Получение и исследование биоактивных композиций на основе полиэтилена высокой плотности и крахмала (стр. 9 из 11)

Рис.3.10. зависимость показателя текучести расплава образцов исходного ПЭ (2 партия материалов) от содержания крахмала.

Рис.3.11. зависимость разрывного напряжения образцов исходного ПЭ (2 партия материалов) от содержания крахмала

Образцы исходного полиэтилена подвергаются разрушению уже после 48 часов облучения, при облучении в течение 96 часов удлинение возрастает, а нагрузка при разрыве снижается (рис.3.12, табл.3.5).

Вначале облучения до 48 часов при содержании в композициях 10 масс. % крахмала снижается относительное удлинение и разрывное напряжении почти в 2 раза, а к окончанию экспозиции (после 288 часов облучения) разрывное напряжение снижается в 6 раз, а относительное удлинение понижается в 3 раза (табл.3.5,рис.3.12). Тогда как для исходного полиэтилена при облучении в течение 288 часов разрывное напряжение уменьшается только в 2,5 раза. Показатель текучести расплава при содержании 10 масс. % крахмала стабильно снижается. Следует отметить, что для композиций с содержанием крахмала 1,5, 3, 5 масс. % не наблюдается такого резкого снижения ни относительного удлинения, ни прочности. При содержании 15 масс. % крахмала наблюдается относительное снижение разрывного напряжения при действии фотооблучения, но к моменту завершения экспозиции практически достигает первоначальных значений, тогда как ПТР снижается в 2 раза, а удлинения уменьшается в 1,5 раза. Можно сказать, что аналогично ведет себя композиция с 20 масс. % крахмала, но в этом случае, выявляются более резкие снижения ПТР и относительного удлинения. Показатель текучести расплава для всех композиций "полиэтилен + крахмал" резко уменьшается к моменту 96 часов облучения, а дальнейшее фотооблучение (до 288 часов) не приводит к значительным изменениям вязкости расплава (рис.3.13).

Таблица 3.3. Изменение разрывного напряжения исходного ПЭ-273 и композиций на основе ПЭ-273 + крахмал при фотооблучении (2 партия материалов).

№	Состав,%		σpi,Мпаисх.	σpi,Мпа48 ч.	σpi,Мпа96 ч.	σpi, Мпа192 ч.	σpi, Мпа288 ч.
	ПЭ	крахмал
1	100	0	36,30	13,57	16,11	14,91	14,02
2	98,5	1,5	14, 20	12,60	12,10	13,00	12,44
3	97	3	10, 20	13,36	13,78	13,62	11,29
4	95	5	14,13	12,11	12,01	10,68	11,03
5	93	7	7,73	10,58	6,21	3,40	7,33
6	90	10	13,00	6,28	8,55	3,94	2,26
7	85	15	12,67	9,58	9,71	8,92	12,43
8	80	20	10,36	6,75	8,22	8,56	6,29

Из полученных составов можно выделить состав содержащий 5 масс. % крахмала, как состав практически не теряющий своих деформационно-прочностных характеристик в процессе фотооблучения.

Таким образом, при облучении полиэтилена и композиций "полиэтилен + крахмал" происходят сложные структурные изменения. В целом действие УФ-излучения на исследуемые композиции вызывает модификации, частично обусловленные механизмом с участием свободных радикалов. Разложение в результате поглощения УФ-излучения связано с наличием флюоресцентных хромофор в крахмале и нефлюоресцентных хромофор в глюкозидных группах. (рис.3.12, 3.13).

Таблица 3.4. Изменение показателя текучести исходного ПЭ-273 и композиций на основе ПЭ-273 + крахмал при фотооблучении (2 партия материалов).

№	Состав,%		ПТР,г/10 мин., исх.	ПТР,г/10 мин., 48 ч.	ПТР,г/10 мин., 96 ч.	ПТР,г/10 мин., 192 ч.	ПТР, г/10 мин., 288 ч.
	ПЭ	крахмал
1	100	0	5,6	2,2	2,0	2,0	2,0
2	98,5	1,5	11,3	9,3	5,2	3,9	3,4
3	97	3	20,0	5,9	6,5	5,1	4,3
4	95	5	32,3	20,7	8,9	6,9	5,5
5	93	7	36,6	11,2	10,2	8,7	7,4
6	90	10	33,8	12,3	11,0	10,0	9,0
7	85	15	23,9	20,1	12,1	11,2	10,3
8	80	20	36,4	14,2	12,6	12,1	12,0

Таблица 3.5. Изменение относительного удлинения образцов исходного ПЭ-273 и композиций на основе ПЭ-273 + крахмал при фотооблучении (2 партия материалов).

№	Состав,%		εотн.,%исх	εотн.,%48 ч.	εотн.,%96 ч.	εотн.,%192 ч.	εотн.,%288 ч
	ПЭ	крахмал
1	100	0	>600%	30%	46	38	35
2	98,5	1,5	23	23	25	21	18
3	97	3	29	28	28	23	18
4	95	5	34	23	23	23	20
5	93	7	20	21	18	16	17
6	90	10	35	16	18	18	11
7	85	15	31	24	20	18	18
8	80	20	28	23	17	15	14

Рис.3.12. зависимость разрывного напряжения образцов исходного (1) и модифицированного крахмалом ПЭ от времени фотооблучения. Содержание крахмала: 1,5 (2); 3 (3); 5 (4); 7 (5); 10 (6); 15 (7) и 20 (8) масс. %

Рис.3.13. зависимость показателя текучести расплава образцов исходного (1) и модифицированного крахмалом ПЭ от времени фотооблучения. Содержание крахмала: 1,5 (2); 3 (3); 5 (4); 7 (5); 10 (6); 15 (7) и 20 (8) масс. %

3.5 Биоразложение в почве композиций ПЭ + К

Биодеструкция полимера является сложным процессом, на скорость и завершенность которого влияют не только строение и свойства полимера и полимерного материала, но и окружающие условия. Из окружающих условий первостепенное влияние оказывают влажность, температура, рН, свет, а также такой комплексный фактор как контакт с почвой и тип почвы. В свою очередь тип почвы - это комплекс соответствующих факторов и соответствующее сообщество микроорганизмов [117,118].

Биоразложение в почве определялось при выдерживании полученных прессованных образцов в почве на протяжении 42 суток. Тип почвы: серые лесные и светло-серые лесные (наиболее распространенные на территории КБР, в частности г. Нальчика). Предварительно были измерены почвенные характеристики: рН (водная вытяжка) = 6,5; рН (солевая вытяжка) = 6; гумус = 3,5%; емкость поглощения 25-30 мг-экв/100 г почвы. Затем проводилось изучение их реологических и деформационно-прочностных характеристик. Результаты представлены на рис.3.14. - 3.16.

Следует отметить, что для композиций с 5, 7, 10, 15,20 масс. % крахмала при нахождении в почве до 14 суток биодеструкции ПТР снижается, соответственно увеличивается вязкость расплава данных композиций. Последующее пребывание композиций в почве не приводит к резким изменениям ПТР, хотя значения остаются выше ПТР исходного полиэтилена (рис.3.15). По эксплуатационным свойствам и по способности к биоразложению следует выделить составы с содержанием 5 и 10 масс. % крахмала. Так как, мы видим, что разрывное напряжение при биодеструкции в почве, составов такого содержания сильно снижается, почти в 2 раза, повышается вязкость расплавов этих композиций, тогда как относительное удлинение при разрыве снижается в 3 и более раз (рис.3.14,3.15)

Рис.3.14. зависимость разрывного напряжения образцов исходного (1) и модифицированного крахмалом ПЭ-273 от времени биодеструкции. Содержание крахмала: 1,5 (2); 3 (3); 5 (4); 7 (5); 10 (6); 15 (7) и 20 (8) масс. %

Рис.3.15. зависимость показателя текучести расплава образцов исходного (1) и модифицированного крахмалом ПЭ от времени биодеструкции. Содержание крахмала: 1,5 (2); 3 (3); 5 (4); 7 (5); 10 (6); 15 (7) и 20 (8) масс. %

Рис.3.16. зависимость относительного удлинения при разрушении образцов ПЭ, модифицированного крахмалом, от времени биодеструкции. Содержание крахмала, масс. %: 1,5 (1); 3 (2); 5 (3); 7 (4); 10 (5); 15 (6); 20 (7)

Анализ полученных результатов показал, что при биодеструкции в почве разрывное напряжение меняется незначительно, тогда, как относительное удлинение при разрыве образцов уменьшается. Это говорит о том, что композиции при закапывании в почву становятся более хрупкими, так как происходят структурные изменения в матрице полимера, в результате чего композиции подвергаются большему разрушению, чем исходный полиэтилен.

Таким образом, введение крахмала в качестве добавки к синтетическому полимеру позволяет ускорить процесс деструкции полимера под действием микроорганизмов и не оказывает при этом значительного влияния на исходные физико-механические свойства.

Таким образом, исследованные смеси на основе полиэтилена и местного кукурузного крахмала имеют улучшенные реологические характеристики, хорошие физико-механические свойства и способны подвергаться био- и фоторазрушению.