CC BY
101
УДК 678.742.23
И. Р. Иманаев, В. В. Жуков, Р. Р. Спиридонова
СМЕСЕВЫЕ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ И ЛИНЕЙНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Ключевые слова: смесевые полимерные композиции, полиэтилен высокого давления, линейный полиэтилен высокого давления.
В статье изучено влияние линейного полиэтилена высокого давления на свойства полимерных композиций на основе полиэтиленавысокого давления.
Keywords: mixed polymer compositions, low-density polyethylene, linear low-density polyethylene.
The paper studied the influence of linear low-density polyethylene on the properties of the polymer compositions based on low-density polyethylene.
Введение
На сегодняшний день трудно представить некоторые товары без упаковки. Один из самых широко распространенных видов упаковки является однослойная термоусадочная пленка.
Термоусадочная пленка - это вид упаковочной пленки. Её отличием является способность сокращаться под воздействием высокой температуры, принимая форму упаковываемой продукции при остывании [1].
Основным классом для изготовления термоусадочных пленок являются полиолефины (ПО). Наиболее распространены пленки из полиэтилена высокого давления (ПЭВД) [2]. Так как являются наиболее дешевыми, обладают удовлетворительной механической прочностью в интервале температур от -50°С до +50°С, отсутствием мутности, высоким блеском, инертные по отношению к большинству упаковываемых веществ и легко подвергаются вторичной переработке [3]. Однако последние тенденции в мировом производстве направлены на снижение стоимости упаковки, и, как следствие, на уменьшение стоимости самого товара. Снизить стоимость упаковки можно за счет повышения прочности пленок и уменьшения их толщины [4]. Улучшение прочностных характеристик ПЭВД возможно путем использования смесевых композиций с добавлением линейного полиэтилена высокого давления (ЛПЭВД) [5,6]. Поэтому целью данной работы являлось исследование влияния ЛПЭВД на физико-механические свойства ПЭВД марки 10803-020. Выбор данной марки ПЭВД обусловлен тем, что она является наиболее дешевой из пленочных марок, обладает более низкими вязкостью и прочностными характеристиками по сравнению с другими марками ПЭВД [7].
Экспериментальная часть
Объектами исследования в работе являлись: ПЭВД марки 10803-020 (ГОСТ 16337-77) производства ОАО «Казаньоргсинтез» и ЛПЭВД марки 51^ (ТУ 2211-145-05766801-2008) производства ОАО «Нижнекамскнефтехим».
Композиции получали на роторном смесителе «Брабендер» (Германия) с последующим горячим
прессованием. В камеру смесителя загружали ПЭВД, через 1 минуту вводился ЛПЭВД (10 масс.%, 20 масс.%, 30 масс.%). Время смешивания составляло 5 мин. Температуры смешения композиций - 180°С, 195°С, 210°С.
Полученные композиции подвергались прямому горячему прессованию в соответствии с ГОСТ 12019-66.
Физико-механические характеристики
(разрушающее напряжение ср, относительное удлинение е) определялись в соответствии с ГОСТ 11262-80 на разрывной машине Inspektmini 3kN (Trilogica, Германия).
Показатель текучести расплава (ПТР) определялся в соответствии с ГОСТ 11645-83 на капиллярном вискозиметре типа ИИРТ (Россия) с диаметром капилляра 0,2095±0,0005 см.
Термомеханический анализ осуществлялся на анализаторе TMA 402F1 (Netzsch). Скорость нагрева 3 ° С/мин.
Термограммы образцов снимались на термогравиметрическом, дифференциальном
термическом анализаторе STA6000 (Perkin Elmer) при скорости нагрева 5 °С/ мин.
Для исследования микроструктуры пленок использовался автоматический рентгеновский дифрактометр общего назначения ДРОН-7. Использовалось излучение CuK-alpha с бета-фильтром, напряжение 40кВ, сила тока 20мА.
Реологические кривые полимеров снимались на капиллярном вискозиметре Reograph 75. Температура испытаний составляла 190иС, скорость сдвига от 0,00444мм/с до 4,44445 мм/с, капилляр 20/2 мм.
Результаты и их обсуждение
Переработка гранул ПЭВД при 180иС на смесителе «Брабендер» в течении 5 минут приводит к снижению ПТР полимера с 1,9 г/10мин до 1,12 г/10мин. При этом увеличение температуры переработки с 180°С до 210°С повышает вязкость расплава в 4 раза. Это говорит о том, что ПЭВД в процессе переработке на роторном смесителе сшивается в следствии термоокислительной деструкции (таблица 1). О чем также свидетельствует повышение температуры
размягчения образца ПЭВД, переработанного при 210°С на 4 градуса по сравнению с образцом, переработанным при 180°С, оцененные на анализаторе ТМА 402F1.
Таблица 1 - Показатель текучести расплава для ПЭВД и его композиций с добавлением ЛПЭВД
Содержание ЛПЭВД, масс.% ПТР композиции (г/10 мин), полученной при температуре:
1800С 1950С 2100С
0 1,120 0,925 0,514
10 1,465 1,131 0,474
20 1,530 1,053 0,611
30 1,699 1,150 0,781
Увеличение содержания ЛПЭВД в полимерных композициях, полученных при 180°С, приводит к увеличению их ПТР от 31 до 52% по сравнению с исходным ПЭВД. Увеличение температуры переработки также повышает вязкость композиций. Однако тем больше, чем меньше содержание ЛПЭВД.
Для дальнейшего изучения свойств были выбраны образцы полимерной композиции, полученные при 180°С.
По данным кривых течения видно, что полимерная композиция, содержащая 30 масс.% ЛПЭВД характеризуется наименьшей вязкостью при всех скоростях сдвига. Для образцов, содержащих 10 и 20 масс.% ЛПЭВД значение аномалии вязкости наибольшее (рис. 1).
4.10
3.10
-2.45 -1.65 -1.35 .-1.05 -0.75 -0.65
Рис. 1 - Кривая течения ПЭВД и его композиций при концентрациях ЛПЭВД: 1 - 0%; 2 - 10%; 3 -20%; 4 - 30%
Анализ ТГА-кривых ПЭВД и его полимерной композиции с содержанием 30 масс.% ЛПЭВД показывает, что термостабильность композиции на 25 градусов ниже, чем у исходного ПЭВД (рис. 2).
ДТА-кривая полимерной композиции ПЭВД с 30 масс.% ЛПЭВД содержит два эндотермических пика -108°С и 123°С, характерных равновесным температурам плавления исходных полимеров (рис. 3).
Дифрактограммы ПЭВД и его полимерных композиций с ЛПЭВД содержат два рефлекса дифракции рентгеновских лучей при значении 20
21° и 22,5°, что характерно для кристаллитов ПЭ (рис. 4). При этом степень кристалличности повышается с 29,8 до 35,3% с увеличением содержания в структуре композиции ЛПЭВД (табл. 2). В результате повышается температура размягчения полимерных композиций.
70 150 200 250 , ., 300 350 400 450 500
I
Рис. 2 - ТГА-кривые: 1 - ПЭВД, 2 - смесевой композиции ПЭВД с добавлением 30 масс.% ЛПЭВД
70 ВО УО 100 110 120 130 140 150
К-О
Рис. 3 - ДТА кривые: 1 - ПЭВД, 2 - смесевой композиции ПЭВД с добавлением 30 масс.% ЛПЭВД
Таблица 2 - Свойства ПЭВД и его композиции с ЛПЭВД
Содержание ЛПЭВД, масс.% а, % стр, МПа в,% т -■-разм* ^
0 29,8 16,4 450 106,5
10 34,2 14,7 400 103,0
20 - 15,0 468 104,5
30 35,3 16,1 487 105,5
Смешение ЛПЭВД с ПЭВД приводило к снижению разрушающего напряжения (ср), а относительное удлинение (е) оставалось на уровне исходного ПЭВД (таблица 2). Увеличение содержания ЛПЭВД с 10 до 30 масс.% приводит к повышению прочностных свойств композиции до уровня исходного ПЭВД. Однако в ходе работы не удалось добиться повышения физико-механических характеристик полимерных композиций по сравнению с исходным ПЭВД. При этом
наблюдалось понижение вязкости, повышение степени кристалличности полимерных образцов.
температурой размягчения, не могут быть использованы для получения термоусадочных пленок из-за низких физико-механических характеристик.
Литература
1. М.Г. Колесниченко, Вестник МГУП,7,9, 163-176 (2009);
2. Дж. Л. Уайт, Д.Д. Чой. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины. Издательство профессия, СПб, 2006, С. 122;
3.В.Н. Кулезнёв.Дисс. канд. хим. Наук, МИТХТ им. М.В. Ломоносова, Москва, 1973. 24 с.
4. М.Г. Колесниченко. Автореф. Дисс. канд. хим. Наук, МГУП, Москва, 2010. 16 с.
5. Пат. ЕР,016266 (2007), Авт. Свид. ЕАПО 200900059, (2009).
6. Zhukov V.V. Polyethylene based composition for shrinkable film / V.V. Zhukov, I.R. Imanaev, R.R. Spiridonova // Modern problems of polymer science :тез. конф., 11th International Saint-Petersburg Conference of Yong Scientists-Санкт-Петербург, 2015.-47с.
7. Полимерные материалы™ / Журнал «полимерные материалы» ©2008-2017. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.polymerbranch.com/catalogp/view/ 4/25.html
Рис. 4 - Рентгенограммы: 1 - ПЭВД; 2 - смесевой композиции ПЭВД с добавлением 10 масс.% ЛПЭВД; 3 - смесевой композиции ПЭВД с добавлением 30 масс.%
Таким образом, несмотря на то, что смесевые полимерные композиции на основе ПЭВД марки 10803-020 с ЛПЭВД марки 5118Q обладает низкой вязкостью, большей степенью кристалличности и
© И. Р. Иманаев - аспирант КНИТУ, [email protected]; В. В. Жуков - студент КНИТУ, [email protected]; Р. Р. Спиридонова - кандидат химических наук, доцент кафедры ТСК КНИТУ, [email protected].
© I. R. Imanaev - graduate student KNRTU,[email protected]; V. V. Zhukov - student KNRTU, [email protected]; R. R. Spiridonova - PhD in Chemistry, associate professor of TSC, KNRTU, [email protected]
