ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ЖЕСТКОГО ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
RIGID POLYVINYL CHLORIDE-BASED WOOD-POLYMER COMPOSITION

Изобретение относится к технологии жестких поливинилхлоридных композиций с использованием в качестве органического наполнителя древесной муки, модифицированной кремнезолем, для изготовления высоконаполненных древесно-полимерных материалов.
Известна композиция на основе термопластичного связующего (полипропилена, полиэтилена низкой и высокой плотностей, поливинилхлорида и полистирола) и древесных частиц (Патент SU N1666306, кл. В27N 3/02, 1991 г.).
К недостаткам композиции следует отнести низкие значения физико-механических характеристик получаемых материалов при снижении содержания полимерного связующего.
Известна высоконаполненная композиция на основе жесткого ПВХ и модифицированного полиорганосилоксаном мела (до 100 мас.ч. наполнителя на 100 мас.ч. ПВХ) (Марков А.В. Модифицирование наполненных жестких ПВХ-композиций полиорганосилоксаном. - Пластические массы, 2009, №6, с.36-39).
Недостатком композиции является то, что использование наполнителя в количестве более 50 мас.ч. на 100 мас.ч. ПВХ приводит к значительному ухудшению технологических и эксплуатационных характеристик материала.
Известна композиция на основе жесткого ПВХ, натурального целлюлозного волокна и компатибилизатора (Патент США №2008/0261019 А1. Опубл. 23.10.2008).
Однако применяемый компатибилизатор очень сложен по химическому составу и технологии приготовления, что ограничивает области его применения.
Известна композиция на основе жесткого ПВХ, древесной муки, природного полимерного хитина и его производного хитозана в качестве связующих агентов (Патент США №7446138 В2. Опубл. 21.03.2006). Дозировка связующего агента проводилась относительно массы древесной муки и составляла 2.5-10 мас.% хитина и 0.5-2.5 мас.% хитозана. К основным недостаткам композиции можно отнести относительно невысокое содержание органического наполнителя (не более 120 мас.ч. наполнителя на 100 мас.ч. ПВХ). Отмечается, что при увеличении количества древесной муки существенно падает прочность и возрастает водопоглощение получаемых образцов.
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления жестких ПВХ-композиций на основе древесной сосновой муки (Yanjun Xu. Creep behavior of natural fiber reinforced polymer composites: a Dissertation for the degree of Doctor of philosophy: in School of Renewable Natural Recources / Yanjun Xu. - Loui-sia State, 2009. - p.9). Максимальная степень наполнения древесной мукой равнялась 30 мас.% или (40 мас.ч. на 100 мас.ч. ПВХ). В качестве связующего агента использовался СЭБС (стиролэтиленбутилстирол), который вводили в количестве от 0 до 5 мас.%. Образцы готовились прессованием при 190°С.
К основным недостаткам композиции можно отнести относительно невысокое содержание органического наполнителя (не более 30 мас.% наполнителя) и увеличение горючести при введении органического связующего агента.
Проведенный анализ техники и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Задачей изобретения является получение высоконаполненных (содержание органического наполнителя более 50 мас.%) жестких ПВХ-композиций на основе дисперсной древесной муки с сохранением технологических и эксплуатационных характеристик.
Результат достигается тем, что древесно-полимерная композиция на основе жесткого ПВХ, содержащая комплексный стабилизатор, модификатор ударной прочности, связующий агент и древесную муку, согласно изобретению содержит в качестве связующего агента кремнезоль при следующем соотношении ингридиентов, мас.ч.:
Поливинилхлорид
100
Модификатор ударной прочности
4,8-9
Комплексный термостабилизатор
4,5-7
Кремнезоль
2-4
Древесная мука
10-160
Компоненты удовлетворяют следующим требованиям:
Поливинилхлорид суспензионный марки С7058М (ГОСТ 14332-78)
Комплексный стабилизатор, например Interstab (сертификат №99-00244)
Модификатор ударной прочности, например FM-22
Древесная мука марки 180 (ГОСТ 16361-87)
3
Кремнезоль представляет собой бесцветный или слабоокрашенный коллоидный раствор силиката натрия, стабилизированный натрием. Плотность кремнезоля равна 1,2 г/см, концентрация диоксида кремния равна 330-340 г/л, концентрация оксида натрия 3,4 г/л, рН=10,3.
Для исследований ПВХ-композиций были получены образцы в виде пленок. Модифицированная кремнезолем древесная мука добавлялась в ПВХ-композицию. Пленочные образцы готовились методом термопластикации на лабораторных вальцах с фрикцией 1:1,25 при температуре валков 140-160°С в течение 5-6 мин в зависимости от состава композиции. Вальцевание проводилось при толщине зазора между валками 8-13 мкм.
Свойства композиций с разной степенью наполнения представлены в таблице.
Сравнительные характеристики ПВХ-композиций, наполненных исходной и модифицированной кремнезолем древесной мукой
Наполнитель (на 100 мас.ч. ПВХ)
Показатель
Прочность, МПа
Показатель текучести расплава (ПТР), г/10 мин
Термостабильность, мин
Без древесной муки (контрольный)
32
0,31
72
Исходная древесная мука:
40 мас.ч.
32
0,1
80
60 мас.ч. или 35 мас.% (макс.)
22
0
82
Модифицированная кремнезолем древесная мука:
2 мас.ч. кремнезоля
40 мас.ч.
34
0,25
84
50 мас.ч. или 30 мас.%.
34
0,25
85
60 мас.ч.
34
0,22
89
80 мас.ч.
33
0,15
95
120 мас.ч.
29
0
101
160 мас.ч. или 60 мас.% (макс.)
26
0
104
3 мас.ч. кремнезоля
40 мас.ч.
35
0,30
87
50 мас.ч. или 30 мас.%
35
0,30
88
60 мас.ч.
35
0,27
92
80 мас.ч.
34
0,18
98
120 мас.ч.
30
0
104
160 мас.ч. или 60 мас.% (макс.)
27
0
108
4 мас.ч. кремнезоля
40 мас.ч.
36
0,27
91
50 мас.ч. или 30 мас.%
36
0,27
93
60 мас.ч.
36
0,25
97
80 мас.ч.
35
0,16
103
120 мас.ч.
31
0
109
160 мас.ч. или 60 мас.% (макс.)
28
0
113
Прототип:
нет данных
нет данных
30 мас.% + 0% СЭБС
27
30 мас.% + 2,5% СЭБС
29
30 мас.% + 5% СЭБС
25
Степень наполнения предложенных жестких ПВХ-композиций по сравнению с прототипом удалось увеличить в 2 раза (с 30 до 60 мас.% древесной муки).
Сохраняются показатели прочности даже при высоких степенях наполнения (до 60 мас.% на 100 мас.ч. ПВХ) и уменьшается горючесть при введении в состав ПВХ-композиций неорганического связующего агента.
Повышение показателя текучести расплава на 50 мас.ч. древесной муки связано, по-видимому, с достижением оптимальной концентрации кремнезоля и лигнина, выступающего в качестве пластификатора. Дальнейшее увеличение вязкости закономерно при увеличении количества наполнителя.