Отходы минерального стекла - эффективный наполнитель полиэфирной матрицы

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 678,6

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

ОТХОДЫ МИНЕРАЛЬНОГО СТЕКЛА - ЭФФЕКТИВНЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ПОЛИЭФИРНОЙ МАТРИЦЫ

Кучеренко Е.В., Арзамасцев С.В., Щербаков А.С.

Рассмотрены вопросы использования бытового и промышленного отхода - измельченного стеклобоя в качестве наполнителя полиэфирной матрицы. Установлены зависимости физико-механических характеристик композита от вида и количества наполнителя, определен характер взаимодействия между наполнителем и полимерной матрицей.

Ключевые слова: минеральное стекло, наполнитель, полиэфирная смола, композиционный материал, полимерная матрица

The article discusses the use of domestic and industrial waste - crushed cullet as a filler of a polyester matrix. Dependences of the physico-mechanical characteristics of the composite on the type and amount of filler have been established, the nature of the interaction between the filler and the polymer matrix has been determined.

Keywords: mineral glass, filler, polyester resin, composite material, polymer matrix

Производство ненасыщенных полиэфирных смол является одной из наиболее динамично развивающихся направлений полимерной индустрии, что объективно связано с широкой областью их применения, экономической доступностью и достаточно высоким комплексом свойств. Полиэфирные смолы используют в качестве связующих для стеклопластиков, приготовления лакокрасочных материалов, в качестве полимерных компаундов для заливки деталей радио- и электротехнического оборудования, пропитки пористых металлических отливок с целью их герметизации и др. Полиэфирные смолы применяют и как основу композиций для наливных полов, шпаклевок и клеев.

В последние годы наряду с уже известными и традиционными в определенном смысле отходами особый интерес вызывает утилизация несортированного боя различных стекол. Дело в том, что образующийся во время производства брак или бой стекла в большинстве случаев используется этими же заводами повторно. Такое стекло имеет стабильный (в рамках данной технологии) химический состав и находит применение в процессе плавки шихты. Несортированный же бой различных видов стекол (оконного, тарного, оптического и пр.) имеет довольно широкий диапазон химического состава. Плюс возможны посторонние примеси, попадание которых в сырьевую смесь не допустимо, если желательно получить стекло с определенным составом или качеством. Поэтому несортированный бой стекла, в огромных количествах имеющийся в отвалах и на свалках, до сих пор не находит должного применения.

Следует отметить, что с экологической точки зрения стекло считается наиболее трудно утилизируемым отходом. Оно не подвергается разрушениям под воздействием воды, атмосферы, солнечной радиации, мороза. Кроме того, стекло - это коррозионностойкий материал, который не разрушается под воздействием подавляющего количества сильных и слабых органических, минеральных и биокислот, солей, а также грибков и бактерий. Поэтому если органические отходы (бумага, пищевые отходы и пр.) полностью разлагаются уже через 1-3 года, полимерные материалы - через 5-20 лет, то стекло, как и сталь, способно сохраняться без особых разрушений десятки и даже сотни лет.

Объемы неиспользованного боя стекла, по данным Института вторичных ресурсов, составляло на 2014 г. более 3 млн т. Среди всего многообразия городских отходов бой стекла занимает одно из лидирующих мест - более 20% от общего количества.

Многие ведущие научно-исследовательские центры в России, странах СНГ и за рубежом в последние годы ведут активные работы в области утилизации боя стекла.

В исследованиях проведенных на кафедре химическая технология ЭТИ СГТУ установлено, что измельчённый бой стекла может использоваться в качестве наполнителя, например, ненасыщенных полиэфирных смол, обеспечивая повышение комплекса характеристик полимерных композиционных материалов на их основе. Так, введение стеклянного наполнителя в количестве до 100% от массы полимерного связующего, обеспечивает повышение разрушающего напряжения при растяжении и модуля упругости ~ в 2 раза, ударной вязкости на 75%, ударной вязкости - на 50-70%, снижая при этом ~ на 30% разрушающее напряжение при изгибе, что существенно превышает показатели по сравнению с широко используемым микротальком (рис. 1-4).

Рис. 1 Зависимости ударной вязкости от количества наполнителя: 1 - стеклонаполнитель; 2 - микротальк

Рис. 2. Зависимость разрушающего напряжения при изгибе от вида и количества наполнителя: 1 - стеклонаполнитель; 2 - микротальк

Рис. 3. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении от вида и содержания наполнителя: 1 - стеклонаполнитель; 2 - микротальк

Рис. 4 Зависимость модуля упругости от вида и содержания наполнителя:

1 - стеклонаполнитель; 2 - микротальк

Изучение взаимодействия в системе стеклянный наполнитель - ненасыщенная полиэфирная смола осуществлялось методом инфракрасной спектроскопии.

Установлено, что в спектре КМ появился широкий пик средней интенсивности 472 см^-1, характерный для деформационных колебаний связи Si-O. Дуплекс пиков 1034 и 1137 см^-1 имеет более широкое основание, обусловленное наложением широкой сильной полосы валентных колебаний связи Si-O наполнителя. Смещение пика 1060 см^-1, обусловленного валентными колебания -С-О-С- в молекуле полимера в область 1043 см^-1 подтверждает сделанные ранее предположения [1] о наличии физико-химического взаимодействия в системе полиэфирная смола - силикатный наполнитель с образованием органосиликатных соединений, обеспечивающие формирование сшитой трехмерной структуры с химически встроенным в нее силикатным наполнителем (рис. 5).

Рис. 5. Результаты инфракрасной спектроскопии: 1 - полиэфирная смола КАМФЭСТ 0102, 2 - стеклянный наполнитель; 3 - ПКМ на их основе

Исследование термогравиметрическим методом доказало некоторое повышение термостойкости полученного ПКМ, однако не установлено существенных изменений температурного интервала деструкции; потери массы хорошо коррелируют с аддитивными значениями.

Таким образом, показана возможность использования боя стекла в качестве эффективного наполнителя при получении ПКМ на основе ненасыщенных полиэфирных смол.

Список литературы

1. Научно-технологические принципы создания полимерматричных композитов на основе приоритетных наполнителей с заданным комплексом свойств: монография / Устинова Т.П., Панова Л.Г., Кардаш М.М., Кадыкова Ю.А., Левкина Н.Л., Плакунова Е.В., Бурмистров И.Н. Энгельс: СГТУ, 2014. 111 с.

Размещено на Allbest.ru