Древесно-полимерный состав для композиционного материала
Владельцы патента RU 2633547:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") (RU)
Изобретение относится к древесно-полимерному составу и может быть использовано в области строительства, автомобилестроения, машиностроения и других отраслях промышленности. Древесно-полимерный состав для композиционного материала содержит полипропилен, древесный наполнитель и добавки. В качестве древесного наполнителя он содержит древесные отходы, предварительно обработанные в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 225°С в течение 30 мин и измельченные до частиц с размером 0,08-1,16 мм. В качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты и смесь сложных эфиров жирных кислот. Изобретение обеспечивает увеличение прочности композиционного материала при растяжении на 35%, предела текучести при растяжении на 37%, показателя модуля упругости на 30%, сопротивления изгибу под температурной нагрузкой на 10%, снижение показателя водопоглощения в 5 раз. 5 пр., 2 табл.
Изобретение относится к древесно-полимерному составу и может быть использовано в области строительства, автомобилестроения, машиностроения и других отраслях промышленности.
Известна древесно-полимерная композиция, состоящая из связующего и древесного наполнителя, в котором в качестве наполнителя она содержит древесный наполнитель, обработанный вначале в потоке плазмообразующего газа в разрядной камере при мощности высокочастотного генератора 200-600 Вт и разрежении, равном 100-130 Па, в течение 250-280 секунд, где в качестве плазмообразующего газа используют воздух, расход которого составляет 0,08-0,12 г/с, а затем в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 190-200°С в течение 50-60 минут, см. RU Патент №2464162, МПК B27N 3/18 (2006.01), C08L 97/02 (2006.01), 2012.
Недостатком данной композиции является высокая стоимость получаемого из нее композиционного материала.
Известна древесно-полимерная композиция, содержащая древесную стружку и отходы термопласта, в которой в качестве отходов термопласта содержатся отходы полипропилена при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
| древесная стружка | 70-82 |
| отходы полипропилена | 18-30 |
см. RU 2056446, МПК6 C08L 97/02, C08L 23/12, 1996.
Недостатками известной полимерной композиции являются неудовлетворительные эксплуатационные свойства композиционного материала, а также ограниченность способов формования.
Наиболее близким по технической сущности является древесно-полимерный состав для композиционного материала, содержащий полиэтилен (РЕ), или полипропилен (РР), или поливинилхлорид (PVC)), наполнитель, в качестве которого он содержит отходы деревообрабатывающей промышленности в виде древесной муки или стружки мелкой фракции, и добавки, регулирующие реологические и физико-механические свойства,
см. RU Патент 2588520, МПК Е04С 3/12 (2006.01), 2016.
Указанный древесно-полимерный состав не позволяет достичь необходимых эксплуатационных свойств композиционного материала: водопоглощения, прочности при растяжении, предела текучести при растяжении, модуля упругости, стойкости к удару падающим шаром, несущей способности, сопротивления изгибу под температурной нагрузкой, твердости при вдавливании шарика, коэффициента линейного теплового расширения.
Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств композиционного материала.
Техническая задача решается тем, что древесно-полимерный состав для композиционного материала, содержащий полипропилен, древесный наполнитель и добавки, согласно изобретению в качестве древесного наполнителя содержит древесные отходы, предварительно обработанные в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 225°С в течение 30 мин и измельченные до частиц с размером 0,08-1,16 мм, в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, смесь сложных эфиров жирных кислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| указанный наполнитель | 50-80 |
| эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил | |
| пропионовой кислоты и пентаэритрита | 0,1 |
| полипропилен с содержанием | 1-6% |
| привитого малеинового ангидрида или | |
| малеиновой кислоты | 2,0 |
| смесь сложных эфиров жирных кислот | 3,0 |
| полипропилен | остальное |
Решение технической задачи позволяет увеличить прочность композиционного материала при растяжении на 35%, предел текучести при растяжении - на 37%, повысить показатель модуля упругости на 30%, сопротивление изгибу под температурной нагрузкой - на 10%, снизить показатель водопоглощения в 5 раз, при сохранении на уровне показателя стойкости к удару падающим шаром, несущей способности, твердости при вдавливании шарика и коэффициента линейного теплового расширения.
Характеристика веществ, используемых в заявленном древесно-полимерном составе
В качестве термопластичного полимера используют полипропилен с показателем текучести расплава ПТР=2,9-3,5 г/10 мин по ГОСТ 2211-136-05766801-2006, например марки 1525J.
В качестве наполнителя используют предварительно обработанные и измельченные древесные отходы.
Предварительную обработку древесных отходов проводят на экспериментальной установке, см. Макаров А.А. Исследование топливных свойств твердых продуктов термического разложения древесины в диапазоне температур 200-300°С / А.А. Макаров, С.А. Пушкин, А.Н. Грачев, С.А. Забелкин, В.Н. Башкиров // Вестник Казанского технологического университета. - №19. - Т. 16. - 2013. - С. 133-134.
В экспериментальной установке древесные отходы загружают в реторту (аппарат), которую нагревают в муфельной печи до температуры 225°С и поддерживают ее в течение 30 минут. Образующиеся в процессе обработки твердые, жидкие и газообразные продукты собирают в специальные сборники. Предварительно обработанные древесные отходы измельчают на мельнице до частиц с размером 0,08-1,16 мм.
В качестве добавки используют эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, например торговой марки Ирганокс 1010.
В качестве добавки используют полипропилен с привитым малеиновым ангидридом или малеиновой кислотой. Может быть использован любой полипропилен, содержащий 1,0-6,0% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, например, марки Fusabond Р353, Polybond 3000 или Polybond 3200, или Эталитен PP-g-MAH (1,5%).
В качестве добавки используют смесь сложных эфиров жирных кислот, например торговой марки Structol TPW 113.
Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения.
Пример 1
Древесно-полимерный состав для композиционного материала получают путем смешения в экструдере полипропилена, древесного наполнителя и добавок. В качестве древесного наполнителя он содержит древесные отходы, предварительно обработанные в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 225°С в течение 30 мин и измельченные до частиц с размером 0,08-1,16 мм, в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, смесь сложных эфиров жирных кислот, при следующем соотношении компонентов:
Примеры 2-4 аналогичны примеру 1.
Полученный путем экструзии древесно-полимерный состав, по примерам 1-4, может быть переработан в композиционный материал путем экструзии, литья под давлением или прессованием. Также по примерам 1-4 можно получать древесно-полимерный состав в виде гранул, который затем можно транспортировать для дальнейшего целевого использования. Возможна технология совмещения процесса получения и формования древесно-полимерного состава.
Были проведены исследования по объекту-прототипу, см. пример 5, в котором в качестве добавок используют добавки, указанные в заявленном объекте, а в качестве наполнителя используют древесные отходы в виде древесной муки. Количественный состав компонентов по примеру 5 соответствует количественному составу компонентов примера 2 заявленного объекта. Исследования проводят при одинаковых условиях.
Пример 5
Древесно-полимерный состав для композиционного материала получают путем смешения в экструдере полипропилена, древесного наполнителя и добавок. В качестве древесного наполнителя берут древесную муку с размером частиц 0,08-0,16 мм, а в качестве добавок используют эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, смесь сложных эфиров жирных кислот, при следующем соотношении компонентов:
Состав и свойства по примерам конкретного выполнения 1-5 сведены в таблицы 1 и 2 соответственно.
Как видно из примеров конкретного выполнения, решение технической задачи по сравнению с прототипом позволяет увеличить прочность композиционного материала при растяжении на 35%, предел текучести при растяжении - на 37%, повысить показатель модуля упругости на 30%, сопротивление изгибу под температурной нагрузкой - на 10%, снизить показатель водопоглощения в 5 раз при сохранении на уровне показателя стойкости к удару падающим шаром, несущей способности, твердости при вдавливании шарика и коэффициента линейного теплового расширения.
Древесно-полимерный состав для композиционного материала, содержащий полипропилен, древесный наполнитель и добавки, отличающийся тем, что в качестве древесного наполнителя он содержит древесные отходы, предварительно обработанные в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 225°С в течение 30 мин и измельченные до частиц с размером 0,08-1,16 мм, в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, смесь сложных эфиров жирных кислот, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| указанный наполнитель | 50-80 |
| эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил | |
| пропионовой кислоты и пентаэритрита | 0,1 |
| полипропилен с содержанием | 1-6% |
| привитого малеинового ангидрида или | |
| малеиновой кислоты | 2,0 |
| смесь сложных эфиров жирных кислот | 3,0 |
| полипропилен | остальное |
