Влияние вторичной переработки на свойства покрытий из поликарбоната

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»

Влияние вторичной переработки на свойства покрытий из поликарбоната

А.М. Марукян

г. Москва

Рассмотрен актуальный вопрос утилизации отходов изделий из поликарбоната, путем вторичной переработки и формование покрытий для восстановления изношенных поверхностей скольжения деталей машин природообустройства. Представлены результаты исследований влияния циклов вторичной переработки на свойства покрытий из поликарбоната, а также сделаны выводы возможности снижения процесса деструкции в расплаве поликарбоната.

Последние годы характеризуются значительной активностью в решении многоплановых и взаимосвязанных вопросов, относящихся к вторичному использованию промышленных и бытовых отходов пластмасс. Одним их наиболее широко используемым полимерным материалом, во многих отраслях промышленности и быту, является семейство поликарбонатов. Важным моментом в решении вопроса утилизации отходов изделий из поликарбонатов является сборка, сортировка и подготовка их к вторичной переработке.

Вторичная переработка полимеров относительно простая задача, если их структура сохранилась и ни во время изготовления, ни во время первичного использования не было значительной деструкции. Помимо этого, при переработке полимер подвергается одновременному воздействию высокой температуры, кислорода воздуха, света и механическому воздействию. Разумеется, процесс деструкции, следствием которого могут быть структурные и морфологические изменения, вызванные уменьшением молекулярной массы, образованием ветвей, других химических групп, приводит к существенному ухудшению всех физических свойств полимерных материалов.

Таким образом, необходимо знать связь между свойствами и циклами переработки, чтобы иметь возможность до некоторой степени предусмотреть вероятные характеристики вторично переработанных пластмасс и, следовательно, определить доступные для этих материалов сферы применения. Конечные свойства будут зависеть не только от числа циклов переработки, но также от свойств рекуперированных материалов, от характера переработки и ее условий [1, 5].

Поэтому при механической повторной переработке полимеров задача заключается в том, чтобы избежать дальнейшей деструкции в ходе технологического процесса, то есть избежать ухудшения свойств конечного материала.

Ла Мантиа и Конте [2] провели исследование поликарбоната двух марок (на основе бисфенола-А) при повторной экструзии при температуре расплава 290°С и литье под давлением при температуре 315°С. Материал для исследования представлял собой предварительно высушенный и не высушенный гранулят. Авторами были отмечены небольшие изменения химического строения поликарбоната. Молекулярная масса уменьшалась более значительно при переработке невысушенного полимера, по сравнению с высушенными образцами. В первом случае деструкция была объяснена гидролитическим разрывом цепей; во втором случае - у сухого материала деструкция происходила под действием температуры и механического напряжения. В отличие от результатов других исследований, здесь только не высушенный материал проявил существенное ухудшение механических свойств, вследствие повторных переработок.

В работе [1] показано влияние последовательных циклов литья под давлением, проведенных при 310°С, на механиче-ские свойства поликарбоната на основе бисфенола-А. Как можно видеть на рис. 1, ударная прочность уменьшалась линейно с числом циклов литья. Было предположено, что уменьшение связано с возрастающим числом разрывов цепей в расчете на одну молекулу. Теоретическое исследование влияния температуры переработки на ударную прочность показало, что эффект растет с увеличением температуры. утилизация отход поликарбонат деструкция

Исследователи J.I. Eguiazabal и J. Nazabal [3] изучали влияние числа циклов переработки поликарбоната на прочность при растяжении.

Рис. 1. Ударная прочность по-ликарбоната, при испытании образов с разрезом, в зависи-мости от числа циклов переработки

Причем температура расплава составляла 320 и 260°С. Выявлено, что при 260°С наблюдается незначительное снижение прочности главным образом после второго цикла переработки. Более существенное уменьшение наблюдалось при 320°С, причем самое низкое значение прочности было получено после пяти циклов литья (рис. 2).

Рис. 2. Прочность при растяжении поликарбоната в зависимости от числа циклов переработки при 320°С (светлые значки) и 260°С (темные значки)

Предполагая, что структура поликарбоната остается неизменной, более значительное ухудшение разрывных свойств, при высоких температурах литья, авторы объясняют более резким уменьшением молекулярной массы.

При температурах переработки 320°С наблюдается значительная термическая деструкция, а при 260°С имеют место высокие сдвиговые напряжения расплава.

Нами проводились исследования композиций на основе поликарбоната, а также влияния циклов нагрева, на свойства поликарбоната, при формировании покрытий методом термонаплавки. При этом исследовали 2 композиции - ненаполненный поликарбонат и наполненный 5%-м фторопласта. Молекулярная масса составляла 20000. Полученные методом термонаплавки пленки измельчались механически: разрезались вдоль на полоски, далее измельчались до размера гранулята - 4…6 мм. Впоследствии, гранулят использовали при формировании вторичных пленок.

Рис. 3. Зависимость предела прочности при растяжении ненаполненного и наполненного фторопластом поликарбоната от температуры формирования

Выявлено, что механические свойства обеих композиций существенно зависят от температуры и циклов нагрева. Ранее было экспериментально определено, что оптимальная температура позволяющая получить наибольшие показатели предела прочности при растяжении, при формировании покрытий составляет: для ненаполненного поликарбоната 290°С, а для наполненного фторопластом - 320°С, (рис.3).

При увеличении числа циклов нагрева до 5, начиная со второго цикла, происходит резкое снижение предела прочности, в большей степени проявляется у пленок из ненаполненного поликарбоната, (рис. 4).

Рис. 4. Влияние числа циклов переработки на предел прочности при растяжении поликарбонатных пленок

Кроме изменения механических свойств, при увеличении числа циклов нагрева, фиксировалось изменение цвета поликарбонатных покрытий. Изначально пленки из ненаполненного поликарбоната имели светлые оттенки. Выявлено, что начиная со второго цикла, происходит потемнение поверхности покрытий. В четвертом цикле зафиксировано образование трещин в поверхностных слоях при охлаждении. Это объясняется деструкцией в присутствии кислорода воздуха.

Цвет, а также прозрачность композиционных покрытий с 5%-м фторопласта изменялись в сторону потемнения существенно медленнее до пятого цикла нагрева.

Процесс деструкции сопровождается образованием в полимере свободных макрорадикалов, что способствует разрыву цепей макромолекул и уменьшение молекулярной массы [4, 5]. Однако наличие в поликарбонате фторопласта, позволяет замыкать свободные радикалы и затормозить разложение полимера и уменьшение молекулярной массы.

Таким образом, молекулярная масса представляется главным параметром, который управляет влиянием вторичных переработок на механические свойства поликарбоната. Для уменьшения процесса деструкции поликарбонатных пленок, в состав вторичного гранулята необходимо добавление вещества препятствующих образованию активных радикалов распаду макромолекул.

Библиографический список

1. Франческо Ла Мантиа. Вторичная переработка пластмасс //Перевод с англ. под ред. Г.Е. Заикова - СПб.: Профессия, 2006 399 с.

2. LaMantia F.P., Conte F., Macplas International. 1997, November, 31.

3. Eguiazabal J.I., Nazabal J. Polymer Endgineering Science, 1990, 30, 527.

4. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров - М.: Химия, 1972. 354 с.

5. Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов. - М.: Химия, 1965. 747 с.

Размещено на Allbest.ru