ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО- ХИМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ ПРИ ИХ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ

АННОТАЦИЯ

В статье приведена результаты опытно-испытательных работ для переработки ПЭ, ПП и ПВХ вторичных полимеров получения пластифицированных полимерных материалов путём модификацией. Физико-химические и механические свойства полученных ПЭ, ПП и ПВХ образцов были определены современными методами контроля и сделаны важные выводы.

ABSTRACT

The article presents the results of experimental and test work for the processing of PE, PP and PVC secondary polymers to obtain plasticized polymer materials by modification. The physicochemical and mechanical properties of the obtained PE, PP and PVC samples were determined by modern control methods and important conclusions were drawn.

Ключевые слова: кратность переработки, пластификатор, стабилизатор, вязко-текучие показатели (ПТР), соапсток, диоктилфталат (ДОФ), температура размягчения полимеров, температуры растворения и перекристаллизации полимеров

Keywords: multiplicity of processing, plasticizer, stabilizer, viscous-flow indicators (MFR), soap stock, dioctyl phthalate (DOP), softening temperature of polymers, temperature of dissolution and recrystallization of polymers.

Среди техногенных отходов поливинилхлорид (ПВХ) составляет 60% от общего количества полимерных отходов. Переработка отходов ПВХ по сравнению с полиолефинов немного сложна, поэтому сделанные продукты из них имеют сложный химический состав, то есть будут добавлены различные добавки.

Учитывая эти проблемы, можно получать различные типы вторичных продуктов, модифицируя их, добавляя специальные компоненты, облегчающие переработку отходов ПВХ. К этим компонентам входят первичный ПВХ, пластификатор, стабилизатор и многое другое.

Физико-механические и технологические свойства материала значительно меняются при переработке отходов полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП).

При вторичной переработке полимер дополнительно подвергается таким воздействиям, как механохимическое и термоокисление, причем изменение его свойств зависит от количества его обработки (кратности).

Как упоминалось выше, изменение свойств полимера в процессах переработки отходов ПВХ, ПЭ и ПП связано с количеством перерабатываемых материалов и научные исследования в этой области показывают, что переработка полимера 3-5 раз приводит к очень небольшим изменениям (намного меньше, чем у первичного сырья) [1,2].

Однако при обработке 5-10 раз наблюдается значительное снижение прочности. Рекомендуется увеличить температуру впрыска до 3-5% при переработке вторичного полиэтилена, полученного при высоком давлении, либо количество оборотов шнеков при экструзии может быть увеличено на 4-6%. Также следует отметить, что молекулярная масса полиолефинов уменьшается при переработке, особенно под воздействием атмосферного кислорода. А это приводит к резкому увеличению хрупкости материалов.

Многократная переработка других типов полиолефинов, таких как полипропилен, обычно увеличивает его вязкость (ПTР), но не вызывает резких изменений его прочности. Поэтому отходы, образующиеся при производстве деталей из полипропилена, а также сами части могут быть использованы для производства нового типа продукта путем смешивания его с первичным сырьем по истечении срока.

Это приводит к резкому увеличению хрупкости материалов. Многократная переработка других типов полиолефинов, таких как полипропилен, обычно увеличивает его вязкость (ПTР), но не приводит к резким изменениям его прочности. Следовательно, отходы, образующиеся при производстве деталей из полипропилена, а также сами детали могут быть использованы для производства нового типа продукта путем смешивания с первичным сырьем после окончания их срока службы [3,4,5,6].

1. Температуры расплавления и перекристаллизации полимеров.

Температуры расплавления и перекристаллизации исследуемых вторичных отходов ПЭ, ПП и ПВХ определяли на приборе дифференциального сканирующего калориметра (ДСК) по методике Д 3417-99. Следующие ниже эксперименты приведены температуры расплавления вторичных смесей ПЭ, ПП и ПВХ, полученных в различных пропорциях, и их смесей с пластификаторами. 

Результаты экспериментальных испытаний приведены в таблице 1 ниже:

Таблица 1.

Температуры расплавления и перекристаллизации полимеров

Из экспериментальных результатов, приведенных в таблице 1, можно сделать вывод, что добавление соапстока и диоктилфталата в качестве пластификаторов для производства качественных пластифицированных полимерных продуктов, используемых для различных целей при переработке вторичных отходов ПЭ, ПП и ПВХ, снижает температуру размягчения вышеуказанных полимера, а также снижение температуры расплавления и температуры перекристаллизации. А это с технологический точки зрения считается целесообразно. 

2. Исследование физико-механических свойств полимерных образцов.

На основании описанных выше экспериментов определение физико-механических свойств этих образцов проводилось на отрезном станке «Instron» по ГОСТ 11262-80 (СТ СЭИ 1199-78).

Прочность растягивании (), прочность разрыва (), предел текучести при удлинении () и относительное удлинение (ε_рр) полимерных образцов, полученных из вторичных смесей ПЭ, ПП и ПВХ различных пропорций и их смесей с пластификаторами, рассчитывались по следующим соответствующим формулам:

Прочность растягивании () образца полимера рассчитывали по следующей формуле:

Прочность разрыва () рассчитывалась по следующей формуле:

Предел текучести при удлинении () рассчитывался по следующей формуле:

Здесь, - максимальная сила при растягивании, Н;

          - сила при разрыва образца, Н;

FpT - сила при начальном разрыве образца, Н;

Aо - начальное сечение образца, мм².

Относительное удлинение при разрыве (ε_рр) рассчитывалось по следующей формуле:

Здесь ∆l_op - изменение длины образца во время перерыва, мм;

l_op - начальная длина образца, мм.

Результаты экспериментов с вторичными полимерными отходами приведены в таблице 2 ниже:

Tаблица 2.

Физико-механические свойства ПЭ, ПП и ПВХ образцов

Как видно из таблицы 2 выше, первичный полиэтилен P-Y456 имеет Прочность растягивании (), прочность разрыва (), предел текучести при удлинении () и относительное удлинение (ε_рр) при различных соотношениях вторичных отходов ПЭ, ПП и ПВХ и их пластификаторов можно заметить, что все эти показатели несколько снизились по сравнению со смесями. Можно увидеть, что эта ситуация может быть дополнительно уменьшена путем введения смесей пластификаторов (соапстока и ДОФ) во вторичные полимерные отходы. Из этого можно сделать вывод, что физико-механические свойства смешанных полимерных отходов ухудшаются при вторичной переработке. Однако включение в их состав пластификатора способствует превращению полимерных смесей в однородные однородные массы и улучшению ориентационных свойств в структурах полимерных смесей, а также и служит для улучшения формовочных свойств полимерного сырья.

Список литературы:

1. Ермаков, С.Н. и др. Получение композиционных материалов на основе вторичных полимеров методом реакционной экструзии / Пластические массы. – 2006. – №5. – с. 46–49.
2. Гулиев, С.А.  и др. Высокопрочностные композиции на основе вторичных полиэтилена и полиамида / Пластические массы. – 2008. – №9. – с. 42–43.
3. Э.Фатхуллаев, А.Т.Джалилов, К.С. Минскер, А.П. Марьин. Комплексное использование вторичных продуктов переработки хлопчатника при получение полимерных материалов. - Ташкент: Фан, 1988. – 143 с.
4. Э.М.Бекназаров, С.Ш.Лутфуллаев. Пластифицирланган полимер материаллари. Инновационное развитие нефтегазовой отрасли, современная энергетика и их актуальные проблем. Материалы международной конференции. 26 май, 2020 г. Ташкент, Узбекистан. стр.330-332.
5. С.Ш.Лутфуллаев, Ф.Л.Давронова. Стабилизация ПВХ химическими добавками. Universum: Химия и биология: научный журнал. – № 7(61). М., Изд. «МЦНО», 2019.
6. А.Х. Нарзуллаев, И.Л.Сирожиддинов, Н.Э.Мухсинова, Х.С. Бекназаров Синтез и использование новых типов ингибиторов коррозии на основе кортональдегида 2021 Журнал Universum: технические науки Номер 2-3 (83)