Введение к работе
Актуальность работы. Одним из перспективных направлений современной химической технологии является создание композиционных материалов, где в качестве связующего применяют термопласты (полиэтилен, полипропилен, их сополимеры и др.).
В последнее время особое внимание уделяется разработке строительных материалов на основе дешёвых отходов растительного происхождения и экологически чистых связующих веществ или без них, т.к. в связи с ужесточением экологических требований применение древесно-стружечных плит (ДСП), содержащих в своём составе токсичные связующие, ограничено. Эту нишу успешно занимают древесно-полимерные композиты (ДПК). Их отличает высокая степень наполнения в сочетании с экологичностью.
Использование древесных наполнителей особенно актуально, поскольку в деревообрабатывающей промышленности России образуется ежегодно около 780-800 тыс. м измельченных отходов древесины.
Несмотря на большое количество исследований, посвященных ДПК, остается ряд нерешенных вопросов связанных с рецептуростроением и технологическими параметрами процесса.
Важную роль в рецептуростроении играет тип полиолефина, вид и размер частиц наполнителя, введение специальных добавок для улучшения конечных характеристик ДПК. Получение конкурентноспособных изделий из ДПК возможно лишь при комплексном изучении влияния данных факторов на свойства ДПК.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности 10.863.2014/К.
Цель диссертационной работы: разработка древесно-полимерного
композиционного материала на основе полипропилена, наполненного
модифицированной древесной мукой, с улучшенным комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств.
Для достижения поставленной цели исследования проводились в следующих направлениях:
изучение влияния природы и дозировки древесной муки на физико-механические и реологические свойства древесно-полимерных композиций на основе полипропилена;
выбор и изучение особенностей влияния технологических добавок на реологические и физико-механические свойства ДПК;
- исследование влияния термо- и механомодификации древесного
наполнителя на физико-механические и эксплуатационные свойства ДПК;
- исследование влияния модификации древесной муки
органомодифицированным слоистым нанонаполнителем на структуру, физико-
механические и эксплуатационные свойства ДПК;
- проведение климатических испытаний разработанного ДПК;
- выбор оптимальных рецептурных параметров получения ДПК с высокими потребительскими свойствами и выпуск опытной партии.
Научная новизна:
-
Установлено, что уменьшение степени полярности древесной муки в процессе термомодификации, уменьшающей количество гидроксильных групп лигнино-целлюлозного комплекса за счет дегидратации, способствует повышению совместимости древесной муки с полимерной матрицей и соответственно, повышению физико-механических свойств и снижению водопоглощения ДПК.
-
Предложена модификация древесной муки органомодифицированным слоистым нанонаполнителем, позволяющая за счет дополнительного армирования структуры композиций в результате интеркалирования полимерного связующего в межслоевое пространство наноглины, повысить прочностные свойства, термостойкость, водостойкость ДПК.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Влияние природы и дозировки древесной муки на физико-
механические и реологические свойства древесно-полимерных композиций на
основе полипропилена получаемых методом экструзии.
2. Особенности влияния технологических добавок на реологические и
физико-механические свойства ДПК.
-
Влияние термомодификации древесной муки на совместимость древесной муки с полимерной матрицей, физико-механические свойства, водопоглощение ДПК, получаемых методом экструзии.
-
Влияние модификации древесной муки органомодифицированным слоистым нанонаполнителем на структуру, физико-механические и эксплуатационные свойства ДПК, получаемых методом экструзии.
Практическая ценность работы. Разработаны древесно-полимерные композиции на основе полипропилена и модифицированного древесного наполнителя с улучшенными эксплуатационными свойствами.
На основе предложенной рецептуры ДПК с использованием
термомодифицированной древесины в условиях производства ООО «ВР-Пласт» (г. Казань) выпущена опытно-промышленная партия террасной доски в количестве 500 п.м. Замена традиционного используемого наполнителя на модифицированный при производстве ДПК позволила: использовать отходы деревообрабатывающей промышленности, исключить из технологического процесса стадию сушки древесного наполнителя, снизить влагопоглощение материала, повысить эксплуатационные свойства.
Разработанная композиция ДПК рекомендована для производства мебели, кровли, строительных профилей, сайдинга, а также в автомобильной отрасли.
Достоверность и обоснованность результатов и выводов исследования
обеспечиваются комплексным подходом с привлечением современной физико-
химических и физико-механических методов исследования и испытаний,
корреляцией экспериментальных результатов, полученных разными
независимыми методами, согласованностью полученных результатов с опубликованными работами других исследователей.
Апробация работы. Результаты работы доложены на Российско-
Французском симпозиуме по композиционным материалам (Санкт Петербург,
2012), Международной молодежной конференции «Современные тенденции
развития химии и технологии полимерных материалов» (Казань, 2012),
Всероссийской научной школе «Технические решения и инновации в
технологиях переработки полимеров и композиционных материалов» (Казань,
2012), Юбилейной Всероссийской научной школе-конференции
«Кирпичниковские чтения по химии и технологии высокомолекулярных
соединений» (Казань, 2012), Международном Российско-Китайском
Симпозиуме «Современные материалы и технологии 2014» (Циндао (КНР)
2014), Шестой Всероссийской Каргинской Конференция «Полимеры–2014»
(Москва, 2014), XXVII Симпозиуме по реологии (Тверь, 2014),
III Всероссийской научной конференции «Теоретические и экспериментальные исследования процессов синтеза, модификации и переработки полимеров» (Уфа, 2015), XXII Международной конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» (Москва, 2015), XXII Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2015).
Результаты исследований отмечены стипендией Правительства
Российской Федерации (2013 /2014 уч. год, 2014 /2015 уч. год), стипендией Мэра города Казани (2012/2013 уч. год).
Личный вклад автора заключается в сборе и анализе литературных данных, участии в постановке задач и их дальнейшем решении, в проведении экспериментальных исследований, обсуждении результатов, в формулировании выводов по сделанной работе, подготовке материалов публикаций.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 статей в журналах из перечня ВАК, 10 тезисов докладов в сборниках научных трудов и материалах Всероссийских и Международных конференций.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав (литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов), выводов, списка использованной литературы (138 источников) и 2 приложений. Научная работа содержит 122 с. машинописного текста, 56 рис., 26 табл.