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

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.

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.

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).

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).

Вначале облучения до 48 часов при содержании в композициях 10 масс. % крахмала снижается относительное удлинение и разрывное напряжении почти в 2 раза, а к окончанию экспозиции (после 288 часов облучения) разрывное напряжение снижается в 6 раз, а относительное удлинение понижается в 3 раза (табл.3.5,рис.3.12). Тогда как для исходного полиэтилена при облучении в течение 288 часов разрывное напряжение уменьшается только в 2,5 раза. Показатель текучести расплава при содержании 10 масс. % крахмала стабильно снижается. Следует отметить, что для композиций с содержанием крахмала 1,5, 3, 5 масс. % не наблюдается такого резкого снижения ни относительного удлинения, ни прочности. При содержании 15 масс. % крахмала наблюдается относительное снижение разрывного напряжения при действии фотооблучения, но к моменту завершения экспозиции практически достигает первоначальных значений, тогда как ПТР снижается в 2 раза, а удлинения уменьшается в 1,5 раза. Можно сказать, что аналогично ведет себя композиция с 20 масс. % крахмала, но в этом случае, выявляются более резкие снижения ПТР и относительного удлинения. Показатель текучести расплава для всех композиций "полиэтилен + крахмал" резко уменьшается к моменту 96 часов облучения, а дальнейшее фотооблучение (до 288 часов) не приводит к значительным изменениям вязкости расплава (рис.3.13).

Таблица 3.3. Изменение разрывного напряжения исходного ПЭ-273 и композиций на основе ПЭ-273 + крахмал при фотооблучении (2 партия материалов).

Из полученных составов можно выделить состав содержащий 5 масс. % крахмала, как состав практически не теряющий своих деформационно-прочностных характеристик в процессе фотооблучения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7