Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ПОЛИЭТИЛЕНОВОМ СВЯЗУЮЩЕМ И
Древесные композиты на природных клеящих веществах 13
Древесные композиты на синтетических связующих .... 15
Проблемы совмещения полиэтилена с дисперсной древесиной
в высоконаполненных композициях 22
Глава 2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ 66
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
ПОЛИЭТИЛЕНА НА ПОВЕРХНОСТИ НАПОЛНИТЕЛЕЙ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА 85
Глава 4. ВЛИЯНИЕ РЕЦЕПТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ФАКТОРОВ НА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДП И ДМПК НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА 125
4.1. Древесно-полимерные (ДП) композиции на основе
полиэтилена 125
4.2. Древесно-минерально-полимерные композиции на основе
полиэтилена 144
Планирование эксперимента и оптимизация состава ДПМК и технологических параметров
их изготовления 176
Глава 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ
ПРИЛОЖЕНИЯ 220
Введение к работе
Полимерные дисперсно-наполненные композиционные материалы (КМ) нашли широкое распространение в строительстве и в других отраслях промышленности в качестве теплоизоляционных, теплоизоляционно-конструкционных и конструкционных материалов. Это обусловлено тем, что введение в полимер минеральных и (или) органических наполнителей приводит к созданию материалов с новыми и, в ряде случаев, уникальными физико-механическими, электрофизическими, магнитными, радиационно-защитными и другими ценными свойствами. С другой стороны наполнение полимеров приводит к уменьшению относительной доли полимера в конечном продукте, что обеспечивает экономию органического сырья [64].
Интенсивный рост производства и потребления композитных материалов на основе термопластов объясняется несколькими факторами. Во-первых, развитие различных отраслей выдвинуло новые требования к полимерным материалам, которые во многих случаях значительно проще технологически и выгоднее экономически удовлетворить путем создания композиционных материалов, чем синтезом новых типов полимеров. Во-вторых, введение в полимеры наполнителей различной природы позволяет более полно удовлетворить конкретные требования потребителей, так как методом наполнения можно "конструировать" полимерный материал с требуемым набором эксплуатационных свойств. В-третьих, при создании композиционных термопластов, например, введением наполнителя в процессе синтеза, достигается экономия полимерного сырья и в ряде случаев - снижение стоимости полимерного материала.
Полиолефины являются одним из основных типов полимерных термопластов. Объем их производства составляет 33% общего выпуска полимеров.
Среди производимых в настоящее время термопластов наиболее крупнотоннажными являются полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП). Широкое применение ПЭ и ПП определяется ценным комплексом присущих им свойств: высокие диэлектрические характеристики, сохраняющиеся в высоком интервале температур, химическая стойкость, значительная морозостойкость, прочность, небольшая плотность и т.д. Однако зачастую особенности структуры, которые обуславливают эти ценные свойства, оказываются одновременно причиной, препятствующей тому или иному специфическому применению материала.
Модифицируя термопласты можно целенаправленно изменять в нужном направлении совокупность их отдельных свойств при сохранении комплекса остальных. Модифицирование полиолефинов осуществляется химическими, физико-химическими и другими методами.
Наполнение является одним из наиболее эффективных методов модифицирования. Однако в настоящее время практически отсутствует приемлемая технология получения высоконаполненных систем на основе термопластов. Решение проблемы введения в термопласты больших доз наполнителей позволит создать материалы с новыми свойствами, отличающимися от свойств известных наполненных систем, что в свою очередь будет способствовать расширению ассортимента изделий из полиолефинов.
С другой стороны, в связи с постоянным ростом производства и потребления термопластов, растет и доля их технических и бытовых отходов. Поэтому отыскание новых возможностей вторичной переработки отходов термопластов в эффективные строительные материалы является важной народнохозяйственной задачей.
Не менее важен этап подбора и обработки дисперсных наполнителей, среди которых наиболее распространены дешевые минеральные и органические продукты. Плохая совместимость большинства наполнителей с полиолефинами определяется отсутствием сродства поверхности частиц наполнителя к полимерной матрице и отсутствием химической связи между ними. Хорошая адгезия между такими разнородными материалами может быть получена в результате использовании третьего материала в виде промежуточного (аппретирующего) слоя между матрицей и наполнителем.
Настоящая работа посвящена созданию композитов на основе связующих из термопластов и дисперсных древесных и минеральных наполнителей. Исследованию закономерности формирования струкруры / этих композитов, где дисперсная древесно-минеральная фаза связаны с термопластичной дисперсионной средой через подслой из аппрета; изучению физико-механических и других свойств получаемых композитов с целью оптимизации их состава и конструктивно- технологических параметров процесса переработки; созданию новых древесно-минерально-полимерных изделий, изучению их эксплуатационных свойств и определению областей рационального использования.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка экологически чистых, водостойких изделий из высокона- полненных древесно-минерально-полимерных композиций на основе полиэтилена. Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:
Оптимизировать составы композитов на основе полиэтилена, древесных и минеральных наполнителей.
Разработать физические и химические способы аппретирования дисперсных наполнителей.
Выявить оптимальные режимы термобарического формования различных изделий, включающих дисперсную древесину, неорганические вещества, полимерное связующее и другие компоненты.
Изучить физико-технические и эксплуатационные свойства композитов.
Разработать рациональную технологию получения изделий на основе древесно-минерально-полимерных композиций.
Научная новизна работы. Уточнен механизм образования кристаллитов полиэтилена в процессе полимеризации этилена на поверхности наполнителя, активированного комплексным металлоорганическим катализатором (КМК). Подтверждена и доказана возможность поверхностной поликонденсации этилена в плазме ВЧ электрического разряда на поверхности дисперсной древесины. Выявлено, что в процессе плазмополиконденсации этилена на поверхности наполнителя, активированного КМК, образуется капсулирующая изотропная пленка свервысокомолекулярного полиэтилена, являющаяся изоморфным аппретом для ПЭ-матрицы в КМ.
Выявлены особенности и закономерности изменения физико-технических характеристик ДМПК в зависимости от содержания компонентов. На примере ДМПК показано, что полимеризационным способом возможно получение не только высоко-, но и предельнонапол- ненных синтетических КМ. Определены основные физико-технические и эксплуатационные свойства ДМПК на основе полиэтилена.
Практическое значение. На основе проведенных исследований разработан способ получения и предложены составы композиций на основе полиэтилена, включающих дисперсную древесину, дисперсные отходы переработки сельскохозяйственной продукции и минеральный сонаполнитель. Достоинством изделий из разработанных композиций является то, что они отличаются экологической чистотой, высокой во- до- и морозостойкостью, биостойкостью, расширенным ассортиментом компонентов композиций (в том числе за счет утилизации отходов различных производств), низкой себестоимостью, технологичностью, а также повышенными деформационно-прочностными свойствами изделий из них, улучшенными эстетическими и повышенными потребительскими качествами при снижении содержания в них полимерного связующего до 8-10 мас.%. Разработано технологическое оформление процесса получения экологически чистых, водостойких изделий из высоконаполненных древесно-минерально-полимерных композиций.
Реализация работы. Разработанные высоконаполненные древесно- минерально-полимерные композиции прошли опытно-промышленное внедрение в г. Набережные Челны (Татарстан).
Апробация работы. По результатам работы были сделаны доклады и сообщения на Международных научно-технических конфе- 10
ренциях: Современные проблемы строительного материаловедения. IV, V, VI академические чтения РААСН (Пенза, 1998 г., Воронеж, 1999 г., Иваново, 2000 г.), Актуальные проблемы современного строительства (Пенза, 1999 г.), Композиционные строительные материалы. Теория и практика (Пенза, 2000 г.), Энерго- и ресурсосбережение в строительстве на пороге XXI века (Белгород, 2000 г.).
По материалам диссертации получено положительно решение по заявке №200110310 о выдаче патента РФ (приоритет от 25.04.2000 г.)
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, заключения, списка использованной литературы. Работа изложена на 223 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 26 таблиц и библиографию из 185 наименований.
Автор благодарит заведующего лабораторией ИПХФ РАН в Черноголовке профессора П.Е. Матковского за содействие в проведении экспериментальных исследований и профессора А.Н. Бобрышева за инициирование написания диссертации.
