CC BY
12ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 57 (9) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2014
УДК 678.552
ЕА. Полякова, И.С. Коротнева, Б.С. Туров, КА. Мягкова
ВЫБОР ПОЛИМЕРНОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ СОЗДАНИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМОЙ
ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ
(Ярославский государственный технический университет) e-mail: elizaveta.ponomareva.91 @mail.ru; [email protected]
Осуществлен выбор полимерного связующего на основе водных дисперсий карбок-силсодержащих бутадиен-метилметакрилатных сополимеров для создания биодоступной композиции, обеспечивающий наилучшие показатели качества материала для декоративной лепки.
Ключевые слова: полимерная композиция, состав сополимера, пластификатор, прочностные характеристики
Вследствие увеличения количества полимерного мусора, оказывающего все более негативное влияние на мировую экологическую систему, в последние годы перспективы развития технологий в области полимеров связаны с разработкой и созданием биодеградируемых полимерных композиционных материалов, содержащих синтетическую матрицу и наполнитель природного происхождения.
Задачей данного исследования является разработка биодеградируемой полимерной композиции на основе природных и синтетических полимеров для декоративной лепки, обладающей хорошей пластичностью во время работы с ней, способной затвердевать на воздухе с сохранением формы и биодеградирующей после окончания срока эксплуатации изделий в условиях окружающей среды.
Наиболее широкое применение находят композиции на основе несахароподобных полисахаридов. Такие материалы сочетают свойства синтетического полимера и способность к биодеградации за счет присутствия в системе полностью биоразлагаемого природного компонента [1]. Такой подход к созданию биодеградируемых, экологически безопасных полимерных композиционных материалов является одним из наиболее перспективных ввиду доступности возобновляемых природных полимеров и широкого разнообразия синтетических.
Ранее было установлено [2], что в качестве наиболее эффективного сявязующего (по сравнению с водными дисперсиями поливинилацетата и
карбоксилсодержащего бутадиен-стирол-бутил-акрилат-метакриламидного графт-сополимера) для полимерной композиции может использоваться водная дисперсия карбоксилсодержащего бута-диен-метилметакрилатного сополимера (БМК). Свойства полимерной матрицы оказывают значительное влияние на эксплуатационные характеристики композиции, поэтому необходимо установить оптимальный состав сополимера, обеспечивающий наилучшие показатели качества материала для декоративной лепки. Для этой цели в работе синтезированы латексы сополимеров различного состава, которые были апробированы в качестве полимерной матрицы.
Синтез латексов проводился гетерофазной эмульсионной полимеризацией до высокой конверсии мономеров при температуре 30°С. Инициирование процесса осуществлялось в присутствии ронгалит-гидропероксидной окислительно-восстановительной системы. Для стабилизации эмульсии и образующейся полимерной дисперсии использовался Техароп К12 («Сс^1Ш». Германия). Кинетические зависимости процесса синтеза приведенные на рис. 1. В исследуемом диапазоне варьирования мономерного состава шихты с увеличением количества метилметакрилата (ММА) и уменьшением количества бутадиена-1,3 наблюдается незначительное увеличение выхода полимера, что объясняется различной активностью мономеров.
Синтез латексов проходил без образования коагулюма, с достаточной скоростью до высоких степеней превращения мономеров.
Рис. 1. Зависимость выхода сополимеров различного состава
(ММА:Бутадиен-1,3) от времени полимеризации: 1- 60:40; 2-50:50; 3 -40:60; 4 - 30:70; 5-20:80. а - Выход полимера;
t - время полимеризации Fig. 1. The dependence of copolymers yields of different composition (MMA:Butadiene-1,3) on the polymerization time: 1- 60:40; 2 - 50:50; 3 - 40:60; 4 - 30:70; 5 - 20:80. a -Polymer yield; t - time of polymerization
Свойства латексов, используемых для получения полимерной композиции, определяющиеся их коллоидно-химическими характеристиками, представлены в таблице.
Таблица
Коллоидно-химические характеристики синтезированных латексов
Примечание: а - выход полимера, о - поверхностное натяжение, 1] - условная вязкость, Dcp - средний диаметр частиц. Pi - адсорбционная насыщенность Note: а - polymer yield, о - surface tension, т| - conventional viscosity, Dcp - average particle diameter, Pi - adsorptive saturation
Из приведенных данных видно, что с изменением соотношения мономеров уменьшается средний диаметр частиц, несколько снижается адсорбционная насыщенность, практически не изменяется вязкость дисперсий.
Для обеспечения пластичности композиции и увеличения срока жизнеспособности материала (возможности формования изделий) в качестве пластификаторов используются глицерин и вазелиновое масло.
На основе всех синтезированных дисперсий при механическом смешивании указанных
компонентов были получены пластичные образцы полимерных композиций, застывающие в обычных условиях в течение суток, что является отличительной чертой нового материала для декоративной лепки. Для установления наиболее эффективного связующего полимерной композиции, изучены прочностные характеристики материалов, содержащих латексы с различным составом сополимера.
Рис. 2. Прочность композиций, содержащих сополимеры различного состава (ММА:Бутадиен-1,3): 1- 30:70; 2 -40:60;
3 — 50:50; 4 —60:40. о - Прочность на разрыв; N - номер образца
Fig. 2. The strength of compositions containing copolymers of different composition (MMA:Butadiene-1,3): 1- 30:70; 2 - 40:60;
3 - 50:50; 4 - 60:40. и - Tensile strength; N — sample number
Полимерная композиция, содержащая в составе латекс БМК-20, растрескивается при высыхании и не может использоваться для декоративной лепки. Наиболее высокими показателями прочности обладает полимерная композиция, содержащая латекс БМК-30 в качестве связующего, поэтому дальнейшие исследования проводились для материала именно с таким составом.
Для установления способности материала к биодеструкции образцы полимерной композиции были инкубированы в почву. Через 6 месяцев обнаружено сильное изменение цвета образцов, появление слоистой структуры и частичная фрагментация. В ходе проведения микроскопических исследований, выявлено, что на крахмальных зернах появились дефекты в виде трещин и углублений; в толще композиции обнаружены пустоты значительных размеров, что свидетельствует об использовании крахмальных зерен микроорганизмами в качестве источника питания. Для подтверждения экотоксикологической безопасности при утилизации методом захоронения была произведена биоиндикация с использованием кресс-салата в качестве тест-объекта, так как он имеет высокую отзывчивость на загрязнение среды. Семена салата были высажены на контрольный образец почвы и почву, зараженную образцами по-
Table. Colloid-chemical properties of synthesized latexes
Соотношение мономеров в шихте (ММА: бутадиен-1,3), масс. ч. а, % а, мН/м 1], с Dp, нм Pi, %
20:80 84 41,2 11,4 204 52,2
30:70 92 42,6 11,9 201 54
40:60 87 38,7 11,3 195 52,6
50:50 89 36,6 12,0 157 51,4
60:40 90 38,6 11,6 158 46,9
лимерной композиции, которые выдерживались в ней в течение 6 мес и фрагментировали в ней за этот срок. Установлено, что растения не отличались по морфологическим признакам, что доказывает безопасность захоронения материала в почве.
Таким образом, в результате исследования осуществлен выбор эффективного сявязующего для полимерной композиции, обеспечивающий высокие показатели качества материала для декоративной лепки. Установлена способность материала к биодеградации при его инкубировании в
почве. Исследования по биоиндикации подтверждают безопасность захоронения материала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bastioli C. In Degradable Polymers. Principles and Application. Eds G.Scott, D.Gilead. London: Champman & Hall. 1995. 112 p.
2. Высоковский A.C., Коротнева И.С., Комин A.B., Полякова Е.А. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2013. Т. 56. Вып. 12. С. 105-107;
Vysokovskiy A.S., Korotneva I.S., Komin A.V., Polyakova E.A. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 12. P. 105-107 (in Russian).
Кафедра химии и технологии биологически активных и высокомолекулярных соединений
УДК 631.812.12 : 66.022.384
С. Усманов, У. М. Тойпасова, Г. Т. Омарова, Э. Б. Козыбакова, Ш. Байбащаева, 3. С. Ашимханова
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ФОРМ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ
БИОУДОБРЕНИЙ
(Институт химических наук им. А.Б. Бектурова), e-mail: [email protected]
В данной статье предложена принципиальная технологическая схема получения фосфорсодержащего удобрения на основе фосфоритной муки фосфоритов Каратау, биопрепарата Ml и фосформобилизующих бактерий. Проведены исследования по определе-нию:прочности гранул; гигроскопичности и товарных свойств биоудобрений; жизнедеятельности фосформобилизующих микроорганизмов при хранении.
Ключевые слова: технология, фосфоритная мука, аммиачная селитра, фосформобилизующие бактерии, товарные свойства удобрений
ВВЕДЕНИЕ
Технология получения фосфорсодержащих удобрений сложна и требует больших энергетических затрат. При этом коэффициент использования пентаоксида фосфора из удобрений невысок и составляет всего 10-20 % от вносимого его количества в почву, остальная же его часть, реагируя с ионами Са2+, Ре3+ и др., переходит в нерастворимые в воде и недоступные для растений соединения. Во всем мире идет поиск путей удешевления процессов получения фосфорсодержащих удобрений и вовлечения в производство бедного фосфатного сырья [1].
Определяющим фактором в технологии получения и применения удобрений являются:
- высокая агрохимическая, экономическая и экологическая эффективность;
- простота технологического процесса;
- низкая себестоимость продукта;
- сыпучесть;
- транспортабельность;
- удобство внесения в почву.
Актуальным является создание энергоресурсосберегающей технологии переработки низкосортного фосфатного сырья фосфоритов Каратау с использованием энергии биопрепаратов и фосформобилизующих бактерий.
В данной работе рассмотрены теоретические основы принципиальной упрощенной технологической схемы получения гранулированных биоудобрений с низкой себестоимостью, обладающих хорошими товарными свойствами.
Так как основным компонентом биоудобрений является фосфоритная мука, необходимо
