Особенности структуры и биодеградация композиционных материалов на основе полиэтилена низкой плотности и растительных наполнителей

• Автор: Пантюхов, Петр Васильевич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ
СОЗДАНИЯ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.1 .Биоразлагаемые полимерные материалы
1.2. История исследований в области биоразлагаемых полимеров
1.3. Механизмы биодеградации синтетических полимеров
1.4. Наполнители композиционных биоразлагаемых полимеров
1.5. Полиолефины, используемые в композиционных биоразлагаемых материалах
1.6. Добавки, используемые в композиционных биоразлагаемых материалах
1.7. Основные рецептуры композиционных биоразлагаемых полимеров
1.8. Методы исследования биоразлагаемых композиционных материалов
Выводы по главе
Глава II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Объекты исследования
2.2. Получение композиций
2.3. Методы исследования
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Изучение свойств наполнителей
3.2. Изучение структуры и свойств композиционных материалов
3.3. Биодеградация композиционных материалов
3.4. Взаимодействие материалов с пищевыми продуктами
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Задача снижения полимерных отходов в настоящее время стоит особенно остро. Одной из существенных проблем является высокая стойкость синтетических полимерных материалов к физическо-химическому и биологическому разложению [1]. Наиболее распространенные виды полимерных отходов — пленка, ПЭТ-бутылки, ящики, прочие упаковочные материалы, корпуса радиотехнической аппаратуры, корпуса вышедших из строя аккумуляторов. Человек в среднем «производит» порядка 20-25 кг полимерных отходов в год [2]. Придание синтетическим полимерам свойства биоразлагаемости под действием микроорганизмов и природно-климатических факторов, таких, как действие света, кислорода воздуха, влаги, агрессивных сред и др., позволяет значительно сократить количество полимерного мусора и улучшить экологическую обстановку.
Оптимальным решением проблемы является создание саморазрушающихся материалов для изделий с коротким жизненным циклом (упаковочные материалы, одноразовая посуда, одноразовые авторучки, бритвы, транспортные паллеты и т.д.). Такие изделия существовали бы в неизменном виде во время хранения и эксплуатации, а будучи выброшенными на свалку, под воздействием определенных факторов (почвенные микроорганизмы, свет, кислород воздуха, вода и т.д.) разлагались бы в течение непродолжительного времени.
Существующие в настоящее время биоразлагаемые полимеры, например полилактиды или полигндроксиалканоаты, дороже традиционных полимеров. Но даже если стоимость будет сравнима, синтетические полимеры, особенно полиолефины, еще долго будут занимать ведущие позиции в производстве пластиков. Возможность получения более дешевых биоразлагаемых материалов связана с использованием полимерных композиций, включающих, наряду с
традиционными термопластичными синтетическими полимерами, биоразлагаемые наполнители природного происхождения.
Известны биоразлагаемые полимерные композиции, содержащие в качестве наполнителя крахмал. Однако, крахмал является ценным пищевым продуктом, поэтому производство на его основе крупнотоннажного материала, предназначенного для изготовления изделий кратковременного использования, экономически неоправданно. Наиболее предпочтительными наполнителями видятся целлюлозосодержащие отходы. С другой стороны, самым распространенным синтетическим полимером является полиэтилен, который применяется в основном для изготовления упаковки [3]. Вместе с тем, полиэтилен является самым биологически стойким синтетическим полимером, поэтому актуальной является задача придания полиэтилену свойств биорзалагаемости.
Исследования, проводимые в рамках данной работы, направлены на изучение структуры и свойств смесевых композиций на основе полиэтилена с растительными наполнителями. Полученные результаты позволят оценить возможность создания изделий из полиэтилена и растительных наполнителей и установить свойства в зависимости от природы наполнителя, состава, масштабного фактора и др.
Актуальность данного исследования очевидна еще и потому, что в качестве лпгноцеллюлозных наполнителей могут использоваться отходы многих производств. Помимо утилизации отходов, что само по себе злободневно, происходит замена невозобновляемого сырья - нефти и газа, источника получения синтетических полимеров, на возобновляемое, кроме того, такая замена экономически целесообразна.
Целью работы являлось создание, изучение структуры и свойств новых композиционных материалов на основе полиэтилена, лпгноцеллюлозных наполнителей и компатибилизатора.
Для успешного достижения вышеуказанной целен были поставлены следующие задачи:

поляризатор, возможно изучение надмолекулярной структуры полимера (сферолиты) [76]. В отраженном свете изучают непрозрачные образцы, при этом возможно изучение только поверхности образца. Современные оптические микроскопы способны различать частицы размером крупнее 400 нм [77].
Сканирующая электронная микроскопия в последнее время все чаще используется для изучения наполнителей [54-55, 58-59] и структуры композитов [39, 41-42, 61]. С помощью этого метода исследования изучают поверхность материала. Принцип работы такого микроскопа основан на отражении электронов под разными углами от поверхности образца с последующей их регистрацией. Для предохранения образцов и лучшего отражения электронов, поверхность образца могут покрывать тонким слоем (2,5 нм) токопроводящего металла [77]. Этот метод является наиболее предпочтительным для изучения поверхности образца, однако для изучения всего объема образца применяют методы просвечивающей микроскопии.
Трансмиссионная электронная микроскопия позволяет различать частицы размером до 0,05 нм, при этом пучок электронов проходит сквозь изучаемый объект, позволяя судить о его структуре. Основной недостаток этого метода - требования к образцам, они должны быть тоньше 0,1 мкм, что практически невозможно в случае исследования композиционных полимерных материалов [77].
1.8.2. Термические и теплофизические методы
К термическим методам, используемым для изучения композиционных материалов, относят термогравнметрический анализ (ТГА), а к теплофизическим - дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК). Метод ТГА основан на равномерном нагревании образца с постоянной регистрацией его массы. Этот метод косвенно