Основи технології одержання і властивості полілактидних композитів з дрібнодисперсними кальційфосфатними наповнювачами
Автор: Куліш Божена Ігорівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Хімічні технології високомолекулярних сполук
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Куліш Б.І., Левицький В.Є. (керівник). Технологічні основи одержання і властивості полілактидних композитів з дрібнодисперсними кальційфосфатвмісними наповнювачами. – Національний університет «Львівська політехінка», Львів, 2020. Розширена анотація Полімери та композити на їхній основі є одними з найпоширеніших матеріалів. Завдяки наявності великої кількості базових марок полімерів із найрізноманітнішими властивостями вони використовуються у всіх сферах життєдіяльності людини. Проте, основною проблемою, яка пов’язана з використанням полімерних матеріалів є їх значне екологічне навантаження на навколишнє середовище, як після використання у вигляді сміття, яке не утилізується, так і під час синтезу внаслідок використання невідновлювальних природних ресурсів [1, 2]. Тому, все більше уваги приділяється використанню біодеградабельних полімерних матеріалів, які одержані з відновлювальної сировини та здатні до швидкого розкладу в умовах навколишнього середовища під дією зовнішніх чинників, з можливістю відновлення вихідної сировини для їх одержання. Оскільки основними перевагами біополімерів є біосумісність і екологічність вони є перспективними для використання в найрізноманітніших галузях промисловості та побуту, зокрема в медицині (імплантати і хірургічні матеріали), фармакології (пролонгування дії лікарських речовин), харчовій та пакувальній промисловості (пакувальні матеріали, одноразовий посуд, плівки і стрічки), сільському господарстві тощо [3-5]. Серед біодеградабельних полімерів найперспективнішим з огляду на експлуатаційні та біодеградабельні показники виробів на їхній основі є полілактид – біосумісний термопластичний поліестер, отриманий з відновлювальної сировини (картопляного або кукурудзяного крохмалю). Однак, полілактиду притаманні властивості, які обмежують його застосування, зокрема недостатня теплостійкість, низькі хімічна стійкість, ударна міцність та міцність під час розривання. Тому виникає потреба в модифікуванні полілактиду для надання йому необхідних властивостей для конкретного застосування. Одним з технологічних методів надання необхідних властивостей полілактидним матеріаліам є створення на їхній основі композитів з наповнювачами різної природи [5-8]. Розроблення композиційних матеріалів на основі полілактиду їх змішуванням із дрібнодисперсними наповнювачами, зокрема CaHPO4 і Ca3(PO4)2, дозволяє підвищити якість одержаних виробів, зменшити кількість відходів та браку, підвищити продуктивність процесу тощо. У зв’язку з цим, виникає необхідність у вивченні технологічних властивостей полілактиду та матеріалів на їхній основі, їх зміну, а також встановлення можливостей і режимів переробки цих матеріалів у вироби. Об’єкт дослідження: полілактидні композити з дрібнодиспрмсними кальцієвмісними наповнювачами. Предмет дослідження: основи технологій одержання і властивості полілактидних композитів з дрібнодисперсними кальційфосфатвмісними наповнювачами. Мета дослідження: розробити основи технології одержання композитів на основі полілактиду і дрібнодисперсних кальційвмісних наповнювачів з підвищеними експлуатаційними хараткеристиками. У даній роботі вирішувались наступні завдання: 1. Дослідження теплофізичних властивостей (теплостійкості за Віка) залежно від природи дрібнодисперсного наповнювача та умов термооброблення. 2. Проведення термомеханічних досліджень полілактидних матеріалів з встановленням впливу природи наповнювача і тривалості термооброблення на температурні інтервали фізичних станів. 3. Дослідження поверхневої твердості полілактидних матеріалів. 4. Дослідження пружно-деформаційних властивостнй полілактидних матеріалів. 5. Встановлення впливу наповнювача і умов термооброблення на технологічні (водопоглинання, хімічну стійкість) властивості полілактидних матеріалів. У роботі здійснено огляд науково-технічної літератури щодо методів одержання композиційних матеріалів на основі полілактиду з дрібнодисперсним фосфорвмісними наповнювачами, властивостей, характеристик і галузей, в яких вони найактивніше застосовуються. Основна увага зконцентрована на процесах сумісності полілактиду з наповнювачами різної природи, зміну їх фізико-механічних показників після процесу модифікування та на їх біодеградабельність. Обгрунтовано використання ряду промислових марок полілактиду та різних дрібнодисперсних наповнювачів для розроблення полілактидних композитів з необхідними експлуатаційними характеристиками. Звернена увага на різну здатність полілактидів до кристалізації залежно від природи і вмісту ізомерних ланок. Встановлено значний вплив природи і вмісту дрібнодисперсного наповнювача на фізико-механічні (поверхнева твердість), теплофізичні (теплостійкість за Віка), термомеханічні та сорбційні властивості модифікованих полілактидів. Оскільки, виявлено вплив на експлуатаційні властивості та морфологію полілактидних композитів з дрібнодисперсним фосфорвмісними наповнювачами попереднє термооброблення зразків , в даній роботі цьому також була приділена належна увага. Розроблена принципова технологічна схема виготовлення виробів з модифікованих полілактидів з вдосконаленими теплофізичними властивостями. Здійснено обгрунтування використання таких технологічних стадій, як суміщення полілактиду з дрібнодисперсними наповнювачами, зокрема з трифосфатом кальцію та гідроортофосфатом кальцію, що полягає в попередньому опудренні гранул полімеру з подальшим суміщенням у в’язкотекучому стані у екструзійному обладнанні з подальшим термообробленням готових виробів у кристалізаційній ванні. Встановлені режими та параметри переробки у вироби литтям під тиском розроблених полілактидних композитів (температура зон матеріального циліндра для композитів на основі ПЛА – 483-488, 498-503, 513-518 К; час пластикації становить 15 20 с). Проведено техніко-економічне обґрунтування проведених досліджень. Магістерська кваліфікаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаної літератури, що містить 111 найменувань і додатків. Основний зміст роботи викладений на 86 сторінках друкованого тексту, вони містять 27 рисунків і 12 таблиць. Ключові слова: полілактид, композит, наповнювач, технологія, кальцію фосфат, екструзія, лиття під тиском. Перелік використаних літературних джерел. 1. D. Garlotta, A literature review of poly (lactic acid), J. Poly. Environ. 9 (2002) 63–84, https://doi.org/10.1023/A:1020200822435. 2. R.G. Sinclair, The case for polylactic acid as a commodity packaging plastic, J. Macromol. Sci., Part A: Pure Appl. Chem. 33 (1996) 33–585, https://doi.org/10. 1080/10601329608010880. 3. D.W. Grijpma, A.J. Pennings, (Co)polymers of L-lactide, 2. Mechanical properties, Macromol. Chem. Phys. 195 (1994) 1649–1663, https://doi.org/10.1002/macp. 1994.021950516. 4. R. Auras, B. Harte, S. Selke, An overview of polylactides as packaging materials, Macromol. Biosci. 4 (2014) 835–864, https://doi.org/10.1002/mabi.200400043. 5. R.E. Drumright, P.R. Gruber, D.E. Henton, Polylactic acid technology, Adv. Mater. 12(2000) 1841–1846, https://doi.org/10.1002/1521-4095(200012)12:23b1841:: AID-ADMA1841N3.0.CO;2-E. 6. M. Nofar, C.B. Park, Poly (lactic acid) foaming, Prog. Polym. Sci. 39 (2014) 1721–1741, https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2014.04.001. 7. B. Gupta, N. Revagade, J. Hilborn, Poly (lactic acid) fiber: an overview, Prog. Polym. Sci. 32 (2007) 455–482, https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2007.01.005. 8. J. Lunt, Large-scale production, properties and commercial applications of polylactic acid polymers, Polym. Degrad. Stab. 59 (1998) 145–152, https://doi. org/10.1016/S0141-3910(97)00148-1.