06.02.2003 15:32
В.Б. Юрханов, Г.С. Воробьева, Н.М. Михалева, В.П. Бритов, В.В. Богданов
Пластические массы, 1998, ╧ 4, с. 40 - 42
Проблема вторичной переработки полиэтилентерефталата (ПЭТФ) является актуальной, т.к. объем выпуска упаковок из этого материала, преимущественно одноразового использования, постоянно увеличивается. Например, вопрос об утилизации использованных бутылок решается в рамках международной программы, в которой участвует 21 страна [1]. Разрабатываются и осваиваются различные методы сбора, измельчения и вторичной переработки бутылок из ПЭТФ.
Использование отходов пластмасс в качестве конструкционного материала является экономически выгодным, но реализовать это достаточно сложно технологически, поскольку свойства вторичного полимерного сырья обычно несколько хуже первичного из-за процессов деструкции, протекающих в материале при эксплуатации изделий, их хранении, повторной переработке и т.п.
Одним из возможных направлений вторичной переработки ПЭТФ является использование его для модификации вторичного полиэтилена. В целом, как показано на рис.1, ПЭТФ имеет хорошие физико-механические характеристики (некоторые марки ПЭТФ могут иметь низкую стойкость к растрескиванию) и хорошо совмещается со всеми марками полиэтилена.
Рис.1. Зависимость напряжения от деформации для исходных вторичных материалов 1 √ ПЭТФ, 2 √ ПЭВП, 3 √ ПЭНП, 4 √смесь СКП.
Исследования проводили для различных комбинаций ПЭТФ с полиэтиленом высокой (ПЭВП) и низкой (ПЭНП) плотности, подбирая пары таким образом, чтобы температура плавления ПЭТФ находилась в диапазоне температур переработки полиэтилена с целью осуществить дальнейшую переработку композиции методом литья.
Объектами исследования являлись вторичный ПЭТФ ТУ6-05-1984-85, вторичный ПЭВП марки 277-73, вторичный ПЭНП марки 15813-020 и смесь отходов кабельных полиэтиленов (СКП), которая обладает значительной величиной пластической деформации (рис.1). Характеристики исходных материалов приведены в таблице 1.
Табл. 1. Свойства исходных вторичных ПЭТФ и полиэтиленов.
Показатели Материал
ПЭТФ ПЭВП ПЭНП СКП
Температура плавления, ╟С 243 127 119 146
ПТР,г/10мин 1,5-2,0 17-25 2,0-3,0 2,5-3,0
Разрушающее напряжение при разрыве, МПа 134,5 17,0 9,1 16,2
Модуль упругости при растяжении, МПа 6130 77,1 205,1 89,3
Высокая температура плавления ПЭТФ затрудняет его совместную переработку с полиэтиленом из-за опасности термодеструкции последнего [2].
Были изучены композиции ПЭТФ и литьевого ПЭВП с различным содержанием компонентов. В таблице 2 для каждой из исследованных смесей приведены данные о температуре плавления, вязкости, текучести расплава и работе смешения, необходимой для получения гомогенной смеси.
Табл. 2. Свойства смесей ПЭТФ с ПЭВП различного состава.
Показатели
Содержание ПЭТФ в смесях (%, вес.)
10 20 30 40
Температура плавления, ╟С 141 144 146 149
Вязкость расплава, Па×с´10-3 5,8 7,1 8,8 10,2
ПТР,г/10мин 16-18 10-12 5-9 1,5-3
Работа смешения, кДж 7,9 18,0 19,4 20,2
Как и следовало ожидать, с увеличением содержания ПЭТФ в смесях повышается температура плавления, ПТР смесей значительно падает, а работа смешения растет, поэтому при получении смесей, предназначенных для переработки литьем под давлением, содержание ПЭТФ не должно превышать 30% (вес.).
Добавка СКП в смеси также заметно снижает их ПТР и затрудняет перемешивание. Так, в композицию ПЭТФ с ПЭВП с содержанием ПЭТФ 10%(вес.) можно дополнительно ввести не более 35%(вес.) СКП. Данные о показателях этих смесей приведены в таблице 3. Свойства композиций ПЭТФ с ПЭВП и СКП иллюстрируют рис.2 и таблица 4.
Табл. 3. Свойства смесей ПЭВП с ПЭТФ (10%, вес) и СКП различного состава.
Показатели
Содержание СКП в смесях (%, вес.)
10 15 30
Температура плавления, ╟С 140 142 152
Вязкость расплава, Па×с´10-3 6,3 6,8 12,8
ПТР,г/10мин 8-10 7-9 0,5-1,0
Работа смешения, кДж 8,6 12,9 21,1
Рис.2. Зависимость напряжения от деформации для смесей ПЭВП с ПЭТФ и СКП (%, вес.). 1 √ ПЭВП+ПЭТФ (35);
2 √ ПЭВП+ПЭТФ (20); 3 √ ПЭВП+ПЭТФ (10); 4 √ ПЭВП+ПЭТФ (10)+СКП(20); 5 √ ПЭВП+ПЭТФ (10) + СКП (25); 6 √ исходный ПЭВП.
Табл. 4. Свойства композиций ПЭТФ с ПЭВП и СКП
Содержание ПЭТФ в смесях (%, вес.) Содержание СКП в смесях (%, вес). Содержание ПЭТФ 10% (вес)
10 20 35 20 25
Разрушающее напряжение при разрыве, МПа 21,9 19,6 18,7 23,8 22,4
Относительное удлинение при разрыве, % 4,8 2,6 2,0 8,1 6,2
Модуль упругости при растяжении, МПа 3442,2 1566,5 1104,9 150,6 4503,3
По сравнению с исходным ПЭВП, прочностные характеристики его композиций с содержанием ПЭТФ до 35%(вес.) не хуже, а модуль упругости (т.е. жесткость материала) возрастает более чем на порядок.
Добавка СКП (20√25%,вес) не только улучшает прочностные характеристики получаемых композиций, но также повышает величину относительного удлинения при разрыве, что увеличивает стойкость материала к трещинообразованию.
Таким образом, смеси вторичных полиэтиленов и ПЭТФ можно применять в качестве конструкционных материалов для производства изделий методом литья под давлением, если содержание ПЭТФ в смесях не превышает 30%(вес.). При введении ПЭТФ прочностные характеристики смесей по сравнению с исходным полиэтиленом не ухудшаются, а модуль упругости растет.
Применение СКП как пластифицирующей добавки увеличивает стойкость композиций к растрескиванию.
Полученные на основе вторичного сырья конструкционные материалы не только не уступают, но по некоторым показателям могут и превосходить исходные, в том числе первичной переработки.
Литература
1. PET bottle collection tops 350000 tonnes // Mod. Plast. Int..-1995. - 25, ╧9. -С. 16.
2. Каменев Е.И., Мясников Г.Д., Платонов М.Г. Применение пластических масс: Справочник. - Л. - 1985. -448 с.
Биоразлагаемые полимеры, состояние и перспективы использования
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.