ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СИНТЕТИЧЕСКИХ И БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРОВ, С ЦЕЛЬЮ ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИ В ПИЩЕВОЙ ОТРАСЛИ

Введение

На сегодняшний день крупные страны, стараясь решить проблемы безопасности и экологичности упаковочных материалов, всё чаще задумываются о создании и использовании инновационных полимерных материалов, которые отвечали бы всем параметрам безопасности при хранении и транспортировке товара, а также современным критериям экологичности материала. Ускоренному распространению технологий производства таких материалов для упаковки способствует соответствующее общественное мнение и законодательные способы воздействия и регулирования.

Сегодня ведущие университеты мира занимаются активной разработкой и внедрением биоразлогаемых упаковочных материалов. В России об этой упаковке информации практически нет, как нет своих производителей [1-2].

По определению Международной организации по стандартизации биоразлагаемые пластики это полимеры, разложение которых происходит под воздействием бактерий, грибков и водорослей. Понятно, что применение таких пластиков минимизирует вредное воздействие на экологию окружающей среды. Несмотря на то, что стоимость такой упаковки больше обычной, многие крупные розничные сети, супермаркеты переходят на упаковку из био-разлагаемых материалов.

Биоразлогаемые полимеры сохраняют эксплуатационные свойства только в течение периода потребления и использования [2-4]. Срок жизни биоразлагаемых полимеров, как правило, составляет до нескольких месяцев. Считается, что биоразлагаемые материалы по своим свойствам схожи с синтетическими полимерами [3-5]. Поэтому они способны заменить пластмассы, полимерные пленки и другие упаковочные материалы. Упаковка из биоразлагаемых полимерных материалов в отличие от синтетической полимерной упаковки обладает рядом преимуществ, заключающихся в легкости вторичной переработки и решении экологических проблем. Именно поэтому изучение свойств биополимеров является актуальным научным направлением [3, 6, 7].

Цель работы - исследование физико-механических характеристик биоразлагаемых и синтетических полимеров, для актуализации замены синтетических упаковочных материалов, на более экологичные.

Материалы и методы

В ходе проведения экспериментальных исследований были изучены свойства биополимеров на основе полилактидов (PLA) различных

китайских производителей, обозначенные в работе под номерами: № 1-4 и № 5. В экспериментальной части работы проведен сравнительный анализ физико-механических характеристик биоразлагаемых материалов и наиболее широко используемых синтетических полимерных материалов - полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и полипропилена (ПП). В ходе исследования использовались следующие методики: методика испытания полимерных пленок на растяжение согласно ГОСТ 14236-81 «Пленки полимерные. Метод испытания на растяжение». Определение водопоглощения проходило согласно ГОСТ 4650-2014 (ISO 62:2008) «Пластмассы. Методы определения водопоглощения». Определение стойкости к проколу проводилось по ГОСТ 12.4.118-82 «Пленочные полимерные материалы и искусственные кожи для средств защиты рук. Метод определения стойкости к проколу». Исследование теплофизических характеристик и состава биоразлагаемых полимеров методом синхронного термического анализа проводилось согласно ISO 11357 «Пластмассы. Дифференциальная сканирующая калориметрия».

Результаты и обсуждение

Результаты экспериментального исследования по водопоглощению анализируемых образцов представлены в таблице 1.

Таблица 1 .

Результаты испытаний полимерных материалов по показателям водопоглощения

Table 1.

Results of tests of polymer materials on water аbsоrрtiоn indicators

Анализ полученных результатов показал, что максимальная водопоглощающая способность отмечена у образцов PLA № 2. Кроме того, в ходе исследования на водопоглощение полимерных материалов было установлено, что данный показатель в целом выше у био-разлагаемых материалов, чем у синтетических. Это позволяет сделать вывод о том, что биополимеры более сильно подвержены разложению в водных средах, в сравнении с синтетическими полимерными материалами [8, 9].

Образец Sample Водопоглощение, C, % Water absorption, C, %

PLA № 1 7,94423

PLA № 2 10,32531

PLA № 3 9,48361

PLA № 4 9,28450

PLA № 5 5,70109

ПЭНП 9,87996

ПП 2,98851

Результаты испытания исследуемых образцов по показателю стойкости к проколу представленные в таблице 2.

Таблица 2. Результаты испытаний полимерных материалов по показателям стойкости к проколу

Table 2.

Results of tests of polymer materials in terms of puncture resistance

В результате исследования было установлено, что стойкость к проколу биоразлагаемых и синтетических материалов сопоставима, а в

некоторых случаях и незначительно выше, следовательно, рассматриваемые образцы поли-лактидных материалов могут найти практическое применение для получения транспортной упаковки, а так же в производстве упаковочных материалов для пищевой продукции [1, 3, 10, 11].

Результаты прочностных характеристик исследуемых образцов полимерных материалов представлены в таблице 3. Испытание образцов на растяжение проводилось в двух направлениях - поперечном и продольном.

Анализ полученных результатов (таблица 3) показал, что максимальные значения растяжения материала (при поперечном направлении) отмечены у синтетического полимера ПЭНП. Максимальные значения растяжения материала (в продольном направлении) характерны для образца PLA № 2. Из этого можно сделать вывод, что полилактидные пленки ориентированы в двух направлениях, но в поперечном направлении прочность полилактидных материалов при разрыве выше. Полилактидные плёнки очень эластичны, хорошо тянутся и практически не уступают по данному параметру синтетическим полимерным материалам [2, 6, 12].

Образец Усилие Нормальное

Sample прокола, H Piercing force, H растягивающее напряжение при проколе а, Мпа Normal tensile stress at the puncture a, MPa

PLA № 1 1,057 1,057

PLA № 2 0,637 0,637

PLA № 3 1,35 1,35

PLA № 4 0,547 0,547

PLA № 5 0,509 0,509

ПЭНП 0,713 0,713

ПП 0,509 0,509

Таблица 3.

Результаты испытаний полимерных материалов по деформационно-прочностным показателям

Table 3.

Results of tests of polymer materials on deformation and strength indicators

Образец Sample Прочность при растяжении, МПа Относительное удлинение, % Прочность при разрыве, МПа Относительное удлинение при разрыве, %

Tensile strength, MPa Relative elongation, % Tensile strength, MPa Relative elongation at break, %

поперечное направление transverse direction

PLA № 1 2,16 18,964 0,91 35,153

PLA № 2 2,7 5,638 0,77 45,974

PLA № 3 6,21 6,708 4,1 9,336

PLA № 4 2,22 5,45 1,39 11,626

PLA № 5 1,6 4,45 0,45 20,584

ПЭНП 4,84 14,968 1,78 26,087

ПП 4,01 2,24 1,16 41,261

продольное направление longitudinal direction

PLA № 1 1,4 8,3 0,38 32,283

PLA № 2 3,64 10,01 1,01 20,597

PLA № 3 8,6 8,27 2,11 34,56

PLA № 4 2,73 11,12 1,33 18,049

PLA № 5 2,7 18,73 0,946 25,08

ПЭНП 4,7 39,84 2,43 45,902

ПП 1,99 3,764 0,53 20,533

Изучение теплофизических характеристик биоразлагаемых материалов и их состава проводили методом термогравиметрической и дифференциально-сканирующей колориметрии (ТГ и ДСК) на приборе синхронного термического анализа STA 449 F3 Jupiter (NETZSCH, Германия).

Для проведения испытания, образцы исследуемого материала помещали в алюминиевый тигель. Тигель с образцами материала закрывали крышкой и устанавливали на держателе прибора с термопарой типа S чувствительностью 1 мкВт. По заданной температурной

программе (нагрев от 30 до 600 °C со скоростью 10 °С/мин) проводили испытание в атмосфере аргона (20 мл/мин). При помощи электронной системы и пакета программ NETZSCH-Proteus осуществлялся контроль и сбор данных. Анализ данных выполнялся в программе Proteus Analysis [1,13]. Кривые синхронного термического анализа образца «PLA № 1» представлены на рисунке 1, образца «PLA № 3» представлены на рисунке 2.

На ДСК-кривой отмечено несколько эндотермических пиков. Пик при 42,9 °С характеризует удаление из образца легколетучих компонентов, к которым могут относиться вода, растворители и ряд других веществ. Данная кривая имеет два пика плавления (пики при 145,1 и 161,3 °С). Остальные указанные пики соответствуют стадиям разложения органических компонентов, входящих в состав полилактид-ных материалов.

Рисунок Figure 1.

1. Кривые синхронного термического анализа образца «PLA № 1» Curves of synchronous thermal analysis of the sample "PLA No. 1"

Рисунок Figure 2.

2. Кривые синхронного термического анализа образца «PLA № 3» Curves of synchronous thermal analysis of the sample "PLA № 3"

На кривой производной по термогравиметрической кривой (ДТГ-кривой) выделено четыре пика разложения (пики при 40,1; 324,7; 377,4 и 513,0 °С). Пик с вершиной при температуре 40,1 °С характеризует удаление из образца легколетучих компонентов (соответствующая потеря массы, установленная по термогравиметрической кривой (ТГ-кривой), составляет 0,79%). При 270,7 °С начинается процесс разложения полилактида (ПЛА), который протекает в две стадии (пики при 324,7 и 377,4 °С) с общей потерей массы 65,71%. При 513,0 °С разлагается более термостойкий компонент материала с общей потерей массы 12,08%. Указанные потери массы для каждого из компонентов приблизительно соответствуют их долям (масс.) в составе материала. По ТГ-кривой определено, что остаточная масса при температуре 599,7 ^ равна 17,82%. Её образуют углерод и неорганические компоненты, которые, например, могут входить в состав наполнителя.

На ДСК-кривой отмечено несколько эндотермических пиков. Пик при температуре 82,7 °С характеризует удаление из образца легколетучих компонентов, к которым могут относиться вода, растворители и ряд других веществ. Данная кривая имеет один пик плавления при 185,0 °С. Остальные указанные пики соответствуют стадиям разложения органических компонентов, входящих в состав полилактидных материалов.

На ДТГ-кривой выделено четыре пика разложения (пики при 82,7; 316,8; 380,4 и 513,9 °С). Пик с вершиной при температуре 82,7 °С характеризует удаление из образца легколетучих компонентов (соответствующая потеря массы, установленная по термогравиметрической кривой (ТГ-кривой), составляет 0,45%). При 271,3 °С начинается процесс разложения полилактида (ПЛА), который протекает в две стадии (пики при 316,8 и 380,4 °С) с общей потерей массы 72.21%. При 513,9 °С разлагается более термостойкий компонент материала с общей потерей массы 13,68%. Указанные потери массы для каждого из компонентов приблизительно соответствуют их долям (масс.) в составе материала. По ТГ-кривой определено, что остаточная масса при температуре 599,7 °С равна 10,79%. Её образуют углерод и неорганические компоненты, которые, например, могут входить в состав наполнителя.

Заключение

Биоразлагаемые полимерные материалы сохраняют свои свойства практически неизменными в течение всего срока их эксплуатации,

по окончании которого претерпевают ускоренные физико-химические и биологические превращения в природной окружающей среде, включаясь в метаболизм биологических систем.

Практические результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств синтетических и биоразлагаемых полимеров, позволили сделать следующие выводы:

— исследуемые в работе образцы PLA легко подвергаются деструкции в водных системах, обладают достаточной эластичностью и стойкостью к механическому проколу;

— результаты, полученные методом термогравиметрической и дифференциально-сканирующей колориметрии (ТГ и ДСК) позволили установить наличие неорганического компонента в составе исследуемых образцов биополимера, что может указывать на наличие в них связующих и модифицирующих добавок неорганического происхождения;

— синтетические полимерные материалы, по основным физико-механическим параметрам незначительно превосходят биоразлагаемые полимерные материалы, однако в отличии от биополимеров практически не утилизируются в природе естественным путем;

— по показателям водопоглощения исследуемые образцы биоразлагаемых полимеров в сравнение с ПЭНП характеризуются лучшей гидрофобностью (кроме образца PLA № 2);

— для улучшения эксплуатационных свойств биополимера рекомендуется использовать специальные модифицирующие (упрочняющие и гидрофобизирующие) добавки [14-20].

Таким образом, биоразлагаемые полимерные материалы можно широко применять в качестве экологически безопасного гидрофобного упаковочного материала в различных отраслях пищевой промышленности [5, 10, 13]. Утилизация биоразлагаемых полимерных материалов не требует специальных дополнительных площадей и участков под свалки, а продукты их разложения не оказывают пагубного влияния на окружающую среду. Основными проблемами являются: отсутствие руководящих принципов и методологической согласованности анализа различных типов полимеров, композиционных материалов и материалов, содержащих добавки, недостаточный уровень стандартизации методов, ограниченность в оборудовании и в некоторых случаях, сложность проведения испытаний.

Литература

1 Ершова О.В., Багреева К.В. Исследование физико-механических свойств биоразлагаемых и синтетических полимеров // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 79-й международной научно-технической конференции. 2021. Т. 2. С. 603

2 Вильданов Ф.Ш., Латыпова Ф.Н., Красуцкий П.А., Чанышев Р.Р. Биоразлагаемые полимеры современное состояние и перспективы использования // Башкирский химический журнал. 2012. Т. 19. №. 1. С. 135-139.

3 Ивановский С.К., Бахаева А.Н. Экологические аспекты проблемы утилизации отходов полимерной упаковки и техногенных минеральных ресурсов // Успехи современного естествознания. 2015. № 1-5. С. 813-817.

4 Adamcova D., Vaverkova M., Toman F. Repeated research of biodegradability of plastics materials in real composting conditions // Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis. 2013. V. 61. №. 6. P. 1557-1564.

5 Муллина Э.Р., Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Ершова О.В. Влияние химической природы проклеивающих компонентов на гидрофильные и гидрофобные свойства целлюлозных ма-териалов // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. С. 250.

6 Kjeldsen A., Price M., Lilley C., Guzniczak E. et al. A Review of Standards for Biodegradable Plastics // Industrial Biotechnology Innovation Centre. 2017. P. 33.

7 Dr. Rolf-Joachim Miller. Biodegradability of Polymers: Regulations and Methods for Test-ing. Gesellschaft für Biotechnologische Forschung, 2016. 388 p.

8 Ершова О.В., Муллина Э.Р., Чупрова Л.В., Мишурина О.А. и др. Изучение влияния состава неорганического наполнителя на физико-химические свойства полимерного композиционного материала // Фундаментальные исследования. 2014. № 12-3. С. 487-491.

9 Закирова А.Ш., Канарская З.А., Михайлова О.С., Василенко С.В. Биодеградируемые пленочные материалы. Часть 1. Биодеградируемые пленочные материалы на основе синтетических и микробиологически синтезированных полимеров // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. №. 9. С. 155-162.

10 Коляда Л.Г., Медяник Н.Л., Ефимов Ю.Ю. Синтез и исследование наночастиц серебра и возможность их использования в пищевой упаковке // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. № 2 (50). С. 65-69.

11 Yershova O.V., Chuprova L.V, Mullina E.R, Mishurina O.A et al. The solution of environmental problems during plastic package recycling // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. V. 10. № 24. P. 44896-44899.

12 Мухаметдинова А.А. Определение деструкции биоразлагаемых полимеров // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Тезисы докладов 78-й международной научно-технической конференции. 2020. С. 30.

13 Ершова О.В. Деструкция полимерных пленок, модифицированных оксибиоразлагаемой добавкой d2W // Успехи современного естествознания. 2016. № 11-2. С. 221-225.

14 Ершова О.В., Чупрова Л.В. Решение проблемы утилизации отходов полимерных материалов // Фундаментальные исследования. 2016. № 11-2. С. 271-275.

15 Vaverkova M., Kotovicova J., Adamcova D. Testing the biodegradability and biodegradation rates of degradable/biodegradable plastics within simulated environment // Infrastruktura i Ekologia Terenow Wiejskich. 2011. №. 12.

16 Носков Д.В., Артеменко С.Е., Овчинникова Г.П. Модификация вторичных полимеров // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2003. Т. 46. №. 1. С. 131-133.

17 Мельниченко М.А., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р., Мишурина О.А. и др. Влияние химического состава на реакционную способность дисперсных наполнителей, используемых в композиционных материалах // Успехи современного естествознания. 2015. № 11. С. 70-73.

18 Нестеренкова А.И., Осипчик В.С. Тальконаполненные композиции на основе полипропилена // Пластические массы. 2007. № 6. С. 44-46.

19 Gilev V.G., Rusakov S.V., Rakhmanov A.Y., Chudinov V.S. et al. Modeling the curing kinetics of an epoxy binder with disturbed stoichiometry for a composite material of aero-space purpose // Mechanics of Composite Materials. 2021. V. 57. № 3. P. 361-372.

20 Mohite A.S., Rajpurkar Y.D., More A.P. Bridging the gap between rubbers and plastics: a review on thermoplastic polyolefin elastomers // Polymer Bulletin. 2021. P. 1-35. doi: 10.1007/s00289-020-03522-8

References

1 Ershova O.V., Bagreeva K.V. Study of the physical and mechanical properties of biodegradable and synthetic polymers. Actual problems of modern science, technology and education: abstracts of the 79th international scientific and technical conference. 2021. vol. 2. pp. 603. (in Russian).

2 Vildanov F.Sh., Latypova F.N., Krasutsky P.A., Chanyshev R.R. Biodegradable polymers current state and prospects for use. Bashkir Chemical Journal. 2012. vol. 19. no. 1. pp. 135-139. (in Russian).

3 Ivanovsky S.K., Bakhaeva A.N. Ecological aspects of the problem of recycling of waste polymer packaging and technogenic mineral resources. Successes of modern natural science. 2015. no. 1-5. pp. 813-817. (in Russian).

4 Adamcova D., Vaverkova M., Toman F. Repeated research of biodegradability of plastics materials in real composting conditions. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis. 2013. vol. 61. no. 6. pp. 1557-1564.

5 Mullina E.R., Mishurina O.A., Chuprova L.V., Ershova O.V. Influence of the chemical nature of sizing components on the hydrophilic and hydrophobic properties of cellulose materials. Modern problems of science and education. 2014. no. 6. pp. 250. (in Russian).

6 Kjeldsen A., Price M., Lilley C., Guzniczak E. et al. A Review of Standards for Biodegradable Plastics. Industrial Biotechnology Innovation Centre. 2017. pp. 33.

7 Dr. Rolf-Joachim Miller. Biodegradability of Polymers: Regulations and Methods for Test-ing. Gesellschaft für Biotechnologische Forschung, 2016. 388 p.

8 Ershova O.V., Mullina E.R., Chuprova L.V., Mishurina O.A. et al. Study of the influence of the composition of an inorganic filler on the physicochemical properties of a polymer composite material. Fundamental Research. 2014. no. 12-3. pp. 487-491. (in Russian).

9 Zakirova A.Sh., Kanarskaya Z.A., Mikhailova O.S., Vasilenko S.V. Biodegradable film materials. Part 1. Biodegradable film materials based on synthetic and microbiologically synthesized polymers. Bulletin of the Kazan Technological University. 2014. vol. 17. no. 9. pp. 155-162. (in Russian).

10 Kolyada L.G., Medyanik N.L., Efimov Yu.Yu. Synthesis and study of silver nanoparticles and the possibility of their use in food packaging. Bulletin of the Magnitogorsk State Technical University. G.I. Nosov. 2015. no. 2 (50). pp. 65-69. (in Russian).

11 Yershova O.V., Chuprova L.V., Mullina E.R., Mishurina O.A. et al. The solution of environmental problems during plastic package recycling. International Journal of Applied Engineering Research. 2015. vol. 10. no. 24. pp. 44896-44899.

12 Mukhametdinova A.A. Determination of degradation of biodegradable polymers. Actual problems of modern science, technology and education. Abstracts of the 78th international scientific and technical conference. 2020. pp. 30. (in Russian).

13 Ershova O.V. Destruction of polymer films modified with oxybiodegradable additive d2W. Successes of modern natural sciences. 2016. no. 11-2. pp. 221-225. (in Russian).

14 Ershova O.V., Chuprova L.V. Solving the problem of waste disposal of polymeric materials. Fundamental research. 2016. no. 11-2. pp. 271-275. (in Russian).

15 Vaverkova M., Kotovicova J., Adamcova D. Testing the biodegradability and biodegradation rates of degradable/biodegradable plastics within simulated environment. Infrastruktura i Ekologia Terenow Wiejskich. 2011. no. 12.

16 Noskov D.V., Artemenko S.E., Ovchinnikova G.P. Modification of secondary polymers. News of higher educational institutions. Chemistry and chemical technology. 2003. vol. 46. no. 1. pp. 131-133. (in Russian).

17 Melnichenko M.A., Chuprova L.V., Mullina E.R., Mishurina O.A. et al. Influence of chemical composition on the reactivity of dispersed fillers used in composite materials. Successes of modern natural science. 2015. no. 11. pp. 70-73. (in Russian).

18 Nesterenkova A.I., Osipchik V.S. Talc-filled compositions based on polypropylene. Plastic masses. 2007. no. 6. pp. 44-46. (in Russian).

19 Gilev V.G., Rusakov S.V., Rakhmanov A.Y., Chudinov V.S. et al. Modeling the curing kinetics of an epoxy binder with disturbed stoichiometry for a composite material of aero-space purpose. Mechanics of Composite Materials. 2021. vol. 57. no. 3. pp. 361-372.

20 Mohite A.S., Rajpurkar Y.D., More A.P. Bridging the gap between rubbers and plastics: a review on thermoplastic polyolefin elastomers. Polymer Bulletin. 2021. pp. 1-35. doi: 10.1007/s00289-020-03522-8

Сведения об авторах Ольга В. Ершова к.п.н, доцент, кафедра химии, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, ул. Ленина,38, Магнитогорск, 455000, Россия, yershova_mgtu@mail.ru

Эльвира Р. Муллина к.т.н, доцент, кафедра химии, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, ул. Ленина,38, Магнитогорск, 455000, Россия, оЬ^го74(й!таП.ги

https://orcid.org/0000-0003-3412-8902 Юлия А. Бессонова к.э.н, доцент, кафедра химии, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, ул. Ленина,38, Магнитогорск, 455000, Россия, chem(й)magtu.ru

https://orcid.org/0000-0001-8027-3567 Ксения В. Багреева студент, кафедра химии, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, ул. Ленина,38, Магнитогорск, 455000, Россия, ksushabagreeva@gmail.com

Вклад авторов

Все авторы в равной степени принимали участие в написании рукописи и несут ответственность за плагиат

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Information about authors Olga V. Ershova Cand. Sci. (Ped.), associate professor, chemistry department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Lenina st., 48, Magnitogorsk, 455000, Russia, yershova_mgtu@mail.ru

Elvira R. Mullina Cand. Sci. (Engin.), associate professor, chemistry department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Lenina st., 48, Magnitogorsk, 455000, Russia, olegro74(S!mail.ru

https://orcid.org/0000-0003-3412-8902 Julia A. Bessonova Cand. Sci. (Econ.), associate professor, chemistry department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Lenina st., 48, Magnitogorsk, 455000, Russia, chem(S!magtu.ru

https://orcid.org/0000-0001-8027-3567 Ksenia V. Bagreeva student, chemistry department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Lenina st., 48, Magnitogorsk, 455000, Russia, ksushabagreeva@gmail.com

Contribution

All authors are equally involved in the writing of the manuscript and are responsible for plagiarism

Conflict of interest

The authors declare the absence of conflict of interest

Поступила 27/12/2021_После редакции 11/02/2022_Принята в печать 02/03/2022

Received 27/12/2021_Accepted in revised 11/02/2022_Accepted 02/03/2022

ВестнщФГУИШ/Proceedings of VSUET DOI: http://doi.org/1Q.20914/231Q-12Q2-2Q22-1-252-258

ISSN 2226-910X E-ISSN 2310-1202 Оригинальная статья/Research article_

УДК 625.731.812

Open Access Available online at vestnik-vsuet.ru

Особенности наполнения композиций ПВХ/АБС

Карина Р. Хузиахметова Анвар М. Исламов Ляйля А. Абдрахманова Рашит К. Низамов

karina261996@mail.ru

iam16@yandex.ru

laa@kgasu.ru

mzamovi

asu.ru

0000-0001-5313-3147 0000-0002-8552-5855 0000-0003-3905-5730 0000-0002-8552-5855

1 Казанский государственный архитектурно-строительный университет, ул. Зеленая, 1, г. Казань, 420043, Россия Аннотация. Работа посвящена наполнению коротковолокнистой базальтовой фиброй ПВХ (поливинилхлорид) композиций, модифицированных АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) в широком интервале концентраций, предназначенных для производства профильно-погонажных изделий различного функционального назначения. Порошкообразные образцы изготовлены по экструзионной технологии (в виде плоских профилей) и методом термопластикации на вальцах (в виде пленок). Введение 10-40 мас.ч. АБС в ПВХ рецептуры позволяет облегчить перерабатываемость композиции. Аналогичная ситуация наблюдается при наполнении данных композиций базальтовой фиброй, приводящей к незначительному снижению ПТР (показателю текучести расплава) и термостабильности, что в целом не отражается отрицательно на условиях течения расплава, при этом происходит снижение показателя разбухания экструдата на 10-15%, которое свидетельствует о возможности придания изделиям более точных геометрических размеров. Изменение надмолекулярной структуры оценивалось по данным термомеханических испытаний и с помощью энергодисперсионного анализа по данным электронной микроскопии. Термомеханический анализ показал, что присутствие больших доз АБС положительно сказывается на технологических свойствах, приводя к более раннему развитию высокоэластических деформаций и снижению температуры текучести композиций. Базальтовая фибра способствует незначительному снижению величины высокоэластических деформаций и увеличению показателя плотности узлов сетки зацепления. Энергодисперсионный анализ показал, что введение базальтовой фибры приводит к формированию однородной структуры ПВХ при меньших концентрациях АБС в композиции, оказывая влияние на повышение текучести расплава и термостабильность. Повышенные технологические свойства наполненных коротковолокнистой базальтовой фиброй ПВХ композиций, модифицированных разной концентрацией АБС, позволяют их рекомендовать для производства широкого круга профильно-погонажных изделий. Ключевые слова: поливинилхлорид, акрилонитрил-бутадиен-стирол, смеси, модификатор, экструзия

_Features of PVC/ABS compositions filling_

Karina R. Khuziakhmetova Anvar M. Islamov Lyailya A. Abdrakhmanova Rashit K. Nizamov

karina261996@mail.ru iam16@yandex.ru laa@kgasu.ru nizamov@kgasu.ru

0000-0001-5313-3147 0000-0002-8552-5855 0000-0003-3905-5730 0000-0002-8552-5855

1 Kazan State University of Architecture and Engineering, 1, Zelenaya Str., Kazan 420043, Russia

Abstract. The work is devoted to the filling of PVC (polyvinyl chloride) compositions modified with ABS (acrylonitrile-butadiene styrene) in a wide concentration range, intended for the production of profiles and moldings of various functional purposes, with short-fiber basalt fiber. Powdered samples were made by extrusion (in the form of flat profiles) and by thermoplasticizing on rolls (in the form of films). Introduction of 10-40 phr ABS in PVC formulation makes it easier to recycle the composition. Similar situation is observed when these compositions are filled with basalt fiber, which leads to insignificant decrease of MFR (melt flow index) and thermal stability, which in general does not reflect negatively on melt flow conditions, at the same time extrudate swelling index decreases by 10-15%, which indicates possibility to provide products with more precise geometric dimensions. The change in the supramolecular structure was evaluated by thermomechanical tests and by energy dispersive analysis using electron microscopy data. Thermomechanical analysis showed that the presence of large doses of ABS has a positive effect on the technological properties, leading to an earlier development of highly elastic deformations and a decrease in the yield point of the compositions. Basalt fiber contributes to an insignificant decrease in the value of high elastic deformations and an increase in the density index of meshing knots. Energy dispersion analysis has shown that introduction of basalt fiber leads to formation of homogeneous structure of PVC at lower concentrations of ABS in the composition, influencing on increase of melt flowability and thermal stability. Improved technological properties of PVC compositions filled with short-fiber basalt fiber, modified with different concentrations of ABS, allow to recommend them for production of a wide range of profile and molded products. Keywords: polyvinyl chloride, acrylonitrile butadiene styrene, blends, modifier, extrusion

Введение

Строительный сектор требует расширения номенклатуры продукции [1]. Этого можно добиться путем использования полимеров [2]. Полимерные материалы широко используются практически во всех отраслях промышленности, что обусловлено повышенным спросом таких изделий. По объемам производства и

Для цитирования Хузиахметова К.Р., Исламов А.М. Абдрахманова Л.А., Низамов Р.К. Особенности наполнения композиций ПВХ/АБС // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84. № 1. С. 252-258. (1о1:10.20914/2310-1202-2022-1-252-258

потребления лидирующие позиции в строительстве занимает поливинилхлорид (ПВХ) [3]. На стадии переработки ПВХ подвергается термической деструкции, в связи с чем могут ухудшаться механические свойства материалов [4]. Введение в состав ПВХ композиций акриловых технологических добавок позволяет обеспечить рост требований к эксплуатацион-

For citation

Khuziakhmetova K.R., Islamov A.M., Abdrakhmanova L.A., Nizamov R.K Features of PVC/ABS compositions filling. Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2022. vol. 84. no. 1. pp. 252-258. (in Russian). doi:10.20914/2310-1202-2022-1-252-258

© 2022, Хузиахметова К.Р. и др. / Khuziakhmetova K.R. et al.

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License