Рисунок 2 – Набухание экструдата, наполненного ТУ

Таким образом, можно сделать вывод, что усадка экструдата, наполненного техническим углеродом, хоть и имеет небольшое значение, но несёт достаточно большую проблему для резиновой промышленности. Наибольшее влияние усадка оказывает при навивке протектора на СКГШ, поскольку даже незначительное изменение его размеров сильно влияет на ходимость, долговечность и эксплуатационные характеристики шины.

В работе были определены значения величин набухания экструдата, выходящего из фильеры, связанные с эффектом Барруса. Выявлено влияние скорости вращения шнека, температуры по зонам и давление в головке экструдера на технологические параметры резиновых смесей, установлена корреляция между данными показателями. Найдены зависимости, позволяющие регулировать значения усадки путем изменения температуры и давления в головке экструдера.

УДК 677.473

Магистрант Д. В. Прищепенко

Науч. рук. проф. Н. Р. Прокопчук

(кафедра технологии нефтехимического синтеза и

переработки полимерных материалов, БГТУ)

Для хитозана, как и других природных полимеров и их производных, характерно отсутствие постоянных макромолекулярных характеристик. Это объясняется тем, что биосинтез хитина осуществляется в природных условиях, характеризующихся изменяющимися параметрами внешней среды (температура, состав питательной среды и др.), и это приводит к получению продуктов невоспроизводимого качества. Хитозан животного происхождения получают из сырья, образованного в естественных условиях, поэтому ему присущи вышеперечисленные недостатки [1].

В большинстве работ, посвященных переработке хитозана и получению материалов и изделий на его основе, используется сырье животного происхождения. Хитозан из грибов до настоящего время не получил такого широкого использования. Также установлено, что хитозан из грибов обладает сопоставимой биологической активностью [1].

Хитозан из грибов представляет собой хитозан-глюкановый комплекс, в котором к основной хитозановой цепи гликозидной связью присоединен углеводный остаток. Надмолекулярная структура растительного хитозана в отличие от животного хитозана аморфизирована [2].

Преимущества растительного сырья обусловлены существованием в настоящее время крупномасштабного биотехнологического производства по выращиванию грибов в искусственных условиях. Это гарантирует воспроизводимость условий роста продуцентов и, следовательно, качества хитина и хитозана.

Уровень знаний о хитозане растительного происхождения и наличие промышленного производства этого биополимера создают предпосылки для его использования при разработке изделий различного назначения, в частности раневых покрытий, фильтров, сорбентов и т.п., а различия в надмолекулярной структуре растительного и животного хитозана позволяет регулировать состав формовочного раствора в более широких пределах.

В Республике Беларусь на ОАО «Завод горного воска» имеется электроформовочная установка NS LAB 500S производства фирмы «ELMARCO» (Чешская Республика). Данная установка позволяет получать широкий спектр нановолоконных материалов, в том числе и из растворов хитозана.

Целью данного исследования было определение влияния природы хитозана в формовочном растворе на образование нановолокон. Растворителем служила 70%-ная уксусная кислота. Для приготовления растворов использовался животный хитозан производства «БелРосБиоТех» (Россия) с молекулярной массой 100–200 кДа и растительный хитозан производства KitoZyme (Бельгия) с молекулярной массой 30-50 кДа.

Формование образцов для определения плотности нанесения нановолоконного покрытия проводили при следующих условиях: межэлектродное напряжение 60 кВ, межэлектродное расстояние 12,5 см, скорость вращения волокнообразующего электрода 14 об/мин, скорость движения подкладочного материала 0,1 м/мин. В ранее проведенных исследованиях было установлено, что электроформование растворов растительного хитозана происходит при его большей (в 2-3 раза) концентрации по сравнению с формовочными растворами на основе животного хитозана. В качестве подложки использовали нетканый материал спанлейс. Нанесение проводили в один и два слоя.

Структуру полученных нановолоконных покрытий исследовалась с применением сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-5610 LV.

На рисунке 1 представлены снимки поверхности с двухслойным нановолоконным покрытием из животного и растительного хитозана.

а) б)

Из представленных снимков видно, что структура нановолоконного покрытия практический идентична в случае использования животного и растительного хитозана.

Измерение поверхностной плотности образцов материалов проводилось путем отбора трех проб из каждого образца материала, которые обрезались по квадратному шаблону со сторонами 100±0,3 мм и взвешивались на аналитических весах. Точность измерения составляла 0,0001 г. Результаты исследований плотности нановолоконного покрытия представлены таблице 1.

Таблица - Показатели плотности нановолоконного покрытия

Наименования материала	Плотность нановолоконного покрытия, г/м2
Хитозан животный «БелРосБиоТех» одинарный слой	0,220
Хитозан животный «БелРосБиоТех» двойной слой	0,475
Хитозан растительный KitoZyme одинарный слой	0,325
Хитозан растительный KitoZyme двойной слой	0,735

Из представленных данных видно, что показатель максимальной плотности нановолоконного покрытия наблюдается при использовании хитозана растительного происхождения – 0,325 и 0,735 г/м² для одного и двух слоёв соответственно. Это вызвано большей оптимальной концентрацией растительного хитозана в формовочном растворе, чем в растворе на основе животного хитозана.

Выявлено, что использование растительного хитозана в составе формовочного раствора способствует получению нановолоконного покрытия с более высокой плотностью по сравнению с покрытиями, полученными с использованием животного хитозана. Использование растительного хитозана позволит снизить затраты растворителя на процесс электроформования, а также ускорить достижение необходимой плотности нанесения нановолоконного покрытия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Феофилова Е.П. Хитин грибов: распространение, биосинтез, физико-химические свойства и перспективы использования / Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение. – М.: Наука, 2002. – с.100-111.

2. Осовская И.И., Будилина Д.Л., Тарабукина Е.Б., Нудьга Л.А. Хитин-глюкановые комплексы (Физико-химические свойства и молекулярные характеристики) / под ред. Г.М. Полторацкого. ГОУ ВПО СПбГТУРП.– СПб., 2010. – 52 с.

УДК 678.4.04

Студ. Ю. А. Подберезская (Бриль)

Науч. рук. ст. преп. К. В. Вишневский

(кафедра технологии нефтехимического синтеза и

переработки полимерных материалов, БГТУ)

Основным мягчителем и повысителем клейкости на основе лесохимического сырья, удовлетворяющим возрастающим требования потребителей шинной продукции и резинотехнических изделий, по-прежнему является канифоль.

При введении канифоли в резиновые смеси значительно увеличивается клейкость, уменьшается их вязкость и замедляется подвулканизация вследствие ее кислого характера. Однако наличие сопряженных двойных связей в канифоли способствует окислению каучука и резины. Одним из способов устранения этого недостатка является модификация канифоли азотсодержащими соединениями.

Целью научной работы являлось исследование влияния азотсодержащих аддуктов канифоли на свойства резиновых смесей.

В качестве объектов исследования использовались ненаполненные эластомерные композиции на основе синтетического изопренового каучука СКИ-3 и комбинации СКИ-3 и СК(М)С-30-АРКМ-15, в соотношении 70:30, в которые дополнительно вводились добавки модифицированной канифоли в дозировке 2 масс. ч. на 100 масс. ч. каучука.

В качестве добавок использовали: октилимид канифольноитаконового аддукта (ОКИА) (смесь N-октилимида цитраконопимаровой кислоты (~50%) и непрореагировавших смоляных кислот); имид канифольномалеинового аддукта и анилина (АОКМА), содержащий ~50% N-фенилимида малеопимаровой кислоты; имидоамид канифольномалеинового аддукта и анилина (АКМА), содер-жащий N-фенилимид анилида малеопимаровой кислоты; имидоамид канифольномалеинового аддукта и п-анизидина (АнКМА), содержащий

Синтез добавок осуществлялся следующим образом: к расплаву канифольно-малеинового или канифольно-итаконового аддуктов в течение 1-3 часов прикапывали необходимое количество азотсодержищих соединений. Далее в течение 5-8 часов при температуре 180–220⁰С перемешивали полученную смесь до образования конечного продукта (модификационной добавки). Синтез аддуктов канифоли и их модификацию проводили в Институте химии новых материалов НАН Беларуси, в лаборатории лесохимических композиционных материалов.

Определение твердости широко применяется благодаря простоте методов испытаний, доступности и значительной чувствительности приборов, а также непродолжительности определений.

В результате проведенных испытаний (табл. 2), выявлено, что введение добавок ОКИА и АОКМА в эластомерную композицию на основе СКИ-3 приводит к некоторому увеличению твердости: так, у значение показателя твердости по Шору А резин с данными добавками составляли 75,4–75,7 ед. Шор А, в то время значение показателя у резины без добавок – 72,6 ед. Шор А. Введение добавок АнКМА и АКМА не оказало влияния на твердость резин по Шор А. В тоже время при введении добавок в композицию на основе комбинации каучуков СКИ-3 и СК(М)С-30-АРКМ-15 изменения данного показателя не превышали погрешности измерений данного метода.

Эластичность резины принято характеризовать величиной ее полезной упругости, представляющей собой отношение возвращенной работы к работе, затраченной на деформирование образца.

Из таблицы 2 следует, что при введении добавок в исследуемые эластомерные композиции эластичность по отскоку изменялась следующим образом: значения данного показателя у резин сравнения и модифицированных отличались не более чем на 4 % для композиций на основе СКИ-3, уменьшается на 6–9 % в случае смеси на основе комбинации СКИ-3 и СК(М)С-30-АРКМ-15.

Динамический модуль упругости при растяжении или сжатии – отношение составляющей нормального напряжения, совпадающей по фазе с деформацией, к деформации растяжения или сжатия.

Из полученных данных следует, что введение добавок, как в случае смеси на основе СКИ-3, так и в случае комбинации каучуков, вызывает увеличение динамического модуля и снижение тангенса угла механических потерь. Наибольшие изменения показателей наблюдались при введении добавок АнКМА и ОКИА в композиции на основе СКИ-3 и ОКИА и АОКМА в смеси на основе комбинации СКИ-3 и СК(М)С-30 АРКМ-15.

Таким образом, можно сделать вывод, что применение добавок на основе азотсодержащих аддуктов канифоли приводит к некоторому повышению эластичности по отскоку и динамического модуля резин, при этом наблюдается снижение значений тангенса угла механических потерь.

УДК 678.764

Студ. А. И. Чайчиц

Науч. рук. проф. Э. Т. Крутько

(кафедра технологии нефтехимического синтеза и

переработки полимерных материалов, БГТУ)

Рациональное природопользование входит в перечень приоритетных направлений развития науки, технологий и техники, поэтому проблема загрязнения окружающей среды отходами перерабатывающих отраслей промышленности на сегодня является актуальной. Радикальным решением проблемы “полимерного мусора” является создание и освоение широкой гаммы полимеров, способных при соответствующих условиях биодеградировать на безвредные компоненты. Преимуществом этих биоразлагаемых материалов является не только неисчерпаемость природных ресурсов для их получения, но и также существенно меньшая нагрузка на окружающую среду в ходе их утилизации [1].

Лидирующее положение на мировом рынке биодеградируемых полимерных материалов (~43%) занимает полимолочная кислота (полилактид, PLA), которая имеет два основных направления использования:

1) для производства изделий с коротким сроком службы (пищевая упаковка, одноразовая посуда, пакеты, различная тара, средства личной гигиены);

2) в медицине, для производства рассасывающихся шовных материалов, эндопротезов в хирургии; различные шурупы, стержни и шины в травматологии и ортопедии; в черепно-лицевой хирургии – изделия для реконструкции костей лица и черепа.

Исходным мономером для производства полилактида является молочная кислота либо её димер – лактид. Молочную кислоту получают синтетическим способом и ферментативным брожением сахаросодержащих субстратов. В промышленности молочную кислоту получают гидролизом 2-хлорпропионовой кислоты и её солей. Производство молочной кислоты микробиологическим способом дешевле традиционного, так как бактерии синтезируют её из доступных сахаров в несложном технологическом процессе. В качестве сырья используются самые различные сельскохозяйственные сахаросодержащие культуры, которые произрастают в тех или иных регионах мира. В Европе можно использовать пшеницу или свеклу, в Америке - кукурузу или бобы.

Полилактид – прозрачный бесцветный термопластический полимер. Этот полимер возможно перерабатывать всеми способами, применяемыми для переработки термопластов. Температура плавления полилактида 170-180 ^ОС. При производстве полилактида выбрасывается на 50% меньше углекислого газа, чем при производстве полимеров на основе нефти.

Существует два способа синтеза полилактида: поликонденсация молочной кислоты и полимеризация лактида. Поликонденсация молочной кислоты является наиболее простым способом получения полилактида. Этим способом можно получить полимер с молекулярной массой в несколько тысяч.

Для получения более высокомолекулярного полилактида используют полимеризацию лактида с раскрытием цикла. Может применяться три типа полимеризации: в расплаве, растворе, в суспензии. Полимеризация в зависимости от выбранного инициатора протекает по радикальному либо ионному механизму. При этом часто использую в качестве катализаторов соединения двухвалентного олова либо цинка [2].

Наибольший рост мирового рынка биоразлагаемых полимеров, согласно прогнозам аналитиков, ожидается в течение ближайших пяти лет. Сегмент упаковочных биоматериалов составляет около 70% общего объема рынка, так как широкое использование экологически безопасного и «самоутилизируемого» материала в качестве пищевой упаковки предпочтительнее по сравнению с полимерами из нефти или природного газа.

1. Мишкин, С.И. Разработка материалов на основе полимолочной кислоты с улучшенными технологическими свойствами / С.И. Мишкин, Н.Н. Тихонов, Б.С. Кирин, В.С. Осипчик // Пластические массы. – 2013. – №9. – С. 61-64.

2. Фомин, В.А. Биоразлагаемые полимеры, состояние и перспективы их использования / В.А. Фомин, В.В. Гузеев // Пластические массы. – 2001. – №2. – С. 42-47.

3. Шкарин, А.А. Выбор условий для получения олигомеров молочной кислоты / А.А. Шкарин, А.В. Яркова, Ю.Е. Похарукова, В.Т. Новиков // Вестник Томского гос. унив-та. – 2014. – №385. – С. 224-226.

УДК 502.1(476)

Студ. И. А. Киселёва

Науч. рук. проф. Э. Т. Крутько

(кафедра технологии нефтехимического синтеза и

переработки полимерных материалов, БГТУ)

Проблемы утилизации отходов

полимерных материалов

Утилизация отходов  одна из важнейших проблем современной цивилизации, а именно их качественной и перспективной переработки. Ежегодно на территории Беларуси образуется 300 тыс. т отходов пластмасс и этот объем продолжает расти. Самым простым способом утилизации отходов, использующимися повсеместно, является их захоронение или складирование на соответствующих полигонах(свалках). В развитых в промышленном отношении странах применяются мусоросжигающие заводы. Положительная сторона данного процесса состоит в уничтожении мусора и выработке энергии при сжигании, отрицательная сторона  загрязнении окружающей среды продуктами сгорания, образовании отходов в виде токсичной золы (отходы из отходов составляют примерно 25%). С учетом национальных интересов Беларуси теплоутилизация отходов представляется выгодной: теплотворная способность горючих составляющих отходов может использоваться для выработки тепловой и электрической энергии и при этом обеспечивается их обезвреживание [1].

1. Полиэтилентерефталат (ПЭТ). Например, пластиковые бутылки от газировки и пива.

2. Полиэтилен высокой плотности. Плотные глянцевые пакеты из магазинов, корзины для мусора, трубы и т.д.

3. Поливинилхлорид (PVC). Бочки, трубы.

4. Полиэтилен низкой плотности. Шуршащие пакеты из магазинов, контейнеры, бутылки и т.д.

5. Полипропилен. Автомобильный пластик, пищевые контейнеры, посуда и т.д.

6. Полистирол. Прочный и часто хрупкий пластик. Подносы, видеокассеты, корпуса для электроники и т.д.

7. Все прочее: акрил, нейлон, поликарбонат и т.д.

Такие методы как сжигание, захоронение, складирование на полигонах полимерных материалов приводит к загрязнению окружающей среды, а именно почвы(уменьшение земельных ресурсов страны), поверхностного стока и вод мирового океана(способствует вымиранию разных представителей морской фауны). Морские черепахи иногда погибают, проглатывая полиэтиленовые пакеты, которые в воде напоминают им медуз. Загрязнение атмосферы происходит в результате частичного разложения полимерных материалов микроорганизмами, вследствие чего выделяется парниковый газ метан (CH₄), что вносит существенный вклад в глобальное потепление. Некоторые свалки проявляют инициативу, устанавливая устройства для захвата метана и использования его для получения энергии [3].

В последние годы в мире разработан способ переработки полимеров путем оксобиоразложения [4]. Технология оксобиоразложения была открыта, исследована и впервые применена на практике канадской компанией EPI (Environmental Technologies Inc.) в 1992 г. Это двухстадийный процесс. Первая стадия – разложение при окислении. Под действием добавки-катализатора длинные молекулярные цепи с гидрофильной поверхностью распадаются на короткие, имеющие гидрофобную поверхность. Вторая – биоразложение. Бактерии легко атакуют такой разрушенный пластик и превращают его, в том числе в биомассу, полезную для почвы. Почему же обычный пластик становится пищей для микроорганизмов? Основной питательной средой для них служит углерод. Поскольку многие полимеры состоят в основном из углерода, бактерии активно потребляют его и перерабатывают в углекислый газ, воду и биомассу. Такой чудо-пластик «тает» и превращается в безопасные для экологии вещества. Этот научный факт подтвержден и производителями, и известными экспертами. Впервые независимая экспертиза оксо-биоразлагаемых полимеров была проведена научно-исследовательской группой департамента химии и индустриальной химии Университета Пизы (Италия).Специалисты более трех лет изучали полиолефины, в состав которых входили биоразлагаемые композиции TDPA® (Totally Degradable Plastic Additive) компании EPI. Были исследованы в основном образцы отдельных типов и марок полиэтилена (ПЭ) в сочетании с различными биоразлагающими добавками. Образцы помещались в почву или компостные сооружения. Полиэтиленовые пленки низкой плотности (ПЭНП), (LDPE) и ЛПЭН(LLDPE) показывали высокую способность к окислению. В результате окисления углеродные цепи макромолекул разрушались на все более и более мелкие фрагменты. Пленки становились хрупкими и распадались на мелкие частицы, и затем поедались микроорганизмами.

В крупных городах и промышленных центрах Беларуси есть возможность создавать предприятия и концерны для решения данной проблемы. Разрабатывать программы, сотрудничать с другими странами и внедрять новейшие технологии – путь [4].

УДК 665.637

Магистрант А. Аль-Разуки, студ. О. В. Лабкович,

Науч. рук. проф. Е. И. Грушова

(кафедра технологии нефтехимического синтеза и

переработки полимерных материалов, БГТУ)