Получение и исследование биоактивных композиций на основе полиэтилена высокой плотности и крахмала (стр. 8 из 11)

3.1 Исследование реологических и физико-механических свойств исходного ПЭ-273 и композиций на основе ПЭ-273+крахмал

Исследование реологических и физико-механических свойств полученных композиций представлены в табл.3.1.

Таблица 3.1. Физико-механические свойства прессованных образцов композиций на основе полиэтилена и крахмала.

№	Состав композиций, %					при разрыве
	поли-этилен	крахмал
1	100	0	6,36	0,11	36,3	>500
2	98,5	1,5	17,57	0,30	17,7	35
3	97	3	34,87	0,58	17,7	53
4	95	5	45,93	0,77	17,7	27
5	93	7	37,94	0,63	15,1	15
6	90	10	31,5	0,53	10,8	9
7	85	15	17,06	0,28	16,7	12
8	80	20	36,36	0,61	12,3	19
9	70	30	43,02	0,71	Настолько хрупкая, что разрушается без внешнего воздействия

Полученные результаты свидетельствуют о том, что с увеличением процентного содержания крахмала в композициях происходит возрастание показателя текучести расплава (ПТР), а прочность и удлинение при разрыве снижаются, т.е. композиции становятся более хрупкими. При содержании в композициях 30 масс. % крахмала теряются все эксплуатационные характеристики, а ПТР соответственно выше по сравнению с ПТР остальных составов. Наиболее легко разрушаемыми из полученных композиций являются композиции с содержанием 10 и 20%. Так как, введение уже небольших количеств крахмала до 1,5 масс. % приводит к резкому падению прочности почти в 2 раза, а ПТР при этом возрастает в 3 и более раз, можно предположить, что происходит распределение крахмала между надмолекулярными образованиями, ослабление связи между ними и повышение их подвижности. Одновременно с увеличением содержания крахмала повышается жесткость образцов, они становятся более хрупкими [137].

3.2 Исследование ИК-спектров образцов композиций на основе полиэтилена и крахмала

Исследования ИК-спектров (рис.3.1,3.2.) пленок исходного полиэтилена и полученных смесей (в частности, ПЭ-273 + 5% крахмала) показывают, что в процессе термической обработки происходят некоторые изменения в области 1300-900 см^-1. Это, по-видимому, свидетельствует об образовании полиэтилена с крахмалом, соединений включения и H-комплексов. Кроме того, исследования, выполненные с использованием рентгеноструктурного анализа, электронной и сканирующей зондовой микроскопии также показали влияние крахмальной компоненты на формирование морфологических особенностей композиций "полиэтилен+крахмал" (рис.3.3 - 3.10). Рентгеноструктурный анализ показал (рис.3.5 - 3.6.), что степень кристалличности композиций при введении крахмала меняется незначительно и позволяет заключить, что крахмал не входит в кристаллические области полиэтилена. Данные, полученные методом электронной и сканирующей зондовой микроскопии позволяют говорить о неоднородности распределения крахмальной фазы в поверхностных слоях композиций.

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.

3.3 Исследование диэлектрических свойств исходного ПЭ-273 и композиций ПЭ-273 + крахмал

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 tgdот 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.

3.4 Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на полученные композиции

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).

№	Состав, %		ПТР21,6 г/10 мин	ПТР2,16 г/10 мин	σpi,Мпа	εотн.,%
	ПЭ	крахмал
1	100	0	5,98	0,10	36,3	>600%
2	98,5	1,5	11,24	0, 19	14,2	23
3	97	3	20,01	0,33	10,3	29
4	95	5	32,33	0,54	14,3	34
5	93	7	36,63	0,61	7,8	20
6	90	10	33,80	0,56	13,0	35
7	85	15	23,96	0,40	12,7	31
8	80	20	36,40	0,60	10,4	28
9	70	30	43,02	0,72	разруш.	~

Зависимости показателя текучести расплава и разрывного напряжения образцов для исходного полиэтилена и композиций на его основе показаны на рис.3.10, 3.11.