The influence of hollow iron oxide microspheres on polyethylene climate aging

封面

如何引用文章

全文:

详细

Creation of biodegradable polymers is one of the most prospective trends aimed at solving problems of polymer waste accumulation and processing, and the development of effective oxo-additives for polyolefin raw materials. It is considered to be one of the most promising ways to ensure accelerated degradation of polymer waste in natural conditions. The present research work studies the effect of nanostructured iron oxide microspheres produced with ultrasonic aerosols pyrolysis on accelerated atmospheric aging of polyethylene. Two types of microspheres were used to modify polyethylene microspheres consisting of X-ray amorphous Fe2O3 (initial microspheres after synthesis) and microspheres, consisting of crystalline Fe2O3 (heat-treated). Samples of polyethylene modified with microspheres were aged by simulating cyclic climatic effects (temperature, UV, moisture). After the aging of polyethylene modified with microspheres, a higher degree of surface oxidation was discovered using the method of infrared spectroscopy. A strong surface erosion of polyethylene was observed with the addition of microspheres after aging at the same time, untreated polyethylene was preserved almost unchanged. The present study has shown that modification of polyethylene with iron oxide microspheres beyond the end of materials useful life provides its accelerated decomposition under the influence of the main components of atmospheric impact: light, temperature and humidity. At the same time, the complex of mechanical and technological properties of modified polyethylene remained at the acceptable level, which allows using the developed material for the production of packaging, agricultural and landscape films, which will decompose in natural conditions after the end of their lifetime.

作者简介

Dmitrii Metlenkin

Plekhanov Russian University of Economics

编辑信件的主要联系方式.
Email: dametl@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7006-2253

Engineer

俄罗斯联邦, 36, Stremyanny Ln., Moscow, 117997

Nikolay Kiselev

Plekhanov Russian University of Economics; National University of Science & Technology “MISIS”

Email: nikokisely12345@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0541-7035

Leading Specialist, Engineer

俄罗斯联邦, 36, Stremyanny Ln., Moscow, 117997; 4, Leninsky Pr., Moscow, 119049

Bekzod Khaydarov

Plekhanov Russian University of Economics; National University of Science & Technology “MISIS”

Email: bekzod1991@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2769-7437

Cand. Sc. (Eng.), Engineer, Leading Researcher

俄罗斯联邦, 36, Stremyanny Ln., Moscow, 117997; 4, Leninsky Pr., Moscow, 119049

Dmitrii Suvorov

Plekhanov Russian University of Economics; National University of Science & Technology “MISIS”

Email: suvorov8225@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0358-9987

Engineer, Laboratory Assistant

俄罗斯联邦, 36, Stremyanny Ln., Moscow, 117997; 4, Leninsky Pr., Moscow, 119049

Elena Boychenko

Plekhanov Russian University of Economics; National University of Science & Technology “MISIS”; N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: elena.boychenko.sar@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9216-7147

Researcher, Laboratory Assistant, Engineer

俄罗斯联邦, 36, Stremyanny Ln., Moscow, 117997; 4, Leninsky Pr., Moscow, 119049; 4, Kosygin St., Moscow, 119334

Vasily Ovchinnikov

Plekhanov Russian University of Economics

Email: OvchinnikovVA@rea.ru
ORCID iD: 0000-0002-1827-905X

Cand. Sc. (Chem.), Senior Researcher

俄罗斯联邦, 36, Stremyanny Ln., Moscow, 117997

Zubarzhat Abushakhmanova

Plekhanov Russian University of Economics

Email: Zubarzhat.Akh@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4848-357X

Junior Researcher

俄罗斯联邦, 36, Stremyanny Ln., Moscow, 117997

Evgeniy Kolesnikov

National University of Science & Technology “MISIS”

Email: kolesnikov.ea@misis.ru
ORCID iD: 0000-0001-7241-6214

Engineer

俄罗斯联邦, 4, Leninsky Pr., Moscow, 119049

Igor Burmistrov

Plekhanov Russian University of Economics; National University of Science & Technology “MISIS”

Email: burmistrov.in@rea.ru
ORCID iD: 0000-0003-0776-2465

D. Sc. (Eng.), Director, Leading Expert

俄罗斯联邦, 36, Stremyanny Ln., Moscow, 117997; 4, Leninsky Pr., Moscow, 119049

参考

  1. The Economist. The Known Unknowns of Plastic Pollution. Available from: https://www.economist.com/international/2018/03/03/the-known-unknowns-of-plastic-pollution [Accessed 4 March 2024]
  2. Jakubowicz I. Evaluation of degradability of biodegradable polyethylene (PE). Polymer Degradation and Stability. 2003;80(1):39-43. doi: 10.1016/S0141-3910(02)00380-4
  3. Chiellini E, Corti A, D’Antone S, Baciu R. Oxo-biodegradable carbon backbone polymers – Oxidative degradation of polyethylene under accelerated test conditions. Polymer Degradation and Stability. 2006;91(11):2739-2747. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2006.03.022
  4. Ammala AJ, Bateman S, Dean KM, Petinakis E, et al. An overview of degradable and biodegradable polyolefins. Progress in Polymer Science. 2011;36:1015-1049. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2010.12.002
  5. Arráez FJ, María Luisa Arnal, Müller AJ. Thermal degradation of high-impact polystyrene with pro-oxidant additives. Polymer Bulletin. 2018;76(3):1489-1515. doi: 10.1007/s00289-018-2453-4
  6. Cowie JMG, Arrighi V. Polymers. CRC Press; 2007. 520 p.
  7. Contat-Rodrigo L. Thermal characterization of the oxo-degradation of polypropylene containing a pro-oxidant/pro-degradant additive. Polymer Degradation and Stability. 2013;98(11):2117-2124. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2013.09.011
  8. Al-Salem SM, Al-Hazza’a A, Karam HJ, Al-Wadi MH, et al. Insights into the evaluation of the abiotic and biotic degradation rate of commercial pro-oxidant filled polyethylene (PE) thin films. Journal of Environmental Management. 2019;250:109475. doi: 10.1016/j.jenvman.2019.109475
  9. Corti A, Muniyasamy S, Vitali M, Imam SH, Chiellini E. Oxidation and biodegradation of polyethylene films containing pro-oxidant additives: Synergistic effects of sunlight exposure, thermal aging and fungal biodegradation. Polymer Degradation and Stability. 2010;95(6):1106-1114. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2010.02.018
  10. Kyrikou I, Briassoulis D, Hiskakis M, Babou E. Analysis of photo-chemical degradation behaviour of polyethylene mulching film with pro-oxidants. Polymer Degradation and Stability. 2011;96(12):2237-2252. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2011.09.001
  11. Gusain R, Gupta K, Joshi P, Khatri OP. Adsorptive removal and photocatalytic degradation of organic pollutants using metal oxides and their composites: A comprehensive review. Advances in Colloid and Interface Science. 2019;272:102009. doi: 10.1016/j.cis.2019.102009
  12. Arshady R. Microspheres for biomedical applications: preparation of reactive and labelled microspheres. Biomaterials. 1993;14(1):5-15. doi: 10.1016/0142-9612(93)90015-T
  13. Paulose R, Mohan R, Parihar V. Nanostructured nickel oxide and its electrochemical behavior – A brief review. Nano-Structures & Nano-Objects. 2017;11:102-111. doi: 10.1016/j.nanoso.2017.07.003
  14. Overcash JW, Suslick KS. High surface area iron oxide microspheres via ultrasonic spray pyrolysis of ferritin core analogues. Chemistry of Materials. 2015;27(10):3564-3567 doi: 10.1021/acs.chemmater.5b00766
  15. Jakubowicz I, Yarahmadi N, Arthurson V. Kinetics of abiotic and biotic degradability of lowdensity polyethylene containing prodegradant additives and its efect on the growth of microbial communities. Polymer Degradation and Stability. 2011;96(5):919-928. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2011.01.031
  16. Fontanella S, Bonhomme S, Brusson JM, Pitteri S, et al. Comparison of biodegradability of various polypropylene films containing pro-oxidant additives based on Mn, Mn/Fe or Co. Polymer Degradation and Stability. 2013;98(4):875-884. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2013.01.002
  17. Gulmine JV, Janissek PR, Heise HM, Akcelrud L. Polyethylene characterization by FTIR. Polymer Testing. 2002;21(5):557-563. doi: 10.1016/S0142-9418(01)00124-6
  18. Benítez A, Sánchez JJ, Arnal ML, Müller AJ, et al. Abiotic degradation of LDPE and LLDPE formulated with a pro-oxidant additive. Polymer Degradation and Stability. 2013;98(2):490-501. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2012.12.011
  19. Amelia RPD, Gentile S, Nirode W, Huang L. Quantitative analysis of copolymers and blends of polyvinyl acetate (PVAc) using fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and elemental analysis (EA). World Journal of Chemical Education. 2016;4(2):25-31. doi: 10.12691/wjce-4-2-1
  20. Minaeva VA, Minaev BF, Baryshnikov GV, Romeyko OM, Pittelkow M. The FTIR spectra of substituted tetraoxa[8]circulenes and their assignments based on DFT calculations. Vibrational Spectroscopy. 2013; 65:147-158. doi: 10.1016/j.vibspec.2013.01.001
  21. Luo M, Olivier GK, Frechette J. Electrostatic interactions to modulate the reflective assembly of nanoparticles at the oil-water interface. Soft Matter. 2012;8(47):11923-11932. doi: 10.1039/C2SM26890F
  22. Pablos JL, Abrusci C, Marín I, López-Marín J, et al. Photodegradation of polyethylenes: Comparative effect of Fe and Ca-stearates as pro-oxidant additives. Polymer Degradation and Stability. 2010;95(10):2057-2064. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2010.07.003
  23. Zapata P, Palza H, Díaz B, Armijo A, et al. Effect of CaCO3 Nanoparticles on the mechanical and photo-degradation properties of LDPE. Molecules. 2018;24(1):126. doi: 10.3390/molecules24010126
  24. Miyazaki K, Arai T, Shibata K, Terano M, Nakatani H. Study on biodegradation mechanism of novel oxo-biodegradable polypropylenes in an aqueous medium. Polymer Degradation and Stability. 2012;97(11):2177-2184. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2012.08.010
  25. Li J, Yang R, Yu J, Liu Y. Natural photo-aging degradation of polypropylene nanocomposites. Polymer Degradation and Stability. 2008;93(1):84-89. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2007.10.022
  26. Alshammari BA, Alothman OY, Alhamidi A, Jawaid M, Shaikh HM. Effect of accelerated weathering on the thermal, tensile, and morphological characteristics of polypropylene/date nanofiller composites. Materials. 2022;15(17):6053. doi: 10.3390/ma15176053
  27. Ovchinnikov VA, Abushahmanova ZR, Mastalygina EE, Pantyuhov PV, et al. Kinetic features of oxidative degradation of polyethylene at addition of stearates of various transition metals. Vse Materialy. Entsiklopedicheskiy Spravochnik = Polymer Science, Series D. 2024;1:31-36. doi: 10.31044/1994-6260-2024-0-1-31-36 (In Russ.)
  28. Antunes A, Popelka A, Aljarod O, Hassan MK, Kasak P, Luyt AS. Accelerated weathering effects on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and PHBV/TiO2. Nanocomposites. Polymers. 2020; 12(8):1743. doi: 10.3390/polym12081743

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».