Белухичев Евгений Валентинович. Вторичная переработка и совмещение смешанных отходов поливинилхлорида и полиэтилена при производстве жестких каландровых пленок

brief description

Белухичев Евгений Валентинович. Вторичная переработка и совмещение смешанных отходов поливинилхлорида и полиэтилена при производстве жестких каландровых пленок;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»], 2021

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический университет)»
На правах рукописи

Белухичев Евгений Валентинович
ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА И СОВМЕЩЕНИЕ СМЕШАННЫХ ОТХОДОВ
ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА И ПОЛИЭТИЛЕНА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖЕСТКИХ
КАЛАНДРОВЫХ ПЛЕНОК
05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель
доктор химических наук,
профессор Лавров Николай Алексеевич
Санкт-Петербург - 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 5
Глава 1 Теоретические аспекты вторичной переработки
смешанных полимерных материалов 10
1.1 Особенности переработки поливинилхлорида (ПВХ)
методом каландрования 10
1.1.1 Поливинилхлорид: строение, применение, химические и
физические свойства 11
1.1.2 Полиэтилен: строение, химические и физические
свойства 13
1.1.3 Т ехнология каландрования 17
1.1.4 Устройство каландровой линии 18
1.2 Вторичная переработка полимерных материалов 25
1.2.1 Виды полимерных отходов 26
1.2.2 Основные подходы к рециклингу полимеров 28
1.2.3 Вторичная переработка поливинилхлорида 31
1.3 Совмещение полимеров 33
1.3.1 Общие сведения 33
1.3.2 Типы смесей полимеров 36
1.3.3 Морфология смесей полимеров 37
1.3.4 Механизмы совмещения полимеров 39
1.3.4.1 Введение в смесь блок- и графт-сополимеров 40
1.3.4.2 Введение реакционно-способных полимеров 41
1.3.4.3 Введение низкомолекулярных соединений 41
1.3.4.4 Механохимическое совмещение 43
1.3.4.5 Использование третьего полимера в качестве совместителя.. 44
1.4 Полимерные смеси на основе поливинилхлорида 45
1.4.1 Смеси ПВХ с эластомерами 46
1.4.2 Смеси ПВХ с акриловыми полимерами 47
1.4.3 Смеси ПВХ с сополимерами винилацетата 48
1.4.4 Смеси ПВХ с сополимерами бутадиена со стиролом 49
1.4.5 Смеси ПВХ с полиолефинами 50
1.4.6 Смеси ПВХ с хлорированными полимерами 54
1.4.7 Смеси ПВХ с биодеструктируемыми полимерами 56
Глава 2 Исходные материалы и методика эксперимента 57
2.1 Характеристика исходных материалов 57
2.2 Методы исследований 65
2.2.1 Приготовление ПВХ-смеси 65
2.2.2 Получение образцов пленок 65
2.2.3 Определение оптических характеристик 66
2.2.4 Определение параметров цвета (CIELab) 66
2.2.5 Определение ударной вязкости 67
2.2.6 Определение прочности на разрыв и относительного
удлинения при разрыве 68
2.2.7 Микроскопия 69
2.2.8 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 69
2.2.9 Термо-механический анализ (ТМА) 69
2.2.10 ИК-Фурье спектроскопия 70
2.2.11 Динамический термический тест 70
Глава 3 Изучение влияния химической природы полимерных
компатибилизаторов на совместимость
поливинилхлорида с полиэтиленом низкой плотности 71
3.1 Постановка проблемы. Описание дефектов. Расчет содержания полиэтилена во вторичном сырье, полученном
из ламинированной пленки 71
3.2 Использование сополимера винилхлорида с винилацетатом
в качестве совместителя поливинилхлорида с полиэтиленом низкой плотности 78
3.3 Использование сополимера этилена с винилацетатом в
качестве совместителя поливинилхлорида с полиэтиленом низкой плотности 85
3.4 Использование хлорированного полиэтилена в качестве
совместителя поливинилхлорида с полиэтиленом низкой плотности 98
3.5 Использование графт-сополимера хлорированного
полиэтилена с полиметилакрилатом в качестве совместителя поливинилхлорида с полиэтиленом низкой плотности 105
3.6 Сравнительный анализ систем совмещения
поливинилхлорида с полиэтиленом низкой плотности 114
Глава 4 Разработка промышленной рецептуры для переработки промышленных отходов ПВХ-пленок, ламинированных ПЭНП с использованием ХПЭ-графт-ПМА в качестве компатибилизатора 124
4.1 Определение оптимальной дозировки ХПЭ-графт-ПМА 124
4.2 Исследование термической стабильности смесей
ПВХ-ПЭНП-ХПЭ-графт-ПМА 128
Заключение 136
Список литературы 139
Приложение А - Акт о внедрении 148
Приложение Б - Расчет экономической эффективности 149

bibliography

Заключение
1. Впервые проведено исследование влияния графт-сополимера хлорированного полиэтилена с полиметилакрилатом (ХПЭ-графт-ПМА) на совместимость ПВХ с ПЭНП. В ходе исследования было определено, что данный сополимер проявляет свойства высокоэффективного совместителя ПВХ с ПЭНП при его введении в состав композиции в количестве от 1,0 до 1,5 мас. %, при содержании ПЭНП в композиции от 1,0 до 5,0 мас. %.
2. Изучены зависимости изменения термической стабильности ПВХ-пленок от содержания примесей ПЭНП и дозировки количества компатибилизатора в системе ПВХ-ПЭНП-ХПЭ-графт-ПМА. Выявленные зависимости дополнительно характеризуют степень совместимости исследованных систем и позволит в дальнейшем определять совместимость ПВХ с другими полимерами по результатам исследования термомеханической деструкции.
3. Результаты физико-механических испытаний показали, что механическая смесь ПЭНП с ХПЭ-графт-ПМА может использоваться в качестве модификатора ударной прочности ПВХ.
4. Проведен анализ влияния полимерных компатибилизаторов различной химической природы (C / A-C / B-C / D-C) на совместимость системы ПВХ- ПЭНП. На основании результатов проведенных экспериментов определены наиболее эффективные компатибилизаторы.
5. Показана возможность регулирования физико-механических и термических свойств полимерной смеси ПВХ-ПЭНП с учетом типа компатибилизатора и соотношения компонентов в смеси.
6. Результаты ИК-Фурье спектроскопии показали, что ни один из предложенных совместителей не вступает в химические реакции ни с ПВХ, ни с ПЭНП, из чего можно сделать вывод, что совместимость обеспечивается за счет снижения напряжений на границе раздела фаз ПВХ-ПЭНП.
7. Разработана и внедрена в производство на предприятии ООО «Клёкнер Пентапласт Рус» рецептура полимерной композиции, позволяющая перерабатывать весь имеющийся объем вторичных производственных отходов ПВХ-плёнок, ламинированных ПЭНП без изменения класса качества получаемых пленок.
В процессе промышленных испытаний отмечено, что внедренная в производство рецептура совмещения ПВХ с ПЭНП с использованием ХПЭ- графт-ПМА позволяет интенсифицировать процесс термоформования ПВХ- пленок, полученных каландровым методом.