Technological features of welding of plastics based on polyhydroxybutyrate

Abstract

Природні полімери або біополімери, були вперше розроблені ще в 1940-х роках. Генрі Форд використовував ці біополімери у будівництві автомобілів. Але з відкриттям нафтохімічних полімерів їх низька вартість замінила натуральні матеріали. Основним недоліком використання пластмас ще й досі лишається екологічний фактор. Дослідження біополімерів не обмежується використанням пакування продуктів. Дані полімери можуть використовуватися в інших областях промисловості. Слід очікувати використання біополімерів у пакуванні, медицині, будівництві, майже в кожній галузі промисловості так само, як синтетичні пластмаси в даний момент. Нафтохімічна промисловість, на основі полімерних технологій, створила багато переваг для їх використання. Найважливішими факторами, що визначають швидке зростання використання пластмас у пакувальній промисловості є зручність, безпека, низька ціна і достатні ергономічні властивості. Але ці полімери отримали з викопних ресурсів, їх споживали і відходи утилізували в навколишнє середовище. Збільшення нерозкладних відходів значно забруднює навколишнє середовище. Біополімер, що займає значне місце у промисловому виробництві – полігідроксибутират (ПГБ) – біополімер, який за фізичними властивостями подібний полістиролу. ПГБ швидко руйнується грунтовими мікроорганізмами. Можливі області застосування ПГБ – це виготовлення біорозкладаних пакувальних матеріалів та формованих товарів, одноразових серветок, предметів особистої гігієни, плівок і волокон, водовідштовхуючого покриття для паперу й картону. Перше промислове виробництво кополімерів PHB-PHV організувала в 1980 році англійська компанія «ICA» під торговою маркою «Biopol». Цей полімер характеризується відносною термостабільністю, пропуском кисню, стійкістю до агресивних хімікатів і має міцність порівнянно з поліпропіленом. Біополімер, що займає значне місце у промисловому виробництві – полігідроксибутират (ПГБ) – біополімер, який за фізичними властивостями, подібний полістиролу. ПГБ швидко руйнується ґрунтовими мікроорганізмами. Зварюваність та властивості зварних з’єднань полігідроксібутирату досліджували на пластинчастих зразках, що виготовляли тепловим пресуванням із полімерної сировини порошкоподібної форми. Експериментально встановлено, що при збільшенні температури форми у пресованих зразках виникали залишкові напруження, які призводили до утворення тріщин. При понижених температурах форми порошок не розплавлявся повністю, відповідно, при пресуванні у зразках формувалася негомогенна ослаблена мікроструктура. При випробуванні на розтяг оптимальні зварні шви руйнуються по основному матеріалу поблизу зони термічного впливу. На поверхнях виявлено крихкий характер руйнування матеріалу. Спостерігали відокремлення окремих фрагментів та шарів матеріалу зразків. Таким чином, полімерний матеріал ПГБ, хоча і має низькі пружні властивості, добре зварюється за допомогою нагрітого інструменту. Під час випробування на розривній машині FP-10 зі швидкістю 50 мм/хв шви руйнувалися по основному матеріалу поблизу зони термічного впливу. Механічні дослідження зварних з’єднань показали наступні механічні характеристики зварних швів зразків ПГБ:  міцність при одновісному розтягу – 42 МПа;  відносне подовження при розриві – 10%.

In particular polymers and biopolymers are increasingly used in various sectors of the economy and more recently biopolymers have been replacing traditional polymers in many applications. The problem of recycling polymeric materials can also be solved by designing products that will facilitate their further processing. In fact, biodegradation is the consistent breaking of chemical bonds of a polymer molecular chain under the action of microorganisms. Destroying a polymer, bacteria, fungi or algae uses the remnants of its molecules as a source of vital organic compounds as well as energy. Usually biodegradation occurs in an aqueous or humid environment during the process of composting. Bioplastics` wastes, like fallen leaves or other organic wastes, are stacked on soil and gradually converted into environmentally friendly material. The ability of a polymer to biodegrade mainly depends on the chemical composition of its molecule. One of the urgent tasks of research and implementation of biopolymers is the connection, in particular welding. Traditionally, plastic welding is widely used in the chemical, food, and other industries, for film packaging and packaging.