Васильев Илья Юрьевич - научный сотрудник, преподаватель кафедры «Инновационные материалы принтмедиаиндустрии» Полиграфического института ФГАОУ «МПИ».
107023, Москва, ул. Большая Семеновская, 38
Scopus Author ID 57195569317, ResearcherID ABW-6525-2022
Ilya Yu. Vasilyev - Researcher, Lecturer, Department of Innovative Materials for the Print Media Industry, Polygraphic Institute, Moscow Polytechnic University.
38, Bolshaya Semenovskaya ul., Moscow, 107023
Objectives. To obtain and study the properties including degradability of polymer composite materials (PCM) based on low-density polyethylene (LDPE) obtained by introducing an environmentally friendly additive comprising an oxo-decomposing additive (ODA) based on an amphiphilic polymer-iron metal complex, which accelerates the process of polymer degradation.
Methods. PCMs based on LDPE and ODA were produced by processing in laboratory extruders in the form of strands, granules, and films. Thermodynamic properties were determined by differential scanning calorimetry in the temperature range 20-130 °C. In order to assess the performance characteristics (physical and mechanical properties) of the PCM, tensile strength and elongation at break were determined. The biodegradability of PCM was evaluated by Sturm's method, with the biodegradation index being determined by the amount of CO2 gas released as a result of microorganism activity, as well as composting by placing the PCMs for six months in biohumus. Changes in physical and mechanical properties and water absorption of the films during storage were evaluated. The photochemical degradability of the PCM was determined by exposing it to ultraviolet radiation for 100 h (equivalent to approximately one year of exposure of the films under natural conditions). The appearance of the composite samples following removal from the biohumus was determined using an optical microscope with ×50 magnification in transmitted and reflected light.
Results. Following biodegradation by composting, the physical and mechanical properties of PCMs decrease by an average of 40.6%. This is related to the structural changes that occur in composites during storage in biohumus, i.e., the formation of a looser structure due to the development of large clusters of microorganisms that affect the formation of microcracks. It leads to the stage of fragmentation of the polyethylene matrix and indicates the progress of biological degradation of composites. In this case, the water absorption of the composite samples was 63% after 96 h of exposure. The biodegradability index determined by the Sturm method after 28 days of bubbling had changed by 82%, indicating an intensive biodegradation process. Exposure to ultraviolet radiation for 96 h resulted in the complete destruction of the PCMs, which turned into small “flakes.” This method is the most effective for the degradation of LDPE- and ODA-based PCMs.
Conclusions. According to the results of the study of ODA-containing PCMs based on an amphiphilic polymer-iron metal complex, the tested filler-modifier can be recommended for the production of PCMs offering an accelerated degradation period.
Цели. Получение и исследование свойств, а также способности к деструкции полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), получаемых за счет введения экологически безопасной оксоразлагающейся добавки (ОРД) на основе амфифильного полимерного металлокомплекса железа, ускоряющей процесс разложения полимеров.
Методы. ПКМ на основе ПЭНП и ОРД получали в лабораторных экструдерах в виде стренг, гранул и пленок. Термодинамические свойства определяли дифференциально-сканирующей калориметрией в интервале температур 20-130 °C. Для оценки эксплуатационных свойств (физико-механических характеристик) ПКМ определяли разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение при разрыве. Способность к биоразложению ПКМ оценивали методом Штурма, определяя индекс биоразложения по количеству выделившегося СО2 в результате жизнедеятельности микроорганизмов, а также путем компостирования, помещая ПКМ на полгода в биогумус. В процессе хранения определяли изменение физико-механических свойств, а также водопоглощение пленок. Способность ПКМ к фотохимической деструкции определяли, подвергая образцы ультрафиолетовому излучению в отсутствии других источников света в течение 100 ч (эквивалентно приблизительно году экспозиции пленок в природных условиях). Внешний вид композиционных образцов после изъятия из биогумуса определяли при помощи оптического микроскопа с увеличением ×50 в проходящем и отраженном свете.
Результаты. В процессе биоразложения методом компостирования до полугода физико-механические свойства снижаются, в среднем, на 40.6%, что связано со структурными изменениями, протекающими в композитах в процессе хранения в биогумусе: формированием более рыхлой структуры вследствие образования и продуцирования крупных кластеров микроорганизмов, влияющих на образование микротрещин, что приводит к стадии фрагментации полиэтиленовой матрицы и свидетельствует о протекании процесса биологической деструкции композиционных материалов. При этом водопоглощение композиционных образцов спустя 96 ч экспозиции изменилось на 63%. Индекс биоразлагаемости, определенный методом Штурма по истечении 28 суток барботирования, изменился на 82%, что свидетельствует об интенсивном протекании процесса биоразложения. Воздействие ультрафиолетового излучения в течение 96 ч показало полное разрушение ПКМ до образования мелких «хлопьев». Данный метод является наиболее эффективным для процесса разложения ПКМ на основе ПЭНП и ОРД.
Выводы. Исследование ПКМ, содержащих ОРД на основе амфифильного полимерного металлокомплекса железа, показало, что исследуемый наполнитель-модификатор можно рекомендовать для изготовления ПКМ с ускоренным сроком разложения.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.