Васильев Илья Юрьевич, к.т.н., доцент
Scopus Author ID 57195569317, ResearсherID ABW-6525-2022
107023, Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38
Ilya Yu. Vasilyev, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor
Scopus Author ID 57195569317, ResearсherID ABW-6525-2022
38, Bolshaya Semyonovskaya ul., Moscow, 107023
Петренко Виктория Сергеевна, студент
107023, Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38
Victoria S. Petrenko, Student
38, Bolshaya Semyonovskaya ul., Moscow, 107023
Род Виктор Андреевич, студент
107023, Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38
Viktor A. Rod, Student
38, Bolshaya Semyonovskaya ul., Moscow, 107023
Голобоков Дмитрий Александрович, младший научный сотрудник
ResearсherID MBG-4040-2025
117393, Москва, ул. Профсоюзная, д. 70
Dmitrii A. Golobokov, Junior Researcher
ResearcherID MBG-4040-2025
70, Profsoyuznaya ul., Moscow, 117393
Objectives. The work set out to investigate the influence of the compounding and technological parameters of polymer biocomposite materials based on polylactide (PLA) filled with the A-Len® thermoplastic compound (Alen) on their structural, thermophysical, and mechanical properties, as well as to determine the mechanism of their destruction under the impact of ultraviolet radiation.
Methods. Films of PLA and Alen, as well as polymer composites based on them (PLA/Alen), were obtained using a flat die extruder (MashPlast, Russia). The structural and morphological properties of the films were determined with a JCM-6000 PLUS scanning electron microscope (JEOL, Akishima, Tokyo, Japan); their thermal properties were obtained using a DSC 204 F1 calorimeter (NETZSCH, Germany). The chemical composition and degradation mechanism were analyzed by infrared spectroscopy with an FSM-1201 spectrometer (Russia) fitted with an attenuated total internal reflection attachment. The mechanical properties were examined using a Z010 ZwickRoell tensile testing machine (Zwick Roell Group, Germany). The effect of ultraviolet radiation was assessed using an ultraviolet chamber.
Results. It was shown that the presence of Alen in mixtures with PLA affects the formation of a heterogeneous structure due to the presence of polyethylene in the Alen composition. This mediated a reduction in Young’s modulus by 34% (to 1050 MPa) in comparison with the initial value for PLA (1600 MPa). In the polymer composites, the PLA phase recrystallizes to yield a denser-ordered supramolecular structure, while in the polyethylene phase, the segmental mobility of macromolecules decreases and crystallization process is hindered by their different polarities to form an interface between the components under study.
Conclusions. The photodegradation mechanism in PLA/Alen polymer composites is shown to be primarily due to the presence of a prooxidant additive in Alen, which initiates the oxidation process to degrade and subsequently fragment the low-molecular fraction of polyethylene. In addition, the PLA matrix photodegrades through the Norrish Type II mechanism, which describes the oxidation of polymer chains by a radical mechanism to produce C=C bonds. The developed polymer composites are promising for the fabrication of certain polymer products due to their optimal performance characteristics and accelerated photochemical degradation kinetics.
Цели. Изучить влияние рецептурно-технологических параметров полимерных биокомпозиционных материалов на основе полилактида (ПЛА), наполненного термопластичным компаундом A-Len® (Alen), на структурные, теплофизические и деформационно-прочностные свойства, а также определить механизм деструкции под действием ультрафиолетового излучения.
Методы. В работе исследовали пленки на основе ПЛА и Alen, а также полимерные композиции на основе ПЛА и Alen (ПЛА/Alen), которые получали на плоскощелевом экструдере фирмы «МашПласт» (Россия). Для вышеуказанных объектов определяли структурно-морфологические свойства на сканирующем электронном микроскопе JCM-6000 PLUS (JEOL, Акисима, Токио, Япония), теплофизические свойства на калориметре DSC 204 F1 (NETZSCH, Германия). Химический состав, а также определение механизма деструкции осуществляли методом инфракрасной спектроскопии на приборе ФСМ-1201 (Россия) с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения. Деформационно-прочностные свойства исследовали на разрывной машине Z010 ZwickRoell (Германия). Воздействие ультрафиолетового излучения определяли с помощью ультрафиолетовой камеры.
Результаты. Показано, что Alen в смесях с ПЛА влияет на образование гетерогенной структуры вследствие наличия в его составе полиэтилена (ПЭ). Этим опосредовано снижение модуля упругости на 34% (1050 МПа) в сравнении с исходной величиной ПЛА — 1600 МПа. При этом для фазы ПЛА в полимерных композициях осуществляется перекристаллизация с более плотным упорядочиванием надмолекулярной структуры, а для фазы ПЭ происходит снижение сегментальной подвижности макромолекул и затруднение процесса кристаллизации вследствие их разной полярности с формированием границы раздела фаз между исследуемыми компонентами.
Выводы. Механизм фотодеструкции полимерных композиций ПЛА/Alen осуществляется за счет наличия в составе термопластичного компаунда прооксидантной добавки, инициирующей процесс окисления, после чего происходит разрушение низкомолекулярной фракции ПЭ с последующей ее фрагментацией. Наряду с этим, фотодеструкция матрицы ПЛА протекает по механизму Норриша II, заключающемся в окислении полимерных цепей по радикальному типу с образованием С=С-связи. Таким образом, разработанные биокомпозиционные полимерные материалы являются перспективными для изготовления полимерных изделий из них, характеризуются оптимальными эксплуатационными свойствами и ускоренной кинетикой фотохимической деструкции.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.