WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Студеникина Любовь Николаевна

ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОНАПОЛНЕННОГО КРАХМАЛОМ ПОЛИЭТИЛЕНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК

05.17.06 - «Технология и переработка полимеров и композитов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО ВГУИТ)

Научный консультант: Корчагин Владимир Иванович, доктор технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО ВГУИТ, г. Воронеж)

Официальные оппоненты: Беляев Павел Серафимович доктор технических наук, профессор (ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», г.Тамбов) Тихомиров Сергей Германович, доктор технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО ВГУИТ, г. Воронеж)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.»

Защита состоится «31» октября 2012 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.035.05 при ФГБОУ ВПО Воронежский государственный университет инженерных технологий по адресу: 394036, Россия, г. Воронеж, пр. Революции, д.19, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО ВГУИТ.

Автореферат размещен в сети Интернет на сайте Минобрнауки РФ http://vak2.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО ВГУИТ http://www.vsuet.ru.

Автореферат разослан «28» сентября 2012 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.035.05, к.т.н., доцент Седых В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Производство наполненного крахмалом полиэтилена (ПЭ) направлено на получение материалов и изделий с регулируемым сроком службы, т.е. способных к биодеградации под воздействием факторов окружающей среды.

По классификации биоразлагаемых полимеров выделяют направления работ в этой области: получение полиэфиров гидроксикарбоновых кислот, создание пластических масс на основе воспроизводимых природных ресурсов, наполнение синтетических полимеров материалами растительного происхождения.

Первые два направления требуют наукоемких технологий и нетрадиционных методов получения, что отражается на их стоимости.

За рубежом промышленное производство термопластов, наполненных природными полимерами, такими как крахмал, декстрин, целлюлоза, древесная мука и прочее, освоено в 80 90-х годах ХХ века.

В России на данный момент не существует аналогичного производства в промышленных масштабах, а предлагаемые на рынке изделия, способные к биодеградации, созданы на основе зарубежных добавок-концентратов.

Переработка высоконаполненных крахмалом полиолефинов в современном высокоскоростном оборудовании ограничена узким скоростным и температурным режимом из-за высокой вязкости композиции и термолобильности наполнителя.

Ограниченное использование побочных продуктов масложировой промышленности создает экологическую опасность при хранении, в этой связи актуальным направлением является использование их в качестве модифицирующих добавок (МД), способствующих снижению вязкости и повышающих биодеградацию высоконаполненных полимерных систем, т.к. они содержат жировые, белковые и биогенные вещества.

Цель работы: получение биоразлагаемой композиции на основе ПЭ с максимально возможным содержанием природного полимера – крахмала при использовании добавок многофункционального назначения.

Достижение цели потребовало решения следующих задач:

- разработка рецептуры, подбор модифицирующих добавок и определение оптимальных параметров переработки высоконаполненного крахмалом ПЭ;

Автор выражает благодарность руководителю молодежного инновационного экологического проекта БРИЗ Баймурзаеву А.С. за предоставленную инструментальную и экспериментальную базу.

- изучение физико-химических свойств, реологических и прочностных показателей ПЭ, наполненного крахмалом, при использовании модифицирующих добавок;

- определение способности к биодеструкции и экотоксичности высоконаполненного крахмалом ПЭ, модифицированного добавками многофункционального назначения;

- исследование состава и свойств побочных продуктов со стадии фильтрования и щелочной рафинации производства растительного масла и получение модифицирующих добавок на их основе для создания биоразлагаемой композиции;

- апробирование результатов исследования в производственных условиях с учетом экономической целесообразности.

Научная новизна:

1. Показано, что комплексное использование крахмала и подобранных модифицирующих добавок обеспечивает получение высоконаполненных композиций на основе ПЭ, которые могут перерабатываться в современном высокоскоростном оборудовании.

2. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что модифицирующие добавки на основе побочных продуктов производства растительных масел при введении в высоконаполненный крахмалом ПЭ способствуют смягчению композиции и синергетическому эффекту при ее биодеградации под воздействием микроорганизмов.

3. Установлено, что введение модифицирующих добавок на основе побочных продуктов масложировой промышленности в состав высоконаполненного крахмалом ПЭ позволяет регулировать водопоглощение и прочностные показатели биоразлагаемой композиции.

4. Показано, что определяющим фактором интенсивности биодеструкции наполненного крахмалом ПЭ будет доступность к источнику питания микроорганизмов – крахмалу, а наличие белковых и биогенных элементов в модифицирующих добавках на основе побочных продуктов масложировой промышленности, способствует интенсивности биоразложения композиций.

Практическая значимость работы:

1. Создана технология и подобрана рецептура для получения высоконаполненного крахмалом ПЭ с использованием модифицирующих добавок на основе побочных продуктов производства растительных масел.

2. Получены зависимости для прогнозирования реологического поведения и термостабильности высоконаполненного крахмалом ПЭ, модифицированного добавками, при переработке в высокоскоростном оборудовании.

3. Предложен альтернативный способ утилизации побочных продуктов масложирового производства путем использования их в качестве модифицирующих добавок многофункционального назначения при получении биоразлагаемого высоконаполненного крахмалом ПЭ.

4. Разработанные композиции внедрены в производство оксибиоразлагаемых добавок к ПЭ, окси-биоразлагаемых пленок и мешков для мусора, одноразовых лотков для пищевых продуктов. Изделия на основе разработанных композиций прошли процедуру сертификации, получены 4 сертификата соответствия.

На защиту выносятся:

1) способ получения биоразлагаемого высоконаполненного ПЭ с использованием многофункциональных добавок на основе побочных продуктов масложировой промышленности;

2) оптимальные параметры переработки ПЭ при высоком наполнении крахмалом с использованием МД, определенные с помощью установленных закономерностей реологического поведения в широком интервале скоростей сдвига с учетом термолабильности композиции;

3) физико-химические особенности наполненного крахмалом ПЭ, включающие способность к водопоглощению и извлечению компонентов из композиции, а также ее прочностные характеристики;

4) результаты исследования развития микроскопических грибов на поверхности биоразлагаемого высоконаполненного крахмалом ПЭ и его экотоксичности в зависимости от состава и содержания МД.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XLXII отчетной конференции ФГБОУ ВПО ВГУИТ за 2011 год (Воронеж, 2012), Международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук» (Ставрополь, 2012), Международной научно-практической конференции «Современная наука: тенденции развития» (Краснодар, 2012), Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (Москва, 2011), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки» (Тамбов, 2011), I научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии Воронежской области и пути их решения» (Воронеж, 2011), VII научно-практической конференции «Экологические проблемы города Воронежа и перспективы их решения» (Воронеж, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 3 в рецензируемых изданиях, и получено 3 патента РФ на изобретение.

Достоверность. Обработка экспериментальных данных проводили с помощью программ Microsoft Office Excel, Mathcad v 14.0, CeastVIEW 5.94 4D, что позволило достичь воспроизводимость и согласованность лабораторных и экспериментальных данных.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Материалы работы изложены на 145 стр. машинописного текста, включая 11 таблиц и 39 рисунков. Список литературы включает 172 наименования. Приложения представлены на 12 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность и научная новизна диссертационной работы, сформулирована ее цель и практическая значимость.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы утилизации и уничтожения полимерных отходов и приведены аспекты получения полимерных материалов, способных к биодеструкции.

Проанализированы и обобщены способы получения и свойства наполненных полимерных систем на основе полиолефинов.

Рассмотрены технологические аспекты использования в качестве вторичных ресурсов побочных продуктов растительного происхождения, в частности, глицеридов органических кислот, как мягчителей наполненных природными полисахаридами полиолефинов.

Анализ состояния проблемы свидетельствует об отсутствии системного подхода при создании биоразлагаемых композиций с высоким содержанием природного полимера – крахмала.

Во второй главе представлены в качестве объектов исследования композиции на основе ПЭ с содержанием крахмала от 20 до 50 % об., и МД до 10 % об. В качестве МД использовали обезвоженные побочные продукты стадии фильтрования (МДФ) и стадии щелочной рафинации – соапсток (МДС) производства растительного масла, которые оценивались в сравнении с техническим воском марки ПВ-200 (МДВ).

Использовали ПЭ марки ПВД 10802-030, в том числе вторичной переработки.

Композиции в виде гранул получали экструзией при температуре 160 180 С.

Реологические исследования проводили на капиллярном реометре «SmartRHEO-1000» (диаметр капилляра 1 мм) с программным обеспечением «CeastVIEW 5.94 4D», показатель текучести расплава определяли по ГОСТ 11645-73 с помощью прибора ИИРТ-5.

Динамические термогравиметрические исследования проводили на ИК-влагомере «FD-610» согласно ГОСТ 29127-91.

Подготовка и испытания наполненных пластмассовых материалов при определении прочностных показателей проводилась по ГОСТ 11262-80.

Водопоглощение определяли весовым методом по ГОСТ 4650-80, степень извлечения компонентов композиции водой определяли на рефрактометре ИРФ-454Б2М.

Оценка грибостойкости проводилась согласно ГОСТ 9.049-91, экобезопасность исследовали методом фитотестирования по ГОСТ Р ИСО 22030-2009.

Для анализа побочных продуктов масложировой промышленности применялись методики, определнные государственным стандартом для растительных масел - содержание влаги и летучих веществ оценивали по ГОСТ Р 50456-92, общее содержание жировых компонентов - согласно ГОСТ 5481-89, зольность - по ГОСТ 5474-66.

В третьей главе изложены результаты исследований, экспериментальные данные и их обсуждение.

Эффективность биодеградации обуславливается наличием влаги в полимерной композиции, что взаимосвязано со степенью наполнения крахмалом ПЭ. Влияние степени наполнения на основные технологические и эксплуатационные показатели с учетом водопоглощения, отражено в табл. 1.

Таблица 1 – Основные показатели ПЭ с различным содержанием крахмала Показатель Содержание крахмала, % об.

0 20,0 30,0 40,0 50,Водопоглощение за 10 суток, % мас. 0,0 12,5 20,4 31,2 45,Прочность при разрыве, МПа 14,0 8,5 6,5 4,5 3,Относительное удлинение при разрыве, % 400 280 95 35 Показатель эффективной вязкости, Па·с, 360 1050 1350 1800 25при t=160 °С и = 100 с-Показатель текучести расплава, г/10 мин 2,00 1,68 1,12 0,85 0,Полимерные композиции при содержании крахмала свыше 30 % об.

обладают высокой вязкостью, что требует введения мягчителей при переработке в высокоскоростном экструзионном оборудовании. Следует отметить, что при достижении критических напряжениях сдвига 2000Па (lg = 5,3 (Па)) отмечается режим неустойчивого течения, что проявляется во внешних дефектах экструдата типа "чешуя" (рис. 1).

В качестве смягчающего компонента и агента сочетания композиции были использованы МД на основе побочных продуктов производства растительного масла, содержащие в своем составе жировые, белковые и биогенные вещества.

Рис. 1. Внешний вид экструдата, Низкотемпературное обезвоживание полученного при t = 160 оС и = 400 с-1, (при 80 С) под вакуумом осадка при соотношении компонентов, % об.:

стадии фильтрования и соапстока с а) ПЭ : крахмал = 55,0 : 45,последующим измельчением ( lg = 5,45 (Па));

позволило получить соответственно б) ПЭ : крахмал : МДС = 48,5 : 48,5 : 3,0, МДФ и МДС, которые использовали ( lg = 5,25 (Па)).

как добавки многофункционального назначения.

На рис.2 (а, б, в) показаны фотографии высоконаполненного крахмалом ПЭ с МД (увеличение х40), а также фотография (увеличение х80) ПЭ, наполненного 20 % об. крахмала без МД. Наличие МДФ и МДС способствует получению структуры с равномерно распределенными частицами крахмала меньшего размера в сравнении с наполненным ПЭ без МД.

а б в г Рис.2. Структура композиций ПЭ : крахмал : МД, % об. = 45,0 : 45,0 : 10,0, где в качестве МД применяли (а) МДВ, (б) МДС, (в) МДФ;

и композиции ПЭ : крахмал, % об. = 80 : 20 (г).

Введение МД в состав высоконаполненного ПЭ позволяет реализовать течение по вязкое механизму при деформировании через капилляр, что отражено на рис. 3.

а б Рис. 3. Зависимость показателя эффективной вязкости от скорости сдвига при t = 160 оС для высоконаполненного ПЭ с соотношением компонентов – ПЭ : крахмал : МД, % об.: а) 48,5 : 48,5 : 3,0; б) 45,0 : 45,0 : 10,0.

Изучение реологического поведения высоконаполненного крахмалом ПЭ в широком диапазоне скоростей сдвига показало: повышение содержания МД с 3,0 % об. до 10,0 % об. не оказывает существенного значения на показатель эффективной вязкости (снижение показателя не превышает 15 20 %).

Наличие мягчителя и повышение скорости сдвига при продавливании через капилляр высоконаполненного ПЭ приводит к снижению показателя эффективной вязкости за счет разрушения узлов флуктуационнопространственной сетки между макромолекулами полимеров и агрегатами крахмала.

На рис.4 представлены кривые течения высоконаполненного ПЭ с соотношением компонентов, % об., ПЭ : крахмал : МД = 48,5 : 48,5 : 3,и 45,0 : 45,0 : 10,0 через капилляры различной длины.

Рис. 4. Кривые течения высоконаполненного крахмалом ПЭ с различным содержанием МД при деформировании через капилляр длиной l = 5 мм (- - - ) и l = мм ( ) при t = 160 оС, где в качестве МД использовали: а) МДВ, б) МДФ, в) МДС Из представленных графиков видно, что сдвиговые напряжения для всех рассматриваемых композиций в выбранном скоростном интервале не превышают критических значений lg = 5,3 (Па), т.е.

введение МД позволило реализовать течение высоконаполненного ПЭ по вязкому механизму.

Деформирование высоконаполненного крахмалом ПЭ в капилляре сопровождается входовыми потерями. Оценка истинных значений перепада давления на входе была произведена с использованием коррекции данных по Бегли. Графические результаты расчета значений входовых потерь давления в капилляре представлены на рис.5.

а б Рис. 5. Входовые потери давления – lg Ре (МПа) в зависимости от скорости сдвига – lg (с-1) при t = 160 оС (по Бегли) для высоконаполненного крахмалом ПЭ с соотношением компонентов - ПЭ : крахмал : МД, % об:

а) 48,5 : 48,5 : 3,0; б) 45,0 : 45,0 : 10,0.

Из табл. 2 видно, что для Таблица 2 – Влияние природы и высоконаполненного крахмалом содержания МД на входовую поправку для высоконаполненного крахмалом ПЭ ПЭ диапазон значений входовых поправок составляет от 1,9 до 3,8 в МД, Скорость сдвига , с-зависимости от содержания МД.

% об.

Сравнение входовых поправок с 25 100 4ПЭНП, для которого входовая -МДВ, 3,0 3,4 3,0 2,поправка равна 10 при 100 с, дает основание полагать, что МДВ, 10,0 3,5 3,3 2,высокоэластические свойства МДФ, 3,0 3,8 3,1 2,высоконаполненного ПЭ в 3 раз меньше, чем у ненаполненного МДФ,10,0 3,3 2,7 2,ПЭ.

МДС, 3,0 3,7 2,5 1,МДС, 10,0 3,1 2,3 1,Использование экспериментальных данных позволило рассчитать эмпирические зависимости истинного сдвигового напряжения от скорости сдвига (табл. 3), позволяющие определять параметры течения в реальных условиях переработки.

Таблица 3 - Эмпирические зависимости истинного напряжения сдвига (, Па) с учетом входовых потерь от скорости сдвига (, с-1 ) для высоконаполненного крахмалом ПЭ с различным содержанием МД % oб. МДВ МДФ МДС 3,0 lg = 0,108 lg + 4,774 lg = 0,102 lg + 4,834 lg = 0,095 lg + 4,810,0 lg = 0,119 lg + 4,592 lg = 0,110 lg + 4,753 lg = 0,109 lg + 4,7Термограммы, представленные на рис. 6, показывают, что при термическом воздействии в среде воздуха на высоконаполненный крахмалом ПЭ отмечаются 3 температурные области:

- I (до 120 °С) – удаления сорбционной влаги;

- II (120 170 °С) – стабильного состояния;

- III (свыше 190 °С) – термической деструкции.

Наиболее термостойким в присутствии кислорода воздуха является наполненный ПЭ, модифицированный воском. Наличие низкокипящих компонентов, содержащихся в МДС и МДФ снижают термостабильность ПЭ, высоконаполненного крахмалом, т.е.

начало потери массы при температуре 170 °С обусловлено их улетучиванием. Следует отметить, что наличие непредельных кислот в МД, полученных на основе побочных продуктов растительного происхождения, способствует термоокислительной деструкции при температуре порядка 205 °С, и как Рис. 6. Потеря массы следствие - более интенсивной потере образца при нагревании в среде кислорода воздуха массы.

Термодеструктивные процессы в крахмале при термическом воздействии в среде воздуха были отмечены при температуре свыше 210 °С.

Термостабильность наполненного ПЭ может быть повышена использованием модифицированного крахмала Thermtex.

При деформировании через капилляр высоконаполненного крахмалом ПЭ, содержащего 3,0 % об. МДФ и МДС (рис. 7), без доступа кислорода воздуха наблюдалось стабильное течение до температуры 210 С и скоростях сдвига до 400 с-1. При повышении содержания МДФ и МДС до 10,0 % об. изгиб кривых течения начинается при температуре 190 С и скорости 100 с-1. По-видимому, это связано с интенсивным улетучиванием низкокипящих компонентов из МДФ и МДС. Интенсивное термомеханическое разложение крахмала, сопровождающееся карамелизацией декстринов, отмечается свыше 210 С, что способствует уменьшению молекулярной массы наполнителя.

а б в Рис. 7. Кривые течения высоконаполненного ПЭ с различным содержанием МД при температуре переработки, °С:

а) 190; б) 210; в) 220.

На рис. 8 показаны температурно-временные области переработки высоконаполненного ПЭ с различными МД. Критерием возможности нахождения точки в области переработки был выбран 5процентный предел снижения показателя эффективной вязкости при повышении времени действия температуры.

Рис. 8. Температурно-временная область переработки композиций При переработке высоконаполненного ПЭ с содержанием 30 % об.

крахмала без МД в экструзионном оборудовании при температуре свыше 180 °С были отмечены более низкие крутящие моменты, при этом наблюдалось газовыделение с изменением цвета, что указывает на течение механотермической деструкции крахмала. По-видимому, это обусловлено локальным перегревом на стенках экструзионного оборудования за счет трения при низкой адгезии между материалом и цилиндром.

Низкая способность к водопоглощению высоконаполненного крахмалом ПЭ с МДВ по сравнению с МДФ и МДС (рис.9) обусловлена значительными барьерными свойствми по отношению к воде. Восковая оболочка, образующаяся в процессе экструзии, препятствует проникновению влаги в объем наполненной полимерной композиции, в то время как жиросодержащие МД создают слабый барьер для воды, а с течением времени частично подвергается разрушению под действием внешних факторов (рис.10).

Рис. 9. Кинетические кривые Рис. 10. Кинетические кривые водопоглощения композиций извлечении компонентов композиций (tводы = 20 С) водой (tводы = 20 С) по показателю светопреломления Изучение физико-механических показателей высоконаполненного крахмалом ПЭ показало, что введение воска в композицию оказывает наибольшее влияние на снижение прочностных показателей композиций – предела прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве (рис. 11). Следует отметить, что прочность высоконаполненного крахмалом ПЭ, модифицированного различными МД, в сравнении с чистым ПЭ снижается в 3 4 раза, относительное удлинение в 10 20 раз.

а б Рис.11. Физико-механические показатели высоконаполненного крахмалом ПЭ при соотношении компонентов, % об.: ПЭ : крахмал : МД, = соответственно: а) 48,5 : 48,5 : 3,0, б) 45,0 : 45,0 : 10,0.

Исследования грибостойкости разработанных композиций показали, что образцы, содержащие МДФ и МДС, обладают повышенной способностью к биодеструкции. Для удобства сравнения использовали 5-бальную шкалу интенсивности развития микроскопических грибов.

Рис.12. Развитие микроскопических грибов Penicillium через 20 суток после заражения в образцах «ПЭ : крахмал : МД», % об., 45,0 : 45,0 : 10,0.

Установлено, что на поверхности образцов, содержащих МДФ и МДС в любой концентрации, уже на 4 сутки от начала заражения фиксируются отдельные пятна сформировавшихся пучков конидиеносцев тест-объектов - Aspergillus, Penicillium и Rhizopus.

Визуальная оценка обрастания в среднем достигает 4 баллов в первые суток развития для всех образцов, содержащих МДФ и МДС. Для образцов, содержащих МДВ 3,0 % об. наблюдается замедленное развитие конидий для всех исследуемых тест-культур, которое проявляется только на 8 10 сутки после инокуляции, средний балл развития 1 2. При содержании МДВ 10,0 % об. видимое развитие микроскопических грибов отсутствует (рис.12).

В период начального развития колоний микроорганизмов на поверхности наполненного крахмалом ПЭ определяющим фактором эффективности биодеструкции является доступность к источнику питания – крахмалу. Впоследствии развитию микроорганизмов в материале способствует наличие жировых, белковых, биогенных элементов.

Установлено, что образцы, подвергавшиеся предварительной обработке ферментом -амилазой более подвержены биодеструкции, чем образцы, подвергавшиеся действию чистой воды (рис.13).

а б Рис. 13. Развитие Penicillium через 20 суток с начала заражения после предварительной обработки образца водой (слева) и раствором - амилазы (справа) для композиций, содержащих 3,0 % об. МДВ (а) и МДФ (б) Очевидно, что -амилаза, расщепляя в крахмале -1,4гликозидные связи, обеспечивает микроорганизмам возможность более быстрого использования углевода в метаболизме. При обработке образцов -амилазой средний балл интенсивности развития повышается на единицу для всех композиций с МДФ и МДС, а также для композиций, содержащих МДВ 3,0 % об. На биодеструкцию композиции с МДВ 10,0 % об. в -амилаза практически не влияет.

В таблице 4 показаны результаты исследования экотоксичности разработанных композиций. В качестве тест-объекта применяли овес посевной, который высаживали в смесь чернозема и гранул композиций в соотношении, % мас., = 1 : 1, контрольная почва – чистый чернозем.

Не обнаружено отрицательного влияния композиций на рост тестобъекта, более того, гранулы композиций способствовали мульчированию почвы, что интенсифицировало развитие овса.

Таблица 4 – Количественные характеристики экотоксичности МДВ МДВ МДФ МДФ МДС МДС Без Показатель 3,0 10,0 3,0 10,0 3,0 10,МД % об. % об. % об. % об. % об. % об.

Количество 95 94 96 94 95 95 проросших семян, % Длина подземной 60 90 90 85 70 80 части растения, мм Длина наземной 220 280 280 260 255 265 2части растения, мм Масса побега, г 0,50 0,65 0,65 0,62 0,61 0,63 0,В результате проведенных исследований разработана технологическая схема производства изделий хозяйственно-бытового назначения с регулируемым сроком службы (на примере мешков для мусора и лотков).

Выводы:

1. Созданы технологические основы и подобрана рецептура для получения высоконаполненного крахмалом ПЭ с использованием модифицирующих добавок в современном высокоскоростном оборудовании.

2. Установлены зависимости реологического поведения высоконаполненного крахмалом ПЭ при деформировании в круглом капилляре; доказано, что модифицирующие добавки на основе побочных продуктов масложировых производств в композиции выполняют функцию мягчителя, что позволяет реализовать течение по вязкому механизму в широком диапазоне скоростей сдвига (от 25 до 400 с-1) без достижения критических значений напряжений сдвига.

3. Определена температурная область переработки высоконаполненного крахмалом ПЭ, модифицированного многофункциональными добавками, которая находится в интервале 160 190 С, нижний предел ограничен высокой вязкостью композиции, а верхний - термолобильностью крахмала и модифицирующих добавок.

4. Показано, что содержание модифицирующих добавок в высоконаполненной полимерной композиции позволяет регулировать ее водопоглощение, реологические и прочностные показатели, при этом оптимальное содержании добавок составляет порядка 3,0 % об.

5. Введение модифицирующих добавок на основе побочных продуктов масложирового производства в наполненный крахмалом ПЭ способствует интенсификации процесса биодеструкции композиций ввиду наличия в составе добавок жировых, белковых соединений и биогенных элементов.

Использование воска в качестве МД оказывает ингибирующее действие на биодеградацию ввиду образования оболочки, препятствующей водопоглощению и создающей барьер для проникновения микроорганизмов в объем материала.

6. Предложен способ косвенной оценки эффективности биодеструкции по степени извлечения компонентов композиции водой, количественная оценка степени извлечения может быть проведена методом рефрактометрии.

7. С помощью метода фитотестирования установлено, что побочные продукты масложировой промышленности в качестве модифицирующих добавок полимерных композиций не оказывают отрицательного влияния на экобезопасность при захоронении.

8. Разработанные композиции прошли апробацию в промышленных условиях и внедрены в производство окси-биоразлагаемых добавок к ПЭ, окси-биоразлагаемых пленок и мешков для мусора, одноразовых лотков для пищевых продуктов, что подтверждено актом внедрения, 2 актами испытания и 4 сертификатами соответствия.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Баймурзаев, А.С. Биоразлагаемые высоконаполненные композиции на основе полиэтилена [Текст] / А.С. Баймурзаев, Л.Н. Студеникина, Н.А. Балакирева// Экология и промышленность России.– 2012. – № 3.– С. 9 – 11.

2. Шуваева, Г.П. Влияние модифицирующих добавок на биодеструкцию высоконаполненного крахмалом полиэтилена [Текст] / Г.П. Шуваева, Л.Н. Студеникина, В.И. Корчагин // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий.– 2012. – № 1. – С. 154 – 157.

3. Корчагин, В.И. Реологическое поведение высоконаполненного крахмалом полиэтилена [Текст] / В.И. Корчагин, Л.Н. Студеникина// Фундаментальные исследования.– 2012. – № 4. – С.123 – 127.

Статьи и материалы конференций:

4. Студеникина, Л.Н. Оценка эффективности биодеструкции и экотоксичности модифицированных полимерных композиций [Текст] / Л.Н. Студеникина, В.И.

Корчагин, Г. П. Шуваева, М. В. Енютина, А. В. Протасов // Актуальная биотехнология. – 2012. – №1. – С.35 – 39.

5. Корчагин, В.И. Влияние воска на свойства высоконаполненного крахмалом полиэтилена [Текст] / В.И. Корчагин, Л.Н. Студеникина // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития». – Москва. – 2011. – С. 48 – 50.

6. Корчагин, В.И. Утилизация отходов растительного происхождения при переработке полимерных композиций [Текст] / В.И. Корчагин, Л.Н. Студеникина, В.Ю. Богатырев // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки». – Ч2. – Тамбов. – 2011. – С. 69 – 70.

7. Студеникина, Л.Н. Влияние агентов сочетания на физико-химические и реологические показатели наполненных полимерных систем [Текст] / Л.Н. Студеникина, А.В. Протасов, А.С. Баймурзаев // Материалы I научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии Воронежской области и пути их решения». – Воронеж.

– 2011. – С. 82 – 93.

8. Корчагин, В.И. Лимитирующие факторы при переработке высоконаполненного крахмалом полиэтилена [Текст] / В. И. Корчагин, Л. Н. Студеникина // Материалы I Международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук». – Ставрополь. – 2012. – С.157 – 159.

9. Корчагин, В.И. Влияние модифицирующих добавок на реологическое поведение высоконаполненных композиций [Текст] / В.И. Корчагин, Л.Н. Студеникина, М.В.

Енютина // Материалы Международной научно-практической конференции «Современная наука: тенденции развития». – Краснодар. – 2012. – С.273 – 275.

10. Протасов, А.В. Прогнозирование реологических свойств наполненных полимерных систем для оценки поведения материала при переработке [Текст] / А.В. Протасов, Л.Н.

Студеникина, А.С. Баймурзаев и др. // Материалы I научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии Воронежской области и пути их решения». – Воронеж.

– 2012. – С. 107 – 112.

11. Баймурзаев, А.С. Создание универсальной добавки для получения биоразлагаемых полимерных композиций как решение проблемы пластикового мусора [Текст] / А.С.

Баймурзаев, Н.А. Балакирева, А.А. Сидоров, Л.Н. Студеникина и др. // Материалы VII научно-практической конференции «Экологические проблемы города Воронежа и перспективы их решения». – Воронеж. – 2012. – С. 78 – 80.

12. Баймурзаев, А.С. Использование биоразлагаемых пенопластов – способ сокращения накопления пластиковых отходов [Текст] /А.С. Баймурзаев, Н.А. Балакирева, А.А.

Сидоров, Л.Н. Студеникина и др. // Материалы VII научно-практической конференции «Экологические проблемы города Воронежа и перспективы их решения». – Воронеж. – 2012. – С. 78 – 80.

13. Студеникина, Л.Н. Модифицирующие добавки для высоконаполненного крахмалом полиэтилена [Текст] / Л.Н. Студеникина // Материалы XLVII отчетной научной конференции ВГУИТ за 2011 год. – Воронеж. – 2012. – С.100 - 102.

Изобретения:

14. Пат. 2445326 РФ, МПК7 C 08 L 23/06, C 08 L 3/04, C 08 K 5/09, C 08 L 101/16. Способ получения биоразлагаемых композиций, включающих производные крахмала на основе простых и сложных эфиров полисахаридов / Бражников А.Н., Баймурзаев А.С., Студеникина Л.Н. и др.; ООО «БОР». № 2010145473/05; заявл. 09.11.10; опубл. 20.03.12.

15. Пат. 2446189 РФ, МПК7 C 08 L 3/02, C 08 L 89/00, C 08 L 101/16. Универсальная добавка, инициирующая разложение полимеров, и способ ее получения / Студеникина Л.Н., Протасов А.В., Баймурзаев А.С. и др.; Баймурзаев А.С. № 2010152498/05; заявл.

23.12.2010; опубл. 27.03.2012.

16. Пат. 2446191 РФ, МПК7 C 08 L 23/06, C 08 L 3/02, C 08 L 101/16. Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава / Студеникина Л.Н., Балакирева Н.А., Протасов А.В.; Балакирева Н.А. № 2011104211/05;

заявл. 08.02.2011; опубл. 27.03.2012.

Подписано в печать 27.09. 2012. Формат 60 х 84 1/Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 2ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии:

394036, Воронеж, пр. Революции,







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.