Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ВЛИЯНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА НАПОЛНИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА

Ершова О.В. 1 Мельниченко М.А. 1 Муллина Э.Р. 1
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
Среди современных проблем, стоящих перед мировым сообществом, наиболее актуальной является проблема ухудшения качества среды обитания человека. Она носит глобальный характер и связана с устойчивым ростом промышленного производства, который сопровождается увеличением количества твердых бытовых и промышленных отходов. Полимерные отходы занимают одно из первых мест в составе твердых бытовых отходов. Одним из направлений переработки является создание композиционных материалов на основе вторичных полимеров. В настоящее время широкое распространение на мировом рынке получили древесно- наполненные композиционные материалы (ДПК). В статье приводятся данные по исследованию влагопрочности полученных композитов. Сделан вывод о том, что ДПК обладает достаточно низким водопоглощением, что является преимуществом по сравнению с древесиной и позволяет его использовать для создания транспортной тары. Производство тары из ДПК позволит найти пути рационального использования отходов деревообработки и отходов, образующихся при производстве и потреблении пластмасс.
твёрдые бытовые отходы
полимерные отходы
композиты
древесно-полимерные композиционные материалы
водопоглощение
транспортная тара
1. ГОСТ 6709-72. Вода дистиллированная. Технические условия [Текст].
2. Дверное дело. Древесно-полимерные композиционные материалы [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.dvernoedelo.ru/index.php?page=26&id=262.
3. Домбровски Т. Использование карбоната кальция как минерального наполнителя в древесно-полимерных композиционных материалах. Первый мировой конгресс по пластмассам и их соединениям, Сан-Франциско, Калифорния, 2–4 апреля 2006. [Текст] – (перевод с англ.).
4. Ершова О.В., Муллина Э.Р., Чупрова Л.В., Мишурина О.А., Бодьян Л.А. Изучение влияния состава неорганического наполнителя на физико-химические свойства полимерного композиционного материала // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12–3. – С. 487–491.
5. Ершова О.В., Чупрова Л.В., Муллина Э.Р., Мишурина О.В. Исследование зависимости свойств древесно-полимерных композитов от химического состава матрицы // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2; URL: www.science-education.ru/116-12363 (дата обращения: 17.09.2015).
6. Клесов А.А. ДПК Древесно-полимерные композиты [Текст] – Клесов А. – СПб.: Научные основы и технологии, 2010.
7. Мельникова Л. Технология композиционных материалов из древесины, 2005 г., 236 стр. дек. 2008 – [Текст].
8. Ноел О. и Кларк Р. Использование талька в древесно-полимерных композитах. Продвижение Древесного волокна – Пластмасса, Канадский Естественный Совет Соединений; Университет Торонто, Канада, Торонто, 2004.[Текст] – (перевод с англ).
9. Ноел О. и Кларк Р. Тальк как наполнитель в древесно-полимерных композиционных материалах. По материалам четвертой международной конференции «Технология естественных соединений древесно-наполненных композитов» Орландо, Флорида, 2005. [Текст] – (перевод с англ).
10. Технология переработки древесно-наполненного композиционного материала [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.woodtechnology.ru/drevesinovedenie/drevesina-kak-konstrukcionnyj-material.html.
11. Чупрова Л.В., Муллина Э.Р., Мишурина О.В., Ершова О.В. Исследование возможности получения композиционных материалов на основе вторичных полимеров // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 4; URL: www.science-education.ru/118-14200 (дата обращения: 14.04.2015).
12. Чупрова Л.В., Муллина Э.Р. Технологические особенности производства упаковки из вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТ) // Молодой учёный. – 2013. – № 5. – С. 123–125.
13. Элиасов Б.Л. Сравнительный анализ реологических свойств отечественного и импортного пластиков [Текст] / Б.Л. Элиасов, Д.М. Могнонов, Е.В. Рогов, Ю.Е. Дорошенко. Российский химико-технологический университет им. Менделеева, г. Москва // научно-технич. журн. Пластические массы – 2001, декабрь. – М.: ЗАО НП, 2001. – 900 экз.
14. ASTM D 570 Стандартный метод испытаний водного поглощения пластмасс [Текст] – (перевод с англ).

Среди современных проблем, стоящих перед мировым сообществом, наиболее актуальной является проблема ухудшения качества среды обитания человека. Она носит глобальный характер и связана с устойчивым ростом промышленного производства, который сопровождается увеличением количества твердых бытовых и промышленных отходов.

Полимерные отходы занимают одно из первых мест в составе твердых бытовых отходов. Высокая стойкость полимерных отходов к внешней среде и постоянно уменьшающиеся ресурсы традиционного сырья, в частности, снижение запасов и повышение стоимости нефти и газа вынуждают к повторному использованию полимерных отходов. Одним из направлений переработки является создание композиционных материалов на основе вторичных полимеров [11, 12].

В настоящее время широкое распространение на мировом рынке получили древесно-наполненные композиционные материалы (ДПК), в состав которых входят: термопластичные полимеры, древесная мука, минеральные и органические наполнители, а также аппретирующие вещества [2].

Древесно-полимерный композит (ДПК) – материал, содержащий полимер (химического или натурального происхождения) и древесный наполнитель, модифицированный, как правило, химическими добавками. Другие используемые названия древесно-полимерных композитов: «жидкое дерево», дерево-пластиковый композит, древесно-пластиковый композит, древопласт, поливуд, древотермопласт, wpс, wood polymer composite, wood plastic composite, ЭДНП (экологически чистые древеснонаполненные пластмассы), ДНПП (древеснонаполненный полипропилен) [3].

Древесно-полимерные композиты – это материалы, где древесина смешивается с полимерами, которые затем полимеризуются вместе с древесиной для приобретения требуемых свойств [6].

В древесно-полимерных композитах могут использоваться только такие термопласты, которые могут перерабатываться при температурах не ниже 200 °С. Это ограничение обусловлено невысокой термостойкостью древесины, что до некоторой степени сужает выбор полимеров, но и не является абсолютным, поскольку в ДПК может использоваться делигнифицированная целлюлоза, а лигнин является наиболее чувствительной к температуре фракцией древесных материалов; целлюлозные волокна могут быть частично теплоизолированы путем смешения их с минералами; и время пребывания целлюлозных материалов в высокоскоростных смесителях и экструдерах может быть значительно уменьшено при увеличении скорости переработки и другими способами, снижающими время контакта целлюлозы с горячим расплавом. Поэтому полимеры с высокой температурой переработки могут использоваться для получения ДПК с повышенными характеристиками [7].

Несмотря на то, что в России накоплен незначительный опыт эксплуатации изделий из древесно-полимерных композитных материалов, можно сделать вывод о значительных преимуществах использования ДПК. Более того, можно сказать, что данный продукт за последние десятилетия значительно усовершенствован в технологии производства, состав адаптирован для достижения максимально высоких технических, эксплуатационных и эстетических характеристик в любых условиях эксплуатации.

У изделий из ДПК есть специфический набор позитивных свойств: родство с деревом, натуральный внешний вид, сравнительно небольшая плотность, высокая прочность, отличные влаго- атмосферостойкость, при необходимости – и водостойкость, отсутствие усадки и коробления, легкость обработки, простота и легкость монтажа, экологичность, низкие эксплуатационные затраты [10, 13]. Однако необходимо заметить, что данный материал в настоящее время практически не используется в упаковочной индустрии, и только в Китае начинают использовать композит в качестве материала для изготовления поддонов.

В России поддоны изготавливают из чистой древесины либо из полимеров, но материалы, используемые для этих целей, имеют существенные недостатки: высокая стоимость полимерного сырья и короткий срок эксплуатации поддонов, изготовленных из массивной древесины, которые к тому же должны проходить химическую и санитарную обработку, что повышает стоимость такой тары. В то же время изготовление поддонов из древесно-наполненных композитов, кроме хороших физико-механических свойств материала имеет экологическую направленность, так как для изготовления ДПК можно использовать только промышленные отходы, в том числе и древесные отходы, утилизация которых наносит значительный вред окружающей среде, а также позволяет сохранить от вырубки леса [8, 9]. Все эти факторы позволяют предположить, что использование древесно-полимерных композитов для изготовления тары является выгодным. Одним из основных свойств транспортной тары является влагопрочность, что определяется показателем водопоглощения.

Цель работы: исследовать влияние компонентного состава наполнителя на влагопрочностные свойства древесно-полимерного композита.

Для исследования свойств ДПК были получены образцы композитов, содержащих различные наполнители. Состав композиций представлен в табл. 1.

Испытание образцов ДПК проводилось по ГОСТ 4650-80 «Пластмассы. Методы определения водопоглощения».

Процедуры поглощения воды погруженными в нее образцами подразделяются на кратковременные (2 ч и 24 ч) и долговременное погружение. Все тесты проводились в дистиллированной воде [1] при температуре окружающей среды. Двухчасовое погружение рекомендуется для образцов с достаточно высокой скоростью поглощения воды и для тонких образцов. В конце периода погружения образцы должны извлекаться из воды поочередно, все поверхности были протерты от воды, после чего производилось взвешивание. При долговременном погружении образцы извлекали из воды, взвешивали и вновь помещали в воду через 24 ч, через 7 суток, а затем через каждые 2 недели вплоть до окончания испытания [14].

Сначала измерили толщину образца микрометром. Затем взвесили образец до набухания на аналитических весах, после чего поместили образец в бюкс с растворителем (бензин, ацетон, дистиллированная вода), в котором он набухает, засекли время. По истечению 5, 10, 20, 30 мин, часа и т.д. взвешивали образец, предварительно промокнув фильтровальной бумагой.

Водопоглощение определяли весовым методом, который заключался во взвешивании образца и в вычислении водопоглощения по формуле

er01.wmf,

где М0 – масса исходного образца; М – масса набухшего образца.

Таблица 1

Cостав древесно-полимерных композиций

Состав композиций.

Образцы

Состав образца

Полимер

Древесина

Наполнитель

Композиция 1

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)

33 %

Сосновая мука 52 %

Тальк

15 %

Композиция 2

Полипропилен (ПП)

40 %

Сосновая мука 50 %

Тальк

10 %

Таблица 2

Сравнительная характеристика водопоглощения ДПК и древесины

Время под водой, сутки

Поглощение воды, %

ДПК

Натуральная

древесина

ПП 40 %, древесная мука 50 %,

тальк 10 %

ПЭВП 33 %, древесная мука 52 %, тальк 15 %

1

3,0

7,25

30–200 %

Результаты эксперимента представлены в табл. 2.

Результаты эксперимента показали, что ДПК обладает достаточно низким водопоглощением, что является преимуществом по сравнению с древесиной. Поглощение воды композиционными материалами зависит от пористости, количества целлюлозного волокна и доступности внешней воды. Композитные материалы обычно пористые и степень их пористости определяется влажностью сырьевого материала и условиями переработки (в первую очередь, локальным перегревом), которые определяют плотность (удельный вес) конечного изделия. Поры в композитных материалах обычно открытые и образуют цепи, пронизывающие всю матрицу. Древесные волокна обнажаются этими порами. Отсюда более высокая или более низкая степень поглощения воды. Вода проникает внутрь композитной матрицы очень медленно. В древесине проникновение происходит гораздо быстрее, и высокий уровень влаги может быть достаточно глубоко в матрице. Минеральные наполнители, как правило, не поглощают воду (или поглощают очень незначительно), так что они снижают поглощение воды.

В условиях лаборатории были проведены исследования реологических и физико-механических свойств полученных композитов, результаты исследований уже описывались авторами в работах [4, 5].

Таким образом, проведенные исследования позволили установить, что полимерные материалы и древесина при изготовлении поддонов могут быть заменены на композитный материал. Производство тары из ДПК позволит найти пути рационального использования отходов деревообработки и отходов, образующихся при производстве и потреблении пластмасс.


Библиографическая ссылка

Ершова О.В., Мельниченко М.А., Муллина Э.Р. ВЛИЯНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА НАПОЛНИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 10. – С. 29-31;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35152 (дата обращения: 26.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074