Влияние полых микросфер оксида железа на климатическое старение полиэтилена

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Создание биоразлагаемых полимеров – одно из актуальных направлений в решении проблем накопления и переработки полимерных отходов. Разработка эффективных оксодобавок к полиолефиновому сырью рассматривается как один из наиболее перспективных способов обеспечения ускоренной деструкции полимерных отходов в природных условиях. Исследовано влияние наноструктурированных микросфер оксида железа, полученных методом пиролиза ультразвуковых аэрозолей, на ускоренное атмосферное старение полиэтилена. Для модификации полиэтилена были использованы микросферы двух типов: первый тип на основе рентгеноаморфного Fe2O3 (исходные микросферы после синтеза), второй тип на основе кристаллического Fe2O3 (термообработанные). Образцы полиэтилена, модифицированного микросферами, состаривали путем моделирования циклических климатических воздействий (температура, УФ, влажность). После ускоренного старения модифицированного микросферами полиэтилена методом инфракрасной спектроскопии обнаружена более высокая степень окисления поверхности. Показана сильная поверхностная эрозия полиэтилена с добавлением микросфер после старения, при этом необработанный полиэтилен сохранялся практически в неизменном виде. Представленное исследование показало, что модификация полиэтилена микросферами оксида железа после окончания срока службы материалов обеспечивает его ускоренное разложение под действием основных компонентов атмосферного воздействия: света, температуры и влажности. При модификации микросферами комплекс механических и технологических свойств полиэтилена остался на приемлемом уровне, что позволяет использовать разработанный материал для производства упаковочных, сельскохозяйственных и ландшафтных пленок, которые после окончания срока службы будут разлагаться в естественных условиях.

Об авторах

Дмитрий Андреевич Метленкин

Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова

Автор, ответственный за переписку.
Email: dametl@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7006-2253

инженер

Россия, Стремянный пер., 36, Москва, 117997

Николай Витальевич Киселев

Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

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

ведущий специалист, инженер

Россия, Стремянный пер., 36, Москва, 117997; Ленинский пр., 4, Москва, 119049

Бекзод Бахтиёрович Хайдаров

Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

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

кандидат технических наук, инженер, ведущий научный сотрудник

Россия, Стремянный пер., 36, Москва, 117997; Ленинский пр., 4, Москва, 119049

Дмитрий Сергеевич Суворов

Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

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

инженер, лаборант-исследователь

Россия, Стремянный пер., 36, Москва, 117997; Ленинский пр., 4, Москва, 119049

Елена Андреевна Бойченко

Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»; Федеральный исследовательский центр химической физики имени Н. Н. Семёнова РАН

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

научный сотрудник, лаборант, инженер

Россия, Стремянный пер., 36, Москва, 117997; Ленинский пр., 4, Москва, 119049; ул. Косыгина, 4, Москва, 119334

Василий Андреевич Овчинников

Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова

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

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Россия, Стремянный пер., 36, Москва, 117997

Зубаржат Рафисовна Абушахманова

Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова

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

младший научный сотрудник

Россия, Стремянный пер., 36, Москва, 117997

Евгений Александрович Колесников

Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

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

инженер

Россия, Ленинский пр., 4, Москва, 119049

Игорь Николаевич Бурмистров

Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

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

доктор технических наук, директор инжинирингового центра, ведущий эксперт

Россия, Стремянный пер., 36, Москва, 117997; Ленинский пр., 4, Москва, 119049

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


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».