Основи технології одержання полілактид-крохмальних матеріалів
Автор: Сережко Євгенія Сергіївна
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: В даний час біологічно розкладні полімери використовуються як альтернатива поліолефінам у багатьох сферах застосування. Найбільш поширеним біологічно розкладним полімером є полілактидна кислота, ПЛА [1]. Однак, незважаючи на чудову властивість біологічного розкладання, полілактид також має значний недолік - він відносно дорогий у порівнянні зі своїми довговічними конкурентами (тобто поліолефінами) [5]. Одним із методів, застосовуваних у промисловості для зниження витрат на сировину, є використання значної частини добавок [2]. У цьому випадку незначне зниження властивостей матеріалу зазвичай вважається прийнятним побічним ефектом заради дешевшого продукту. Очевидно, що властивість біодеградації не повинна бути погіршена, таким чином, наповнювач теж повинен бути біорозкладним. Тому виникла ідея використати термопластичний крохмаль для модифікації полілактидної кислоти з метою одержати недорогий повністю біорозкладний матеріал. Крохмаль є дешевим природним матеріалом [3], однак з полілактидом він є хімічно несумісним, і, крім того, гранули крохмалю можуть зробити ПЛА ще більш крихким. Через це в даній роботі передбачається використання пластифікаторів, таких як гліцерин та епоксидована соєва олія [1,4]. Об’єкт дослідження: полімерні композити на основі полілактидної кислоти та термопластичного крохмалю. Предмет дослідження: закономірності одержання композитів на основі полілактиду та термопластичного крохмалю, їхня структура, морфологія, механічні та термічні властивості, водостійкість, здатність до компостування. Мета дослідження: одержати зразки композитів на основі полілактидної кислоти та термопластичного крохмалю за допомогою методів двошнекової екструзії та лиття під тиском; порівняти морфологію, здатність до компостування, термічні та технологічні характеристики отриманих зразків. У цьому дослідженні біорозкладні та компостовані композиції, отримані з повністю натуральної сировини, а саме полілактиду (ПЛА), картопляного термопластичного крохмалю (ТПК) і рослинного гліцерину, були виготовлені шляхом екструзії з розплаву з епоксидованою соєвою олією (ЕСО) як реакційноздатним модифікатором. щоб підвищити пластичність композитів і знизити вартість продукції без шкоди для біодеградації. Експериментальні дані в роботі одержані з використанням стандартних методик та сучасних методів досліджень – фізико-механічних, теплофізичних, термографічних, мікроскопічних. Використані рентгенографічний, термогравіметричний, диференційно термічний, та СЕМ аналізи. В даній магістерській кваліфікаційній роботі охарактеризовано метод модифікації полілактидної кислоти термопластичним крохмалем, який полягає у змішуванні компонентів у розплаві. Отримані композиції ПЛА/мТПК (0,5% ЕСО) і ПЛА/мТПК (2% ЕСО) мають гарні механічні властивості, у порівнянні з нативним полілактидом. Додавання 25% ТПК і 0,5-2% ЕСО до ПЛА покращило ударну міцність з 13,70 кДж/м2 до 16,69 кДж/м2, а міцність при розтягуванні збільшилась від 2,6% до 8,8%. Додавання епоксидованої соєвої олії підвищило водостійкість і покращило ударну міцність до понад 16 кДж/м2 для Для композиту ПЛА/ТПК (2% EСО). Також досліджено термічні, реологічні та морфологічні властивості одержаних матеріалів. Здатність до біологічного розкладання та компостування підготовлених зразків була визначена за допомогою процесу стимульованого компостування у поліпропіленовому реакторі. Можливість заміни до 25% полілактиду на термопластичний крохмаль і ЕСО, дозволяє знизити вартість продукту, а також зберегти досить схожі властивості і здатність до компостування порівняно з нативним ПЛА. Економічними розрахунками встановлено, що основними статтями витрат на проведення наукового дослідження є витрати на амортизацію обладнання та заробітну плату співробітників. Загальний кошторис витрат для даного дослідження становив 47 244,48 грн. Магістерська кваліфікаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаної літератури, що містить 36 назв, і додатків. Основний зміст роботи викладений на 67 сторінках друкованого тексту, вони містять 17 рисунків і 11 таблиць. Ключові слова: полілактид, термопластичний крохмаль, епоксидована соєва олія, біодеградація, пластифікація, характеристика. Перелік використаних літературних джерел 1. Ali, F., Chang, Y. W., Kang, S. C., & Yoon, J. Y. (2009). Thermal, mechanical and rheological properties of poly (lactic acid)/epoxidized soybean oil blends. Polymer Bulletin, 62, 91–98. 2. Anderson, K. S., Schreck, K. M., & Hillmyer, M. A. (2008). Toughening polylactide. Polymer Review, 48, 85–108. 3. Huang, H. J., Xiao, C. M., Zheng, H. J., & Huang, H. Z. (2004). Preparation and characterization of the monoester of phthalic acid and starch. Journal of Huaqiao University (Natural Science), 1, 37–40. 4. Huda, M. S., Drzal, L. T., Misra, M., Mohanty, A. K., Williams, K., & Mielewski, D. F. (2005). A study on biocomposites from recycled newspaper fiber and poly(lactic acid). Industrial and Engineering Chemistry Research, 15, 5593–5601. 5. Zhang, J. F., & Sun,X. Z.(2004). Mechanical properties of poly(lactic acid)/starch composites compatibilized by maleic anhydride. Biomacromolecules, 5, 1446–1451.