Древесно-полимерная композиция и способ ее получения

 

Изобретение относится к технологии получения древесно-полимерных композиций и может быть использовано в промышленности строительных материалов, мебельной промышленности, машиностроении и других отраслях промышленности. Техническим результатом является повышение физико-механических свойств древесно-полимерных композиций и упрощение технологии их получения, для чего древесно-полимерная композиция дополнительно содержит полиэлектролит, сшивающий агент и органическую перекись при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсный древесно-растительный наполнитель 70 - 90; термопластичное полимерное связующее 5 - 30; полиэлектролит 0,5 - 2,0; сшивающий агент 0,5 - 5,0; органическая перекись 0,5 - 2,0; целевые добавки - остальное. В качестве сшивающего агента предпочтительно использование диметакрилата триэтиленгликоля или диметакрилата этиленгликоля. Причем для получения древесно-полимерной композиции древесно-растительный наполнитель в процессе его измельчения обрабатывают полиэлектролитом, а в процессе и/или после сушки его пропитывают сшивающим агентом, после чего сухой обработанный древесно-растительный наполнитель перемешивают с остальными высушенными компонентами композиции в смесителе до получения однородной смеси. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к технологии высоконаполненных композиционных материалов и изделий на основе дисперсных древесно- растительных наполнителей и термопластичных связующих и может быть использовано в промышленности строительных материалов, мебельной промышленности, машиностроении и других отраслях промышленности.

Известна композиция, включающая (мас.%): Древесные опилки - 70-90; Порошкообразный первичный сверхмолекулярный полиэтилен - 10-30.

(Патент РФ N 2016022, кл. C 08 L 97/02, 1994 г.).

Недостатком указанной композиции является относительно невысокий уровень физико-механических свойств, низкая водо- и биостойкость.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является древесно-полимерная композиция, включающая трибоактивированный дисперсный древесно-растительный наполнитель с величиной остаточного удельного заряда 5·10^-7-5·10^-5 Кл/кг и величиной времени релаксации остаточного удельного заряда 0,05-1 к/с, термопластичное полимерное связующее, дисперсный неорганический материал с основными свойствами поверхности и размером частиц не более 20 мкм в качестве неорганической добавки и традиционные целевые добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%: Трибоактивированный древесно-растительный наполнитель - 50-92; Неорганическая добавка - 0,1-10; Традиционные целевые добавки - 0,3-8; Термопластичное полимерное связующее - Остальное.

(Патент РФ N 2081135, кл. C 08 L 97/02, 1995 г.).

Недостатком такой композиции являются низкие физико-механические свойства материалов, сложность технологии получения древесно-полимерных композиций.

Целью настоящего изобретения является повышение физико-механических свойств древесно-полимерных композиций и упрощение технологии их получения.

Поставленная цель достигается тем, что древесно-полимерная композиция, включающая дисперсный древесно-растительный наполнитель, термопластичное полимерное связующее, целевые добавки, дополнительно содержит полиэлектролит, сшивающий агент и органическую перекись при следующем соотношении компонентов, мас.%: Дисперсный древесно-растительный наполнитель - 70-90; Термопластичное полимерное связующее - 5-30; Полиэлектролит - 0,5-2,0;
Сшивающий агент - 0,5-5,0;
Органическая перекись - 0,5-2,0;
Целевые добавки - Остальное
По предлагаемому техническому решению в качестве древесного наполнителя могут служить древесная стружка, отходы лесопиления, фанерного, мебельного, деревоперерабатывающих производств, технологическая щепа по ГОСТ 17642-77, а также другие отходы растительного происхождения, например рисовая шелуха.

В качестве связующего используются полиэтилен низкого и высокого давления, полипропилен и сополимеры пропилена, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, полибутилентерефталат, полиэтилентерефталат и/или их смеси как первичных, так и вторичных полимеров.

В качестве полиэлектролита используют поли-N,N-диаллил-N,N- диметиламмоний хлорид с мол. массой 10000-400000 и полиэтиленсульфокислоту с мол. массой 20000-30000. Полиэлектролиты используют в виде водных растворов, имеющих практически неограниченный срок хранения.

Сшивающими агентами могут служить диметакрилат триэтиленгликоля и диметакрилат этиленгликоля и/или их смеси. Выбор сшивающих агентов обоснован, во-первых, тем, что они являются жидкими, что дает возможность распределять их малые количества в композиции, а, с другой стороны, они нелетучи и нетоксичны, в отличие от таких известных сшивающих агентов как стирол, винилтолуол и др. (Л.Н.Седов, З.В.Михайлова. Ненасыщенные полиэфиры. Москва, Химия, 1977, с. 12-13, 155-158).

В качестве органической перекиси - инициатора радикальной полимеризации - используют перекись бензоила и гидроперекись кумила.

В качестве целевых добавок используют стеараты кальция, цинка и т.п., а также известные пластификаторы для поливинилхлорида, например дибутилфталат.

Введение полиэлектролита в композицию обеспечивает электростатическое взаимодействие наполнителя и полимерного связующего, уплотняет смесь и обеспечивает межчастичное взаимодействие через тонкие прослойки связующего.

При термообработке происходит плавление термопласта и омоноличивание массы, одновременно инициируются реакции поперечного сшивания макромолекул термопласта между собой и с сшивающим агентом (мономером), образуя трехмерную пространственную структуру. Находящийся в порах и капиллярах наполнителя мономер отверждается и, с одной стороны, повышает адгезию древесной частицы к термопласту за счет химического сродства, а с другой, повышает плотность и непроницаемость наполнителя. Суммарным результатом является повышение целого ряда физико-механических свойств композиции.

Известен способ получения экологически чистой древесно-полимерной композиции на основе термопластичного полимерного связующего и дисперсного древесно-растительного наполнителя, включающий сушку, модифицирование, осуществляемое трибоактивацией электрического состояния частиц древесно-растительного наполнителя в течение 2-1200 с при температуре 10-220^oC, смешение, термоформование и предварительное определение характеристических параметров компонентов. (Патент РФ N 2081135, кл. C 08 L 97/02,1995 г.).

Недостатком известного способа является ограниченный период сохранения эффекта предварительной трибоактивации наполнителя, что приводит к потере заданных физико-механических свойств композиции и усложнению технологии их получения.

Целью настоящего изобретения является повышение физико-механических свойств древесно-полимерных композиций и упрощение технологии их получения.

Поставленная задача в части способа получения древесно-полимерной композиции на основе термопластичного полимерного связующего и дисперсного древесно-растительного наполнителя, включающем измельчение древесно-растительного наполнителя, сушку компонентов композиции, их смешение и термоформование, древесно-растительный наполнитель перед сушкой, в процессе его измельчения обрабатывают полиэлектролитом, а в процессе сушки его пропитывают сшивающим агентом, после чего сухой обработанный древесно-растительный наполнитель перемешивают с остальными высушенными компонентами композиции в смесителе до получения однородной смеси.

Проведенный анализ уровня техники и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков в заявленной древесно-полимерной композиции и способе ее получения, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Способ осуществляют следующим образом. Измельченный древесный наполнитель, преимущественно влажный, обрабатывают полиэлектролитом и сушат. Затем сухой наполнитель пропитывают мономером, причем пропитка может быть осуществлена на завершающей стадии сушки древесного наполнителя, например, непосредственно перед циклоном-осадителем или в дозаторе бункера сухой стружки. Далее изготовленный наполнитель смешивается с остальными компонентами смеси, также поступающими через дозирующие устройства. При необходимости осуществляют предварительное смешение термопластичного полимера с перекисью и целевыми добавками. Полученную композицию затем перерабатывают методом прессования и экструзии.

Составы древесно-полимерной композиции приведены в таблице 1. В таблице 2 и 3 приведены режимы переработки экструзией и прессования соответственно. Свойства полученных композиций (плит) приведены в таблице 4 (см. в конце описания).

Как видно из таблицы 4, лучшими физико-механическими показателями обладает композиция по примеру 1, что и ожидалось, т.к. данная композиция содержит высокий процент связующего. Однако такая композиция не имеет перспектив применения из-за высокой стоимости входящего в нее связующего. Увеличение содержания наполнителя более 90% (пример 6) привело к тому, что получить качественную плиту не удается, плита не оформляется.

Увеличение сшивающего агента выше 5 мас.% экономически не выгодно из-за его высокой стоимости, а снижение содержания менее 0,5% неэффективно и не отражается ни на сокращении цикла прессования, ни на свойствах композиций.

Экспериментом были установлены оптимальные пределы содержания в композиции полиэлектролита. При содержании его менее 0,5 мас.% уплотнение древесно-полимерной массы не наблюдается. Эффект уплотнения композиции наблюдается при введении полиэлектролита в количестве до 2,5 мас.%. Далее увеличение содержания его в композиции не отражается на плотности древесно-полимерной массы.

Формула изобретения

1. Древесно-полимерная композиция, включающая дисперсный древесно-растительный наполнитель, термопластичное полимерное связующее, целевые добавки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиэлектролит, сшивающий агент и органическую перекись при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дисперсный древесно-растительный наполнитель - 70 - 90
Термопластичное полимерное связующее - 5 - 30
Полиэлектролит - 0,5 - 2,0
Сшивающий агент - 0,5 - 5,0
Органическая перекись - 0,5 - 2,0
Целевые добавки - Остальное
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве сшивающего агента она содержит диметакрилат триэтиленгликоля и/или диметакрилат этиленгликоля.

3. Способ получения древесно-полимерной композиции на основе термопластичного полимерного связующего и древесно-растительного наполнителя и целевых добавок, включающий измельчение древесно-растительного наполнителя, сушку компонентов композиции, их смешение и термоформование, отличающийся тем, что древесно-растительный наполнитель в процессе измельчения перед сушкой обрабатывают полиэлектролитом, а в процессе и/или после сушки его пропитывают сшивающим агентом, после чего сухой обработанный древесно-растительный наполнитель перемешивают с остальными высушенными компонентами композиции в смесителе до получения однородной смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2