Химия т химические технологии/1. Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство.

 

к.т.н. Хорошилова Т.И., Гапоненко Т.Н., Дюжикова Ю.Ю.,Николаева Ю.В.

Мелитопольский государственный педагогический университет

имени Богдана Хмельницкого, Украина.

 

Клей на основе отходов полиметилметакрилата

 

Полиметилметакрилат — многотоннажный полимер, который широко используется в электротехнике,  осветительной технике,  авиатехнике и в быту. Благодаря ценным свойствам полиметилметакрилата его отходы интересуют производителей как вторичное сырье [1].

Объектом нашего исследования служили отходы полиметилметакрилата (ПММА) завода радиодеталей г. Северодонецка Луганской области, а также отработанные светотехнические изделия ширпотреба (люстры и вазы под хрусталь) и листовое оргстекло для канцелярских столов.

Цель роботы — применение отходов ПММА в качестве вторичного сырьевого ресурса, в частности для получения клея.

В задачи исследования входили: идентификация и подготовка отходов, разработка технологии получения клея, изучение свойств полученного клея и рекомендация по его применению.

В процессе работы применяли физико-химические и механические методы исследований, в частности, разрушающее напряжение клеевого шва при сдвиге определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 14759-69, водопоглощение определяли по ГОСТ 4650-65 с отступлением от размеров образцов (размер образцов: 55×15×3); разрушающее напряжение при растяжении определяли по ГОСТ 1126-80 на разрывной машине марки МРС-250 при скорости растяжения 5 мм/мин. Образцы в виде полосок, тип 2. Плотность  определяли двумя методами: гидростатическим взвешиванием и расчетным путем. Адгезию клея к подложке определяли методом решетчатого надреза, полноту полимеризации — на аппарате Сокслета в растворителе — ацетоне.

Отходы полиметилметакрилата подвергали чистке от загрязнений, мойке, сушке и идентификации. Один  из видов идентификации — проба в пламени горелки;  полиметилметакрилату соответствовали образцы отходов, которые легко загорались, не самозатухали, при горении проявляли характерный «треск», пламя окрашивалось в желто-голубой цвет, дыма и золы выделялось незначительное количество, горение сопровождалось приятным фруктовым запахом.

Отобранные отходы ПММА дополнительно испытывали на плотность, водопоглощение, температуру плавления и разрушающее напряжение при растяжении. Окончательно отбирали образцы, которые отвечали показателями ПММА, а именно:

·                    плотность, кг/м3 — 1180

·                    водопоглощение, % — 0,2- 0,3

·                    температура плавления, 0К — 398-453.

·                    разрушающее напряжение при растяжении, МПа — 60,0

В отличие от материалов статьи [3] о свойствах отходов ПММА, в нашем случае отходы ПММА не подвергались дополнительному старению, поэтому, естественно, некоторые свойства отходов в нашем случае могут быть лучше  (плотность, водопоглощение); кроме того, для более глубокого понимания процессов старения ПММА мы дополнительно определяли температуру плавления.

Температура плавления отходов ПММА имеем широкий диапазон, что, на наш взгляд, можно объяснить наличием изотактической и синдиотактической фаз [2]:

·                    температура плавления изотактической структуры — 433 К

·                    температура плавления синдиотактической структуры — 473 К

В процессе эксплуатации изделий из полиметилметакрилата, особенно светотехнического назначения, упорядоченная структура полимера частично разрушается, т. е. снижается соотношение изотактической и  синдиотактической структур в сторону уменьшения последней, следствием чего является снижение температуры плавления отходов ПММА.

Исследование прочности  отходов ПММА, например, показателя разрушающего напряжения при растяжении (ϭр., МПа) показало незначительную тенденцию к снижению этого показателя по сравнению с первичным ПММА (с 63 до 60 МПа). Значения показателей плотности и водопоглощения для отходов ПММА по сравнению с первичными ПММА изменяются незначительно (снижаются).

Известно, что на поверхности полиметилметакрилата в результате длительной эксплуатации, особенно под воздействаием УФ-облучения и ударных нагрузок, появляется сетка микротрещин, так называемое «серебро» [2]. В работе [3] нами было показано, что даже очень агрессивные факторы процесса старения не вызывают в ПММА образования магистральных трещин, вследствие чего физико-механические и химические свойства полимера остаются высокими, т. е.  отходы ПММА вполне пригодны для дальнейшей переработки и эксплуатации.

В процессе эксперимента отобранные и идентифицированные отходы ПММА подвергались дроблению. Далее отходы ПММА растворяли в этилацетате. Для повышения вязкости клея в состоянии покоя и предотвращения возможности стекания клея с вертикальных поверхностей в рецептуру клея добавляли 0,01% аэросила.

Исходя из требований к клеевым соединениям и клеящим веществам, мы изучали следующие свойства клея, полученного нами в процессе эксперимента из отходов ПММА:

·                      плотность;

·                      адгезия клея к подложке;

·                      водопоглощение;

·                      полнота полимеризации;

·                      температура плавления (размягчения);

·                      разрушающее напряжение при сдвиге.

Свойства клея на основе отходов  полиметилметакрилата,  изготовленного по разработанной технологии,  приведены в таблице.

 

                                                                                                         Таблица

Свойства клея на основе отходов ПММА

Наименование

показателя

Единица измерения

Свойства клея на основе ПММА

отходов

первичного

Плотность

кг/м3

1795

1180

Водопоглощение

%

0,29

0,25

Адгезия

балл

2

1

Температура размягчения

0К

393

399

Полнота полимеризации

%

97,2

98,1

Разрушающее напряжение при сдвиге

МПа

6,28

6,9

Сравнение свойств разработанного клея и клея на основе первичного ПММА показывает, что все свойства клея на основе отходов незначительно ухудшаются по сравнению с клеем из первичного ПММА, что можно, по-видимому, объяснить влиянием остатков растворителя, который остается в массе клея,  несмотря на самое тщательное высушивание клея.

Определена  клеящая способность клея на основе отходов по отношению к таким подложкам как стекло, фанера, картон (полиэтилентерефталат, полистирен, сталь, дюралюминий). Наиболее высокий результат получен для картона.

Клей на основе отходов ПММА имеет преимущества по прочности и водостойкости перед известными клеями на основе поливинилацетата и полиакрилонитрила [4,5,6].

Разработанный клей на основе отходов ПММА можно рекомендовать для склеивания картонной тары.

Литература

1.                 Рамазанов К.Р. Утилизация органических отходов акрилатных производств // К.Р. Рамазанов, А.В. Афонин, Д.А. Верин. - Пластические массы. - 2011. - № 2, с. 61.

2.                 Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе / А.Ф. Николаев. - М.-Л.: Химия, 1964. - с. 337-353.

3.                 Хорошилова Т.И. Старение отходов полиметилметакрилата / Т.И. Хорошилова, Т. Н. Гапоненко, И.С. Никоненко. - Материалы XIII научно-практической конференции «Dny vedy — 2012», Dil 76 Biologicke vbedy Chemie a chemicka technologie, Praha: Education and Science, - 2012. - с. 60-63.

4.                 Патент  63611 Україна МПК с 0914/00. Клейова суміш (Хорошилова Т.І., Хромишев В.О., Хромишева О.О., Данченко О.О., Донченко Л.М., Леушина О.А., Гапоненко Т.М., Арестенко В.В.); Заявник і патентовласник Мелітопольський державний педагогічний університет. - № 2011040314 заяв. 04.04.2011; опубл. 10.10.20114 бюл. № 19, 2011.

5.                 Хорошилова Т.І. Клей підвищеної якості на основі відходів поліакрилонітрилу / Т.І. Хорошилова, В.О. Хромишев, В.В. Арестенко, Т.М. Гапоненко // Хімічна промисловість України, 2011. - № 6/107. - с. 59-62.

6.                 Хромишев В.О. Клей на основі відходів поліакрилонітрилу/ В.О.Хромишев, В.В. Арестенко, Т.І  Хорошилова, Т.М. Гапоненко, А.Ф. Івахненко  // Хімічна промисловість України, 2008. - № 1(84). - с. 56-58.