Древесно-полимерный состав для композиционного материала

Настоящее изобретение относится к древесно-полимерному составу для композиционного материала и может быть использовано в области строительства, автомобилестроении, машиностроении. Данный состав содержит: полипропилен, наполнитель – древесные отходы, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6 % привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, отличающийся тем, что в качестве наполнителя он содержит древесные отходы, предварительно обработанные природным Na^+- монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью формулы [(RН)₂(CH₃)₂N] ⁺Cl^- , где R – остаток гидрированных жирных кислот С₁₆-С₁₈, а затем веществом «Оллзайм Вегпро». Состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %: древесные отходы – 50; природный Na^+- монтмориллонит, модифицированный четвертичной аммониевой солью [(RН)₂(CH₃)₂N] ⁺Cl^- , где R – остаток гидрированных жирных кислот С₁₆-С₁₈ – 5,0; вещество «Оллзайм Вегпро» - 0,5; 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 – 5,0; полипропилен – остальное. Технический результат - увеличение прочности композиционного материала при растяжении до 20%, повышение показателя модуля упругости при растяжении до 50% и стойкости к водопоглощению до 13%. 2 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к древесно-полимерному составу для композиционного материала 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 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 перед обработкой наполнителя в потоке плазмообразующего газа его обрабатывают в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 190-200°C в течение 50-60 мин, а после смешения со связующим ведут формование и термообработку, 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 композиции.

Наиболее близким по технической сущности является древесно-полимерный состав для композиционного материала, содержащий полипропилен, добавки и наполнитель, предварительно обработанный в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 225°C в течение 30 мин и измельченный 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. %:

древесный 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,

см. RU Патент 2633547, МПК C08L 23/12(2006.01), C08L 97/02(2006.01), C08K 5/10(2006.01), C08K 5/103(2006.01).

Недостатками известного древесно-полимерного состава для композиционного материала являются недостаточные эксплуатационные свойства композиционного материала.

Технической проблемой является улучшение эксплуатационных свойств композиционного материала.

Техническая проблема улучшение эксплуатационных свойств композиционного материала на основе заявленного древесно-полимерного состава решается тем, что древесно-полимерный состав для композиционного материала, содержащий полипропилен, наполнитель - древесные отходы, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, согласно изобретению в качестве наполнителя он содержит древесные отходы, предварительно обработанные природным монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью формулы [(RH)₂(CH₃)2N] ⁺Cl^-, где R - остаток гидрированных жирных кислот C₁₆-C₁₈, а затем веществом «Оллзайм Вегпро», состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:

древесные отходы	50
природный Na+- монтмориллонит, модифицированный	5,0
четвертичной аммониевой солью [(RH)2(CH3)2N]+Cl-, где
R - остаток гидрированных жирных кислот C16-C18
вещество «Оллзайм Вегпро»	0,5
эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил	0,1
пропионовой кислоты и пентаэритрита
полипропилен с содержанием 1-6% привитого
малеинового ангидрида или малеиновой кислоты	5,0
полипропилен	остальное,

Решение технической задачи позволяет увеличить прочность композиционного материала при растяжении до 20%, повысить показатель модуля упругости при растяжении до 50%, повысить стойкость к водопоглощению до 13%.

Характеристика веществ, используемых в заявленном древесно-полимерном составе для композиционного материала.

В качестве термопластичного полимера используют полипропилен, например, марки 4215М (ТУ 20.16.51-136-05766801-2015) с показателем текучести расплава 7,0-10,0 г/10 мин, марки 1525J (ГОСТ 2211-136-05766801-2006) с показателем текучести расплава 2,9-3,5 г/10 мин.

В качестве наполнителя используют измельченные, предварительно обработанные древесные отходы.

Предварительную обработку древесных отходов ведут природным монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью (ЧАС) формулы [(RH)₂(CH₃)2N]⁺Cl^-, где R - остаток гидрированных жирных кислот С₁₆-С₁₈, наночастицы которого имеют катионную обменную емкостью (КОЕ) 125 мг-экв/100 г, например торговой марки Cloisite 15А, а затем обрабатывают веществом «Оллзайм Вегпро».

Вещество «Оллзайм Вегпро» содержит ферменты протеазу с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2%), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2%), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2%), a также наполнитель карбонат кальция (94%).

В древесно-полимерном составе для композиционного материала используют добавки:

- эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, например торговой марки Ирганокс 1010;

- полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, например, марки Fusabond Р353 или Polybond 3000, или Polybond 3200, или Эталитен PP-g-MAH (1,5%);

Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1

Древесно-полимерный состав для композиционного материала получают путем смешения в экструдере полипропилена марки 4215М в количестве 39,4 мас. %, древесного наполнителя и добавок. В качестве древесного наполнителя он содержит измельченные древесные отходы в количестве 50 мас. %, предварительно обработанные природным монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью (ЧАС) [(RH)₂(CH₃)2N] ⁺Cl^-, где R - остаток гидрированных жирных кислот С₁₆-С₁₈, наночастицы которого имеют катионную обменную емкостью (КОЕ) 125 мг-экв/100 г, в количестве 5,0 мас. %, а затем веществом «Оллзайм Вегпро» в количестве 0,5 мас. %, а в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита в количестве 0,1 мас. %, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты в количестве 5,0 мас. %, состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:

Пример 2 аналогичен примеру 1, отличием является то, что в качестве полипропилена состав содержит полипропилен марки 1525J.

Пример 3 аналогичен примеру 1 и 2, отличием является то, что древесные отходы предварительно обработаны только природным монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью формулы [(RH)₂(CH₃)2N] ⁺Cl^-, где R - остаток гидрированных жирных кислот C₁₆-C₁₈, наночастицы которого имеют катионную обменную емкостью (КОЕ) 125 мг-экв/100 г.

Древесно-полимерный состав для композиционного материала получают путем смешения в экструдере полипропилена марки 4215М в количестве 39,9 мас. %, древесного наполнителя и добавок. В качестве древесного наполнителя он содержит измельченные древесные отходы, предварительно обработанные природным монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью формулы [(RH)₂(CH₃)2N] ⁺Cl^-, где R - остаток гидрированных жирных кислот C₁₆-C₁₈ в количестве 5,0 мас. %, в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита в количестве 0,1 мас. %, полипропилен с содержанием 1-6% привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты в количестве 5,0 мас. %, состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:

Композиционный материал, полученный на основе заявленного древесно-полимерного состава, по примерам 1-3, получают в виде гранул, и может быть переработан в изделие путем экструзии, литья под давлением или прессованием, который затем можно транспортировать для дальнейшего целевого использования. Возможна также технология совмещения процесса получения из заявленного состава гранул и формования его в конечное изделие.

Испытания образцов композиционного материала, полученных по примерам конкретного выполнения 1-3, выполнены согласно соответствующим ГОСТ. Испытания образцов проводили на универсальной 2-х колонной испытательной машине Gotech Testing Machine UA1 - 7000M (Тайвань) при температуре 23±2°C и скорости деформации 5,0 мм/мин: для определения прочности при растяжении по ГОСТ 11262-80, прочности при изгибе по ГОСТ 4648-2014, скорости деформации 1 мм/мин для определения модуля упругости по ГОСТ 9550-81.

Для определения показателя ударной вязкости композиционного материала использовали метод Шарпи с маятниковым копром марки UGT-7045-МОГ (Тайвань) с энергией удара 2,75 J, скоростью маятника 3,46 м/с, углом падения 150°, разрешением 0,01 Дж. Испытание проводилось согласно ГОСТ 4647-2015.

Измерение водопоглощения композиционного материала заключалось в оценке изменения массы образца в %-ом соотношении после выдержки в кипящей воде в течение 2-х часов. Режимы испытания и способ измерения проводились согласно ГОСТ 9590.

Для определения плотности композиционного материала использовался автоматический плотномер нового поколения Н-200L с супер-высоким разрешением (0,0001 г/см³) на базе чувствительных аналитических весов Sartorius (Германия). Принцип измерения - гидростатическое взвешивание. Удельный вес определялся как отношение веса объема материала к весу эквивалентного объема воды при комнатной температуре, согласно ГОСТ 15139-69.

Измерение твердости проводилось по Шору (шкала D) с помощью твердомера Hildebrand OS-2 (Германия), согласно ГОСТ 24621-2015.

Состав и свойства по примерам конкретного выполнения 1-3 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 до 20%, повысить показатель модуля упругости при растяжении до 50%, повысить стойкость к водопоглощению до 13%.

Древесно-полимерный состав для композиционного материала, содержащий полипропилен, наполнитель – древесные отходы, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6 % привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, отличающийся тем, что в качестве наполнителя он содержит древесные отходы, предварительно обработанные природным Na^+- монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью формулы [(RН)₂(CH₃)₂N] ⁺Cl^- , где R – остаток гидрированных жирных кислот С₁₆-С₁₈, а затем веществом «Оллзайм Вегпро», состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:

древесные отходы	50
природный Na+- монтмориллонит, модифицированный четвертичной аммониевой солью [(RН)2(CH3)2N] +Cl- , где R – остаток гидрированных жирных кислот С16-С18	5,0
вещество «Оллзайм Вегпро»	0,5
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	5,0
полипропилен	остальное.