danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-5-433-440dan-1157Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESО механизме упрочнения смесей вторичных полиолефинов в присутствии модифицированной бентонитовой глиныHardening mechanism of waste polyolefin mixtures in the presence of modified bentonite clayШаповаловВ. М.ShapovalovV. M.

Виктор Михайлович Шаповалов, д-р техн. наук, профессор, заведующий отделом

246050

ул. Кирова, 32а

Гомель

Victor M. Shapovalov, D. Sc. (Engineering), Professor, Head of the Department

246050

32a, Kirov Str.

Gomel

v.shapovalov@tut.byПодобедД. Л.PodobedD. L.

Денис Леонидович Подобед, магистр техн. наук, преподаватель

246023

Речицкий пр., 35а

Гомель

Denis L. Podobed, Master (Engineering), Lecturer

246023

35а, Rechitsky Ave.,

Gomel

F_Heart_@mail.ruЗотовС. В.ZotovS. V.

Сергей Валентинович Зотов, канд. техн. наук, доцент, вед. науч. сотрудник

246050

ул. Кирова, 32а

Гомель

Sergey V. Zotov, Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Leading Researcher

246050

32a, Kirov Str.

Gomel

zotov-1969@mail.ruБойкоА. А.BoykaA. A.

Андрей Андреевич Бойко, д-р техн. наук, доцент, проректор по научной работе

246746

пр. Октября, 48

Гомель

Andrei A. Boyka

D. Sc. (Engineering), Associate Professor, Vice Rector for Research

246029

48, Oktyabrya Ave.

Gomel

boiko@gstu.byИнститут механики металлополимерных систем имени В. А. Белого Национальной академии наук БеларусиV. A. Bely Institute of Mechanics of Metal-Polymer Systems of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут профессионального образования Университета гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики БеларусьInstitute of Professional Education of the University of Civil Protection of the Ministry for Emergency Situations of the Republic of BelarusГомельский государственный технический университет имени П. О. СухогоSukhoi State Technical University of Gomel202331102023675433440Copyright © Шаповалов В.М., Подобед Д.Л., Зотов С.В., Бойко А.А., 20232023Шаповалов В.М., Подобед Д.Л., Зотов С.В., Бойко А.А.Shapovalov V.M., Podobed D.L., Zotov S.V., Boyka A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1157

   Целью работы было получение и исследование полимерных композиционных материалов на основе смесей вторичных полиолефинов и модифицированной полидисперсной бентонитовой глины.

   Проведены исследования особенностей структурообразования смесей вторичных полиолефинов в присутствии наполнителя этого типа. Представлены данные об изменениях механической прочности смесевых композитов, а также результаты физико-химических исследований. Для смесей на основе вторичных полимеров в присутствии высокодисперсных частиц модифицированного полидисперсного бентонита характерно улучшение прочности композитов вследствие усиления в них межфазного взаимодействия и формирования структурной однородности материала. Это в некоторой степени компенсирует потерю когезионной прочности вторичных полимеров из-за термодеструкционных процессов.

   Сделаны следующие выводы: на границах раздела фаз происходит уменьшение молекулярной подвижности полимерных цепей, что ведет к изменению условий кристаллизации и к возникновению неравновесного напряженного состояния; введение бентонита обусловливает рост кристалличности за счет инициирования физико-химического взаимодействия; рост прочности происходит вследствие усиления межфазного взаимодействия и структурной однородности; механизм формирования комплекса свойств композитов состоит в двухуровневой адсорбции – модификатора на частицах наполнителя и активных групп полимера на поверхности модифицированного наполнителя.

   The aim of the work is to obtain and study polymer composite materials based on mixtures of secondary polyolefins and modified polydisperse bentonite clay.

   The formation features of the structure of mixtures of waste polyolefins in the presence of this-type filler are studied. The data on the changes in the mechanical strength of mixed composites, as well as the results of physico-chemical studies are presented. Mixtures based on waste polymers in the presence of highly dispersed particles of modified polydisperse bentonite are characterized by the improvement of the strength of composites due to increased interfacial interaction in them and by the formation of structure uniformity of the material. This to some extent compensates for the loss of cohesive strength of secondary polymers due to thermal degradation processes.

   The following conclusions are made: at the phase boundaries, the molecular mobility of polymer chains decreases, which leads to changing the crystallization conditions and to appearing a nonequilibrium stress state; introducing bentonite increases crystalline due to the initiation of physico-chemical interaction; the strength grows due to increased interfacial interaction and structure uniformity; the formation mechanism of a complex of properties of composites consists of two-level adsorption – a modifier on filler particles and active polymer groups on the modified filler surface.

композитыполиолефиныбентонитмодифицированиемеханическая прочностьмежфазные взаимодействияcompositespolyolefinsbentonitemodificationmechanical strengthinterfacial interactionsРабота выполнена в рамках ГПНИ «Материаловедение, новые материалы и технологии», подпрограмма «Научное обоснование технологий получения и рециклинга многофункциональных полимерных композитов со специальными свойствами на основе отечественного сырья для базовых отраслей промышленности» на 2021–2025 годы, тема 4.2.2, НИР 2The work was carried out within the framework of the SSRP “Materials Science, New Materials and Technologies”, subprogram “Scientific substantia tion of technologies for the production and recycling of multifunctional polymer composites with special properties based on domestic raw materials for basic industries” for 2021–2025, topic 4.2.2, SRW 2ReferencesБелый, В. А. Создание и исследование новых материалов и конструкций на основе полимеров и металлов : автореф. … д-ра техн. наук / В. А. Белый. – Рига, 1970. – 64 с.Beliy V. A. Creation and research of new materials and structures based on polymers and metals. Riga, 1970. 64 p. (in Russian).Шаповалов, В. М. Многокомпонентные полимерные системы на основе вторичных материалов / В. М. Шаповалов, З. Л. Тартаковский; под общ. ред. Ю. М. Плескачевского. – Гомель, 2003. – 252 с.Shapovalov V. M., Tartakovsky Z .L. Multicomponent polymer systems based on secondary materials. Gomel, 2003. 262 p. (in Russian).Песецкий, С. С. Нанокомпозиты, получаемые диспергированием слоистых силикатов в расплавах полимеров / С. С. Песецкий, С. П. Богданович, Н. К. Мышкин // Полимерные материалы и технологии. – 2015. – Т. 1, № 1. – С. 7–37.Pesetskiy S. S., Bogdanovich S. P., Myshkin N. K. Nanocomposites obtained by dispersion of layered silicates in polymer melts. Polimernye materialy i tekhnologii [Polymer materials and technologies], 2015, vol. 1, no. 1, pp. 7–37 (in Russian).Polymer composite materials: from macro, micro to nanoscale: selected, peer reviewed papers from the Conference on Multiphase Polymers and Polymer Composites Systems: Macro to Nano Scales, June 7–10, 2011, Paris, France / ed. A. Boudenne. – Switzerland, 2012. – 300 p.Boudenne A., ed. Polymer composite materials: from macro, micro to nanoscale: selected, peer reviewed papers from the Conference on Multiphase Polymers and Polymer Composites Systems: Macro to Nano Scales, June 7–10, 2011, Paris, France. Switzerland, 2012. 300 p.Подобед, Д. Л. Улучшение эксплуатационных свойств композиционных материалов на основе вторичных полиолефинов с использованием дисперсных наполнителей и антипиреновых добавок / Д. Л. Подобед, В. М. Шаповалов // Вестн. Гродненского гос. ун-та им. Я. Купалы. Сер. 6. Техника. – 2020. – Т. 10, № 2. – С. 6–13.Podobed D. L., Shapovalov V. M. Improvement of the performance properties of composite materials based on secondary polyolefins using dispersed fillers and flame retardants. Vestnik Grodnenskogo gosudarstvennogo universiteta imeni Yanki Kupaly. Seriya 6. Tekhnika [Bulletin of Yanka Kupala State University of Grodno. Series 6. Engineering Science], 2020, vol. 10, no. 2, pp. 6–13 (in Russian).Малкин, А. И. Закономерности и механизмы эффекта Ребиндера / А. И. Малкин // Коллоидный журн. – 2012. – Т. 74, № 2. – С. 239–256.Malkin A. I. Regularities and mechanisms of the Rehbinder’s effect. Colloid Journal, 2012, vol. 74, no. 2, pp. 223–238. doi: 10.1134/s1061933x12020068Песецкий, С. С. К оценке влияния модификатора на межфазное взаимодействие в полимерных смесях / С. С. Песецкий // Весці Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хім. навук. – 1992. – № 1. – С. 105–110.Pesetskiy S. S. On the assessment of the effect of a modifier on interfacial interaction in polymer blends. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series, 1992, no. 1, pp. 105–110 (in Russian).Износостойкие полимерные композиционные материалы с улучшенным межфазовым взаимодействием в системе «полимер–волокно» / С. Н. Данилова [и др.] // Вестн. Северо-Восточного фед. ун-та им. М. К. Аммосова. – 2016. – № 5 (55). – С. 80–92.Danilova S. N., Okhlopkova A. A., Gavrilieva A. A., Okhlopkova T. A., Borisova R. V., Dyakonov A. A. Wear resistant polymer composite materials with improved interfacial interaction in the system “polymer–fiber”. Vestnik Severo-Vostochnogo federal’nogo universiteta imeni M. K. Ammosova = Vestnik of the North-Eastern Federal University, 2016, no. 5(55), pp. 80–92 (in Russian).Козлов, Г. В. Структура и свойства дисперсно-наполненных полимерных нанокомпозитов / Г. В. Козлов // Успехи физ. наук. – 2015. – Т. 185, № 1. – С. 35–64. doi: 10.3367/ufnr.0185.201501c.0035Kozlov G. V. Structure and properties of particulate-filled polymer nanocomposites. Physics-Uspekhi, 2015, vol. 58, no. 1, pp. 33–60. doi: 10.3367/ufne.0185.201501c.0035Герасин, В. А. Совместная обработка бентонитов неорганическими полиэлектролитами и катионами ПАВ для облегчения эксфолиации органоглин / В. А. Герасин, В. В. Куренков // Изв. вузов. Сер. Химия и хим. технология. – 2019. – Т. 62, вып. 5. – С. 71–77. doi: 10.6060/ivkkt.20196205.5746Gerasin V. A., Kurenkov V. V. Joint treatment of bentonites with inorganic polyelectrolytes and cationic surfactants in order to promote organoclay exfoliation. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii, Seriya Khimiya i Khimicheskaya tekhnologiya = ChemChemTech, 2015, vol. 62, no. 5, pp. 71–77 (in Russian). doi: 10.6060/ivkkt.20196205.5746Полиэтилен-алюмосиликатные нанокомпозиты для защитных покрытий магистральных трубопроводов / В. В. Куренков [и др.] // Пластические массы. – 2015. – № 7–8. – С. 53–60.Kurenkov V. V., Gerasin V. A., Korolev Yu. M., Piryazev A. A., Mendeleev D. I., Dyachuk S. V. Polyethylene-alumino-silicate nanocomposites for pipeline protection coatings. Plasticheskie massy, 2015, no. 7–8, pp. 53–60 (in Russian).Влияние структуры слоя модификатора на совместимость полимеров с модифицированным монтмориллонитом / В. А. Герасин [и др.] // Инж.-физ. журн. – 2005. – Т. 78, № 5. – С. 35–40.Gerasin V. A., Bakhov F. N., Merekalova N. D., Korolev Yu. M., Zubova T. L., Antipov E. M. Influence of the structure of a modifier layer on the compatibility of polymers with a modified montmorillonite. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2005, vol. 78, no. 5, pp. 871–877. doi: 10.1007/s10891-006-0006-4Алексеева, О. В. Термическое поведение композиционных материалов на основе полистирола / О. В. Алексеева, А. В. Носков, С. С. Гусейнов // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2020. – Т. 56, № 3. – С. 227–230. doi: 10.31857/s0044185620030043Alekseeva O. V., Noskov A. V., Guseynov S. S. Thermal behavior of polystyrene-based composite materials. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2020, vol. 56, no. 3, pp. 469–472. doi: 10.1134/s2070205120030041Физико-химические свойства сорбентов на основе бентонитовых глин, модифицированных полигидроксокатионами железа (III) и алюминия методом «соосаждения» / Н. В. Никитина [и др.] // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2016. – Т. 16, № 2. – С. 191–199.Nikitina N. V., Komov D. N., Kazarinov I. A., Nikitina N. V. Physical and chemical properties of sorbents based on bentonite clay, modified with iron (III) and aluminum polyhydroxocations by the “coprecipitation”. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy = Sorption and Chromatography Processes, 2016, vol. 16, no. 2, pp. 191–199 (in Russian).Заикин, А. Е. Совместимость полимеров в присутствии нанонаполнителей / А. Е. Заикин // Вестн. технолог. ун-та. – 2020. – Т. 23, № 3. – С. 53–66.Zaikin A. E. Compatibility of polymers in the presence of nano-fillers. Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta = Herald of Technological University, 2020, vol. 20, no. 3, pp. 53–56 (in Russian).

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