Биоразлагаемый материал на основе полиамида и натурального каучука

material.

В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию и исследованию биоразлагаемых (непосредственно под воздействием микроорганизмов или подвергающихся быстрой эрозии под воздействием окружающей среды, с последующей деградацией микроорганизмами) полимеров. В развитых странах большая часть одноразового упаковочного материала уже производится из биоразлагаемых материалов. Существуют некоторые подходы, используемые для борьбы с загрязнением природы и связанные с производством полимеров.

В процессе биодеградации макромолекулы сначала распадаются на небольшие участки (олигомеры), которые затем перерабатываются бактериями. Во многих случаях продуктами распада является углекислый газ и вода [1].

В настоящее время существует проблема в длительности и трудности деградации полимеров и изделий на их основе, что является источником загрязнения окружающей среды. Решением проблемы является создание биоразлагаемых полимерных композитов для промышленности путем введения в основной полимер биоразлагаемого полимера растительного происхождения – неочищенного натурального каучука.

Традиционные способы получения деградируемых полимеров основываются на:

• •    Использование водорастворимых и биодеградируемых полимеров;

• •    Введение в основной недеградируемый полимер водорастворимых и деградиремых соединений и полимеров;

• •    Применение микроорганизмов – деструкторов иммобилизированных в полимер с последующей его деградацией в условиях депонирования.

Однако ни один из этих способов не является универсальным. Так использование водорастворимых и биодеградируемых полимеров ограничено невысоким комплексом эксплуатационных показателей композиций на их основе, что не дает возможности применить их для изготовления высокопрочных изделий в частности медицинских инструментов одноразового использования из металлозамещающих материалов.

Второй способ существенно снижает комплекс эксплуатационных показателей, что также приводит к ограничению сфер использования.

Третий способ – применение микроорганизмов – деструкторов требует четкого временного прогноза работы полимерного изделия. Запуск механизма разложения с помощью микроорганизмов-деструкторов обусловливает определенные условия депонирования: температура, концентрация, влажность и т.п. При этом велика опасность включения этого механизма в период хранения или эксплуатации изделия.

Назначение и область применения.

Биоразлагаемый композиционный материал на основе полиамида и натурального каучука может использоваться для различных сфер применения включая медицинскую промышленность, в то же время как высокопрочный конструкционный материал, то есть являться металлозамещающим.

В качестве основного полимера для получения биоразлагаемых полимерных композиций, предлагается использовать полиамид – наиболее широко представленный среди полимерных материалов, выпускаемый в РФ крупнотоннажно.

Несмотря на то, что в РФ не производится натуральный каучук его потребление очень высоко. Так шины на 30% состоят из высокоочищенного натурального каучука. Поэтому сырьевая база новых деградируемых в условиях депонирования полимерных композитов не является новой для Российской промышленности.

Предлагаемый способ предусматривает использования в качестве материала, способствующего деструкции полимерного композита, неочищенный натуральный каучук. Технология производства натурального каучука предпола- гает дорогостоящую, экологически опасную стадию очистки полимера от соединений растительного происхождения, которые вызывают деструкцию изделий на их основе. Преимущества материала:

• •    Введение в полимерную композицию натурального каучука не снижает комплекс эксплуатационных показателей изделий с его использованием, так как натуральный каучук является высокомолекулярным полимером и имеет высокое сродство к полимерам, из которых изготавливаются изделия.

• •    Снижаются затраты на очистку натурального каучука.

• •    Экологический фактор за счет использования возобновляемого сырья – натурального каучука.

• •    Экономичность за счет использования в композиции менее дорогостоящего компонента – неочищенного натурального каучука.

Характеристика исходных веществ

Для изготовления биоразлагаемого композиционного материала на основе полиамида с 30% наполнением стекловолокном (ПА 6-СВ-30), очищенного натурального каучука (ОНК) и неочищенного натурального каучука (НК) использовались композиции в следующем соотношении:

• 1.    Композиция А – ПА 6-СВ-30 с наполнением 5% очищенным натуральным каучуком;

• 2.    Композиция Б – ПА 6-СВ-30 с наполнением 10% очищенным натуральным каучуком;

• 3.    Композиция В – ПА 6-СВ-30 с наполнением 5% неочищенным натуральным каучуком;

• 4.    Композиция Г – ПА 6-СВ-30 с наполнением 10% неочищенным натуральным каучуком;

Определение прочности и относительного удлинения образцов при разрыве проводилось согласно ГОСТ 11262-80 на универсальной испытательной машине марки АI-7000-М при скорости раздвижения зажимов 25 мм/мин. Твердость по Шору D определялась по ГОСТ 24621-91 на дюрометре марки HD 3000, ударная вязкость по Шарпи по ГОСТ 4647-80 – на маятниковом копре марки GT-7045-MDL.

Физико-механические испытания образцов полимеров 30% наполнения стекловолокном

Таблица 1

Влияние степени наполнения ПА СВ 30 натуральным каучуком на физико-механических свойства композиций

	ПА CВ 30	ПА СВ 30 + 5% НК О	ПА СВ 30 + 10% НК О	ПА СВ 30 + 5% НК	ПА СВ 30 + 10% НК
Прочность при разрыве, МПа	148,73	139,30	114,08	134,53	107,92
Изменение, %		- 6,3%	- 23,3%	- 9,5%	- 27,4%
Относит. удлинение при разрыве, %	4,2	3,7	3,4	3,8	3,8

Модуль упру-гости, МПа	5586,23	5573,8	5061,7	5248,83	4506,70
Изменение, %		-0,2%	-9,4%	-6%	-19,3%
Ударная вязкость по Шарпи, кДж/ м2	67,7	65,6	57,2	58,3	58,4
Изменение, %		-3%	-15,5%	-13,8%	-13,7%
Твердость по Шору D	87	85	84	85	84
Изменение, %		-2,3%	-3,4%	-2,3%	-3,4%

Таблица 2

Влияние степени наполнения ПА СВ 30 натуральным каучуком на индекс расплава композиций, 230оС/2,16кг

Образцы	Индекс расплава, г / 10 мин
ПА CВ 30	8,7
ПА СВ 30 + 5% НК О	14,8
ПА СВ 30 + 10% НК О	14,7
ПА СВ 30 + 5% НК	15,5 г
ПА СВ 30 + 10% НК	14,0

Прочность при растяжении композиции снижается на 6-9,5% с введением 5% масс. натурального каучука и на 2327% с введением 10% масс. но остается достаточно высокой для изготовления биоразлаемых композиционных материалов высокой прочности.

Индекс расплава полимера закономерно увеличивается на 60%-78% с введением в композицию НК и практически не зависит от количества и степени очистки введенного НК.

Чем больше величина ударной вязкости, тем лучше материал сопротивляется динамической нагрузке. Образцы из хрупких материалов ломаются легко, с небольшой затратой работы на разрушение. Образцы из пластичных материалов наоборот – требуют на разрушение большей энергии. Ударная вязкость снижается с введением НК и зависит от степени очистки натурального каучука. При введении 5 % масс. неочищенного каучука по сравнению с очищенным в композицию ударная вязкость сильно снижается с 3% до 13,8%, что указывает на присутствие в НК низкомолекулярных добавок таких как белки, углеводы, мыла и сахара.