Введение к работе
Актуальность. В настоящее время широкое распространение в строительстве получили полимерные трубы из полипропилена и полиэтилена. Доля полимерных труб в России в новых прокладываемых сетях водопровода и канализации составляет 5-10%, а за рубежом их доля превышает 62%. По сравнению с металлическими трубами они более долговечны, значительно облегчают монтаж и уменьшают аварийность трубопровода. Спрос на полимерные трубы малого диаметра (до 110 мм) в России растет на 35-50% ежегодно. При этом в РФ практически отсутствует производство труб этого типа. Потребность рынка в России на 85-90% обеспечивается импортными полимерными трубами из Китая и других стран.
К недостаткам полимерных труб на основе термопластичных полимеров относится потеря прочностных показателей (явление релаксации) от нагрузки во времени. Незначительный объем производства полимерных труб в России связан с ограниченным количеством первичного сырья. Поэтому использование полимерных отходов потребления для производства труб является актуальной задачей. На сегодняшний день в России накоплено более 80 млрд.т. отходов производства и потребления, из них только в 2007 г. было образовано более 3,5 млн. т. медицинских отходов. Причем доля полимерных материалов в медицинских отходах достигает 20% от их общей массы, что 4-5 раз больше, чем в твердых бытовых отходах.
Поэтому разработка полимерных труб малого диаметра на основе вторичных полиолефинов, повышение их эффективности за счет модификации вторичных полимеров и применения тонкодисперсных минеральных наполнителей является весьма актуальной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с федеральной целевой программой “Экология и природные ресурсы России (2002-2010 гг.)”, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 19 февраля 2001 г. №242-р. и тематическим планом НИР МГСУ на 2004-2009 гг.
Целью работы является разработка составов и технологии производства эффективных полимерных труб малого диаметра на основе вторичных полиолефинов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные научные и практические задачи:
обосновать возможность использования вторичных полиолефинов для производства полимерных труб диаметром до 110 мм;
провести идентификацию вторичных полимеров, полученных из отходов потребления, определить элементный состав и количество примесей в них, изучить кристаллическую структуру вторичных полиолефинов;
исследовать основные физико-механические и термомеханические свойства, химическую стойкость, термо- и термоокислительную стабильность вторичных полиолефинов;
исследовать релаксационные свойства полиолефинов и с помощью ЭВМ-программы выполнить расчет параметров релаксации вторичных полиэтилена и полипропилена;
исследовать влияние кратности переработки и соотношения вторичный/первичный полиэтилен (полипропилен) на основные физико-механические свойства полиолефинов, разработать рекомендации по технологии переработки термопластичных полимерных отходов;
исследовать влияние содержания и химической природы тонкодисперсных минеральных наполнителей на основные физико-механические свойства, термоокислительную стабильность и показатели пожарной опасности наполненных вторичных полиолефинов;
разработать составы и технологию производства полимерных труб малого диаметра на основе вторичных полиолефинов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами и термостойкостью, определить наиболее рациональные области их применения;
определить основные эксплуатационные свойства полимерных труб на основе вторичных полиолефинов и сравнить полученные результаты с промышленными аналогами;
провести опытно-промышленную апробацию результатов экспериментальных исследований, определить технико-экономические показатели производства и применения полимерных труб на основе вторичных полиолефинов.
Научная новизна работы:
обоснована возможность получения методом экструзии эффективных полимерных труб малого диаметра (до 110 мм) на основе наполненных вторичных полиолефинов, полученных из отходов потребления;
установлено, что небольшое количество неорганических примесей кальция, титана, железа, меди и цинка, содержащихся во вторичных полиолефинах, играют роль зародышей структурообразования во вторичном полимере и повышают эксплуатационные свойства композитов на их основе;
установлены закономерности релаксационных процессов во вторичных полиолефинах при различных деформационных режимах;
установлено, что термомеханические кривые первичных и вторичных полиолефинов практически идентичны, а термо- и термоокислительная стабильности вторичных полимеров практически не отличаются от первичных полимеров, что позволяет рассматривать их поведение в условиях эксплуатации с единых позиций;
получены зависимости физико-механических свойств вторичных полиолефинов от кратности переработки и содержания первичных полимеров в смеси с вторичными термопластами;
установлены зависимости эксплуатационных свойств, термостойкости и показателей пожарной опасности наполненных вторичных полиолефинов от содержания тонкодисперсных минеральных наполнителей.
Практическая ценность работы.
разработаны рекомендации по использованию полимерных отходов потребления для производства полимерных труб диаметром до 110 мм из вторичных полиолефинов;
разработаны и оптимизированы составы для производства эффективных наполненных полимерных труб на основе вторичных полиолефинов, состоящие из 74,4-75,2% полимерных отходов, 18,6-18,8% первичных полиолефинов, 5,0-6,2% тонкодисперсных минеральных наполнителей и 0,8-1,0% пигмента;
разработана технология производства наполненных полимерных труб на основе полимерных отходов потребления методом экструзии, что позволяет снизить антропогенную нагрузку на окружающую природную среду и экономить первичные сырьевые ресурсы.
Внедрение результатов исследований. Проведена промышленная апробация составов и технологии производства наполненных полимерных труб на основе вторичных полиолефинов диаметром до 110 мм. В цехе №2 ООО “БиС-Пак” (г. Вологда) были выпушены опытные и опытно-промышленные партии полимерных труб диаметром 20,32,82 и 110 мм и толщиной стенок 2-2,7 мм на основе вторичных полиолефинов общим объемом 4644 п.м. Экономический эффект от применения полимерных труб при строительстве и реконструкции общественных зданий в г. Вологда составил более 16 тыс. руб.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: Общероссийской научной конференции “Новые технологии, инновации, изобретения”, г. Иркутск, 2005 г., IV всероссийской научно - технической конференции “Вузовская наука - региону”, г. Вологда, 2006 г., Всероссийской научно-практической конференции “Медицинская техника и технологии” г. Вологда, 2006 г., Международной научно-практической конференции “Наука и практика: проблемы интеграции ” г. Котлас, 2008 г., IX, X, XI и XII международных межвузовских научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов “Строительство - формирование среды жизнедеятельности” (г. Москва, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.)
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и 3 приложений. Работа содержит 145 страниц печатного текста, 37 рисунков и 23 таблицы. Библиографический список, включающий 156 наименований, изложен на 14 страницах.
