CC BY
75
4. Askadskii A.A. Computational Materials Science of Polymers. Cambridge International Science Publishing, Cambridge. 2003. 695 p.
5. Ролдугин В.И., Серенко О.А., Гетманова Е.В., Кармишина Н.А., Чвалун С.Н., Музафаров А.М. Термодинамический анализ температуры стеклования систем полимер - гибридные наночастицы.//ДАН, 2013. Т. 449. № 5. С. 552-557.
6. Chen L., Zheng K., Tian X., Hu K., Wang R., Liu C., Li Y. , Cui P. Double Glass Transitions and Interfacial Immobilized Layer in in-Situ-Synthesized Poly(vinyl alcohol)/Silica Nanocomposites. // Macromolecules. 2010. V. 43. P. 1076 - 1082.
УДК 691.175.2
В.А. Запорников, В.С. Осипчик, А.А. Редькина, Г.А. Водовозов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИКАРБОНАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Исследована возможность переработки отходов производства сотового листа из поликарбоната методом литья под давлением и экструзии. Изучено влияние наполнителя на эксплуатационные и технологические свойства получаемых изделий. Установлено влияние наполнителя на физико-механические и эксплуатационные свойства получаемых композиций, обоснованы оптимальные условия проведения процесса переработки. Показано, что проведение процесса переработки в присутствии наполнителя позволяет снизить температуру процесса.
The possibility of recycling waste cellular sheet of polycarbonate by injection molding and extrusion. The effect of the filler on the service and processing properties of the resulting products. The effect of the filler on the physical, mechanical and service properties of the resulting compositions are grounded optimal conditions for the recycling process. It is shown that the processing of carrying out the process in the presence of the filler reduces the temperature of the process.
В настоящее время человечество производит огромное количество полимеров, по имеющимся данным оно превосходит объемы производства всех черных и цветных металлов вместе взятых, поэтому можно сказать, что на смену каменному, бронзовому и железному веку, пришел век полимерный. Соответственно количество отходов от этих полимеров тоже огромные. В связи с этим встает очень важный вопрос - как утилизировать эти отходы? Утилизация полимерных отходов это сложнейшая технологическая, экономическая и экологическая задача.
По данным статьи [1] видовой состав образующихся полимерных отходов представляет собой в основном отходы полиэтиленов высокой и низкой плотности (ПЭВП и ПЭНП соответственно), полиэтилентерефталата (ПЭТ), поливинилхлорида (ПВХ), полипропилена (1111) и поликарбоната (ПК).
Поликарбонат представляет наибольший интерес, это связано с комплексом его уникальных свойств - высокое сопротивление удару, высокая оптическая прозрачность и хорошие диэлектрические свойства, помимо этого поликарбонат имеет огромную стойкость к раскалыванию, которая в 250 раз выше, чем у безопасного стекла [2]. Благодаря комплексу этих свойств ПК находит широкое применение в различных областях производства, начиная от автомобилестроения и строительства, до авиации, сельского хозяйства и электротехнической промышленности. Помимо этого, производство ПК в России, по данным Росстат, в период с 2012 по 2013 год выросло на 8,5 % [3], что свидетельствует о его стабильном состоянии на рынке. Эксперты в этой области говорят о перспективах планомерного развития рынка поликарбоната в ближайшие несколько лет.
Анализ научно-технической литературы [2] показывает, что для утилизации полимерных отходов используются следующие основные виды переработки:
1. захоронение вместе с твердыми бытовыми отходами на свалках;
2. вторичная переработка на предприятиях в изделия методами литья под давлением и экструзии;
3. сжигание с получением энергии;
4. химическая переработка, называемая также сырьевой или «третичной» переработкой (деполимеризация).
Вторичная переработка является наиболее рациональной, поскольку она сохраняет максимальное количество продукта, но осуществить ее порой очень сложно из-за протекающих процессов деструкции, которые в свою очередь ведут к снижению эксплуатационных свойств материала. В частности, это касается поликарбоната, который существенно подвержен фотодеструкции, и к тому же температура переработки этого материала очень близка к температуре деструкции.
Целью настоящей работы является исследование возможности проведения процесса переработки отходов поликарбоната в изделия путем предварительного компаундирования и дальнейшего литья под давлением с использованием высокодисперсного алюмосиликатного наполнителя, диаметр сферических частиц которого составлял 5-7мкм. Эта проблема встает очень остро, если учитывать, что производство поликарбоната во всем мире и, в частности, в России ежегодно растет, к тому же поликарбонат обладает комплексом уникальных свойств и захоронение его отходов или тем более сжигание является попросту нецелесообразным.
Алюмосиликаты широко используются для создания полимерных композиционных материалов различного назначения, т.к. они обладают хорошей
адгезией к большинству полимеров, достаточной прочностью и к тому же снижают вязкость композиции [4], этот факт может способствовать увеличению производительности процесса. В качестве исходного материала использовались отходы от производства сотового поликарбонатного листа, которые предварительно измельчали на заводе до частиц с размером 5-6мм. Дисперсность материала соответствовала степени измельчения.
Прямую переработку отходов осуществить не представлялось возможным из-за сильного «проскальзывающего» эффекта и резкого снижения прочности расплава. Это, скорее всего, может быть связано с введением красителя при производстве, который вероятно снижает коэффициенты трения на стенках цилиндра и на шнеке, а также ускоряет протекающие в расплаве деструктивные процессы, что резко снижает производительность процесса.
Далее работу проводили в следующих направлениях:
1. возможность увеличения производительности процесса экструзии;
2. изучение влияния наполнителя на температуру процесса переработки;
3. исследование влияния наполнителя на физико-механические свойства полученных композиций.
Так, на первом этапе работы исследовалась возможность интенсификации процесса переработки методом экструзии. Для этой цели мы использовали высокодисперсный алюмосиликат, который подвергался предварительной сушке в печи муфельного типа при 700о С в течение 30 минут из-за своей высокой гигроскопичности. Далее просушенный алюмосиликат вводили в исходный поликарбонат в определенном массовом соотношении для приготовления суперконцетрата, который использовался в дальнейшем для приготовления смесей. Результаты анализа линейной скорости расплава, выходящего из головки экструдера, приведены на рис.1. Увеличение содержания алюмосиликата приводит к увеличению линейной скорости расплава более чем 20%, что согласуется с данными о снижении вязкости композиции, приведенными в работе [4].
о . о о. о
со
.
I-
о ^
о
0,06 0,058 0,056 0,054 0,052 0,05 0,048 0,046
0 12 3 4
Содержание алюмосиликата, %
Рис.1. Линейная скорость экструдата полимерного материала на основе поликарбоната
На втором этапе исследований было установлено, что при введении наполнителя в количестве от 0,1% удается понизить температуру переработки с 280-290° С до 260-270° С, что позволяет уменьшить энергозатраты при производстве примерно на 17%.
При проведении дальнейших испытаний изучалось влияние содержания алюмосиликатного наполнителя на физико-механические свойства получаемых композиций. Результаты этих исследований представлены на рисунках ниже.
о
Я см
со
¿г
100 99 98 97 96 95 94 93 92 91
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 Содержание алюмосиликата, %
Рис. 2. Зависимость ударной вязкости от содержания алюмосиликата
о
а> з
:т з
X
* I
§ £ ч: л
ф о.
68 67 66 65 64 63 62 61
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 Содержание алюмосиликата, %
Рис.3. Зависимость предела текучести при растяжении от содержания алюмосиликата
аз
ш
м
ср
¡3 со
о.
^ от ерш
о о
X
т о ср
54 53 52 51 501 49
0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 Содержание алюмосиликата, %
Рис.4. Зависимость прочности при разрыве от содержания алюмосиликата
Как видно из полученных данных, оптимальным количеством алюмосиликата является содержание 0,25%, т.к. при дальнейшем увеличении содержания наблюдается резкое снижение прочности при разрыве.
Проведенные исследования показывают возможность утилизации вторичного поликарбоната методами экструзии и литья под давлением с получением конечных изделий с повышенными эксплуатационными и технологическими свойствами, помимо этого показана возможность снижения температуры процесса.
Библиографический список
1. Сурков А.А., Глушанкова И.С., Балабенко Н.А. Синтез углеродных сорбентов из отходов поликарбоната методом химической активации // Фундаментальные исследования. — 2012. — № 9. — С. 171-175.
2. Ла Мантия Ф. Вторичная переработка пластмасс: пер. с англ.; под ред. Г.Е. Заикова. — СПб.: Профессия, 2006. — 396 с.
3. Рынок поликарбоната стабильно растет. — Режим доступа: http://carboglass.ru/news/744/ (дата обращения: 14.04.13).
4. Наполнители для полимерных композиционных материалов// Справочное пособие: пер. с англ. М.: Химия - 1981. - 116 с.
УДК 678.05
Н.К. Калинина, А.И. Сакина, В.С. Осипчик
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИНТЕРПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ХЛОРСУЛЬФИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
Работа посвящена исследованию некоторых свойств интерполимерных материалов на основе хлорсульфированного полиэтилена.
Work is devoted research some properties of the interpolymer materials based on chlorosulfo-nated polyethylenes.
Хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ) является наиболее доступным каучуком из хлорированных эластомеров. ХСПЭ обладает всеми положительными свойствами, присущими хлорированным полимерам: озоно-, атмосферо- и коррозионной стойкостью, высокими диэлектрическими, физико-механическими и динамическими свойствами изделий и продуктов из него. Материал характеризуется высоким сопротивлением к
