Полимерные композиционные материалы на основе полимолочной кислоты и полиэтилена

УДК 678.5

Д.В.Крамарев, С.И. Мишкин, Н.Н.Тихонов

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия

ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ И ПОЛИЭТИЛЕНА

The purpose was to obtain a composite material based on polylactic acid (PLA) and polyethylene (PE), which has the best physical and mechanical characteristics. The main purpose of the resulting composite material - use it to create biodegradable packaging.

Целью работы являлось получение композиционного материала на основе полимолочной кислоты (ПМК) и полиэтилена (ПЭ) с высоким комплексом эксплуатационных свойств. Основное назначение полученного композиционного материала - использование его для создания биоразлагаемой упаковки.

В качестве объектов исследования для разработки композиционного материала были выбраны полимолочная кислота (ПМК) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). ПМК - перспективный биоразлагаемый полимер, но цена материала делает сейчас его использование в производстве упаковочных изделий экономически невыгодным. Целью настоящего исследования является создание биодеградируемого полимерного композита с высоким комплексом эксплуатационных свойств на основе смеси полимолочной кислоты и полиэтилена высокой плотности, который широко используется в настоящее время при производстве различного типа упаковочных материалов.

конц. ПЭВП, масс %

Рис. 1. Зависимость относительного удлинения композиционного материала от содержания полиэтилена

В работе были изучены свойства композиционных материалов (КМ) на основе ПМК и ПЭВП в интервале концентраций полиэтилена от 10 до 50 масс.%. Комплексную оценку полимерных композитов проводили на основании анализа физико-механических и технологических характеристик,

в качестве которых были выбраны: прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве, прочность при изгибе, ударная вязкость,ПТР. Результаты тестирования композитов представлены на рисунках 1-4и в таблице 1.

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50

а аП

с О

0

10

20

30

40

50

конц. ПЭВП, масс.%

Рис. 2. Зависимость прочности при растяжении композиционного материала от

содержания полиэтилена

Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что при увеличении содержания полиэтилена в исследуемом диапазоне концентраций физико-механические характеристики композиционного материала снижаются. Значительно уменьшаются важнейшие показатели, которые определяют качество упаковочного материала: прочность при растяжении, относительное удлинение при растяжении и ударная вязкость (рис. 1-3).

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6

и <

5

0

10

40

50

20 30

конц. ПЭВП, масс %

Рис. 3. Зависимость ударной вязкости композиционного материала от содержания

полиэтилена

Ухудшение деформационно-прочностных характеристик КМ свидетельствует о плохой совместимости полимолочной кислоты с полиэтиленом. Это связано в первую очередь с разным химическим

строением полимеров, различными реологическими характеристиками их расплавов, разной температурой плавления исходных компонентов.

Таблица 1. Свойства композиционных материалов на основе полимолочной кислоты и полиэтилена

к к Характеристики

№ п/п Соотношение ПМК/ПЭ, масс.1? Содержание технологических добавок, масс. час' на 100г композици Ударная вязкость Прочность при растяжении Относительно е удлинение Прочность при изгибе ПТР

ПМК ПЭ ДСТ кДж/м 2 МПа % МПа г/10 мин

1 100 - - 12,9 94,4 34,3 102,5 3

2 90 10 - 11,9 81,2 29,5 84,4 2,6

3 80 20 - 10,7 69,5 26,4 68,2 2,5

4 70 30 - 10,2 67,8 23,5 62,4 1,9

5 50 50 - 5,1 52,5 21,2 40,3 0,9

6 - 100 - - 31,3 228,1 - 0,1

7 100 - 5 23,9 82,4 30,1 100 -

8 90 10 5 43,8 77,8 31,4 74,7 3

9 80 20 5 31,7 68,3 32 71,3 3

10 70 30 5 18 63,9 29,3 60,8 2,1

11 50 50 5 12,3 48,8 26,9 40,3 1,7

12 70 30 3 13,9 58,9 26,6 58,9 -

13 70 30 7 22,9 60 31,2 59,6 -

Наряду с этим, при увеличении концентрации полиэтилена происходит уменьшение показателя текучести расплава (рис.4). Это, вероятно, связано с изменениями надмолекулярной структуры и кристалличности ПМК в присутствии полиэтилена.

3,5

3

н и 2,5

м

с 2

1,5

Р 1

Т

П

0,5

0

0 10 20 30 40 50

конц. ПЭВП, масс %

Рис. 4. Зависимость ПТР композиционного материала от содержания полиэтилена

Для улучшение совместимости компонентов системы в качестве компатибилизатора был использован дивинилстирольный термоэластопласт

(ДСТ) в концентрации от 3 до 7 массовых частей по отношению к массе композиции. Оценка эффективности влияния компатибилизатора на свойства исследуемых смесей проводилась комплексно - по влиянию его на деформационно-прочностные и технологические свойства полимерных композитов.

конц. ДСТ, масс.части Рис. 5. Зависимость относительного удлинения композиционного материала от содержания ДСТ

Сравнительный анализ результатов исследований

модифицированных композитов (табл. 1) показывает, что использование в качестве компатибилизатора ДСТ позволяет увеличить значения ударной вязкости и относительного удлинения при разрыве (рис. 5-6). При этом введение ДСТ не оказывает существенного влияния на прочности материала

конц. ДСТ, масс.части

Рис. 6. Зависимость ударной вязкости композиционного материала от содержания ДСТ

Учитывая многокомпонентный состав исследуемой системы и

значительные отличия реологических характеристик основных компонентов

(ПМК и ПЭ), в данной работе была решена задача оптимизации технологии

смешения компонентов в расплаве в целях максимально возможной гомогенизации структуры получаемого материала и повышения деформационно-прочностных свойств композитов. Изучение технологических свойств разработанных композитов показало, что они могут быть успешно переработаны методом экструзии с использованием современного высокотехнологичного оборудования.

Выводы:

1. Изучены физико-механические и технологические свойства композиционных материалов на основе полимолочной кислоты и полиэтилена (в диапазоне концентраций полиэтилена до 50%).

2. Показана возможность использования термоэластопласта ДСТ в качестве эффективного компатибилизатора в смесях полимолочной кислоты и полиэтилена.

3. Создан биодеградируемый полимерный композит с высоким комплексом эксплуатационных свойств на основе смеси полимолочной кислоты и полиэтилена высокой плотности, который может быть рекомендован для производства одноразовой полимерной тары и упаковки.

УДК 678.5

К.В. Краснов, Н.М. Чалая, B.C. Осипчик

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ И РЕЛАКСАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ И ПОЛИПРОПИЛЕНА,

МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОРГАНОГЛИНАМИ

В статье приведены результаты исследования реологических и релаксационных свойств композиционных материалов на основе термоэластопластов и полипропилена, в том числе модифицированных органоглинами и малеинизированным полипропиленом.

The article presents the results of a study of the rheological and relaxation properties of composite materials based on polypropylene and thermoplastic elastomers, including the modified organoclay and maleic anhydride modified polypropylene.

Композиционные материалы на основе термоэластопластов и полипропиленов с определёнными наполнителями для придания прочности и жесткости изделиям широко применяются для производства изделий для автомобильной, электротехнической, строительной, медицинской и обувной промышленности.

Однако, в большинстве случаев, вопросы улучшения эксплуатационных и технологических свойств таких композиционных материалов остаются актуальными для широкого круга изделий из них.

Значительный интерес у исследователей и производителей полимерных изделий вызывает модификация композиций