hfbHealth, Food & BiotechnologyHealth, Food & Biotechnology2712-7648РОСБИОТЕХ10.36107/hfb.2019.i3.s251hfb-25Research ArticleПИТАНИЕFOODМодификация полимерных смесей с сополимерами для получения полимерных композиций с улучшенными деформационно-прочностными характеристикамиModification of Polymer Mixtures with Copolymers to Obtain Polymer Compositions with Improved Deformation and Strength CharacteristicsТверитниковаИ. С.TveritnikovaI. S.

Тверитникова Изабелла Сергеевна

125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом 11 

Izabella S. Tveritnikova

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080 

iza-1995@bk.ruБанниковаО. А.BannikovaO. A.

Банникова Ольга Анатольевна

125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом 11 

Olga A. Bannikova

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080

bannikovaoa@mgupp.ruБезнаеваО. В.BeznaevaO. V.

Безнаева Ольга Владимировна

125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом 11 

Olga V. Beznaeva

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080

olgabeznaeva@mgupp.ruРомановаВ. А.RomanovaV. A.

Романова Валентина Александровна

125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом 11 

Valentina A. Romanova

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080

bwal1307@mgupp.ruЗагребинаД. М.ZagrebinaD. M.

Загребина Дарья Михайловна

125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом 11 

Darya M. Zagrebina

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080

zagrebinadm@mgupp.ruКондратоваТ. А.KondratovaT. A.

Кондратова Тамара Александровна

125080, Москва, Волоколамское шоссе, дом 11 

Tamara A. Kondratova

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080

flash_toma@mail.ruФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств»РоссияMoscow State University of Food ProductionRussian Federation2019040520211392105Copyright © Тверитникова И.С., Банникова О.А., Безнаева О.В., Романова В.А., Загребина Д.М., Кондратова Т.А., 20212021Тверитникова И.С., Банникова О.А., Безнаева О.В., Романова В.А., Загребина Д.М., Кондратова Т.А.Tveritnikova I.S., Bannikova O.A., Beznaeva O.V., Romanova V.A., Zagrebina D.M., Kondratova T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.hfb-journal.ru/jour/article/view/25

Утилизация многослойных полимерных материалов затруднена, из-за сложности в процессах сортировки и разделения смешанных отходов, поэтому чаще всего они попадают на свалки, полигоны или сжигаются, что приводит к экологической и экономической проблеме в стране. В настоящее время существуют способы переработки отходов упаковки с исключением стадии сортировки при помощи химико-физической модификации. Статья посвящена проведению процесса модификации полиолефиновых смесей на основе полиэтилена и полипропилена, а также проведению комплексного исследования полученного вторичного сырья, которое направлено на увеличение технологической совместимости полимерных материалов для разработки технологии рециклинга с перспективой возврата полимерных композиций в производственный цикл. В работе были поставлены следующие задачи: провести комплексное исследование полимерных композиций на основе полиолефинов, которые модифицированы сополимером этилена с пропиленом в различном соотношении компонентов; изучить влияние модификатора на физико-механические свойства полимерных смесей; изучить влияние реологических свойств полимерных композиций, модифицированных сополимером; предложить технологию повторной переработки вторичных полиолефиновых композиций в производственный цикл. В качестве объектов исследования использовали полиэтилен, полипропилен и сополимер этилена с пропиленом, как связующее звено, в разном соотношении компонентов. Образцы получали на лабораторном одношнековом экструдере при многократной переработке. Научные исследования проведены с использованием метода капиллярной вискозиметрии, пикнометрического метода для определения реологических свойств, метода одноосного растяжения для изучения физико-механических свойств полимерных композиций. Установлено, что введение модификатора (сополимер этилена с пропиленом) приводит к увеличению относительного удлинения при разрыве у полимерных композиций в соотношении 70 % полиэтилена 30 % полипропилена и разрушающее напряжение для композиций на основе полиэтилена и полипропилена в соотношении 50:50 и 30:70 соответственно. В результате проведенных исследований предложена технология получения многослойных упаковочных материалов с использованием отходов упаковки в среднем слое для контакта с пищевыми продуктами; предложена технология переработки полиолефиновых смесей различной химической природы без предварительной сортировки, с получением упаковки технического назначения и предметов бытового использования.

Recycling of multi-layer polymer materials is difficult, due to the complexity of sorting and separation of mixed waste, so most often they end up in landfills, polygons or incinerated, which leads to environmental and economic problems in the country. Currently, there are ways to process packaging waste with the exception of the sorting stage using chemical and physical modification. The article is devoted to the process of modification of polyolefin mixtures based on polyethylene and polypropylene, as well as a comprehensive study of the obtained secondary raw materials, which is aimed at increasing the technological compatibility of polymer materials for the development of recycling technology with the prospect of returning polymer compositions to the production cycle. The following tasks were set: to conduct a comprehensive study of polymer compositions based on polyolefins, which are modified by a copolymer of ethylene with propylene in a different ratio of components; to study the influence of the modifier on the physical and mechanical properties of polymer mixtures; to study the influence of rheological properties of polymer compositions modified by a copolymer; to propose a technology for recycling secondary polyolefin compositions in the production cycle. The objects of research were polyethylene, polypropylene and ethylene copolymer with propylene as a binder, in different proportions of components. Samples were obtained on a laboratory single-screw extruder with multiple processing. Scientific research was carried out using the method of capillary viscometry, pycnometric method for determining rheological properties, and uniaxial stretching method for studying the physical and mechanical properties of polymer compositions. It was found that the introduction of a modifier (ethylene copolymer with propylene) leads to an increase in the elongation at break in polymer compositions in the ratio of 70 % polyethylene to 30 % polypropylene and the breaking stress for compositions based on polyethylene and polypropylene in the ratio of 50:50 and 30: 70, respectively. As a result of the research, a technology for obtaining multi-layer packaging materials using packaging waste in the middle layer for contact with food products is proposed; a technology for processing polyolefin mixtures of various chemical nature is proposed without pre-sorting, to obtain packaging for technical purposes and household items.

полимерысополимермодификация полимеровмногослойные пленкисоэкструзиядеформационно-прочностные характеристикиpolymerscopolymerpolymer modificationmultilayer filmsco-extrusiondeformation and strength characteristicsReferencesАкутин, М. С., & Артеменко, Б. Н. (1967). Синтез, модификация и переработка полиолефинов. Издательство Азербайджанского Университета.Akutin, M. S., & Artemenko, B. N. (1967). Sintez, modifikaciya i pererabotka poliolefinov [Synthesis, modification and processing of polyolefins]. Izdatel’stvo Azerbajdzhanskogo Universiteta.Ананьев, В. В., Губанова, М. И., Кирш, И. А., & Семенов, Г. В. (2008). Модификация полиэтилена, инициированная ультразвуком. Пластические массы, 6, 7-8.Ananyev, V. V., Gubanova, M. I., Kirsh, I. A., & Semenov, G. V. (2008). Modification of polyethylene initiated by ultrasound. Plasticheskiye massy [Plastic Masses], 6, 7-8.Ананьев, В. В., Губанова, М. И., Кирш, И. А., Семенов, Г. В., & Хмелевский, Г. К. (2006). Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов. МГУПБ.Ananyev, V. V., Gubanova, M. I., Kirsh, I. A., Semenov, G. V., & Khmelevsky, G. K. (2006). Utilizaciya i vtorichnaya pererabotka polimernyh materialov [Recycling and recycling of polymer materials]. MSUPB.Беспалов, Ю. А., & Коноваленко, Н. Г. (1981). Многокомпонентные системы на основе полимеров. Химия.Bespalov, Yu. A., & Konovalenko, N. G. (1981). Mnogokomponentnye sistemy na osnove polimerov [Multicomponent systems based on polymers]. Himiya.Богданова, А. С. (2014). Полимеры для упаковки (Часть I). Новые химические технологии, 6, 4-7.Bogdanova, A. S. (2014). Polymers for packaging (Part I). Novyye khimicheskiye tekhnologii [New chemical technologies], 6, 4-7.Дикун, А. В., Шанчук, А. Н., Альховик, М. В., & Кас-перович, О. М. (2017). Разработка полимерного композиционного материала на основе несмешиваемых ПУ, 2. БГТУ.Dikun, A. V., Shanchuk, A. N., Alkhovik, M. V., & Kasperovich, O. M. (2017). Razrabotka polimernogo kompozicionnogo materiala na osnove nesmeshivaemyh PU [Development of a polymer composite material based on immiscible PUs], 2. BGTU.Зелке, С. Е. М., Кутлер, Д., & Хернандес Р. (2011). Пластиковая упаковка: производство, применение, свойства. Профессия.Zelke, S. E. M., Cutler, D., & Hernandez, R. (2011). Plastikovaya upakovka: proizvodstvo, primenenie, svojstva [Plastic packaging: production, application, properties].Professiya.Казале, А., & Порте, Р. (1983). Реакции полимеров под действием напряжений. Химия.Casale, A., & Porte, R. (1983). Reakcii polimerov pod dejstviem napryazhenij [Polymer stress reactions]. Himiya.Кербер, М. Л., Головкин, Г. С., & Горбаткина, Ю. А. (2014). Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии. Профессия.Kerber, M. L., Golovkin, G. S., & Gorbatkina, Yu. А. (2014). Polimernye kompozicionnye materialy. Struktura. Svojstva. Tekhnologii [Polymer composite materials. Structure. Properties. Technologies]. Professiya.Кирш, И.А. (2016). Установление закономерностей влияния ультразвукового поля на физико-химические свойства и структуру расплавов полимеров при их вторичной переработке [Докторская диссертация, Университет Иваново]. Иваново, Россия.Kirsh, I. A. (2016). Ustanovlenie zakonomernostej vliyaniya ul’trazvukovogo polya na fiziko-himicheskie svojstva i strukturu rasplavov polimerov pri ih vtorichnoj pererabotke [Establishing the regularities of the influence of the ultrasonic field on the physical and chemical properties and structure of polymer melts during their recycling] [Doctoral dissertation, University of Ivanovo]. Ivanovo, Russia.Кирш, И. А., Чалых, Т. И., Ананьев, В. В., & Заиков, Г. Е. (2015). Исследование влияние ультразвука на реологические свойства полимеров различной химической природы для создания нового способа повторной переработки полимерных композиций. Вестник казанского технологического университета, 18, 182-186.Kirsh, I. A., Chalykh, T. I., Ananyev, V. V., & Zaikov, G. E. (2015). Investigation of the influence of ultrasound on the rheological properties of polymers of various chemical nature to create a new method for recycling polymer compositions. Vestnik kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan Technological University], 18, 182-186.Кирш, И. А., Чалых, Т. И., Ананьев, В. В., Согрина, Д. А., & Помогова, Д. А. (2014). Изучение влияния ультразвуковой обработки на реологические свойства полимеров при их многократной переработке. Пластические массы, 11-12, 45-48.Kirsh, I. A., Chalykh, T. I., Ananyev, V. V., Sogrina, D. A., & Pomogova, D. A. (2014). Study of the influence of ultrasonic processing on the rheological properties of polymers during their repeated processing. Plasticheskiye massy [Plastic Masses], 11-12, 45-48.Кирш, И.А., Чалых, Т.И., Чалых, А.Е., Алиев, А.Д., & Матвеев, В.В. (2016). Структурно-морфологические изменения композиций на основе полиэтилена и полиамида при воздействии ультразвука на расплавы полимерных смесей. Пластические массы, 1-2, 45-49.Kirsh, I. A., Chalykh, T. I., Chalykh, A. E., Aliev, A. D., & Matveev, V. V. (2016). Structural and morphological changes in compositions based on polyethylene and polyamide under the influence of ultrasound on melts of polymer mixtures. Plasticheskiye massy [Plastic Masses], 1-2, 45-49.ЛаМантиа, Ф. (2006). Вторичная переработка пластмасс. Профессия.LaMantia, F. (2006). Vtorichnaya pererabotka plastmass [The recycling of plastics]. Professiya.Любешкина, Е. Г. (2012). Вторичная переработка полимерной упаковки в России и за рубежом. Полимерные материалы, 3, 4-17.Lyubushkin, E. G. (2012). Recycling of polymer packaging in Russia and abroad. Polimernyye materialy [Polymer materials], 3, 4-17.Мещанкина, М. Ю., Кузнецова, Я. А., Щербина, М. А., & Чвалун, С. Н. (2016). Биоразлагаемые смеси, полученные реакционным смешением полилактида и полиамида-6. Высокомолекулярные соединения, 58, 167-179.Meshchankin, M. Yu., Kuznetsova, Ya. A., Scherbina, M. A., & Chvalun, S. N. (2016). Biodegradable mixtures obtained by the reaction mixture of polylactide and polyamide-6. Vysokomolekulyarnyye soyedineniya [High molecular weight compounds], 58, 167-179.Мжачих, Е. И., Иванова В. Н., Сухарева Л. А., Яковлев, В. В., & Яковлев В. С. (2009). Модификация полимеров в производстве тароупаковочных материалов. ДеЛипринт.Mzhachikh, E. I., Ivanova V. N., Sukhareva L. A., Yakovlev, V. V., & Yakovlev V. S. (2009). Modifikaciya polimerov v proizvodstve taroupakovochnyh materialov [Modification of polymers in the production of packaging materials]. DeLiprint.Мэнсон, Дж., & Сперлинг Л. (1979). Полимерные смеси и композиты. Химия.Manson, J., & Sperling, L. (1979). Polimernye smesi i kompozity [Polymer mixtures and composites]. Himiya.Назаров, В. Г. (2008). Поверхностная модификация полимеров. МГУП.Nazarov, V. G. (2008). Poverhnostnaya modifikaciya polimerov [Surface modification of polymers]. MGUP.Ношей, А., & Мак-Грат, Дж. (1980). Блок-сополимеры. Мир.Noshei, A., & McGrath, J. (1980). Blok-sopolimery [Block copolymers].Mir.Пищулин, И. (2013). Рециклинг сложных пленок. Пластикс, 7, 38-44.Pishchulin, I. (2013). Recycling of complex films. Plastiks [Plastics], 7, 38-44.Пол, Д. Р., & Бакнелл, К. Б. (2009). Полимерные смеси, 1. Научные основы и технологии.Paul, D. R., & Bucknell, K. B. (2009). Polimernye smesi [Polymer blend], 1. Nauchnye osnovy i tekhnologii.Овчиникова, Г. П., & Артеменко, С. Е. (2000). Рециклинг вторичных полимеров. Саратовский государственный технический университет.Ovchinikova, G. P., & Artemenko, S. E. (2000). Recikling vtorichnyh polimerov [Recycling of secondary polymers]. Saratovskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet.Рудольф, Н., Кизель, Р., & Аумнате, Ш. (2018). Рециклинг пластмасс. Экономика, экология и технологии переработки пластмассовых отходов. Профессия.Rudolph, N., Kiesel, R., & Aumnate, S. (2018). Recikling plastmass. Ekonomika, ekologiya i tekhnologii pererabotki plastmassovyh othodov [Recycling of plastics. Economics, ecology and technologies of plastic waste processing]. Professiya.Симонеску, К, & Опреа, К. (1970). Механохимия высокомолекулярных соединений. Мир.Simonescu, K., & Oprea, K. (1970). Mekhanohimiya vysokomolekulyarnyh soedinenij [Mechanochemistry of macromolecular compounds]. MirСирота, А. Г. (1974). Модификация структуры и свойств полиолефинов. Химия.Sirota, A. G. (1974). Modifikaciya struktury i svojstv poliolefinov [Modification of the structure and properties of polyolefins]. Himiya.Суворова, А. И., & Тютькова, И. С. (2008). Вторичная переработка полимеров и создание экологически чистых полимерных материалов. Уральский государственный университет им. А. М. Горького.Suvorova, A. I., & Tyutkova, I. S. (2008). Vtorichnaya pererabotka polimerov i sozdanie ekologicheski chistyh polimernyh materialov [Recycling of polymers and creating environmentally friendly polymer materials]. Ural’skij gosudarstvennyj universitet im. A. M. Gor’kogo.Шайерс, Дж. (2012). Рециклинг пластмасс: наука, технологии, практика. НОТ.Shayers, J. (2012). Recikling plastmass: nauka, tekhnologii, praktika [Recycling of plastics: science, technology, practice]. NOT.Adeniyi, A, Agboola, O, Sadiku, E.R., Durowoju, M.O., Olubambi, P.A., Babul Reddy, A., Ibrahim, I. D., Kupolati, W.K. (2016). Thermoplastic-Thermoset Nanostructured Polymer Blends. In Design and Applications of Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems. Micro and Nano Technologies (pp. 15-38). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-39408-6.00002-9Adeniyi, A, Agboola, O, Sadiku, E.R., Durowoju, M.O., Olubambi, P.A., Babul Reddy, A., Ibrahim, I. D., Kupolati, W.K. (2016). Thermoplastic-Thermoset Nanostructured Polymer Blends. In Design and Applications of Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems. Micro and Nano Technologies (pp. 15-38). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-39408-6.00002-9Biron, M. (2017). Recycling: The First Source of Renewable Plastics. In Industrial Applications of Renewable Plastics. Environmental, Technological, and Economic Advances (pp. 67-114). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-48065-9.00003-0Biron, M. (2017). Recycling: The First Source of Renewable Plastics. In Industrial Applications of Renewable Plastics. Environmental, Technological, and Economic Advances (pp. 67-114). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-48065-9.00003-0Brow, H. R. (1989). Effect of a diblock copolymer on the adhesion between incompatible polymers. Macromolecules, 22, 2859-2860Brow, H. R. (1989). Effect of a diblock copolymer on the adhesion between incompatible polymers. Macromolecules, 22, 2859-2860Creton, C., Kramer, E.J ., & Hadziioannou, G. (1991). Critical molecular weight for block copolymer reinforcement of interfaces in a two-phase polymer blend. Macromolecules, 24, 1846-1853Creton, C., Kramer, E.J ., & Hadziioannou, G. (1991). Critical molecular weight for block copolymer reinforcement of interfaces in a two-phase polymer blend. Macromolecules, 24, 1846-1853Fayt, R., Jerome, R., & Teyssie, Ph. (1987). Characterization and control of interfaces in emulsified incompatible polymer blends. Polymer engineering and science, 27, 328-334Fayt, R., Jerome, R., & Teyssie, Ph. (1987). Characterization and control of interfaces in emulsified incompatible polymer blends. Polymer engineering and science, 27, 328-334Fayt, R., Jerome, R., & Teyssie, Ph. (1981). Molecular design of multicomponent polymer systems. II. Emulsifying effect of a poly(hydrogenated butadiene-fi-styrene) copolymer in high-density polyethylene/polystyrene blends. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physic, 19, 1269-1272Fayt, R., Jerome, R., & Teyssie, Ph. (1981). Molecular design of multicomponent polymer systems. II. Emulsifying effect of a poly(hydrogenated butadiene-b-styrene) copolymer in high-density polyethylene/polystyrene blends. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physic, 19, 1269-1272Kakhramanov, N. T., Gasimova, G. Sh., Pesetskiy, S. S., Kakhramanly, J. N., Gurbanova, R. V., Hajiyeva R. Sh., & Suleymanova E. I. (2019). Physical and mechanical properties of nanocomposites based on block copolymer propylene with ethylene and graphite. Kimya problemleri, 17, 72-80Kakhramanov, N. T., Gasimova, G. Sh., Pesetskiy, S. S., Kakhramanly, J. N., Gurbanova, R. V., Hajiyeva R. Sh., & Suleymanova E. I. (2019). Physical and mechanical properties of nanocomposites based on block copolymer propylene with ethylene and graphite. Kimya problemleri, 17, 72-80Maris, J., Bourdon, S., Brossard, J-M., Cauret, L., Fontaine, L., & Montembault, V. (2018). Mechanical recycling: Compatibilization of mixed thermoplastic wastes. Polymer Degradation and Stability, 147, 245-266 https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2017.11.001Maris, J., Bourdon, S., Brossard, J-M., Cauret, L., Fontaine, L., & Montembault, V. (2018). Mechanical recycling: Compatibilization of mixed thermoplastic wastes. Polymer Degradation and Stability, 147, 245-266 https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2017.11.001Muthuraj, R., Misra, M., & Mohanty, A. K. (2015). Studies on mechanical, thermal, and morphological characteristics of biocomposites from biodegradable polymer blends and natural fibers. In Biocomposites. Design and Mechanical Performance (pp. 93-140). https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-373-7.00014-7Muthuraj, R., Misra, M., & Mohanty, A. K. (2015). Studies on mechanical, thermal, and morphological characteristics of biocomposites from biodegradable polymer blends and natural fibers. In Biocomposites. Design and Mechanical Performance (pp. 93-140). https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-373-7.00014-7Xu, Y., Loi, J., Delgado, P., Topolkaraev, V., McEneany, R. J., Macosko, C. W., & Hillmyer, M. A. (2015). Reactive Compatibilization of Polylactide/ Polypropylene Blends. Industrial & Engineering Chemistry Research, 54, 6108-6114Xu, Y., Loi, J., Delgado, P., Topolkaraev, V., McEneany, R. J., Macosko, C. W., & Hillmyer, M. A. (2015). Reactive Compatibilization of Polylactide/ Polypropylene Blends. Industrial & Engineering Chemistry Research, 54, 6108-6114Wang, H., Dong, W., & Li., Y. (2015). Compatibilization of Immiscible Polymer Blends Using in Situ Formed Janus Nanomicelles by Reactive Blending. ACS Macro Letters, 12, 1398-1403. https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.5b00763Wang, H., Dong, W., & Li., Y. (2015). Compatibilization of Immiscible Polymer Blends Using in Situ Formed Janus Nanomicelles by Reactive Blending. ACS Macro Letters, 12, 1398-1403. https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.5b00763

The authors declare that there are no conflicts of interest present.