилена низкой плотности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ХИМИЯ

УДК 621.798

Е. И. Алексеев, В. В. Янов, Л. А. Зенитова

ВЛИЯНИЕ МАЛЫХ ДОБАВОК НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ

И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ

Ключевые слова: полиэтилен, натуральный каучук, реология.

Рассмотрена возможность придания полиэтилену низкой плотности способности к биодеструкции путем смешения его с натуральным каучуком. Определено изменение основных физико-механических свойств до и после облучения ультрафиолетовым излучением в течении 72ч. Установлено, что происходит резкое снижение физико-механических свойств исследуемых смесей, которое, вероятно, вызвано сшивание натурального каучука под действием ультрафиолетового излучения.

Key words: polyethylene, natural rubber, rheology.

The possibility of giving low-density polyethylene biodegradability by mixing it with natural rubber. The change in the basic physical and mechanical properties before and after exposure to UV radiation during 72 hours. It is established that there is a sharp decline in physical and mechanical properties of the mixtures, which is probably due to cross-linking of natural rubber by the action of UV radiation.

Введение

Полиолефины, к которым относится полиэтилен и полипропилен, на сегодняшний день являются наиболее востребованными полимерами для производства широкого спектра продукции. Это связано с тем, что данные полимеры достаточно дешевы и легко перерабатываются всеми методами переработки термопластов [1, 2].

Однако в последние годы все острее встает вопрос утилизации полимерных отходов, которые достаточно устойчивы к биодеструкции. Имеется несколько подходов к решению данной проблемы, наиболее перспективным из которых является введение малых добавок веществ, способствующих повышению способности данных полимеров к биодеструкции микроорганизмами почвы после утилизации полимерных изделий, изготовленных из данных материалов [3, 4].

Большой практический интерес представляет оценка влияния малых добавок натурального каучука, который достаточно быстро подвергается биодеструкции в почве, на свойства такого крупнотоннажного полимера как полиэтилен низкой плотности (ПЭНП).

Экспериментальная часть

Объектом исследования являлся ПЭНП производства ПАО «Казаньоргсинтез», который широко используют для изготовления изделий различного назначения. В качестве добавок в ПЭНП был введен натуральный каучук в количестве 0,5; 1; 1,5; 3; 5 мас. % производства Вьетнам.

Смеси ПЭНП с натуральным каучуком получали на лабораторном двушнековом смесительном экструдере с повышением температуры смешения от 60оС на зоне загрузки до 190оС в экструзионной головке.

После кондиционирования образцов в течение 24ч., были проведены исследования по изучению

влияния УФ-излучения на реологические и физико-механические свойства данных композиций, т.к. в естественный среде данные полимерные композиции подвергаются воздействию не только микроорганизмов, обитающих в почве, но и воздействию солнечного света, который может оказать существенное влияние на способность исследуемых полимерных смесей к биодеструкции.

Для проведения исследований по оценке влияния УФ-облучения на исследуемые полимерные смеси ПЭНП с натуральным каучуком использована камера искусственного климата с

ультрафиолетовым облучением QUV 80-spray (Q-Lab Corporation, США) при следующих параметрах проведения эксперимента: мощность излучения 0,6Вт/м2, лампы УФ-света UVA-340 c преимущественным излучением в области 340нм, время экспозиции исследуемых образцов в камере 72ч.

Измерения показателя текучести расправа (ПТР) полимерных смесей проводили на экструзионном пластометре UGT-7100-MI (Gotech, Тайвань) при следующих условиях: нагрузка 2,16 кгс, температура экструзионной камеры 190оС.

Физико-механические испытания образцов проводили на универсальной испытательной машине UGT-AI7000-M (Gotech, Тайвань) на лопатках типа 1, отлитых на лабораторной литьевой машине, при скорости движения подвижного зажима 25 мм/мин.

Определение ударной вязкости по Шарпи проводили на ударном копре UGT-7045-MDL (Gotech, Тайвань) при скорости движения маятника 3,46 м/с, энергии удара маятника 5,5 Дж и расстоянии между опорами 60 мм.

Обсуждение результатов

Как показали проведенные реологические испытания полученных смесей и контрольных образцов, не подвергавшихся воздействию УФ-

облучения, ПТР у полимерных смесей после проведения УФ- облучения существенно снижается, что можно объяснить возможной сшивкой молекул каучука и возможно ПЭНП под действием УФ-излучения высокой интенсивности в течение достаточно длительного времени (рис. 1).

концентрация НК в смеси, % масс

Рис. 1 Показатель текучести расплава смеси ПЭНП-НК: 1 - контроль; 2 - после экспозиции 72 часа

При сравнении результатов физико-механических исследований данных полимерных смесей, можно видеть, что разрушающее напряжение и вязкость по Шарпи полимерных смесей после облучения также падает, при этом с увеличением экспозиции исследуемых образцов в камере снижение физико-механических свойств становится все более заметным (табл. 1).

Таблица 1 - Физико-механические свойства смеси ПЭНП-НК

Заключение

Таким образом, нами было показано, что добавление небольших количеств натурального каучука в полиэтилен высокой плотности снижает вязкость полимерной смеси, что способствует лучшей перерабатываемости материала, при этом возрастает скорость биодеструкции данных смесей за счет лучшего усвоения микроорганизмами питательной среды натурального каучука.

Литература

1. Новинский, Г.М. Влияние полимерных добавок на деформационно-прочностные и реологические свойства технологических отходов полипропилен-полиэтиленовых смесей/Г.М. Новинский, И.В.Никитина, А.В.Филатов, В.К.Крыжановский// Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). -2012. -№ 13. -С.42-45.

2. Галибеев, С.С. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен тенденции и перспективы/ С.С. Галибеев, Р.З. Хайруллин, В.П. Архиреев// Вестник Казанского технологического университета. -2008. -№2. -С.50-55.

3. Алексеев, Е.И. Перспективы использования биодеградируемых полимерных материалов для производства гибкой упаковки/ Е.И.Алексеев, Р.З.Хайруллин, В.В.Янов// Вестник технологического университета. -2015. -Т.18. -№15. -С.187-188.

4. Хайруллин, Р.З. Биодеструкция полимерных смесей полипропилен-полиамидоэфир/ Р.З. Хайруллин, А.В. Иванова, В.П. Архиреев// Вестник Казанского технологического университета. -2008. -№4. -С.83-88.

Концентрация НК в ПЭНП Разрушающее напряжение, МПа Вязкость по Шарпи, кДж/м2

до облучения после облучения до облучения после облучения

0 11,8 9,7 46,9 43,5

0,5 12,7 8,5 52,5 43,4

1 13,5 8,4 51,6 44,9

1,5 13,2 7,8 45,4 43,1

3 7,0 6,3 46,3 41,9

5 6,6 5,1 46,5 39,4

© Е. И. Алексеев - студент КНИТУ; В. В. Янов - доц. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ; Л. А. Зенитова -проф. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, zenit@kstu.ru.

© E. 1 Alekseev - student of KNRTU; V. V Yanov - Ph.D, associate professor of Department of Synthetic Rubber Technology of KNRTU; L. A. Zenitova - Ph.D, professor of Department of Synthetic Rubber Technology of KNRTU, zenit@kstu.ru.