Модификация термопластовдля использования в изделияхдорожно-строительного назначения тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.16 ВАК РФ

^ &

На правах рукописи

Бух Наталья Николаевна

Модификация термопластов для использования в изделиях дорожно-строительного назначения

02.00.16 - Химия композиционных материалов

Автореферат

Г

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 1997

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университет«.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

член-корр. РИА С.Е. Артеменко

Научный консультант 1 кандидат химических наук, доцент,

член Нью-йоркской академии наук, Соросовский доцент И.С. Родзивилова

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ю.К. Сударушкин; кандидат химических наук, доцент, И.Ф. Гунькин

Ведущая организация: Саратовский филиал государственного НИИ «Химии и технологии полимеров им. Картина».

Защита состоится « 1997 года в /с/ часов в ауд.

433 на заседании диссертационного совета Д 063.58.07 Саратовского государственного технического университета по адресу: 413100, Саратовская область, г. Энгельс, пл. Свободы, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке технического университета (410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77).

Автореферат разослан « //>> /¿бь&^^Я— 1997 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук

А.В. Гороховский

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Многолетний опыт показал, что успехи во всех отраслях народного хозяйства в значительной степени достиг нуты за счет развития и применения полимеров и полимерных композиций.

Явным преимуществом полимерных материалов является возможность их модификации для придания изделиям на их основе высокого уровня свойств, обеспечивающего прочность и стабильность характеристик в условиях эксплуатации в течение длительного времени. По этой же причине отработанные полимеры и технологические полимерные отходы становятся загрязнителями окружающей среды. Однако, сохранившийся у них комплекс технологических свойств дает возможность их повторного использования в полезных целях. Одним из вариантов использования модифицированного вторичного (равно как и кондиционного) полимерного сырья могут стать изделия дорожио-строительного назначения, в частности, сигнальные (направляющие) столбики. Задачей сигнальных столбиков, устанавливаемых на дорогах, является заблаговременное оповещение водителя о последующем изменении направления дороги. По анализу материалов статистики дорожных происшествий установка сигнальных столбиков в ряде случаев уменьшает количество ДТП в 1,5 раза. Отечественная продукция такого предназначения в настоящее время выполняется, главным образом, из дерева, металла, бетона, что делает эти изделия тяжелыми, дорогими, материалоемкими. Сигнальные столбики, изготовленные из пластмасс,могут быть полыми, легкими, изящными, улучшат эстетический вид дорог; пластмассовым изделиям можно придавать любую форму и любой требуемый комплекс свойств. За счет использования вторичных и региональных источников сырья изделия могут быть дешевой продукцией. Однако опыт производства и эксплуатации такой продукции в значительной степени ограничен прежде всего потому, что не создано научных основ использования вторичных полимеров, нет достаточной информации об общих закономерностях формирования структуры и свойств композиционных полимерных материалов (в том числе на основе вторичных полимеров), позволяющих направленно регулировать свойства в соответствии с их функциональным назначением.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ научного совета РАН по адсорбции по теме: 2.15.1 «Исследование адсорбционных равновесий из многокомпонентных объемных фаз»; по госбюджетной теме «Разработка новых термопластичных композиционных материалов с использованием дисперсно-волокнистых наполнителей» (№ гос. per. 01910041646); хоздоговору с Саратовским областным дорожным фондом; по госбюджетной теме «Исследование и разработка технологии получения изделий дорожно-строительного назначения на основе вторичного полимерного сырья» (№

roc. per. 01970007940); договор в рамках региональной научно-технической программы «Научно-технические проблемы реализации приоритетных направлений социально-экономического развития Саратовской области».

Целью настоящей работы являлось исследование и разработка фи-зихо-химических основ технологии ПКМ для изделий дорожно-строительного назначения на основе кондиционных и вторичных термопластов с доведением свойств вторичного полимерного сырья до уровня первичного.

Указанная цель определила постановку следующих задач:

- изучить сорбцию полимера поверхностью наполнителя с оценкой характера взаимодействия между компонентами;

- изучить механизм модификации полимеров;

- исследовать структуру сформированных полимерных композиций;

- выбрать различные технологические и модифицирующие добавки к полимерам для регулирования их свойств;

- определить долговечность разработанных материалов в естественных климатических условиях;

- выдать рекомендации производству для изготовления изделий дорожно-строительного назначения.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

- установлены закономерности адсорбции поливинилхлорида (ПВХ) из его разбавленных растворов; прослежено влияние на характер адсорбции химической природы поверхности наполнителя, природы растворителя и температуры;

- на основе данных адсорбционных равновесий разбавленных растворов рассчитаны основные термодинамические функции бинарных растворов с использованием метода избыточных величин Гиббса и полного содержания;

- показано применение термических уравнений теории объемного заполнения микропор(ГОЗМ) для описания адсорбции ПВХ из его разбав-, ленных растворов; рассчитаны параметры пористой структуры волокнистых наполнителей на основе адсорбции ПВХ;

- предложены модифицирующие добавки к полимерам для улучшения их структуры и обеспечения необходимых физико-механических и эксплуатационных свойств;

- изучены физико-химические особенности различных видов сырья и отходов разных производств для использования в технологических целях.

Практическая значимость результатов работы:

- показана возможность использования закономерностей адсорбции ПВХ из его разбавленных растворов на поверхности дисперсных и волокнистых наполнителей для выбора режимов переработки различных компо-

зиций с необходимым комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств;

- разработаны эффективные составы композиций на основе первичных и вторичных термопластов с улучшенным комплексом свойств;

- выданы рекомендации производству по рациональной технологии переработки термопластичных композиций в изделия дорожно-строительного назначения;

- снижена экологическая напряженность региона за счет использования местных вторичных сырьевых ресурсов;

- снижена себестоимость изготовления изделий за счет использования отходов различных производств.

Апробация результатов работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях, в том числе: Международная конференция «Теория и практика адсорбционных процессов» (Москва, 1996); 12-н Международный конгресс по химии и химической технологии (Прага, 1996); Международная конференция «Ресурсо-,энергосберегающие и экологически чистые технологии в производстве деталей из композиционных материалов» (Киев, 1996); Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы строительного материаловедения» (Казань, 1996); Национальный симпозиум «Теоретические основы сорбционных процессов» (Москва, 1997); Всероссийская конференция молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 1997); ежегодные научные конференции профессорско-преподавательского состава ТИ СГТУ в период 1992-1997 г г. Публикации

По материалам диссертации опубликовано 5 статей в центральных журналах, 6 тезисов докладов на конференциях и 3 статьи находятся в печати. . . Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической и экспериментальной части, общих выводов и библиографии.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

В литературном обзоре проведен анализ литературы по современному состоянию проблемы. Отмечено, что определяющую роль при формировании структуры и свойств ПКМ играют физико-химические явления на границе раздела, в частности, адсорбция полимера на твердой поверхности наполнителя.

Указаны термодинамические методы для исследования адсорбционных систем. Подчеркнуто, что не обнаружен достаточный объем информации по исследованию адсорбционных процессов в системе ПКМ на основе термопластов.

В разделе «Объекты и методы исследования».

В качестве объектов исследования выбраны следующие полимерные связующие: поливинилхлорид суспензионный ПВХ С 7059М (ГОСТ 43332

- 78); полиамид марки ПА 6.210-311 (ОСТ 6-06-С9-83); полиэтилен низкого давления ПЭНД марки 277-73 (ГОСТ 16338-85).

Наполнители:

- традиционные (мел, тальк, каолин, сажа, графит, гидратцеллюлозное, полиакрилонитрильное волокно);

- местные региональные виды сырья (сланцевая зола, сланец, отходы графита).

Пластификаторы: сланцевый пластификатор, сланцевый мягчйтель, осадок растительного масла, кубовый остаток.

Модифицирующие добавки: стеарат кальция, 2пО, Ре20з, А12Оз, ТЮ2) полиэтилсилоксановая жидкость ПЭС-5, триэтиленгликоль.

Исследования проводились с применением комплекса современных взаимодополняющих и взаимосвязанных методов: рентгенографического, термогравиметрического анализа, оптической микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии, ИК-спектроскопии, обращенной газовой хроматографии, интерферометрического метода, стандартных методов испытаний физико-механических и технологических свойств.

Основное содержание экспериментальной части работы.

В первой главе обсуждаются экспериментальные данные адсорбции ПВХ из его разбавленных растворов в дихлорэтане (ДХЭ) и циклогексано-не (ЦГ) на различных наполнителях.

Прослежено влияние химической природы поверхности сорбента, природы растворителя и температуры на адсорбционные свойства ПВХ из его разбавленных растворов.

Рассмотрение адсорбционных систем проводили методом избыточных величин Гиббса, который позволяет на основе экспериментально определяемых избыточных величин адсорбции рассчитать основные термодинамические характеристики сорбционных систем в целом.

Изменение свободной энергии АО в результате смачивания сорбента бинарным раствором определенной концентрации определяется по уравнению

-ДО = (С11 -Ог) = -(ф„-Фг)- &|В<А»-Я), (1)

где Фч - химический потенциал сорбента, находящегося в равновесии с раствором концентрации х,, Ф2- химический потенциал сорбента до смачивания его раствором к„ (//„ - д)- изменение химического потенциала

объемного раствора, Дж/г, (Фц -Ф2)- изменение химического потенциала сорбента, Дж/г, которое определяется графическим интегрированием выражения

v, <

- ДФ = -(Ф„ - Ф2) = ИТ / —^-¿(д), (2)

о Х2ХЛ

где - равновесная концентрация ПВХ, мольные доли;

Г,- коэффициент активности компонента I объемного раствора;

п' - избыточная величина адсорбции, ммоль/г.

Для всех изученных систем приведены изотермы адсорбции ПВХ из его разбавленных растворов на дисперсных и волокнистых сорбентах. По этим данным и уравнениям (1,2) рассчитаны изменения химического потенциала АФ сорбента и энергия Гиббса АО.

Изучена адсорбция ПВХ из его разбавленных растворов в циклогек-саноне на сланцевой золе; золе модифицированной стеариновой кислотой и кристаллогидратом сульфата трехвалентного железа (рис. 1).

Пл * Ю ммот/г

6\

том/У7

Рис.1. Изотермы адсорбции ПВХ из его разбавленных растворов в циклогексаноне на сланцевой золе(1), сланцевой золе модифицированной стеариновой кислотой(2) и кристаллогидратом сульфата трехвалентного железа(З)

Полученные данные свидетельствуют о лучшей адсорбции ПВХ на сланцевой золе, модифицированной кристаллогидратом сульфата трехвалентного железа, что позволяет управлять свойствами адсорбционных систем.

Исследовалась адсорбция ПВХ из его разбавленных растворов в дихлорэтане на поверхности сланцевой золы, талька, каолина, сланца. Экспе-

риментальные данные (рие.2) свидетельствуют, что наибольшие значения величин адсорбции ПВХ, так же,как и термодинамические функции, рассчитанные по методу избыточных величин Гиббса, наблюдаются в системе ПВХ - сланцевый наполнитель.

хлорэтане на поверхности сланцевой золы(1), талька(2), каолина(3), слан-ца(4)

Обнаружена зависимость величины адсорбции от термодинамического качества растворителя. Та к, в дихлорэтане - плохом растворителе макромолекулы ПВХ более свернуты, имеют меньшие размеры и вследствие меньшего взаимодействия с растворителем, как правило, адсорбируются в большей степени, чем из хорошего растворителя - циклогексанона.

Использование в качестве сорбентов химических волокон (гидратцеллюлозное, вытянутое и невытянугое полиакрилонитрильное (ПАН) волокно) показало (рис.3), что лучшей сорбционной способностью в условиях изученных концентраций обладает свежесформованное (невытянутое) ПАН-волокно, по сравнению с вытянутым, так как его поверхность характеризуется большей доступностью функциональных групп, большим количеством пор и дефектов и более высокой удельной поверхностью (табл.1).

Свойства поверхности используемых волокон

№ Сорбенты Удельная поверхность, м*/г

1 Гидратцеллюлоз ное волокно 2,55

2 3 Вытянутое ПАН-волокно 0,54

Невытянутое ПАН-волокно 1,97

Наибольшая адсорбция ПВХ из его разбавленных растворов в дихлорэтане достигается на гидратцеллюлозном волокне (рис.3). Это объясняется высокой удельной поверхностью (см. табл. 1), структурными особенностями гидратцеллюлозного волокна,его большой гидрофилыюстью. В этих полимерах ПВХ-гидратцеллюлоза, имеется достаточное сродство друг к другу за счет наличия групп -ОН у волокна и -С1 у связующего, приводящее к максимальной сорбции ПВХ на поверхности гидратцеллюлозного

хлорэтане на волокнистых сорбентах:

1,1' - вытянутое ПАН-волокно 20,40°С; 2,2' - невытянугое ПАН-волокно 20,40°С; 3.3' - гидратцеллюлозное волокно 20,40°С

Адсорбция ПВХ на изученных волокнистых сорбентах с повышением температуры от 20 до 40°С увеличивается (рис.3), что связано с изменением формы и размера макромолекулярного клубка, увеличением гибкости и

подвижности макромолекул в растворю и на поверхности адсорбента и ослаблением взаимодействия молекул растворителя с адсорбентом.

Расчет термодинамических характеристик по методу избыточных величин Гиббса подтвердил, что наиболее значительные изменения химического потенциала ЛФ сорбента и свободная энергия ДО также наблюдаются в системе ПВХ - дихлорэтан - гидратцеллюлозное волокно (рис.4), что согласуется с величиной адсорбции.

Рис.4. Концентрационные зависимости изменения химического потенциала ДФ сорбента(1,2,3) и свободной энергии Д(3(Г,2',3') системы ПВХ - дихлорэтан на: - вытянутом ПАН-волокне (1,Г);

- невытянутом ПАН-волокне (2,2');

- гидратцеллюлозном волокне (3,3')

Суммируя комплекс полученных результатов исследования, можно сделать вывод о лучшей адсорбции ПВХ на волокнистых сорбентах но сравнению с дисперсными, что объясняется спецификой взаимодействия в системе ПВХ - химическое волокно, связанного с гетерогенностью структуры химического волокна, поверхностные слои которого содержат участки аморфной и кристаллической фаз, большее количество микродефскгов и наличием реакционно-способных функциональных групп.

Для всех изученных систем ПВХ- дихлорэтан - волокнистый сорбент •рассчитаны изменения свободной энергии АОиод. по методу полного содержания и сопоставлены со значениями АО, рассчитанными по методу избыточных величин Гиббса

- = -дф + я,£ейдг1п+ п0(8« - 8*й) + пг-), (3),

где лг10,дг,- начальная и равновесная концентрации, мольн. доли;

ДФ - изменение химического потенциала сорбента, Дж/г;

щ=10 ммоль - число молей в системе;

8е% - энергия смешения компонентов адсорбционного и объемного растворов, Дж/г,

п3 - число молей в адсорбционной системе.

Термодинамические величины, рассчитанные по методу полного содержания, зависят от конкретной модели адсорбционного раствора (объема пор, предельных величин адсорбции, размера молекул и т.д.).

Эти величины отражают реальные свойства адсорбционного раствора при условии, что выбранная модель верна. В качестве модели адсорбционной фазы была принята модель, характеризующая процесс адсорбции, как процесс взаимного вытеснения компонентов в условиях объемного заполнения микропор.

На основе сопоставления Ав и Двмод, судили о правильности выбранной модели адсорбционного раствора.

Совпадение этих величин ( рис.5 ) указывает на то, что в первом приближении выбранная модель адсорбционного раствора соответствует реальной картине адсорбции ПВХ из его разбавленных растворов.

Хг « 10*

-ьйЧО ,9Ьл/Р

Рис.5. Изменение свободной энергии ДО, рассчитанной по методу Гиббса (1,2,3) и по методу полного содержания (1 \2',3') для систем ПВХ-дихлорэтан на: - вытянутом ПАН - волокне (1,1');

- невытянутом ПАН - волокне (2,2');

- гидратцеллюлозном волокне (3,3')

Адсорбционный слой определяет в значительной мере формирование структуры и свойств наполненного композиционного материала.

Проведена оценка толщины адсорбционного слоя и показано влияние химической природы сорбента (наполнителя) на характер изменения ад-

сорбциошюго слоя. Установлено, что величина адсорбции и толщина адсорбционного слоя изменяются симбатно.

Наибольшие значения адсорбционного слоя наблюдаются на волокнистых сорбентах -2500-4000А0 по сравнению с дисперсными -100-150А°.

Увеличение толщины адсорбционного слоя по мере увеличения концентрации раствора, связано с изменением конформации адсорбированных молекул.

В работе установлено, что толщина адсорбционного слоя растет при повышении температуры от 20 до 40°С за счет возрастания подвижности макромолекул и расширения клубка.

Рассматривается применение простейшего термического уравнения теории объемного заполнения микропор (ТОЗМ) для описания адсорбционного равновесия в системах ПВХ - растворитель - волокнистый сорбент а = а0-ехр(~(-АО/ЕУ - а(Т-Т0)), (4)

где а - величина сорбции при температуре Г, ммоль/г; а0- предельная величина сорбции при температуре Г„, ммоль/г; АО - свободная энергия Гиббса, Дж/г; Е - характеристическая энергия сорбции, кал/моль; п -ранг уравнения ТОЗМ;

а = (dina! dT)m-термический коэффициент сорбции. Приводятся экспериментально полученные изотермы адсорбции Г1ВХ из его разбавленных растворов в дихлорэтане при t =20,40°С на невытянутом ПАН - волокне (рис.6).

хлорэтане на невытянутом ПАН - волокне при 20,30,40, 50, 60°С

Рассчитан термический коэффициент адсорбции а, который использовали для расчета величии адсорбции при ' =30,40,50,60°С.

По результатам адсорбции ПВХ из его разбавленных растворов проведена оценка параметров пористой структуры волокон (табл. 2).

Таблица 2

Параметры пористой структуры сорбентов

№ Волокно Предельная величина адсорбции т, ммоль/г Характеристическая энергия я, кДж/моль Предельный адсорбционный объем см'/г Полуширина поры X, нм

1 ПАН-волоюш 5,62* 10"* 23,52 0,32 0,44

2 Гвдратцелшолозное волокно 35,48*] О"4 25,2 1 ->-> ' 0,39

Установленные физико-химические закономерности адсорбции полимера различными по природе и строению наполнителями легли в основу разработки технологии формирования ПКМ для изделий дорожно-строительного назначения.

Глава в торая посвящена выяснению влияния модифицирующих добавок на структуру и свойства ПКМ.

В качестве наполнителя в модифицированных ПКМ был использован сланец, как самый активны!'! по своей химической природе и обеспечивающий максимальную адсорбцию полимера (рис.2) и высокий уровень физико-механических свойств.

Установлено, что модификацией поликапроамида (ПКА) малыми добавками оксида цинка (2лО) и стеарата кальция можно направленно регулировать надмолекулярную структуру полимерного связующего и заметно улучшить физико-механические свойства материала (табл.3).

Физико-механические свойства ПКА композиций

№ Композиция Од МПа МПа 6, % кДж/м2 Нв, Шям2 Ос*, Мпа

1. ^ ПКА 99,6 54,5 181,6 38,8 173 4,7

2. Г1КА+гпО(3%)+ПЭС-5(3%) 98,8' 63,5 54,2 40 223 5,1

3. ПКА+стеарат Са (3%)+ПЭС-5(3%) 91,2' 48,5 165,8 38,951,3 160 5,3

4. ПКА+стеарат Са (3%)+гпО(3%)+ ПЭС-5(3%) 76,9' 51,4 44,7 55,6 175 5,6

5. ПКА+сланец(20%) +стеарат Са(3%)+ гпО(3%)1 ПЭС-5(3%) 93,3* 49 48,3 42,7 191 5,2

Примечание: * - при прогибе на 1,5 толщины.

Причины улучшения свойств модифицированных образцов исследовали путем привлечения различных современных методов анализа: РГА, ДТА, ДСК, ИКС.

При исследовании структуры модифицированных ПКА образцов методом рентгенографического анализа (РГА) установлено, что вводимые добавки способствуют образованию более совершенной структуры в полимере, повышая степень кристалличности и размер кристаллов (табл.4) и действуют как искусственные зародыши структурообразования (ИЗС).

Таблица 4

Результаты рентгенографического анализа ПКА и композиции на его основе

№ Композиция Степень кристалличности, % Размеры кристаллитов, Нм

1. ПКА исходный 40 24,1

2. ПКА + стеарат Са (3%) 56 19,5

3. ПКА + 2пО (3%) 61 26,6

4. ПКА +• стеарат Са (3%) + 7лО (3%) 58 25,5

5. ПКА + сланец (20%) +• стеарат Са (3%) + гпО(1%) 52-56 26,7-27

Данные ИК-спектроскошш (рис.7) по увеличению интенсивности полос поглощения в области 800-1050 смтакже свидетельствуют об увеличении степени упорядоченности структуры модифицированного ПКА, воз-

растании степени кристалличности в результате кристаллизации, вызван-

Рис.7. Сравнение спектров пропускания исследуемых объектов: 1 - исходный ПКА; 2- ПКА+стеарат Са; 3- ПКЛ+2пО+стсарат Са; 4- ПКА+глО

Общая картина изменения полос поглощения может доказывать преимущественно наличие физического взаимодействия в системе ПКА - 2пО.

Структурное совершенство модифицированного материала подтверждается данными дифференциальной сканирующей калориметрии (рис.8), где видно, что удельная теплота плавления системы ПКА - ЪпО возрастает в 3 раза по сравнению с исходным ПКА. а температура плавления смеща-

2- ПКА+стеарат Са; 3- ПКА+гпО+стеарат Са; 4- ПКА+гпО

Методом дифференциально-термического анализа (ДТА) установлено, что вводимые модифицирующие добавки не снижают термоустойчивость полимера и не ускоряют процесс термоокислительной деструкции ПКА -пики основных деструктивных процессов проявляются в одних и тех же температурных областях (380-5050 С).

Еще одним методом модификации ПКА является обьемно-поверх-ностная термическая обработка, приводящая к более медленному и более глубокому снятию внутренних напряжений в материале, возникающих в момент формования изделий.

При термообработке происходит «заплавлснис» поверхностных микро- и макротрещин и релаксация напряжений, в результате чего повышается прочность материала в 1,5-2 раза (табл. 5).

Таблица 5

Влияние объемно-поверхностной термической обработки на свойства ПКА материала

N/11 Среда воздействия Оп, МПа Ос*, МПа аУД! кДж/м2 Нв, Н/мм1

1. Без обработки (ПКА+гпОстеарат Са+ПЭС-5) 77* 5,6 55,6 175

2. В термошкафу 84,8* 5,6 59,3 292,8

3. В дистиллированной воде (100° С. 1 час) 88* 5,3 46 254

4. В глицерине 89* 5,1 54 254

5. В машинном масле 91* 5,6 63,2 371

6. В полиэтилснлоксановой жидкости ПЭС-5 90* 5 67,3 404,2

Примечания: * - при прогибе на 1,5 толщины, г среды - 160 0 С, X воздействия -1 час.

Установлено, что свойства вторичного ПКА путем модификации могут быть доведены до уровня кондиционного (первичного) полимера (табл.6).

Свойства модифицированных I1KM ма основе вторичного ПКА

№ Компании« МПа % СТи, МПа кДж/м*

1. пка2 38 177 50,3 8

2. ГПСА2 + стеарат С а (20%) + сланцевый мягчитель (10%) 33,2 62 56* 15

3. ПКА2 + каолин (20%) + осадок растительного масла (10%) 40 26 54* 14

4. ПКАг + каолин (20%) < кубовый остаток (10%) 42 24 53* ■ 14

5. ПКАг + каолин (20%) + сланцевый мягчитель (10%) 46 29 60* 20

В результате производству может быть рекомендована композиция: ПКАг+ каолин (20%) + сланцевый мягчитель (10%).

Полученный материал обладает более высокими физико-механическими свойствами по сравнению с исходным вторичным ПКА - ударная вязкость возрастает в 2 раза, резко повышается изгибостойкость.

Еще в большей степени улучшаются физико-механические свойства и повышается их стабильность под влиянием объемно-поверхностной термической обработки образцов из наполненного и пластифицированного вторичного ПКА в изученных жидких средах (табл.7): разрушающее напряжение при изгибе аи повышается на 30%, ударная вязкость oyä - на 35%.

Таблица 7

Влияние термообработки на свойства материала из вторичного IIKA

№ Среда воздействия Физнко-механические свойства

о-,, МПа е, °/о «V МПа кДж/мг

1. Без среды (ПКА2+каолин(20%)+слан-цевый мягчигель(10%)) 46 29 60* 20

2. В машинном масле (150°С,1 час) 52 44 70,8* 25

3. В дистиллированной воде (ЮО'СД час) 50 39 65,2' 22

4. В глицерине (150°С,1 час) 52,8 44,4 77,8* 27

Примечание: * - при прогибе на 1,5 толщины.

Присутствие в модифицированном ПКА стабилизирующих добавок ^пО) и легирующего компонента (ПЭС-5) приводит к существенному улучшению надмолекулярной структуры ПКА, в результате чего снижается интенсивность деструктивных процессов, протекающих также и при атмосферном старении материала, подвсрпгутого климатическим воздействиям

рованного ПКА от продолжительности атмосферного воздействия □ - разрушающее напряжение при изгибе сги ,МПа;' 8 - ударная вязкость ауд, кДж/м"

Следовательно, разработанный материал на основе ПКА может быть рекомендован для изготовления изделий дорожно-строительного назначения, в частности,сигнальных столбиков, которые будут эксплуатироваться в условиях различных атмосферных воздействий.

Аналогичным образом сделана попытка создания модифицированных материалов на основе ПВХ и ПЭНД, которые также характеризуются удовлетворительным комплексом свойств и могуг быть рекомендованы для изготовления изделий дорожно-строительного назначения.

Выводы

1. Впервые изучена адсорбция ПВХ из его разбавленных растворов в цик-логексаноне и дихлорэтане на дисперсных и волокнистых сорбентах различной химической природы. Изменение величины адсорбции от химической природы поверхности сорбента, природы растворителя и температуры позволяет направленно регулировать выбор наполнителя для ПКМ и структуру формирующегося граничного слоя.

2. Проведена термодинамическая интерпретация экспериментальных данных по методу избытков и полного содержания. Прослежены изменения химического потенциала сорбента, свободной энергии изученных сис-

тем. Установлены наибольшие значения термодинамических функций на волокнистых сорбентах, обусловленные специфичностью взаимодействия с их поверхностью.

3. Впервые применение уравнений ТОЗМ дало возможность оценить параметры пористой структуры волокнистых сорбентов по данным адсорбции ПВХ из его разбавленных растворов.

4. Различными взаимодополняющими методами (сорбцией, ИКС, ДСК, РГА) установлен характер взаимодействия компонентов в полимерных композициях.

5. Предложены модифицирующие добавки, позволяющие заметно изменить структуру полимера (ПКА и ПВХ), взаимодействие его с наполнителем и усилить комплекс его физико-механических свойств.

6. Определены пути обеспечения повышенного комплекса свойств вторичному ПКА, позволяющие достичь уровень первичного с эффективной повторной его эксплуатацией.

7. Предложен состав ПКМ для изделий дорожно-строительного назначения на основе ПКА и ПЭ с высоким уровнем эксплуатационных свойств.

Основные положения и результаты диссертационной работы

изложены и следующих публикациях:

1. Адсорбция поливинилхлорида из различных растворителей на твердой поверхности /И.С. Родзивилова, Г.П. Овчинникова, Н.Н. Бух, М.Н. Рах-левская //Журнал физ. химии.-1993.-Т.67,№7.-Стр. 1565-1566.

2. Бух Н.Н., Родзивилова И.С., Овчинникова Г.П. Адсорбция поливинилхлорида из различных растворителей на твердой поверхности //Материалы 1 Науч.-техн. конф. (апрель 1993г): Сборник/Сарат. гос. техн. ун-т. Технолог, ин-т.-Энгельс, 1995.-С.22-25.-Деп. в ВИНИТИ 10.03.95, №660-В95.

3. Химическая стойкость ПВХ-труб, наполненных сланцевой золой /М.Х. Бичурин. Г.Г1. Овчинникова, С.Е. Артеменко, И.С. Родзивилова, Н.Н. Бух//Материалы 1 Науч.-техн. конф. (апрель 1993г): Сборник/Сарат. гос. техн. ун-т. Технолог. ин-т.-Энгельс, 1995.-С.22-25.-Деп. в ВИНИТИ 10.03.95, №660-В95.

4. Полимерный композиционный материал для изготовления изделий дорожно-строительного назначения: Информлисток №284-95 /Сарат. ЦНТИ; Сост. Г.П. Овчинникова, С.Е. Артеменко, Н.Н. Бух, Ю.В.Левушкин.-Саратов, 1995.-2 с.

5. ADSORBTION OF POLYMERS FROM DIFFERENT SOLVENTS ON А SOLID SURFASE / I.S.Rodhivilova, G.P.Ovchinnikova, S.G.Kononenko, M.N.Rahlevskaya, N.N.Buh, N. Zaitseva //12й International Congress of Chemical and Process Engineering/ CHISA'96: Summaries topics, 7, Praha, August 25-30, 1996,- Praha,1996.-P.134.

6. Адсорбция полимеров из разбавленных растворов неэлектролитов на твердой поверхности /И.С. Родзивилова, М.Н. Рахлевская, Г.П.Овчинникова, С.Г. Кононепко, H.H. Бух. H.JI. Зайцева //Теория и практика адсорбционных процессов: Тез. докл. 8 междунар. конф., Москва, 20-24 мая 1996.-М., 1996.-С.95.

7. Бух H.H., Овчинникова Г.П., Артеменко С.Е. Эффективность использования вторичного полимерного сырья для изделий дорожно-строительного назначения //Ресурсо-, энергосберегающие и экологически чистые технологии в производстве деталей из композиционных материалов: Тез. докл. междунар. конф., п. Славско, 19-21 марта 1996.-Киев, 1996.-С.109.

8. Использование промышленных отходов Саратовского региона для изготовления изделий дорожно-строительного назначения /H.H. Бух, Г.П.Овчинникова, С.Е. Артеменко, И.С. Родзивилова//Современные проблемы строительного материаловедения:: Тез. докл. междунар. на-уч.-техн. конф., Казань, 24-27 сентября 1996.-Казань, 1996.-С.5В-59.

9. Роль адсорбционных процессов в формировании структуры и свойств полимерных композиционных материалов //С.Е. Артеменко, Г.П.Овчишшкова, И.С. Родзивилова, H.H. Бух //Хим. волокна-1997,-N21.-C.48-52.

10.Применение ТОЗМ к расчету адсорбционных равновесий в системах полимер-растворитель-сорбент / И.С. Родзивилова, Г.П.Овчинникова,

I Ш.Бух, С.Е.Артеменко //Теоретические основы сорбционных процессов: Тез. докл. III национал, симпоз., Москва, 24-27 апр. 1997.-М.,1997.-С.16.

11 .Увеличение ресурса эксплуатации вторичного ПКА пугем его модифицирования / Н.Н.Бух, Г.П.Овчинникова, С.Е.Артеменко, Б.Р.Ишанов //Пласт. массы.-1997.-№1 .-С37-39.

12.Бух H.H., Зайцева Н.Л., Пискунов В.А. Адсорбция полимеров и олиго-меров из разбавленных растворов на твердой поверхности //Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии: Тез. докл. всероссийск. конф. молодых учен.. Саратов, 25-26 июня 1997.-Саратов, 1997.-С.329-330.

Нух Ната.г.ья Нрколаер.ча ¡•¡олксгккаиия термопласта? j'Xft нсполы-оганкя в каделиях /;оро;шо-

стооительногс назначения Ответственный за выпуск P.Ii.Овчинникова Корректор Л.А.Скрооцовй

Лицензия АР № 020271 от 15.11.96

Подписано в печать 05.11. УУ Формат 60x84 1/16

Бум. оберт. Усл. - печл. 1.1 Уч. - изд.л. 1.0

ТираясЮО я кз. экз. Заказ 277 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г.Саратов, ул. Политехническая, 77 Ротапринт СГТУ, 410054 г.Саратов, ул. Политехническая, 77