Дипломная работа: Получение и исследование биоактивных композиций на основе полиэтилена высокой плотности и крахмала

Полученные результаты свидетельствуют о том, что с увеличением процентного содержания крахмала в композициях происходит возрастание показателя текучести расплава (ПТР), а прочность и удлинение при разрыве снижаются, т.е. композиции становятся более хрупкими. При содержании в композициях 30 масс. % крахмала теряются все эксплуатационные характеристики, а ПТР соответственно выше по сравнению с ПТР остальных составов. Наиболее легко разрушаемыми из полученных композиций являются композиции с содержанием 10 и 20%. Так как, введение уже небольших количеств крахмала до 1,5 масс. % приводит к резкому падению прочности почти в 2 раза, а ПТР при этом возрастает в 3 и более раз, можно предположить, что происходит распределение крахмала между надмолекулярными образованиями, ослабление связи между ними и повышение их подвижности. Одновременно с увеличением содержания крахмала повышается жесткость образцов, они становятся более хрупкими [137].

3.2 Исследование ИК-спектров образцов композиций на основе полиэтилена и крахмала

Исследования ИК-спектров (рис.3.1,3.2.) пленок исходного полиэтилена и полученных смесей (в частности, ПЭ-273 + 5% крахмала) показывают, что в процессе термической обработки происходят некоторые изменения в области 1300-900 см-1. Это, по-видимому, свидетельствует об образовании полиэтилена с крахмалом, соединений включения и H-комплексов. Кроме того, исследования, выполненные с использованием рентгеноструктурного анализа, электронной и сканирующей зондовой микроскопии также показали влияние крахмальной компоненты на формирование морфологических особенностей композиций "полиэтилен+крахмал" (рис.3.3 - 3.10). Рентгеноструктурный анализ показал (рис.3.5 - 3.6.), что степень кристалличности композиций при введении крахмала меняется незначительно и позволяет заключить, что крахмал не входит в кристаллические области полиэтилена. Данные, полученные методом электронной и сканирующей зондовой микроскопии позволяют говорить о неоднородности распределения крахмальной фазы в поверхностных слоях композиций.

Рис.3.1 ИК - спектр ПЭ-273

Рис.3.2 ИК - спектр ПЭ-273+ 5% крахмала

Скан поверхности композиции ПЭ-273 (исх.) +15% крахмала.

Трехмерная визуализация рельефа поверхности композиции

ПЭ-273 (исх.) +15% крахмала (область А размером 1.5х0.9 мкм).

Рис.3.3 Сканирующая зондовая микроскопия поверхности пленки ПЭ-273 + 15 % крахмала.

Рис.3.4 Рентгенограмма пленки исходного полиэтилена.

Рис.3.5 Рентгенограмма пленки композиции

ПЭ-273 + 15 масс. % крахмала.

Рис.3.6 Рентгенограмма кукурузного модифицированного технического крахмала.

3.3 Исследование диэлектрических свойств исходного ПЭ-273 и композиций ПЭ-273 + крахмал

Введение крахмала повышает полярность и значения тангенса угла для электрических потерь (рис. 3.7-3.9.). На графике видно, что значения tgd неизменны до 1200С, значения tgd с учетом этой частоты 104Гц (10-3-10-2) соответствуют приводимым в литературе [89, 125]. Это соответствие важно с той точки зрения, что затем наблюдение и выводы, относящиеся к композиции ПЭ+К можно распространить (обобщить) в большой степени на другие полиолефины (рис.3.7.).

При температуре выше 1200С наблюдается подъем зависимости tgd от Т с возможным пиком при 1900С. Указанная температурная зависимость существенно изменяется при введении крахмала (рис. 3.8, 3.9.). Например, при его содержании в 1,5 масс. % фоновые значения несколько повышаются. Сама фоновая область расширяется. Намечавшийся пик при температуре 1900С исчезает, зато обнаруживается чёткий максимум при 85-900С. Так как этот пик для исходного ПЭ не имел места, его можно отнести или к крахмалу, или к свойствам собственно композиции ПЭ+К (рис.3.8). Это предположение подтверждается при рассмотрении графика tgd от Т композиции ПЭ + 3 масс. % крахмала, здесь имеется уже 2 низкотемпературных пика: примерно при 450С и 1000С (3.8). Эти наблюдения позволяют предположить усиление влияния добавки на свойства композиции уже при этих концентрациях [89, 137].

Отдельно стоит рассмотреть в сравнении композиции с высоким содержанием крахмала. На рис.3.9 приведена зависимость tgd от Т для композиций с содержанием 7, 10, 15 масс. %. Довольно неожиданно, было обнаружено, что состав с 7 масс. % крахмала даже на фоне значений tgd от
0,05 до 0,15 (10-15 масс. % К) имеет очень высокие диэлектрические потери во всём температурном интервале, начиная от 350С и выше. По этой причине композиции такого состава, по всей видимости, не пригодны к эксплуатации. Дальнейшее повышение содержания крахмалов до 10 масс. % повышает показатель текучести расплава и понижает прочность на разрыв. При 15% потери составляют не более 0,15%, т.е. отношение той доли тепла которое рассеялось в три раза меньше, оставшегося в полимере. По всей видимости, это наиболее разрушаемая в перспективе композиция. Аналогично поведение композиции с 20% крахмала.

Итак, если судить в целом по исходным реологическим, диэлектрическим и прочностным характеристикам, то наиболее подходящими нам как по эксплуатационным характеристикам, так и разрушительным свойствам являются составы с 1,5, 3, 5, 10% крахмала (табл.3.1,рис.3.7-3.9).

Рис.3.7 Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tgd от температуры Т для образцов исходного нестабилизированного ПЭ-273

Режимы предварительной термообработки:

Т = 100°С, вакуум, 5 часов (1) и Т = 100°С, без вакуума, 1 час. (2). Частота - 10 кГц.

Рис.3.8 Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tgd от температуры Т для композиций ПЭ-273 + крахмал. Частота - 10 кГц.

Рис.3.9 Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tgd от температуры Т для композиций ПЭ + крахмал. Частота - 10 кГц.

3.4 Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на полученные композиции

Ускоренные испытания малой длительности проводились в устройстве для облучения (везерометре) согласно ГОСТ 11279.2-83. В везерометре образцы в виде пластинок устанавливают на наружной стороне вертикального цилиндрического барабана, вращающегося вокруг ультрафиолетовой лампы. Облучение образцов происходит при температуре 40 0С и длине волны l³300нм. Известно [98], что облучение в течение 100ч в везерометре эквивалентно приблизительно одному году экранирования в природных условиях. В везерометр устанавливались образцы в виде полосок размером 100*10*1мм. Изменение физико-механических характеристик исходного полиэтилена и композиций на его основе наблюдали в течение 12 суток (288 часов). Результаты представлены в табл.3.2-3.5 и на рис.3.10-3.13.

Таблица 3.2. Физико-механические и реологические показатели исходного ПЭ-273 и композиций на основе ПЭ-273 + крахмал (2 партия материалов).

№	Состав, %		ПТР21,6 г/10 мин	ПТР2,16 г/10 мин	σpi, Мпа	εотн.,%
	ПЭ	крахмал
1	100	0	5,98	0,10	36,3	>600%
2	98,5	1,5	11,24	0, 19	14,2	23
3	97	3	20,01	0,33	10,3	29
4	95	5	32,33	0,54	14,3	34
5	93	7	36,63	0,61	7,8	20
6	90	10	33,80	0,56	13,0	35
7	85	15	23,96	0,40	12,7	31
8	80	20	36,40	0,60	10,4	28
9	70	30	43,02	0,72	разруш.	~

Зависимости показателя текучести расплава и разрывного напряжения образцов для исходного полиэтилена и композиций на его основе показаны на рис.3.10, 3.11.

Рис.3.10. зависимость показателя текучести расплава образцов исходного ПЭ (2 партия материалов) от содержания крахмала.

Рис.3.11. зависимость разрывного напряжения образцов исходного ПЭ (2 партия материалов) от содержания крахмала

Образцы исходного полиэтилена подвергаются разрушению уже после 48 часов облучения, при облучении в течение 96 часов удлинение возрастает, а нагрузка при разрыве снижается (рис.3.12, табл.3.5).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7