СОСТАВ ДЛЯ ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
COMPOSITION FOR WOOD-POLYMER COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к древесно-полимерным композиционным материалам на основе термореактивных смол, работающих в условиях агрессивных сред, динамических нагрузок и знакопеременных температур, обладающим повышенными эксплуатационными свойствами.
Наиболее близким по своей сущности является состав для композиционного материала (описание к патенту RU №2098375, С04В 26/12), включающий, мас.%:
фурфуролацетоновую смолу (ФАМ)
14,0-20,0
бензолсульфокислоту
3,0-5,0
андезитовую муку
47,0-57,0
сажу техническую
2,5-5,7
древесную щепу
16,0-20,0
стеклосечку или распущенный стекложгут
0,3-0,5
низкомолекулярный сополимер на основе
кубовых остатков ректификации возвратного
растворителя производства полибутадиена
с содержанием стирола 50-80 мас.%
1,0-5,0
многоатомный спирт
0,3-1,5
Данный композиционный состав обладает целым рядом положительных свойств. Однако в его составе используется значительное количество дорогой и дефицитной смолы ФАМ. Кроме того, используемый в составе низкомолекулярный сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена с содержанием стирола 50-80 мас.% не имеет функциональных групп, что снижает его сродство к полярным компонентам данной композиции. Это, в свою очередь, отрицательно сказывается на некоторых показателях получаемого композита и снижает их конкурентоспособность.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является удешевление состава композиционного материала за счет использования модифицированного малеиновой кислотой низкомолекулярного сополимера на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена в композиции и улучшение физико-механических свойств.
Поставленная задача достигается тем, что в составе для древесно-полимерного композиционного материала, включающем фурфуролацетоновую смолу (ФАМ), бензолсульфокислоту, андезитовую муку, сажу техническую, древесную щепу, стеклосечку или распущенный стекложгут, низкомолекулярный сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена с содержанием стирола 50-80 мас.%, многоатомный спирт, в качестве низкомолекулярного сополимера используют модифицированный 2-6 мас.% малеиновой кислотой низкомолекулярный сополимер, содержащий стирол и полученный на основе кубового остатка ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фурфуролацетоновая смола (ФАМ)
14,0-20,0
бензолсульфокислота
3,0-5,0
андезитовая мука
47,0-57,0
сажа техническая
2,5-5,7
древесная щепа
16,0-20,0
стеклосечка или распущенный стекложгут
0,3-0,5
низкомолекулярный стиролсодержащий сополимер на основе
кубовых остатков ректификации возвратного
растворителя производства полибутадиена,
модифицированный 2,0-6,0 мас.%
малеиновой кислоты
1,0-5,0
многоатомный спирт
0,3-1,5
В составе древесно-полимерного композиционного материала используют низкомолекулярный стиролсодержащий сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена, модифицированный 2,0-6,0 мас.% малеиновой кислоты.
Процесс модификации осуществлялся следующим образом.
В реактор загружали низкомолекулярный стиролсодержащий сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена (Технологический регламент ТР 2.03.00 192-85, утвержденный начальником ВПО «Союзкаучук» В.В.Сазыкиным; ТУ 38.303022-89), вводили малеиновую кислоту в количестве 2,0-6,0 мас.% на сополимер. Реактор герметично закрывали. Модификацию проводили при постоянном перемешивании в течение 15-20 часов при температуре 150-180°С.
Данный модифицированный стиролсодержащий сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена обладал следующими показателями:
содержание стирола - 75,0%
содержание малеиновой кислоты - 2,0-6,0%
бромное число - 13,0-20,0 г Br/100 г
кислотное число - 7,0-18,0 мг КОН/100 г
молекулярная масса - 1500-2800
Частичная замена ФАМ на низкомолекулярный стиролсодержащий сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена, модифицированный 2,0-6,0% малеиновой кислоты, позволяет придать композиции повышенные показатели по прочности и морозостойкость. Повышение прочностных показателей отвержденного композита вероятнее всего связано с тем, что в состав для низкомолекулярного сополимера введена малеиновая кислота. Это приводит к повышению кислотности среды, и не исключено явление синергизма, так как в качестве отверждающего агента в данной композиции используется бензолсульфокислота. Использование низкомолекулярного стиролсодержащего сополимера на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена, модифицированного 2,0-6,0% малеиновой кислоты, позволяет решить вопрос экологического характера. Это связано с тем, что малеиновая кислота содержится в отходах производства фталевого и малеинового ангидридов, которые и до настоящего времени не нашли своего применения.
Примеры
В составе для композиционного материала используют щепу различных пород древесины, освобожденную от коры и подвергнутую сушке, или отходы лесосечных работ. Рекомендуемые сочетания длин отдельных элементов щепы, %: 20-25 см - 2; 15-20 см - 8; 10-15 см - 54; 5-10 см - 35; менее 5 см - 1.
Приготовление древесно-полимерного композиционного материала осуществляли следующим образом.
На первом этапе осуществляли смешение смолы ФАМ с низкомолекулярным сополимером на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена, модифицированным малеиновой кислотой. Отдельно смешивали бензолсульфокислоту с многоатомным спиртом. Необходимость добавки многоатомного спирта в бензолсульфокислоту основана на том, что бензолсульфокислота при обычных условиях твердое вещество и для введения ее в смолу ФАМ необходимо ее расплавить (нагреть до 65°С). Добавка многоатомного спирта позволяет перевести бензолсульфокислоту в жидкое состояние, что облегчает ее ввод и смешение со смолой ФАМ. В дальнейшем приступали к последовательному смешению со смолой ФАМ, содержащей низкомолекулярный стиролсодержащий сополимер на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена, модифицированный малеиновой кислотой при постоянном перемешивании с сажей, стеклосечкой или распущенным стекложгутом, андезитовой мукой, древесной щепой и раствором бензолсульфокислоты в многоатомном спирте. Перемешивание полученной смеси проводили в течение 20-30 минут. Полученный состав укладывали в опалубку, подвергали вибрационному уплотнению и выдерживали при комнатной температуре в течение 24 ч. После чего помещали в термокамеру, где выдерживали в течение 6 часов при 60°С. После завершения процесса формы с образцами вынимали из шкафа и извлекали отвержденный древесно-полимерный композиционный материал из них. Испытания проводили после 24-часовой выдержки при нормальных условиях.
Состав для и свойства данного древесно-полимерного композиционного материала приведены в табл.1 и 2.
Матрица, представляющая собой отвержденную полимерную композицию на основе ФАМ, низкомолекулярного стиролсодержащего сополимера на основе кубовых остатков ректификации возвратного растворителя производства полибутадиена, модифицированного 2,0-6,0 мас.% малеиновой кислоты, эффективно защищает древесину от действия воды, влаги, загнивания, обеспечивает хорошую монолитность композиционного материала и герметичность.
Таблица 1
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
Известный
Предлагаемой
1
2
3
4
5
6
ФАМ (ТУ 6-05-1618-73)
17,0
14,0
17,0
20,0
17,0
17,0
17,0
Бензолсульфокислота (ТУ 6-14-25-79)
4,0
3,0
4,0
5,0
4,0
4,0
4,0
Низкомолекулярный стиролсодержащий сополимер
3,0
-
-
-
-
-
-
Модифицированный низкомолекулярный стиролсодержащий сополимер с содержанием малеиновой кислоты, мас.%:
2,0
-
-
-
3,0
-
-
4,0
1,0
3,0
5,0
-
-
3,0
6,0
-
-
-
3,0
-
Многоатомный спирт:
Глицерин
0,8
1,5
0,8
0,3
0,8
0,8
Этиленгликоль
-
-
-
-
-
-
0,8
Андезитовая мука (ТУ 6-12-101-81)
53,0
57
53,0
47
53,0
53,0
53,0
Сажа техническая (ГОСТ 7885-86) П 514 или др.
3,8
5,7
3,8
2,5
3,8
3,8
3,8
Щепа из древесины различных пород
18,0
17,5
18,0
19,7
18,0
18,0
18,0
Стеклосечка из жгута ЖСН-1-ПВТУ 34-60 или распущенный стекложгут и т.п.
0,4
0,3
0,4
0,5
0,4
0,4
0,4
Итого
100
100
100
100
100
100
100
Таблица 2
Показатели
Результаты испытаний композиционного материала по составам
Известной
Предлагаемой
1
2
3
4
5
6
Предел прочности МПа:
при сжатии (смятии)
80,0
80,4
85,2
86,3.
86,0
83,3
81,8
изгибе
30,0
30,1
30,9
33,4
32,2
31,7
31,0
скалывании
9,0
9,0
9,6
9,8
9,5
9,3
9,1
Модуль упругости, 10<sup>4</sup> МПа:
при сжатии
1,3
1,35
1,37
1,39
1,36
1,36
1,32
при изгибе
1,44
1,47
1,50
1,48
1,45
1,48
1,46
Предел выносливости, МПа
39,0
39,4
40,6
41,5
40,7
41,1
39,6
Коэффициент стойкости в воде
0,72
0,73
0,75
0,77
0,76
0,74
0,73
Морозостойкость, цикл.
420
420
445
450
440
430
425