Сотрудники лаборатории структурно-морфологических исследований Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН совместно с коллегами из Казанского национального технологического университета показали, что добавление золы из рисовой шелухи в материал на основе поливинилхлорида снижает миграцию пластификатора EDOS из полимерной матрицы.

В результате изделие из ПВХ дольше не теряет своих физико-механических свойств, поэтому у промышленности нет необходимости производить новые изделия, а старые не отправляются на свалку.

На Земле, особенно в азиатских странах, ежегодно выращивается большое количество риса. Брикеты из шелухи, которая остается после шлифовки зёрен, в некоторых районах используются для отопления. Использование в химической промышленности ежегодно возобновляемого натурального сырья — золы, остающейся после сжигания рисовой шелухи, — является еще одним шагом на пути к «зелёной» экономике.

Поливинилхлорид (ПВХ) — один из наиболее широко используемых полимеров. Он применяется в производстве отделочных и строительных материалов, например, труб и оконных профилей. Изделия из ПВХ твёрдые, прочные, не подвержены воздействию влаги, устойчивы к агрессивным средам, в том числе не поражаются грибами. В зависимости от областей использования ПВХ необходимо изменять его свойства, для этого используют различные модификаторы, среди которых широко применяются пластификаторы. При добавлении к поливинилхлориду пластификатора из смеси изготавливают гибкие изделия, например, сумки, обувь или, если говорить о строительных материалах, линолеум.

«Проблема состоит в том, что из высокомолекулярной ПВХ-матрицы относительно низкомолекулярный пластификатор мигрирует на поверхность, что приводит к изменению физико-механических свойств материала,  — рассказала один из авторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории структурно-морфологических исследований ИФХЭ РАН кандидат химических наук Ульяна Никулова. — Этот процесс со временем ухудшает свойства материала. «Мыльная» на ощупь поверхность линолеума — верный признак того, что пластификатор мигрировал из объёма наружу. Тогда внутри материала возникают области охрупчивания, линолеум трескается и ломается».

Один из способов ограничить подвижность пластификатора в матрице состоит в добавлении в смесь еще одного компонента — пористого наполнителя. В работе рассмотрены три кандидата на роль таких наполнителей — зола, полученная при отжиге рисовой шелухи при температурах 500 и 800 градусов, и искусственный минерал волластонит (силикат кальция). Комплексные исследования методами ИК-cпектроскопии, электронной сканирующей микроскопии и энерго-дисперсионной спектроскопии позволили доказать, что молекулы пластификатора EDOS адсорбируются на поверхности и порах наполнителя.

Эксперименты показали, что пластификатор EDOS и ПВХ полностью взаиморастворимы и образуют гомогенные смеси при любых концентрациях. Добавление пористого наполнителя незначительно уменьшает коэффициент взаимной диффузии, что не меняет характера текучести смеси, следовательно, не требуется принципиальное изменение технологического процесса.

«Мы обнаружили, что добавление пористого наполнителя уменьшило миграцию пластификатора из матрицы — в полтора раза для синтетического волластонита и почти в два раза для золы, отожжённой при 500 градусах. С технологической точки зрения искусственный волластонит является наилучшим, потому что при добавлении волластонита вязкость увеличивается меньше всего, — объяснила Ульяна Никулова. — Но зато зола эффективнее удерживает пластификатор».

Работа опубликована в Journal of Applied Polymers Science.

Текст: Ольга Макарова.
Источник: ИФХЭ РАН.