Способ изготовления изделий из лигноцеллюлозных полимерных композиционных материалов



 


Владельцы патента RU 2582498:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к производству лигноцеллюлозных полимерных композиционных материалов и изделий на их основе. Выполняют сушку компонентов, их подготовку и смешение, формирование изделий при нагревании термопластичного полимера. В качестве матрицы используют термопластичный полимер в количестве 80-20 вес.%. В качестве наполнителя используют шелуху гречихи в воздушно-сухом состоянии в количестве 20-80 вес.%. В смесь дополнительно вводят технологические добавки в количестве 8-10% от веса смеси. В качестве добавки используют антиокислитель и/или УФ-стабилизатор и/или УФ-поглотитель и/или смазочное вещество и/или минеральный наполнитель и/или краситель и/или огнестойкий компонент и/или термостабилизатор и/или вспениватель. В качестве термопластичного полимера используют отходы термопластического материала или продукты переработки использованных изделий из него. Улучшаются физико-механические и эксплуатационные свойства и экологичность готовой продукции. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к производству лигноцеллюлозных полимерных композиционных материалов и изделий на их основе и может быть использовано для получения строительных, конструкционных и отделочных материалов, а также для изготовления мебели, товаров бытового и промышленного назначения. Например, заявляемое изобретение может быть использовано для изготовления материала для внутреннего применения, такого как настилочный материал, облицовочный материал, обкладочный материал, звукоизоляционная стенка и фурнитура, вид добавок варьируется в соответствии с видом материала и областью его применения.

Тенденция последнего времени - широкое применение древесно-полимерных композиционных материалов (ДНК) на основе термопластичных связующих, которые обеспечивают большую экологичность материала по сравнению с древесно-стружечными и волокнистыми материалами на основе термореактивных смол; возможность вторичной переработки ДНК; использования различных лигноцеллюлозных наполнителей, а также вторичного полимера. ДНК характеризуется высокими показателями механической прочности, низким водопоглощением, устойчивостью к действию внешней среды и агрессивным биологическим факторам. Доступность и дешевизна исходного сырья, простота аппаратурного оформления технологических процессов, хорошие потребительские свойства, возможность получать готовые изделия формованием из расплава - все это в целом определило успешное развитие производства древесно-полимерных композитов.

Основными технологическими проблемами в производстве ДНК является совмещение гидрофильной основы древесного наполнителя с гидрофобной полимерной матрицей. В настоящее время эта задача решается за счет введения в рецептуру композита разнообразных химических веществ: совместителей (компатибилизаторов), аппретов, технологических добавок, улучшающих реологию расплава, внешних и внутренних смазок, красителей, добавок, улучшающих механические свойства (ударную вязкость, предел прочности и пр.). Многие из этих веществ небезупречны с точки зрения экологичности, что ставит под сомнение и экологичность композита в целом.

Известен способ получения полимерных композитов, включающий сушку компонентов, их подготовку и смешение с последующим термоформованием изделий, при этом наполнитель перед сушкой обрабатывают водным раствором реагента ПАФ13А (см. патент РФ №2493184, дата публикации 20.09.2013).

Недостатком известного технического решения является низкая экологичность готовой продукции из-за необходимости применения различных химических добавок, а также повышенная трудоемкость изготовления в силу необходимости предварительной обработки наполнителя (измельчение, сушка, отмывка и/или пропитка).

В качестве ближайшего аналога принят способ изготовления изделий из лигноцеллюлозных полимерных композиционных материалов, включающий сушку компонентов, их подготовку и смешение, с формированием изделий при нагревании полимерного компонента (см. патент РФ №2493180, 20.09.2013).

К основным недостаткам ближайшего аналога относится сложность технологии предварительной обработки наполнителя: предварительная дегидратация, необходимость отделения сердцевины от волокна, промывка волокна достаточным количеством воды, трамбование увлаженного волокна предпочтительно деревянным рабочим органом, т.к. металлическая машина может привести к чрезмерной деформации волокон. Реализация столь сложной последовательности действий требует дополнительного технологического оборудования, а следовательно, увеличивает капитальные затраты и удорожает процесс.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение экологически чистых материалов и изделий с высоким уровнем технических характеристик при использовании дисперсного лигноцеллюлозного наполнителя, а именно шелухи (лузги, плодовых оболочек) гречихи с различными термопластичными связующими, с добавками и без.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении экологичности готовой продукции за счет увеличения доли используемого отхода переработки гречихи и минимального использования химических добавок в технологии производства и получение материалов и изделий с высоким уровнем технических характеристик. Кроме того, использование природных красителей полифенольной природы, извлеченных из гречневой шелухи расплавом полимера, позволяет придать готовой продукции различные оттенки коричневого цвета.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления изделий из лигноцеллюлозных полимерных композиционных материалов, включающем сушку компонентов, их подготовку и смешение, с формированием изделий при нагревании термопластичного полимера, в качестве матрицы используют термопластичный полимер в количестве 80-20 вес.%, а в качестве наполнителя используют шелуху гречихи, предпочтительно в воздушно-сухом состоянии, в количестве 20-80 вес.%.

Кроме того, в смесь дополнительно вводят технологические добавки в количестве 8-10% от веса смеси, причем в качестве добавки используют антиокислитель, и/или УФ-стабилизатор, и/или УФ-поглотитель, и/или смазочное вещество, и/или минеральный наполнитель, и/или краситель, и/или огнестойкий компонент, и/или термостабилизатор, и/или вспениватель.

Кроме того, в качестве термопластичного полимера используют отходы термопластического материала или продукты переработки использованных изделий из него.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «в качестве матрицы используют термопластичный полимер» обеспечивает повышение экологичности готовой продукции за счет возможности использования отходов термопластического материала или продуктов переработки использованных изделий из него.

Признак «в качестве наполнителя используют шелуху гречихи, предпочтительно в воздушно-сухом состоянии» обеспечивает повышение экологичности готовой продукции за счет увеличения доли используемого отхода переработки гречихи.

Шелуха гречихи (лузга, плодовые оболочки) является доступным, дешевым сырьем (многотоннажным отходом сельскохозяйственного производства), характеризующимся стабильными размерно-составными свойствами, более низкой по сравнению с древесиной естественной влажностью и воспламеняемостью, наличием естественных гидрофобизаторов и красителей полифенольной природы.

Признаки «термопластичный полимер в количестве 80-20 вес.%, в качестве наполнителя используют шелуху гречихи в количестве 20-80 вес.%» обеспечивает получение материалов и изделий с высоким уровнем технических характеристик.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Для реализации способа использовали стандартное оборудование.

Предварительно производят сушку и подготовку шелухи гречихи.

Шелуха гречихи одинакового происхождения однородна по своему составу и может использоваться в воздушно-сухом состоянии для измельчения и последующего получения композита.

Шелуха гречихи в воздушно-сухом состоянии достаточно хрупкая и может измельчаться в ножевых мельницах или дробилках невысокой мощности. Хрупкость и измельчаемость шелухи растет при подсушивании.

Для изделий крупных размеров шелуха гречихи может использоваться без измельчения, диспергирование может происходить во время процесса смешения в расплаве.

Подготовленную шелуху гречихи в воздушно-сухом состоянии с влажностью не более 15% в количестве 20-80 вес.% подают в дозирующее устройство экструдера и перерабатывают смешением в расплаве при температуре более 120°C с 80-20 вес.% термопластичного полимера. В качестве термопластичного полимера может выступать полиэтилен, полипропилен, полистирол и поливинилхлорид.

Далее можно получать погонажные изделия экструзией или получать гранулы композита для переработки другими методами.

Также в лигноцеллюлозный полимерный композиционный материал на этапе смешения компонентов можно включать добавки при соотношении их веса к весу смеси до 8-10%, причем в качестве добавки используют антиокислитель, и/или УФ-стабилизатор, и/или УФ-поглотитель, и/или смазочное вещество, и/или минеральный наполнитель, и/или краситель, и/или огнестойкий компонент, и/или термостабилизатор, и/или вспениватель.

Пример 1

40 кг линейного полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), в виде гранул размером 3-5 мм и 60 кг измельченной шелухи гречихи в воздушно-сухом состоянии, с влажностью 9,5% и размером частиц 300-500 мкм, смешивают в расплаве в двухшнековом экструдере с соотношением L/D=40 при температуре цилиндра 200°C, температура формующей головки -200°C. Из полученного материала получали образцы для механических испытаний литьем под давлением.

Пример 2

60 кг линейного ПЭВП, в виде гранул размером 3-5 мм и 40 кг измельченной шелухи гречихи в воздушно-сухом состоянии с влажностью 9,5% и размером частиц 300-500 мкм, смешивают в расплаве в двухшнековом экструдере с соотношением L/D=40 при температуре цилиндра 200°C, температура формующей головки - 200°C. Из полученного материала получали образцы для механических испытаний литьем под давлением.

Пример 3

80 кг линейного полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), в виде гранул размером 3-5 мм и 20 кг измельченной шелухи гречихи в воздушно-сухом состоянии с влажностью 9,5% и размером частиц менее 160 мкм, смешивают в расплаве в двухшнековом экструдере с соотношением L/D=40 при температуре цилиндра 200°C, температура формующей головки - 200°C. Из полученного материала получали образцы для механических испытаний литьем под давлением.

Параметры литья и сравнительные характеристики наиболее распространенных изделий из ДНК (данные производителей) с лигноцеллюлозными полимерными композиционными материалами из вышеуказанных примеров приведены в табл.1 и 2.

Разработанная технология позволяет получать экологически чистые древесно-наполненные пластмассы и изделия на их основе с высокими эксплуатационными характеристиками методами прессования, экструзии, каландрирования и литья. Принятые технические и технологические приемы позволяют получить широкую номенклатуру изделий для мебельной, строительной, машиностроительной, авиационной и судостроительной, авто- и вагоностроительной отраслей.

Применение настоящего изобретения в промышленности позволит модернизировать предприятия по производству ДПК на экологически чистую продукцию.

1. Способ изготовления изделий из лигноцеллюлозных полимерных композиционных материалов, включающий сушку компонентов, их подготовку и смешение, с формированием изделий при нагревании термопластичного полимера, отличающийся тем, что в качестве матрицы используют термопластичный полимер в количестве 80-20 вес.%, а в качестве наполнителя используют шелуху гречихи, предпочтительно в воздушно-сухом состоянии, в количестве 20-80 вес.%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят технологические добавки в количестве 8-10% от веса смеси, причем в качестве добавки используют антиокислитель и/или УФ-стабилизатор и/или УФ-поглотитель и/или смазочное вещество и/или минеральный наполнитель и/или краситель и/или огнестойкий компонент и/или термостабилизатор и/или вспениватель.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термопластичного полимера используют отходы термопластического материала или продукты переработки использованных изделий из него.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к технологии получения древесно-полимерных композиций. Описан способ получения теплоизоляционного материала на основе древесных и термопластичных отходов, включающий смешение наполнителя, связующего и химической добавки, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют древесную технологическую щепу толщиной 4±2 мм, в качестве связующего используют термопластичные пластмассы, состоящие из полиэтилентерефталата (ПЭТ), полистирола (ПС), полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и полиэтилена высокого давления (ПЭВД) полимеров, в качестве химической добавки используют вспенивающий агент азодикарбонамид (ADC), предварительно смешанный со связующим, при этом смешение наполнителя и связующего с химической добавкой осуществляют при температуре 215±15°C, при соотношении всех компонентов смеси, масс.%: ПЭТ 11-13, ПС 12-14, ПЭНД 11-13, ПЭВД 10-13, азодикарбонамид 1-2, технологическая щепа 55-45, после смешения всех компонентов полученную смесь заливают в формы, формы закрывают крышкой, фиксируют запорами и выдерживают в течение 20-30 мин.
Изобретение относится к водной связующей композиции, содержащей, по меньшей мере, один синтетический полимер и от 1 до 99 мас.% люпинового белка на основе соотношения сухих веществ.

Группа изобретений относится к адгезивной композиции, компонентному объекту, содержащему адгезивную композицию, к способу получения адгезивной композиции, к композиции, полученной способом по изобретению, к способу склеивания адгезивной композицией.
Изобретение относится к композиции клея, включающей сою, аддукт амин-эпихлоргидрина (АЭ) и изоцианат, где аддукт АЭ включает полиамидоамин-эпихлоргидриновый полимер (ПАЭ); изоцианат включает поли(гексаметилендиизоцианат) (пГДИ) или поли(метилендифенилдиизоцианат); соотношение сухая масса аддукта АЭ/сухая масса изоцианата составляет от 10:1 до 1:1 и соотношение соя/общее содержание компонента аддукта АЭ и изоцианатного компонента в композиции составляет от 1:2 до 10:1.

Изобретение относится к области полимерных композиций с органическими наполнителями и технологиям их получения и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении.

Изобретения могут быть использованы в области строительства. Способ ацетилирования элементов из древесины, включает стадии, где элементы (а)обрабатывают уксусным ангидридом при температуре 30-190°C при давлении от атмосферного до 15 бар изб.

Изобретение относится к композициям для изготовления древесно-стружечных плит. Композиция включает вещества при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбамидоформальдегидная смола - 9,200-11,220, отвердитель - 0,092-0,112, средство для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы - 0,449-0,920 и древесную стружку - остальное.

Изобретение относится к клеевой композиции, способу склеивания первого изделия со вторым, способу получения композитного материала и изделию, полученному с применением клеевой композиции.

Изобретение относится к способу получения биомассы, гидролизуемой при выработке энергии. Композицию биомассы из 5- и 6-углеродных сахаров, лигнина и целлюлозы подвергают обработке водяным паром взрывным способом.
Изобретение относится к экологичной плите, в частности к экологичной плите с нулевым выбросом углекислого газа при ее изготовлении и высоким содержанием волокон, синтезированной из порошка из негодных печатных плат, а также к способу изготовления такой плиты.

Изобретение относится к способу получения огнестойкого целлюлозного материала, применяемого в качестве строительных плит, и устройству для его осуществления. Способ включает переработку волокон целлюлозы с получением смеси волокон с последующим приготовлением увлажненной смеси из смеси волокон и огнезащитного раствора.
Изобретение относится к отделочным строительным материалам и касается ламинированной декоративной плиты. Содержит сердцевину из волокнистого или стружечного материала.

Изобретение относится к способу изготовления древесных плит, включающему помещение древесного сырья в емкость с водой, которое подвергают кавитационной обработке.
Настоящее изобретение относится к способу получения полимерного материала, наполненного длинными волокнами. Волокна имеют остаточную влажность от 5 до 8% и минимальную длину более чем 2 мм.

Изобретение относится к слоистому материалу, такому как многослойные древесно-стружечные плиты, и способу его изготовления. В древесной плите по меньшей мере с тремя слоями из древесного материала, по меньшей мере один средний слой которой состоит из смеси из древесного материала и вспененного пластика (3), средний слой дополнительно содержит по меньшей мере один вспененный природный материал (4).
Изобретение относится к производству пробковых плит, используемых для изоляции поверхностей холодильного оборудования, а также в качестве теплоизоляционного материала в строительстве.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и касается древесностружечной плиты (ДСП) со средним слоем из дефибрированных древесных частиц. Содержит нижний слой, состоящий из первого количества древесных частиц с различными размерами частиц, промежуточный слой, состоящий из второго количества древесного материала, и верхний слой, состоящий из третьего количества древесных частиц с различными размерами частиц.
Изобретение относится к древесноволокнистой плите и способу ее изготовления. Древесноволокнистая плита содержит только древесные волокна, полиакриламидную смолу, которая представляет собой амфотерно-ионную смолу, содержащую мономеры с катионными группами и мономеры с анионными группами в соотношении от 7:3 до 3:7, на основании мольного соотношения, и имеющую молекулярную массу в пределах от 800000 до 3000000, и катионный парафин.
Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к изготовлению прессованных древесных биокомпозиционных материалов. .
Изобретение относится к способу получения древесных материалов из продуктов измельчения на основе лигноцеллюлозы, с уменьшенной эмиссией летучих органических соединений и альдегидов.

Изобретение относится к биокомпозиционной плите, способу ее изготовления, а также к ее применению. Плита содержит a) по меньшей мере один вид природных волокон и b) по меньшей мере один термореактивный биополимер, причем плита имеет остаточную влажность в пересчете на ее общую массу меньше 8,0 мас.%. При этом плита содержит по меньшей мере два листа бумаги, а биополимер включает в себя фурановую смолу, получаемую полимеризацией композиции, содержащей соединение формулы (I) и/или формулы (II): где n, t, s, w, z, а также X, Y, R1-R20 определены согласно описанию, а пунктирная линия означает необязательную двойную связь, при этом массовая доля биополимера в пересчете на общую массу плиты составляет по меньшей мере 20,0 мас.%. Результатом является улучшение механических свойств, теплостойкости, свойств при горении, устойчивости к атмосферным воздействиям. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.
Наверх