Введение к работе
Актуальность
Одним из путей повышения эффективности получения листовых строительных материалов и изделий из поливинилхлорида (ПВХ) является использование техногенных отходов ПВХ, которые составляют 60% от общего количества всех полимерных отходов и оцениваются величиной около 400 тыс. тонн. Переработка отходов ПВХ затруднена в связи с тем, что материалы и изделия из ПВХ имеют сложный состав, включающий различные добавки, и подвергаются значительным изменениям во время эксплуатации. Решение проблемы получения эффективных листовых ПВХ-материалов на основе отходов, может быть осуществлено путем механико-химической активации и модификации получаемого материала, введением в его состав первичного ПВХ, пластификатора, стабилизатора, наполнителя и красителя.
Работа выполнялась в рамках государственной программы «Разработка составов и принципов производства эффективных строительных материалов с использованием местного сырья и отходов промышленности», она входит в перечень критических технологий РФ - «Технологии переработки и утилизации техногенных образований» (№Пр-843 от 21 мая 2006г.), и выполнена в соответствии с утвержденным планом научной работы МГСУ
Целью работы является получение эффективных листовых строительных материалов, с использованием отходов ПВХ. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
обосновать возможность применения отходов ПВХ для получения однослойных, двухслойных и многослойных листовых вторичных ПВХ-материалов;
исследовать влияние компонентов и структуры вторичного ПВХ-материала на свойства готовых изделий;
определить оптимальные составы и разработать технологию производства листовых строительных материалов на основе отходов ПВХ;
исследовать влияние составов, количества слоев и деформационных режимов на основные физико-механические и термомеханические свойства листовых строительных материалов, изготовленных на основе вторичного ПВХ;
изучить влияние кратковременного и долговременного механического нагружения на прочностные свойства вторичного ПВХ, и сравнить их с аналогичными свойствами первичных ПВХ-материалов;
- провести детальные сравнительные исследования релаксационных
механических свойств первичного и вторичного ПВХ в широком интервале
температур и деформаций в области линейного и нелинейного механического
поведения;
- разработать на основе теоретических и экспериментальных изысканий
рекомендации расчета и прогнозирования долговечности вторичных ПВХ-
материалов с целью полного использования ресурсов их работоспособности;
- провести опытно-промышленную и промышленную апробацию результатов
исследования, определить технико-экономическую эффективность
применения отходов ПВХ для получения листовых строительных
материалов.
Научная новизна заключается в следующем:
- обоснована возможность получения эффективных листовых строительных
материалов на основе отходов ПВХ введением в состав первичного ПВХ, а
также целевых добавок в виде пластификатора, стабилизаторов и
наполнителя, и подверженных механико-химической активации, которые
обеспечивают оптимальные условия переработки и требуемые физико-
механические свойства разрабатываемого материала;
установлены зависимости прочностных и деформационных свойств в условиях сжатия, растяжения, динамического и статического изгиба листовых строительных материалов, полученных на основе вторичного ПВХ, от вида и количества отходов, состава композиции и параметров технологического процесса производства;
установлены зависимости предела прочности, модуля упругости и относительной остаточной деформации материалов, изготовленных из вторичного ПВХ, от скорости деформирования в пределах от 0,08 до 100 мм/мин.;
установлены зависимости релаксационных свойств листовых вторичных ПВХ-материалов от их составов, количества слоев и значений заданных деформаций;
установлены зависимости от температуры квазиравновесных напряжений первичного и вторичного ПВХ в линейной и нелинейной области механического поведения;
выявлены зависимости долговременной прочности различных модификаций листовых вторичных ПВХ-материалов, зависящие от состава, а также от размеров и количества слоев;
установлена зависимость пожаростойкости от введения в состав вторичного листового ПВХ-материала фосфатного пластификатора и минерального наполнителя.
Практическое значение работы:
Разработана технология процесса получения вторичных листовых ПВХ-материалов, согласно которой отходы ПВХ подвергаются механико-химической активации, заключающийся в том, что разогретые отходы ПВХ добавляются в уже готовую композицию на основе первичного ПВХ, и это обеспечивает требуемые эксплуатационные свойства получаемых вторичных материалов.
Разработаны оптимальные составы эффективных листовых строительных ПВХ-материалов, которые состоят из 70-80% отходов ПВХ и специальной композиции, включающей 17-24% первичного ПВХ, и целевые добавки: фосфатный пластификатор - 1.5-2.5%, минеральные наполнители -0.9-3%, стабилизаторы - 0.2% и красители - 0.2-0.3%.
Разработаны методики расчетов характеристик ползучести и долговечности строительных материалов на основе вторичного ПВХ, кинетические параметры установленных зависимостей представлены как справочные материалы.
Разработан метод оценки релаксационных параметров полимерных материалов, имеющий общее значение, написаны ЭВМ-программы, позволяющие в автоматическом режиме осуществлять построение обобщенных релаксационных зависимостей, а также находить параметры ядер релаксации, основанных на анализе производства энтропии системы в ходе релаксации напряжения или ползучести.
Внедрение результатов исследований.
По результатам исследований разработаны Технические условия получения листовых строительных материалов на основе вторичного ПВХ и рекомендации по технологии приготовления композиции на основе вторичного, первичного ПВХ и целевых добавок.
Разработанные рекомендации по производству листовых вторичных ПВХ-материалов, которые описывали параметры механико-химической активации, были внедрены в производственных условиях на предприятии ОАО «Промэкс-плюс».
Экономический эффект при выпуске листовых строительных материалов был достигнут за счет использования отходов ПВХ и составляет при мощности производства листовых строительных ПВХ-материалов 250 тонн 1,4 млн. руб.
Апробация работы.
Результаты, полученные в диссертации, были доложены и обсуждены на конференциях: Третьей Международной научно-технической конференции «Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов» (Вологда, ВоГТУ, 2005г.), Всероссийских научно-технических конференциях «Вузовская наука региону» (Вологда, ВоГТУ, 2006,2007, 2009, 20Юг), Всероссийской научно-практической конференции «Экология и здоровье: проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий, профилактики заболеваний и устойчивого развития» (Вологда, ВоГТУ, 2007г.) Двенадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых «Строительство -формирование среды жизнедеятельность» (Москва, МГСУ, 2009г.), Международной неделе строительных материалов «Современные строительные материалы» (Москва, МГСУ, 2009г.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы (135 наименований) и приложений. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок и 32 таблицы.
