Исследование процесса смешения биоразлагаемых полимерных композиций на основе полимолочной кислоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Исследование процесса смешения биоразлагаемых полимерных композиций на основе полимолочной кислоты

Валегова Д.В., студент магистратуры 2курс, факультет «Технологий легкой промышленности и моды»

Научный руководитель: Галимзянова Р.Ю., кандидат технических наук, доцент кафедры «Медицинская инженерия»

Россия, г. Казань

Аннотация

Работа представляет собой анализ научно -технической литературы, изучение технологии получения, анализ исследований процесса деструкции полимолочной кислоты, анализ физико-механический свойств полимолочной кислоты, анализ исследований структуры и свойств полимерных материалов на основе полимолочной кислоты.

Ключевые слова: полимолочная кислота, биоразлагаемоя композиция, полилактид, деструкция, вязкость.

Annotation

The work is an analysis of scientific and technical literature, study of production technology, analysis of studies of the process of destructio n of polylactic acid, analysis of the physical and mechanical properties of polylactic acid, analysis of studies of the structure and properties ofpolymeric materials based on polylactic acid.

Keywords: polylactic acid, biodegradable composition, polylactide, destruction, viscosity.

В современном мире в индустрии товаров основное положение занимают изделия из пластмасс. Мировой упаковочный рынок активно развивается, объемы потребления упаковки растут. Наибольшей популярностью на данный момент обладают одноразовая тара и упаковка, изготовленные на основе полимеров из нефтяного сырья. Использование пластика и масштабы производства негативно влияют на экологическую обстановку. Главная опасность применения пластика заключаются в длительном сроке распада, а также в пагубном влиянии на здоровье человека и животных в результате выделения вредных веществ при утилизации. Проблема защиты окружающей среды приобретает глобальный характер, серьёзную озабоченность вызывает быстрый рост использования синтетических пластмасс во многих отраслях. [1]

В связи с этим, на сегодняшний день вопрос о целесообразности применения данного материала набирает популярность. Решение проблемы находят в создании биополимеров, которые сохраняют эксплуатационные характеристики в течение срока службы, а затем распадаются на безвредные для природы и человека вещества.

Г оворя о полимолочной кислоте важно отметить то, что она разлагается в естественных условиях на воду и углекислый газ, что является безвредными веществами, и синтезируется из природных и возобновляемых ресурсов. Поэтому вопрос создания биоразлагаемой упаковки на основе полимолочной кислоты, на сегодняшний день, является актуальным.[2]

Однако есть и минусы, ПЛА обладает достаточно высокой стоимостью, малой доступностью и ограниченной молекулярной массы.

Аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы показал, что учеными было исследовано несколько направлений по улучшению физико-механических свойств полимолочной кислоты.

При соответствующей пластификации ПМК становится пластичной и может заменить полиэтилен, полипропилен и др. Она относительно хрупкая, но обладает значительной прочностью. Термообработка полимера с последующим быстрым охлаждением позволяет получить продукт с низкой кристалличностью. Ориентация волокна, полученного из ПМК, приводит к кристаллизации.[3] Хорошими пластификаторами для ПМК является монолаурат полиэтиленгликоля, полиэтиленгликоль, олигомолочная кислота, цитраты. Для снижения хрупкости могут изготавливаться сополимеры и композиты на основе ПМК (например, сополимер с гликолевой кислотой, гликолевой кислотой и лизином и т.д.).[4]

Одно из первых мест в мире в производстве упаковочных материалов сегодня занимают полиолефины, чему в немалой степени способствует их экономическая доступность. В связи с этим большая часть исследований по улучшению физико-механических свойств полимолочной кислоты посвящены композициям с использованием термопластов. В качестве термопластов в работах используют полиэтилены, поливинилхлорид, АБС-пластик. Из исследований результаты анализа дифференциально-сканирующей калориметрии показывают, что смеси термопластов и полимолочной кислоты малосовместимы. В связи с этим в работах использовались различные компатибилизаторы, как синтетического, так и природного происхождения, что представляет наибольший интерес. Термопласты улучшают комплекс деформационно-прочностных свойств композитов. [5]

Исследования по улучшению физико-механических свойств полимолочной кислоты путем добавления эластомеров, в основном посвящены натуральному, бутадиен-нитрильному и уретановому каучукам. Так же некоторые исследования посвящены смесям полимолочной кислоты с полибутадиеновым, этилен-пропилен-диеновым, полиизопреновым каучуками, этиленвинилацетатом, полиамидным эластомером. Аналогично с термопластами используются компатибилизаторы. Все каучуки в значительной степени увеличивают ударную вязкость, прочность на разрыв и относительное удлинение полимолочной кислоты. Наибольший интерес исследователей направлен на получение композитов с использованием натурального каучука, так как таким образом можно получить полностью биоразлагаемую композицию.

Как было упомянуто выше, полимолочная кислота обладает низкими технологическими характеристиками - термомеханическое воздействие при переработке приводит к деструкции полимера. Несмотря на большое количество исследований, в научно-технической литературе сведений об изменении такого практически важного показателя как крутящий момент при смешивании немного. Так как для создания композиций происходит в процессе смешения поэтому важно изучить как будет изменятся крутящий момент в зависимости от температуры и времени смешения полимолочной кислоты. деструкция полимолочный кислота смешение

По результатам исследования, с увеличением времени смешения идёт снижение крутящего момента. Также следует отметить, что повышение температуры смешения также приводит к снижению крутящего момента. Наблюдаемые изменения свидетельствуют о снижении вязкости композиций в процессе переработки, что предположительно связано с деструкцией полимолочной кислоты. Следует отметить, что снижение идёт более интенсивно с увеличением температуры смешения. Исходя из этого следует сказать, что нужно ограничивать время смешения для того, чтобы не происходило дополнительной деструкции.

ПТР чистого полилактида увеличивается при повышении времени термостатирования. Это связано с протеканием процессов деструкции композиций на основе полимолочной кислоты при повышенных температурах и атмосфере кислорода, что приводит к снижению молекулярной массы полимера. Поэтому при изготовлении изделий из ПЛА необходимо минимизировать количество тепловых воздействий или осуществлять переработку в инертной атмосфере.

При добавлении к ПЛА термопластичного крахмала наблюдается увеличение ПТР. Причем чем больше в составе ТПС глицерина, тем выше ПТР композиции, что свидетельствует о понижении вязкости смеси в результате добавления пластификатора.

Введение термопластичного крахмала приводит также к снижению стойкости композиций к повышению температуры, что выражается в более значительном повышении их ПТР с увеличением времени термостатирования, по сравнению с чистой ПЛА. Известно, что крахмал гидролизуется с уменьшением молекулярной массы в процессе нагрева в присутствии кислот. По-видимому, гидролиз крахмала происходит и в присутствии полимолочной кислоты при нагреве. То есть введение крахмала в полимолочную кислоту приводит к усложнению переработки композиций.

Использованные источники

1. Мишкин С.И. Тихонов Н.Н. Полимерные композиты на основе акрилонитрилбутудиенстирола и полимолочной кислоты // Успехи в химии и химической технологии.- 2011.- XXV (№ 3).- С. 19-24

2. Биотехнологическое использование полимолочной кислоты

3. Полимеры в узлах трения машин и приборов. Справочник; Машиностроение - Москва, 1980. - 208 с.

4. Свойства полимолочной кислоты.

5. Технология органических веществ: материалы 85 -ой науч.- технич. конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (с международным участием), Минск, 1-13 февраля 2021 г.

Размещено на Allbest.ru