Изучение вязкоупругих характеристик вторичного полимерного сырья в присутствии природных наполнителей растительного происхождения

Аннотация

Целью данной работы является изучение реологических характеристик полимерной композиции на основе вторичного полипропилена и наполнителей растительного происхождения.
В работе использовали образец вторичного полипропилена, соответствующий первичному полипропилену марки FF/3350, представляющий собой дробленый материал из некондиционных изделий, производимых методом литья под давлением в технологическом производстве ООО «ЗПИ Альтернатива» (Россия, Республика Башкортостан, г.Октябрьский). В качестве наполнителя были рассмотрены материалы, являющиеся отходами производств – лузга гречихи, полова (мякина) пшеницы, рисовая шелуха и древесная мука. Моделирование процесса переработки полимерных материалов осуществляли в расплаве на лабораторной станции (пластограф) «PlastographEC» (Brabender, Германия). Физико-механические свойства полимерных композитов при разрыве определяли на разрывной машине «ShimadzuAGS-X» (Shimadzu, Япония). Реологические измерения проводили на модульном динамическом реометре Haake MarsIII.
В ходе исследований было показано, что для всех изученных наполнителей имеет место увеличение вязкости расплава полипропилена при добавлении их в композицию. Показано, что по мере увеличения содержания наполнителя в системе не только увеличиваются их вязкие свойства, о чем свидетельствуют значения комплексной вязкости, но и их упругие характеристики Установлено, что по мере наполнения полимера растительными компонентами, происходит закономерное увеличение модуля накоплений, что характерно для систем, проявляющих упругие свойства. Утверждается, что при использовании рисовой шелухи и древесной муки в качестве наполнителей формируются композиты, характеризующиеся высокими значениями модуля накоплений и соответственно повышенными значениями модуля Юнга. Было доказано, что оптимальным содержанием наполнителя является значение, соответсвующее 10 mass.h.

ЛИТЕРАТУРА

1. Айзинсон И.Л. Основные направления развития композиционных термопластичных материалов. М.: Химия; 1988. 48 с.
2. Ричардсон М. Промышленные полимерные композиционные материалы. М.: Химия; 1980. 472 с.
3. Берлин Ал. Ал., Вольфсон С. А., Ошмян В. Г., Ениколопян Н. С. Принципы создания композиционных материалов. М.: Химия; 1990. 238 c.
4. Черкашина А. Н., Рассоха А. Н. Полимерные композиции на основе вторичного полипропилена. Актуальные научные исследования в современном мире. 2018;33(1–8): 125–131. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=32366668
5. Тверитникова И. С., Кирш И. А., Помогова Д. А., Банникова О. А., Безнаева О. В., Романова В. А. Разработка многослойного упаковочного материала на основе полиолефиновых смесей, модифицированных сополимером этилена с пропиленом, для хранения пищевых продуктов. Техника и технология пищевых производств. 2019;49 (1): 135–143. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?d=39276460
6. Kakhramanov N. T., Mustafayeva F. A., Allakhverdiyeva Kh. V. Technological features of extrusion of composite materials based on mixtures of high and low density polyethylene and mineral fi llers. Азербайджанский химический журнал. 2019;4: 11–16. Режим доступа:
   https://elibrary.ru/item.asp?d=41570283
7. Шкуро А. Е., Глухих В. В., Кривоногов П. С., Стоянов О. В. Наполнители аграрного происхождения для древесно-полимерных композитов (обзор). Вестник Казанского технологического университета. 2014;17(21): 160–163. Режим доступа: https://www.kstu.ru/article.jsp?id_e=23840&id=1910
8. Кац Г. С., Милевски Д. В. (ред.) Наполнители для полимерных композиционных материалов. М.: Химия; 1981. 736 с.
9. Алимов И. М., Магрупов Ф. А., Ильхамов Г. У. Влияние фракционного состава древесных частиц на физико-механические свойства древесно-полимерных материалов на основе вторичных поли-олефинов. Деревообрабатывающая промышленность. 2019;1: 18–25. Режим доступа: http://dop1952.ru/catalogue-statue_id-298.html
10. Dobah, Y., Zampetakis, I., Ward, C., Scarpa, F. Thermoformability characterisation of Flax reinforced polypropylene composite materials. Composites Part B: Engineering. 2020;184(1): 107727. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107727
11. Prachayawarakorn J., Pomdage W. Effect of carrageenan on properties of biodegradable thermoplastic cassava starch/low-density polyethylene composites reinforced by cotton fi bers. Materials and Design. 2014;61: 264–269. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.04.051
12. Ibrahim H., Farag M., Megahed H., Mehanny S. Characteristics of starch-based biodegradable composites reinforced with date palm and flax fibers. Carbohyd Polym. 2014;101 (1): 11–19. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.08.051
13. Cavdar A. D., Mengeloрlu F., Karakus K. Effect of boric acid and borax on mechanical, fi re and thermal properties of wood fl our fi lled high density polyethylene composites. Measurement: Journal of the International Measurement Confederation. 2015;60: 6–12. DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2014.09.078
14. Faruk O., Bledzki A. K., Fink H. Biocomposites reinforced with natural fi bers: 2000–2010. Prog. Polym. Sci. 2012;37(11): 1552–1596. DOI: https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2012.04.003
15. Boudenne A., Ibos L., Candau Y., Thomas S. Handbook of multiphase polymer systems. Chichester:John Wiley and Sons Ltd.; 2011. 1034 p. DOI: https://doi.org/10.1002/9781119972020
16. Mohanty A. K., Misra M., Drzal L. T. Natural bibers, biopolymers, and biocomposites. USA: Taylor&Francis Group; 2005. 896 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9780203508206
17. Faruk O., Sain M. Biofi ber reinforcements in composite materials. Cambridge: Woodhead Publishing Ltd.; 2015. 772 p. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-1-78242-122-1.50028-9
18. Jose J., Nag A., Nando G. B. Environmental ageing studies of impact modifi ed waste polypropylene. Iran Polym. J. 2014;23(8): 619–636. DOI: https://doi.org/10.1007/s13726-014-0256-5
19. Utracki L. A. Polymer blends handbook. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers; 2002. DOI: https://doi.org/10.1021/ja0335465
20. Wang Y.-Z., Yang K.-K., Wang X.-L., Zhou Q., Zheng C.-Y., Chen Z.-F. Agricultural application and environmental degradation of photo-biodegradable polyethylene mulching films. J. Polym. Environ. 2004;12: 7–10. DOI: https://doi.org/10.1023/B:JOOE.0000003122.71316.8e
21. Koutny M., Sancelme M., Dabin C., Pichon N., Delort A.-M., Lemaire J. Acquired biodegradability of polyethylenes containing pro-oxidant additives. Polym. Degrad. Stab. 2006;91(7): 1495–1503. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegrad-stab.2005.10.007
22. De La Orden M. U., Montes J. M., Martínez Urreaga J., Bento A., Ribeiro M. R., Pérez E., Cerrada M. L. Thermo and photo-oxidation of functionalized metallocene high density polyethylene: Effect of hydrophilic groups. Polym. Degrad. Stabil. 2015;111(10): 78–88. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.10.023
23. Yusak N. A. M., Mohamed R., Ramli M. A. Mechanical analyses of polyethylene/polypropylene blend with photodegradant. J. Appl. Sci. Agric. 2014;9 (11): 300–305.
24. Липатов Ю. С. Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия; 1977. 304 с.
25. Schramm G. A practical approach to rheology and rheometry. 2nd edition. Federal Republic of Germany, Karlsruhe: Gebrueder HAAKE GmbH; 2000. 291 p.
26. Соколов А. В., Roedolf D. Введение в практическую реологию полимеров. Пластические массы. 2018;(5–6): 31–34. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=35193338
27. Lazdin R. Y., Zakharov V. P., Shurshina A. S., Kulish E. I. Assessment of rheological behavior of secondary polymeric raw materials in the conditions corresponding to processing of polymers by method of extrusion and injection molding. Letters on Materials. 2019;9(1): 70–74. DOI: https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-1-70-74
28. Bledzki A. K., Mamuna A. A., Volk J. Barley husk and coconut shell reinforced polypropylene composites: The effect of fi bre physical, chemical and surface properties. Composites Science and Technology. 2010;70(5): 840–846. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2010.01.022
29. Nourbakhsh A., Ashori A., Tabrizi A. K. Characterization and biodegradability of polypropylene composites using agricultural residues and waste fi sh. Composites Part B: Engineering. 2014;56: 279–283. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.08.028
30. Ashori A., Nourbakhsh A. Mechanical behavior of agro-residue-reinforced polypropylene composites. Journal of Applied Polymer Science. 2008;111(5): 2616–2620. DOI: https://doi.org/10.1002/app.29345
31. Вураско А. В., Минакова А. Р., Гулемина Н. Н., Дрикер Б. М. Физико-химические свойства целлюлозы, полученной окислительно-органосольвентным способом из растительного сырья. Леса России в XXI веке: Материалы первой международной научно-практической интернет-конференции, 30 июня 2009, Санкт-Петербург. СПб.: Издательство: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова; 2009. с. 126–130.