Delist.ru

 Эффективные полимерные трубы на основе вторичных полиолефинов (19.10.2010)

Автор: Голованов Андрей Владиславович

обоснована возможность получения методом экструзии эффективных полимерных труб малого диаметра (до 110 мм) на основе наполненных вторичных полиолефинов, полученных из отходов потребления;

установлено, что небольшое количество неорганических примесей кальция, титана, железа, меди и цинка, содержащихся во вторичных полиолефинах, играют роль зародышей структурообразования во вторичном полимере и повышают эксплуатационные свойства композитов на их основе;

установлены закономерности релаксационных процессов во вторичных полиолефинах при различных деформационных режимах;

установлено, что термомеханические кривые первичных и вторичных полиолефинов практически идентичны, а термо- и термоокислительная стабильности вторичных полимеров практически не отличаются от первичных полимеров, что позволяет рассматривать их поведение в условиях эксплуатации с единых позиций;

получены зависимости физико-механических свойств вторичных полиолефинов от кратности переработки и содержания первичных полимеров в смеси с вторичными термопластами;

установлены зависимости эксплуатационных свойств, термостойкости и показателей пожарной опасности наполненных вторичных полиолефинов от содержания тонкодисперсных минеральных наполнителей.

Практическая ценность работы.

разработаны рекомендации по использованию полимерных отходов потребления для производства полимерных труб диаметром до 110 мм из вторичных полиолефинов;

разработаны и оптимизированы составы для производства эффективных наполненных полимерных труб на основе вторичных полиолефинов, состоящие из 74,4-75,2% полимерных отходов, 18,6-18,8% первичных полиолефинов, 5,0-6,2% тонкодисперсных минеральных наполнителей и 0,8-1,0% пигмента;

разработана технология производства наполненных полимерных труб на основе полимерных отходов потребления методом экструзии, что позволяет снизить антропогенную нагрузку на окружающую природную среду и экономить первичные сырьевые ресурсы.

Внедрение результатов исследований. Проведена промышленная апробация составов и технологии производства наполненных полимерных труб на основе вторичных полиолефинов диаметром до 110 мм. В цехе №2 ООО “БиС-Пак” (г. Вологда) были выпушены опытные и опытно-промышленные партии полимерных труб диаметром 20,32,82 и 110 мм и толщиной стенок 2-2,7 мм на основе вторичных полиолефинов общим объемом 4644 п.м. Экономический эффект от применения полимерных труб при строительстве и реконструкции общественных зданий в г. Вологда составил более 16 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: Общероссийской научной конференции “Новые технологии, инновации, изобретения”, г. Иркутск, 2005 г., IV всероссийской научно - технической конференции “Вузовская наука - региону”, г. Вологда, 2006 г., Всероссийской научно-практической конференции “Медицинская техника и технологии” г. Вологда, 2006 г., Международной научно-практической конференции “Наука и практика: проблемы интеграции ” г. Котлас, 2008 г., IX, X, XI и XII международных межвузовских научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов “Строительство - формирование среды жизнедеятельности” (г. Москва, 2006, 2007, 2008, 2009

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и 3 приложений. Работа содержит 145 страниц печатного текста, 37 рисунков и 23 таблицы. Библиографический список, включающий 156 наименований, изложен на 14 страницах.

На защиту выносится:

обоснование возможности перевода полиолефиновых отходов потребления в материальный ресурс строительной индустрии;

зависимости физико-химических, физико-механических, релаксационных, термомеханических и термических свойств вторичных полиолефинов от элементного состава и содержания неорганических примесей;

зависимости влияния соотношения вторичный/первичный полиэтилен(полипропилен) и кратности переработки вторичных полиолефинов на основные физико-механические свойства термопластов;

зависимости влияния химической природы и содержания тонкодисперсных минеральных наполнителей на физико-механические свойства, термостойкость и показатели пожарной опасности вторичных полиолефинов;

составы и технология производства эффективных полимерных труб малого диаметра на основе полимерных отходов потребления, основные эксплуатационные свойства разработанных полимерных строительных материалов;

результаты опытного и опытно-промышленного внедрения проведенных экспериментальных исследований, технико-экономические показатели производства и применения полимерных труб из вторичных полиолефинов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Полимерные трубы в мире пользуются все большей популярностью. Это связано с высокими эксплуатационными характеристиками, которыми обладают современные полимерные материалы. В работе отмечается, что наибольшее распространение в строительстве получили полимерные трубы на основе полипропилена и полиэтилена. Минимальный срок эксплуатации таких трубопроводов (50 лет) установлен в ГОСТ Р 52134-2003. В диссертации анализируются некоторые аспекты сбора, хранения и переработки отходов потребления. Показано, что одним из эффективных инструментов минимизации образования полимерных отходов является использование непригодных к дальнейшему применению полимерных изделий в качестве вторичного сырья для производства полимерных труб.

До настоящего времени не изучены кристаллическая структура и свойства вторичных полиолефинов. Не исследовались элементный состав и количество неорганических примесей, релаксационные свойства и химическая стойкость полимерных материалов на основе вторичных полиолефинов. Также не изучено влияние кратности переработки, содержания и химической природы тонкодисперсных минеральных наполнителей на структуру, физико-механические свойства и показатели пожарной опасности вторичных полиолефинов.

На основании анализа научно-технической литературы высказана научная гипотеза о методах повышения эффективности полимерных труб на основе вторичных полиолефинов. Было предположено, что использование минеральных наполнителей позволит улучшить структуру, повысить прочность и уменьшить показатели пожарной опасности вторичных полиолефинах. Это позволит снизить энергозатраты, повысить эксплуатационную надежность, значительно уменьшить затраты на производство полимерных труб, а так же понизить антропогенную нагрузку на окружающую природную среду.

При разработке полимерных труб на основе вторичных полиолефинов, использовали медицинские полимерные отходы. Для сравнительного анализа использовали первичный полипропилен (ПП) высшего сорта марки 21007, отвечающий требованиям ГОСТ 26996-86 и первичный полиэтилен высокого давления (ПЭВД) высшего сорта марок 10204-003 и 15303-003, отвечающий требованиям ГОСТ 16337-77. В качестве наполнителей применяли Al(OH)3, мел, TiO2, ZnO, NaHCO3, MgCO3 и другие добавки, а в качестве пигмента – углерод технический (сажа) марки ДГ-100 и пигмент СКП № 902.

В работе при определении структуры, физико-химических, термомеханических и термических свойств вторичных полиолефинов и материалов на их основе использовали спектрометр марки “Magna-750 IR”, рентгеновский спектрометр VRA-30, микроскоп ПОЛАМ – Л213М (ЛОМО), дифрактометр Bruker Smart 1000, термоаналитический комплекс DuPont 9900 и другое современное оборудование, а обработку результатов экспериментальных исследований проводили методами математической статистики с использованием компьютерных программ.

Результаты рентгеноспектрального анализа

Полимер Содержание примесей, мас. %

Ca Ti Fe Cu Zn

ПЭВД 0,0660 0,0070 0,0035 - 0,0080

Вторичный ПЭВД 0,1280 0,0940 0,0017 - 0,0070

Полипропилен 0,0080 0,0010 0,0020 0,0050 0,0270

Вторичный ПП 0,0170 0,0020 0,0060 0,0060 -

). В результате было установлено, что степень кристалличности первичного и вторичного полиэтилена составляет 56 и 66 %, соответственно, а для первично и вторичного полипропилена - 70 и 83 %, соответственно.

(а) (б) (в) (г)

Микрофотографии первичного (а) и вторичного (б) полипропилена; первичного (в) и вторичного (г) ПЭВД

Кривые сжатия первичного (1) и вторичного (2) полипропилена

), что и в случае с вторичным ПЭВД (модуль упругости первичного и вторичного ПП составляет 300 МПа и 822 МПа соответственно. Прочность вторичного ПП при сжатии равна 29,7 МПа, а первичного - 16.4 МПа).

Исследование вынужденно–эластической деформации полиолефинов показало, что для вторичного ПЭВД наблюдается хрупкое разрушение. Установлено, что разрушающее напряжение (?p) и модуль упругости (Ep) при растяжении первичного ПЭВД составляют 13,9 и 330 МПа, а для вторичного полиэтилена эти показатели равны 29,0 и 950 МПа соответственно. В тоже время удлинение при разрыве (?p) вторичного полимера значительно ниже (6 %), по сравнению с первичным ПЭВД (564 %).

Аналогичная закономерность наблюдается и при испытании вторичного полипропилена. Проведенными исследованиями установлено, что разрушающее напряжение и модуль упругости при растяжении первичного полипропилена составляют 14,7 и 500 МПа соответственно. У вторичного полипропилена эти показатели в 1,8 и 2,3 раза выше и равны 26,6 и 1150 МПа соответственно. Однако удлинение при разрыве вторичного полипропилена (19,8 %), значительно меньше, чем у первичного полипропилена (747,8 %).

загрузка...