Получение целлюлозосодержащего полимерного cуперконцентрата для производства древесно-полимерных композиционных материалов

Новые материалы лесопромышленного комплекса с использованием наноцеллюлозы

ПОЛУЧЕНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО ПОЛИМЕРНОГО СУПЕРКОНЦЕНТРАТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

древесно-полимерных композиционных материалов

С.А. КОНСТАНТИНОВА, гл. науч. сотрудник ФГУП «ГНЦЛПК», канд. биол. наук,

В.М. ЩЕЛОКОВ, зам. ген. директора ФГУП «ГНЦЛПК»,

ИВ. ВОСКОБОЙНИКОВ, зам. ген. директора ФГУП «ГНЦ ЛПК» по науке, д-р техн. наук

Добавление неорганических дисперсных армирующих агентов (наполнителей) к полимерным материалам позволяет создавать композиционные материалы с наименьшими затратами и улучшенными физико-механическими свойствами.

Использование неорганических наполнителей, таких как слюда, стекловолокно и т. д. сопряжено с рядом трудностей в процессе изготовления. В силу своих физических свойств эти абразивные наполнители значительно ускоряют износ рабочих органов оборудования, снижают сроки его эксплуатации. Компаунды на их основе являются хрупкими, обладают высокой удельной плотностью, что ограничивает число их потенциальных применений. Многих из вышеуказанных проблем удается избежать при использовании целлюлозосодержащих наполнителей.

Несмотря на то, что целлюлозные наполнители для полимерных термопластичных смол хорошо известны, до недавнего времени их использование ограничивалось неэффективным распределением частиц в термопластичной матрице. Это продиктовано отсутствием химической толерантности между наполнителем и матрицей в силу химических свойств этих веществ: применяемые смолы чаще всего гидрофобны и неполярны, а древесные частицы напротив - гидрофильны и полярны.

Поэтому при обычном введении древесных частиц в полимерную матрицу получаются наполненные полимерные системы, в которых роль наполнителя сводится к удешевлению цены конечного продукта, при этом полученные материалы обладают не очень высокими механическими свойствами, низкой стойкостью к внешним воздействиям и плохой технологичностью.

gnclpk@mail.ru,

От традиционных древесно-наполненных пластмасс древесно-полимерные композиционные материалы отличаются высоким (более 50 %) содержанием древесины по массе в составе общей композиции и соответствующим ее влиянием на свойства готового продукта. В случае, когда наполнителя немного, свойства получаемого материала определяются в основном свойствами самой обволакивающей его полимерной матрицы. А когда древесины становится больше, то свойства композита определяются свойствами матрицы, свойствами частиц древесины, характером связей между древесными частицами и матрицей, структурой полученного композита.

Порода древесины, из которой изготовлен дисперсный целлюлозный наполнитель, также имеет существенное значение. Например, надо учитывать, что выделение смолистых веществ при переработке хвойных пород древесины, в процессе производства может создавать ряд дополнительных трудностей.

Систематизация данных по применению целлюлозных наполнителей в термопластичных композициях позволила конкретизировать круг их приемлемых параметров как по условиям приготовления и переработки композиций, так и по природе древесины. В процессе производства большее значение имеют размер и форма древесных частиц. Наиболее часто используются древесная мука (дисперсность 0,01-1 мм) и опилки (от 1 до 8 мм), реже - стружка (10-20 мм) или частицы принудительных форм: чешуйчатые, волокнообразные и др. Мука с небольшим размером древесных частиц повышает жесткость, но ухудшает ударопрочность. Крупные частицы древесины повышают прочность, де-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

117

Новые материалы лесопромышленного комплекса с использованием наноцеллюлозы

лают продукт легче, их выгоднее применять с экономической точки зрения, но труднее вводить в композит, что снижает производительность перерабатывающего оборудования.

В качестве термопластичного полимерного связующего при изготовлении композиционных материалов обычно используют: полиэтилены (ПЭ), полипропилены (1111), сополимеры этилена с пропиленом и другими олефинами, сополимеры этилена с винилацетатом (сэвилены), полистирол и его сополимеры, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, полиамиды, их смеси или сплавы и другие (включая вторичные) термопластичные материалы с температурой переработки не выше температуры термоокислительной деструкции целлюлозного наполнителя.

Содержание термопластичной полимерной матрицы можно варьировать в широких пределах. Однако в зависимости от заданных технико-экономических характеристик получаемых композиций количественное содержание любого из компонентов имеет важное значение.

Одним из значимых аспектов, определяющих структурообразующие процессы в композите, является введение в его состав, непосредственно в производственном процессе, специальных добавок (до 10 %), что приводит к комплексному изменению физико-химических свойств состава: улучшению межфазной адгезии, снижению его вязкости, улучшению текучести, повышению удельных механических характеристик по сравнению с исходными компонентами.

В качестве традиционных целевых добавок обычно используют связующие и диспергирующие агенты, смазки, вспенивающие агенты, процессинговые добавки, антиоксиданты, противоударные модификаторы, световые стабилизаторы и пигменты, фунгициды, температурные стабилизаторы, огнезащитные средства и др.

Термопластичные древесно-полимерные композиционные материалы (ДПКМ) состоят из древесины, термопластичной базовой смолы, образующей полимерную матрицу, и комплекса технологических и функциональных добавок. Общие принципы

формирования рецептур ДПКМ совпадают с принципами формирования рецептур обычных термопластичных материалов. Добавки (аддитивы) используются из арсенала выработанного для экструзии и литья пластмасс, но в несколько иных соотношениях и, как правило, в больших количествах. Имеются необходимые разработки комбинаций добавок, специально разрабатываемых для переработки ДПКМ [1].

Перспективным является и использование древесного волокна по типу применяемого в производстве твердых ДВП, МДФ и бумаги, получаемых методом дефибриляции, т.е. расщепления древесины на волокна, в т.ч. из картонных и бумажных отходов (макулатуры).

Разработка и совершенствование составов (рецептур) является одной из наиболее актуальных тем научно-технической проблематики производства и применения композиционных материалов.

Основными задачами при разработке рецептур термопластичных ДПКМ являются обеспечение получения заданных свойств готовых продуктов с учетом их конкретных назначений, в т.ч. прочности, долговечности и т.д.; улучшение качества форм и поверхностей получаемых изделий; повышение скорости экструзии; снижение себестоимости изделий.

Качество экструдируемого профиля зависит от ряда взаимосвязанных факторов. В их числе качество исходного сырья, рецептура смеси (соотношение компонентов: смола и применяемые добавки); конструктивные особенности экструдера; технологические особенности и др.

Экструзионная смесь может быть получена 4-мя способами: смешением всех компонентов в экструдере (прямая экструзия); часть компонентов (смола, древесина и некоторые добавки) приготавливается в смесителе, остальные добавки вводятся в экструдер; все добавки или их часть вводятся в экструдер в пакетной форме; при экструзии используется готовый суперконцентрат (компаунд) в гранулированном или сыпучем виде.

Получение высоконаполненных композитов на основе термопластичных поли-

118

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

Новые материалы лесопромышленного комплекса с использованием наноцеллюлозы

мерных связующих и древесных волокон в первых трех случаях требует подготовки наполнителя, смешивания компонентов для последующего термоформования полученной композиции. Недостатками данных процессов является относительно низкая гомогенность смеси, необходимость соблюдения определенного порядка смешения дисперсных компонентов. При этом возможны колебания качества исходного сырья в различных партиях поставок, поэтому следует постоянно контролировать качество экструдируемого профиля и при необходимости, корректировать рецептуру смеси, что, в свою очередь, приводит к повышенной энергоемкости переработки и высоким эксплутационным затратам.

При четвертом способе система закрытая, и ее регулирования практически не требуется. В данном случае обеспечивается стабильный процесс экструзии, улучшаются физико-механические и эстетические свойства изделий, снижается токсичность процесса, уменьшаются показатели летучести, повышается эффективность транспортировки суперконцентрата к местам производства КМ.

Хотя механика процесса переработки термопластичных ДПКМ принципиально не отличается от процесса экструзии обычных пластмасс, есть обстоятельства, на которые следует обратить особое внимание: более высокая вязкость рабочей смеси, плохая смачиваемость древесных частиц расплавленной смолой, слабая адгезия между древесными частицами и базовой смолой, особенно при использовании полиолефиновых смол.

Поэтому при экструзии ДПКМ необходимо использование связующих агентов и достаточного количества смазок и других процессинговых агентов, облегчающих истечение расплава и обеспечивающих лучшее качество поверхностей, особенно кромочных элементов профиля. Эти же обстоятельства предъявляют и некоторые специфические требования к параметрам оборудования (система подготовки смеси, мощность, давление, конструкция и конфигурация шнеков экструдера и фильеры и т.д.).

Добавки для производства термопластичных ДПКМ условно можно разделить на

две группы: функциональные и технологические. К функциональным относятся добавки, определяющие свойства композита, к технологическим - влияющие на течение процесса. На практике одна и та же добавка может играть одновременно обе роли. Разработка рецептуры термопластичного ДПКМ

- это подбор нескольких необходимых добавок с учетом используемого оборудования и требований к качествам и свойствам выпускаемого продукта.

В настоящей работе при получении целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата и древесно-полимерных композиционных материалов на его основе использовали традиционное технологическое оборудование и материалы, что свидетельствует о промышленной применимости полученных результатов.

Целлюлозный наполнитель - древесная мука ГОСТ 16361-87;

Полиэтилен высокой плотности ГОСТ 16338-85, плотность 096 г/см3 , прочность при разрыве не менее 24МПа (239,1 кгс/см2), предел текучести при растяжении не менее

21,6 МПа;

Этиленвинилацетат (сэвилен) - ТУ-6

- 05-1636-97, марка 11908-125, содержание винилацетата 26-28 %, плотность 0,947 г/ см2 прочность при разрыве не менее 6 МПа.

Данный полиолефин, получают в результате сополимеризации этилена и мономера винилацетата. Добавление этиленвинилацетата в композиционную смесь изменяет реологические свойства композиционного состава, что проявляется в увеличении когезии, повышении вязкости и модуля жесткости при повышенной температуре, что, в свою очередь, способствует увеличению устойчивости к постоянным деформациям, большей упругости при низкой температуре; меньшей термической чувствительности, увеличению растяжимости и предела усталости. Высокие адгезионные свойства сэвилена обеспечивают его энергетическую совместимость с целлюлозосодержащими компонентами;

Сверхмолекулярный полиэтилен -CESTILENE HD - 1000, молекулярный вес не менее 4,5-106 г/моль.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

119

Новые материалы лесопромышленного комплекса с использованием наноцеллюлозы

Данный полиолефин обладает следующими свойствами: высокая прочность и ударная вязкость в широком диапазоне температур, высокие показатели по скольжению и износостойкости, высокая химическая стойкость к агрессивным средам, высокая светостойкость и водостойкость.

Линейный полиэтилен низкой плотности - ГОСТ 16337-77, плотность 0918 г/см3, прочность при разрыве не менее 32 МПа, предел текучести при растяжении не менее 10 МПа.

Данный полиолефин применяется для улучшения геометрической стабильности, улучшения механических свойств, улучшения устойчивости к низким температурам, уменьшения формирования микротрещин, уменьшения влагопоглощения.

Поливинилденфторид - кристаллический полиолефин, чрезвычайно стойкий к внешним воздействиям, обладающий следующими свойствами: высокая механическая стойкость, твердость, сопротивление к нагрузкам, в том числе при низких температурах, химическая стойкость, водостойкость, высокая допустимая температура работы (150 °С), высокое сопротивление к истиранию, физиологическая нейтральность, устойчивость к ультрафиолетовому облучению и атмосферным явлениям, хорошие свойства трибологии.

Молекула поливинилденфторида содержит два атома фтора, благодаря чему имеет высокий электроотрицательный поверхностный заряд, за счет которого образуется ориентированный адсорбционный слой между компонентами смеси;

Компатибилизатор в виде графт полиолефина на основе полиэтилена высокой плотности с привитым глицидилметакрила-том, марки «Олентен» (изготовитель ООО «Олента», технология ООО «Графт-Полимер» РФ). Использование данного препарата при получении КМ повышает эффективную совместимость между полимерной матрицей и целлюлозсодержащим наполнителем на основе хвойных пород древесины. Данные обстоятельства объясняются наличием в глици-дилметакрилате

СН2=С(СН3)СООСН2СН-СН2

\ /

О

метакриловой и эпоксидной групп, сочетающих химические свойства акрилатов, реагирующих со стиролом, акрилатами и др., и эпоксидов, реагирующих с аминами, фенолами, кетонами, карбоновыми кислотами, галогенсодержащими и спиртовыми группами, наиболее характерными для целлюлозы хвойных пород древесины.

При получении КМ на основе суперконцентрата и инженерных пластиков использовали: полипропилен (1111), полиамид (ПА), акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), стиролакрилонитрил (САН), полистирол общего назначения (ПСОН).

Для получения целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата и композиционных материалов на его основе использовалось лабораторное оборудование: измельчители для получения порошкообразных полимерных материалов, смеситель, озонаторы; шнековый экструдер; гранулирующая головка и другое оборудование, предназначенное для изготовления композиционных конструкционных материалов и осуществления оценки их технических характеристик: ГОСТ 11262-80 - для определения прочности и относительного удлинения при разрыве. Разрывная машина тип 1104000 производства Италии. Оценка испытываемых образцов композиционных материалов по водоплогла-щению осуществлялась с использованием технологических ванн и времени выдержки образцов 24 часа [3].

Процесс получения базового целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата заключался в пластификации при экструдировании следующих дисперсных компонентов: целлюлозного наполнителя, термопластичной полимерной матрицы, состоящей из полиэтилена высокой плотности, компатибилизатора в виде графт полиолефина на основе полиэтилена высокой плотности, к молекулярной структуре которого привит глицидилметакрилат - органическое соединение, содержащее метакриловые группы, и смазочного агента - смесь предваритель-

120

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

Новые материалы лесопромышленного комплекса с использованием наноцеллюлозы

но озонированных гомологов полиэтилена в виде сверхмолекулярного полиэтилена, линейного полиэтилена низкой плотности и этиленвинилацетата при соотношении их 1 : 3 : 5. В качестве графт полиолефина использовали полиэтилен с привитым органическим соединением, к метакриловым группам которого присоединены концевые эпоксидные группы, при этом использовали следующее мас. % содержание компонентов (табл. 1):

При озонировании названных компонентов использовали озоновоздушную смесь, при концентрации озона 5-15 % и процесс осуществляли при температуре не более 2535° С.

Соотношение компонентного состава для получения композиционного древеснополимерного материала на основе различных термопластичных полимерных матриц и суперконцентрата приведено в табл. 2.

В качестве полимерной матрицы использовали полиэтилен, полипропилен, полиамид, акрилонитрилбутадиенстирол, стиролакрилонитрил, или полистирол общего назначения.

Благодаря использованию в процессе пластификации перечисленной выше смеси (табл. 1) предварительно озонированных гомологов полиэтилена и указанного компати-билизатора при заданном содержании их в экструдируемом потоке обеспечивается эффективная энергетическая совместимость используемых дисперсных компонентов внутри потока, за счет:

- изменения поверхностных энергетических свойств используемых гомологов полиэтилена при их озонировании, в процессе которого в молекулярной структуре используемых полимеров происходит поверхностное формирование функциональных полярных групп: пероксидных и гидропероксидных, наличие которых способствует устойчивому образованию химических ковалентных и водородных связей между целлюлозосодержащими компонентами и полимерной матрицей;

- использования в составе смазочного агента смеси синергетически совместимых

гомологов полиэтилена при оптимально подобранном их соотношении;

- использования в составе компатиби-лизатора в виде графт полиолефина на основе полиэтилена высокой плотности, к молекулярной структуре которого привит глицидил-метакрилат, сочетающий химические свойства акрилатов, реагирующих со стиролом, акрилатами и др., и эпоксидов, реагирующих с аминами, фенолами, кетонами, карбоновыми кислотами, галогенсодержащими и спиртовыми группами;

- введения в поток экструдирования предварительно озонированного поливинил-денфторида, повышающего поверхностную активность компонентов внутри потока и снижающего фрикционные свойства последнего при контакте с технологическими узлами экструдера.

Использование полученного суперконцентрата на основе указанных ингредиентов в составе инженерных пластиков способствует созданию композиционных материалов инженерно-технологического назначения с заданными физико-механическими свойствами по прочности и влагостойкости.

Указанные выше преимущества полученного целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата на основе целлюлозных

Таблица 1 Базовый состав целлюлозосодержащего-

полимерного суперконцентрата

Наименование компонента Массовое % содержание компонентов

Полиэтилен высокой плотности 10-30

Смазочный агент 5,5-17,5

Графт полиолефин 2-6

Предварительно озонированный поливинилденфторид 0,5—1,3

Древесная мука Остальное

Т а б л и ц а 2

Соотношения компонентного состава при получении дПКМ

Наименование компонента Массовое % содержание компонентов

Суперконцентрат 30-70

Полимер 70-30

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

121

Новые материалы лесопромышленного комплекса с использованием наноцеллюлозы

наполнителей и термопластичной матрицы обосновываются известными процессами по изготовлению композиционных материалов на основе модифицированных [2, 4] полимерных компонентов.

Использование модифицированных полиолефинов приводит к синергизму адгезионной прочности компонентов, обеспечивая улучшение физико-механических свойств, недоступных каждому компоненту в отдельности.

Одним из методов модифицирования молекулярной структуры полиолефинов является их озонирование [4], способствующее образованию в них пероксидных и гидропе-роксидных групп, инициирующих радикальную прививочную сополимеризацию различных гомологов полиолефинов.

Известно, что для образования химически активных реакционноспособных групп на молекулярной поверхности полимеров, предпочтительно использовать поверхностную прививку ненасыщенной карбоновой кислоты и/или ангидрида ненасыщенной карбоновой кислоты, при этом процесс поверхностной прививки наиболее эффективен при использовании предварительно озонированных полиолефинов для повышения их химической активности [2].

Указанный ингредиентный состав используемых компонентов для получения целлюлозосодержащего-полимерного суперконцентрата и их процентное содержание оптимально. Изменение компонентов в композиционном составе приводит к ухудшению процесса адгезионной совместимости полиолефинов и целлюлозного наполнителя, а также технологических свойств получаемых КМ.

Разработанная смесь полиолефинов, используемых в смазочном агенте (лубрикан-те), оптимальна: по условиям обеспечения адгезионной совместимости компонентов с дисперсной средой полимерной матрицы и целлюлозсодержащего наполнителя; по условиям создания стабильного потока экструди-рования.

При уменьшении количества линейного полиэтилена низкой плотности и сэвилена

в составе смазочного агента происходит дестабилизация текучести многокомпонентной системы в экструзионном потоке и ухудшается дисперсия компонентов в процессе экстру-дирования. Увеличение этих компонентов в названном составе увеличит затратную часть на изготовление суперконцентрата и приведет к дестабилизации технических характеристик получаемых композиционных материалов.

Определенное количественное содержание компатибилизатора наиболее эффективно по затратной части и по эффективности его связующих свойств. Количественное содержание данного компатибилизатора оптимально по условиям получения целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата и композиционных материалов на его основе с заданными свойствами по прочности. Известно, что компатибилизаторы при получении композиционных материалов с использованием дисперсных целлюлозсодержащих компонентов являются модификаторами ударной прочности.

Указанное количественное поливи-нилденфторида оптимально по условиям использования фторированных агентов в процессе получения древесно-полимерных материалов. Использование фторполимеров в этих процессах уменьшает распад расплава в полиэтилене, снижает налипание линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) на стенке канала экструдера. Способность мигрирования фторполимеров к поверхности расплава стимулирует проскальзывание смеси в канале, снижает адгезию к металлу и разбухание экструдированного потока.

Процесс получения целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата осуществляют следующим образом: стандартные гранулы (3-5 мм) полиолефинов: сверхмолекулярный полиэтилен, линейный полиэтилен низкой плотности и этиленвинилацетат предварительно измельчают до требуемой дисперсности от 100 мкм до 1000 мкм. Измельченные в порошок поступают в бункер загрузки озонатора, в котором осуществляют газохимическую модификацию каждого компонента при содержании озона (Оз) аг 5 % до15 % и температуре, предпоч-

122

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

Новые материалы лесопромышленного комплекса с использованием наноцеллюлозы

тительно 30 °С. В процессе озонирования на поверхности молекулярных структур полиолефинов формируются функциональные пероксидные и гидропероксидные группы. При озонировании использовали следующие порошки: сверхмолекулярный полиэтилен

дисперсностью 150 мкм в количестве 0,12 кг, линейный полиэтилен низкой плотности дисперсностью 300 мкм в количестве 0,38 кг, сэ-вилен - дисперсностью 300 мкм в количестве 0,63 кг.

После озонирования указанные порошкообразные компоненты смешивались с порошкообразным полиэтиленом высокой плотности, древесной мукой и компатибили-затором в смесителе (табл. 3).

В качестве контрольных материалов использовались смазочные агенты в виде смеси немодифицированных гомологов полиэтилена с добавлением компатибилизатора (табл. 4) и без него (табл. 5).

Полученные после смешивания композиционные составы, приведенные в табл. 1-3, подвергались пластификации путем их экструдирования с использованием лабораторного шнекового экструдера. В результате чего на выходе из экструдера количество суперконцентратов составило 10 кг, 9,5 кг и 9 кг соответственно. Потери составили 1 %, 5,95 % и 10,9 % масс. %.

Данные результаты свидетельствуют о недостаточности энергетической эффективности смазочных агентов в контрольных образцах № 2 и № 3. Отсутствие компатиби-лизатора в контрольном образце № 3 и использование в контрольных образцах № 2 и № 3 смазочного агента в виде немодифицированных полиолефинов свидетельствует об ухудшении дисперсии компонентов в экструзионном потоке и его текучести.

Физико-механические свойства полученных образцов № 1 и № 2 оценивали по силе адгезии к алюминиевой фольге и ткани. Данные оценочные испытания необходимы для определения последующих физико-механических свойств композиционных материалов. Для определения силы адгезии использовали пластичные гранулы суперконцентратов

Таблица 3

Количественный расход компонентов при производстве базового целлюлозосодержащего-полимерного суперконцентрата. Образец № 1

Наименование компонента Коли- чество

Полиэтилен высокой плотности 2 кг

Компатибилизатор 0,4 кг

Целлюлозный наполнитель (древесная мука) 6,47 кг

Предварительно озонированный сверхмолекулярный полиэтилен 0,12 кг

Предварительно озонированный линейный полиэтилен низкой плотности 0,38 кг

Предварительно озонированный сэвилен 0,63 кг

Предварительно озонированный поливинил-денфторид 0,1 кг

Общее количество смеси 10,1 кг

Т а б л и ц а 4

Количественный расход компонентов при создании целлюлозосодержащего-полимерного суперконцентрата на основе немодифицированных гомологов полиэтилена с добавлением компатибилизатора. Образец № 2

Наименование компонента Коли- чество

Полиэтилен высокой плотности 2 кг

Компатибилизатор 0,4 кг

Целлюлозный наполнитель (древесная мука) 6,47 кг

Сверхмолекулярный полиэтилен 0,12 кг

Линейный полиэтилен низкой плотности 0,38 кг

Сэвилен 0,63 кг

Поливинилденфторид 0,1 кг

Общее количество смеси 10,1 кг

Т а б л и ц а 5

Количественный расход компонентов при создании целлюлозосодержащего-полимерного суперконцентрата на основе немодифицированных гомологов полиэтилена без добавления компатибилизатора. Образец № 3

Наименование компонента Коли- чество

Полиэтилен высокой плотности 2 кг

Целлюлозный наполнитель (древесная мука) 6,47 кг

Сверхмолекулярный полиэтилен 0,12 кг

Линейный полиэтилен низкой плотности 0,38 кг

Сэвилен 0,63 кг

Поливинилденфторид 0,1 кг

Общее количество смеси 9,7 кг

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

123

Новые материалы лесопромышленного комплекса с использованием наноцеллюлозы

Таблица 6

Свойства целлюлозонаполненных термопластичных композиционных материалов на базе различных инженерных пластиков

Наименование показателей ПП: К1*/ПП:К2** ПА: К1/ПА:К2 АБС: К1/ АБС: К2 САН: К1/ САН: К2 ПСОН: К1/ ПСОН: К2

70 %: 30 % 50 %: 50 % 70 %: 30 % 50 %: 50 % 70 %: 30 % 50 %: 50 % 70 %: 30 % 50 %: 50 % 70 %: 30 % 50 %: 50 %

Плотность, г/см 3 1,16/1,05 1,22/1,1 1,24/1,12 1,4/1,3 1,05/1,0 1,12/1,05 1,07/1,0 1,12/1,1 1,05/1,0 1,13/1,1

Прочность при растяжении, МПа 32/30 34/32 43/40 38/35 49/45 37/33 68/65 72/69 54/50 46/42

Изгибающее напряжение при максимальной нагрузке, МПа, не менее 50/45 54/48,7 90/82 110/99 65/58,5 70/63 90/82 110/99 90/82 67/60,5

Относительное удлинение при разрыве, % 78,65/ 70,7 65/58 19/17,1 15/13,5 68,3/ 61,5 54,3/ 48,9 26/23,5 16/14,5

Водопогдощение, % в воде за 24 часа при + 23 оС - - 1,2/1,3 0,9/1,04 1,2/1,38 0,9/1,04 1,2/1,38 0,91,04 1,2/1,38 0,9/1,05

*К1-суперконцентрат на основе целлюлозных наполнителей и термопластичной матрицы, полученный в образце № 1; **К2-суперконцентрат на основе целлюлозных наполнителей и термопластичной матрицы, полученный в образце № 2.

диаметром не менее 0,05 мм. Al-фольгу размером 10 х 10 см2, ткань (хлопок) размером 10 х 10 см2. В результате исследований сила адгезии суперконцентратов составила:

образец № 1 - 600 г/ см2 к Al-фольге, 2600 г/ см2 к ткани;

образец № 2 - 300 г/ см2 к Al-фольге, 1500 г/ см2 к ткани.

Полученные после охлаждения гранулы суперконцентратов № 1 и № 2 использовались для получения композиционных материалов на базе следующих пластиков: полипропилен (1111), полиамид (ПА), акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), стиролакрилонитрил (САН), полистирол общего назначения (ПСОН) при содержании каждого названного пластика в количестве 30 и 50 мас. % и суперконцентратов № 1 и № 2 - 70 и 50 мас. % соответственно.

Полученные композиционные материалы и результаты их испытаний приведены в табл. 6.

Из приведенных в табл. 6 результатов следует, что использование целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата, для получения различных композиционных ма-

териалов приводит к повышению прочности и влагостойкости материалов, предлагаемых для создании качественных конструкционных, защитных, износостойких облегченных изделий, для изготовления деталей и узлов оборудования, изделий общетехнического и инженерно-технического назначений, электроизоляционных материалов, стойких к действию агрессивных сред, климатических условий, динамических нагрузок, знакопеременных температур.

Библиографический список

1. Клесов, А.А. Древесно-полимерные композиты; пер. с англ. / А. А. Клесов. - СПб./ НОТ. - 2010. - 736 с.

2. Волков, В.П. и др. Способ получения модифицированных полиолефинов; патент на изобретение РФ № 2359978, МКИ: C08F255/02, ООО ГрафтПолимер. Опубликовано 27.06.2009г.

3. Stark, N. “Influence of Moisture Absorption on Mechanical Properties of Wood Flour-Polypropylene Composites.” Journal of Thermoplastic Composite Materials 14, 2001

4. DuBois, D. A./ Telechelic polymers are produced by ozonation degradation of diene polymers/ US Patent № 6420490, IC: C08F 8/32/Kraton Polymers U.S. LLC / Published 16.06.2002

124

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012