Прогрессивные технологии стабилизации полимерной продукции

В настоящее время полимерные материалы (ПМ) по объему производства занимают лидирующее положение среди сырьевых материалов. Расширяется применение ПМ во всех областях экономики. В целом это вызывает острую необходимость в создании нового научного направления в полимерном материаловедении, которое образно можно назвать «геронтологией полимерных материалов» и которое призвано способствовать повышению долговечности ПМ и эффективности их использования. Это направление наряду с фундаментальными достижениями в области стабилизации свойств ПМ аккумулирует достижения в области их модификации, технологии их получения, переработки и эксплуатации. Оно предусматривает целенаправленную и экономичную стабилизацию ПМ с учетом процессов, которые протекают на всех стадиях их жизненного цикла, что обеспечивает эффективное применение ПМ в течение всего срока их эксплуатации и даже после истечения этого срока.

Стадии жизненного цикла ПМ

В настоящее время при создании изделий из ПМ решают две главные задачи. Первая – правильно выбрать ПМ (или создать композицию), чтобы он полностью подходил для заданных условий эксплуатации и был технологичным при переработке. Вторая задача – максимально сохранить свойства ПМ на всех стадиях его жизненного цикла (рис. 1), чтобы обеспечить его эффективную работоспособность в заданных условиях эксплуатации в течение всего требуемого срока службы.

С позиций экологии и экономики, важно также обеспечить возможность возврата отработавшей свой срок полимерной продукции в новый жизненный цикл (см. рис. 1). Сегодня это становится все более актуальным в связи с возрастающими объемами потребления ПМ и глобальной борьбой за сокращение тепловыделений в окружающую среду. Как ответ на эти требования в ряде стран на государственном уровне приняты законы, регламентирующие обязательный процент возврата в качестве вторичного сырья отработавшей свой срок полимерной продукции в новый жизненный цикл. Решение перечисленных вопросов, выдвигаемых современной экономикой к ПМ, возможно, если предусматривается их эффективная модификация, которая обеспечивает максимальную защиту ПМ с учетом всех воздействий, которые они должны воспринять на всех стадиях жизненного цикла.

В течение жизненного цикла ПМ проходят несколько различных стадий (см. рис. 1), на каждой из которых они могут подвергаться негативному воздействию различных факторов (тепло, кислород, высокие напряжения сдвига, влага, УФ-излучение и др.). В результате этого ПМ деструктируют (разрушаются на молекулярном уровне) [1 – 6] и теряют свои технологические и эксплуатационные свойства (табл. 1 и рис. 1), что обусловливает острую необходимость решения становящейся все более актуальной задачи – защиты ПМ от негативного влияния факторов окружающей среды на каждой стадии их жизненного цикла, чтобы в полной мере реализовать возможности их эффективного использования.

В последние годы одними из основных тенденций дальнейшего развития технологии производства ПМ являются интенсификация технологических процессов их переработки (грануляции, компаундирования, переработки непосредственно в изделия) и переход на более тонкостенную продукцию. Поэтому технологические режимы переработки ПМ становятся все более близкими к предельно допустимым по воздействию на них тепла, давлений, напряжений сдвига и др.

Возрастают требования к условиям эксплуатации изделий из ПМ. Их создают для работы во все более тяжелых и «жестких» условиях. Увеличиваются нагрузки, растут требования по стойкости полимеров к тепловому старению при повышенных и высоких температурах, по работоспособности во влажной среде, под действием УФ-излучения, различных химических сред и пр.

Рис. 1. Основные стадии жизненного цикла полимерных материалов

Таблица 1. Основные факторы, воздействующие на ПМ, и виды деструкции ПМ на стадиях их жизненного цикла