ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования 2
Основные положения, выносимые на защиту 4
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 20
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 21
Актуальность проблемы. Для создания биоразлагаемых экологически безопасных полимерных материалов в экономически развитых странах последние 15-20 лет активно используют смеси синтетических полимеров с природными, прежде всего - с полисахаридом крахмалом. Оценена способность ряда смесей к биоразложению, изучены их механические свойства. Однако наименее исследованы структура смесей и взаимодействие компонентов при их образовании. В этой связи представляется актуальным систематическое изучение термодинамики взаимодействия синтетических полимеров различных классов при смешении с природными полисахаридами, исследование реологии расплавов смесей, отличающихся типом и количеством введенного полисахарида. Изучено влияние особенностей строения цепи, типа заместителей в звене полисахарида на комплекс физико-химических свойств их смесей с синтетическими полимерами, определяющее способность систем к биоразложению.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований РФФИ-УРАЛ (гранты №01-03-096454 и №04-03-96087), а также Американского фонда CRDF (гранты №REC-005 и EK-005-XI 2000-2004гг.) по направлению "Перспективные материалы".
Цель настоящей работы состояла в изучении совместимости компонентов смесей синтетических полимеров с природными полисахаридами, определении температурной зависимости реологических параметров смесей, характеризующих возможность их переработки в экологически чистые полимерные материалы, а также в исследовании характеристик, определяющих способность смесей к биоразложению.
В диссертации решались следующие конкретные задачи:
• определение термодинамических параметров взаимодействия компонентов смесей полимеров на основе синтетического сополиамида 6/66/610 (СПА) и полисахарида - хитозана;
• определение параметров вязкого течения расплавов смесей СПА/хитозан, сополимеров этилена с винилацетатом, отличающихся количеством винилацетатных групп в цепи (СЭВА- 15, 24, 25) с крахмалом и пектинами при различных температурах;
• оценка способности изучаемых смесей к биоразложению с целью установления их пригодности для создания экологически безопасных материалов.
Научная новизна
• Впервые применены методы равновесной термодинамики для определения энергии Гиббса, энтальпии и энтропии смешения синтетического полимера - сополиамида 6/66/610 и полисахарида хитозана.
• Впервые получены реологические характеристики расплавов смесей пектинов, хитозана и крахмала с синтетическими сополимерами различного химического строения: сополиамида 6/66/610 (СПА), СЭВА-15, СЭВА-24 и СЭВА-25 при разных температурах; определены теплоты активации вязкого течения смесей.
• Установлена взаимосвязь параметров биоразложения систем (оцененная по выделению СО2 микроорганизмами почвы в присутствии плёнок смесей) и данных по влиянию полисахаридов на краевой угол смачивания (солГ) плёнок смесей водой и равновесное набухание (а) в воде. Результаты могут быть использованы для оценки способности к биоразложению исследованных смесей и материалов на их основе.
Практическая значимость
Установленные закономерности термодинамики взаимодействия компонентов смеси синтетический сополимер (сополиамид)/полисахарид (хитозан) могут быть использованы для выбора термодинамически устойчивых композиций на основе исследуемых смесей.
Полученные результаты по вязкости расплавов смесей количественно соответствуют данным, известным для промышленных термопластов, что позволяет считать их пригодными для переработки на обычном технологическом оборудовании и рекомендовать исследованные смеси для получения экологически безопасных полимерных материалов.
Данные по биоразложению, смачиванию и водопоглощению плёнок смесей водой подтверждают возможность создания на их основе биоразлагаемых композиций для производства изделий кратковременного применения (материалы одноразового использования, плёнки и изделия бытового и сельскохозяйственного назначения)...
На основании изучения термодинамики смешения компонентов, реологии расплавов смесей и оценки способности к биоразложению плёнок, полученных из смесей синтетических сополимеров (СПА, СЭВА) с природными полисахаридами различного строения (крахмал, хитозан, пектины) можно сделать вывод о возможности создания на их основе полимерных биоразлагаемых материалов.
Результаты исследования взаимодействия смесей СПА с хитозаном с общим растворителем - муравьиной кислотой, рассчитанные на их основе по термодинамическому циклу термодинамические параметры смешения полимерных компонентов друг с другом позволили определить области существования термодинамически равновесных составов. В смесях, обогащённых хитозаном, наблюдали отрицательные значения термодинамических параметров смешения полимеров друг с другом, что свидетельствует о термодинамической совместимости компонентов в этой области составов. Системы, содержащие большее количество СПА (ш2>0,5), являются несовместимыми: они образуются с затратой энергии, несамопроизвольно (ЛС™ и Л//™ >0).
Анализ полученных реологических данных показывает, что все исследованные смеси СПА/хитозан, СЭВА-15 и СЭВА-25/крахмал и СЭВА-24/пектины в широкой области составов ведут себя как неньютоновские жидкости. По мере добавления к синтетическому компоненту природного полисахарида (от 5 до 50 мас%) текучесть систем уменьшается, а вязкость и теплота активации вязкого течения смесей возрастают. Численные значения вязкости расплавов и общие закономерности реологического поведения исследованных систем, сопоставимы с данными, характерными для течения расплавов промышленных термопластов при их формовании, что может быть использовано при переработке таких смесей в биоразлагаемые полимерные композиции.
Сопоставление результатов исследования биоразложения полученных смесей полимеров, поведения их в водной среде показывает, что введение полисахаридов в матрицу синтетического сополимера приводит к образованию более гидрофильных систем, способных лучше смачиваться водой и набухать в ней, что благоприятствует биоразложению всех полученных полимерных композиций в окружающей среде.
Таким образом, комплекс проведённых исследований свойств смесей синтетических сополимеров промышленного производства с полисахаридами (крахмал, хитозан, пектины) свидетельствует о перспективности их использования в качестве основы для создания биоразлагаемых, экологически безопасных материалов и получения из них изделий, склонных к разложению в природных условиях после использования.
