Древеснополимерная композиция для получения экструзионных изделий

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДРЕВЕСНОПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРУЗИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Шаповалов Виктор Михайлович Валенков Андрей Михайлович Таврогинская Марина Геннадьевна Злотников Игорь Иванович Носов Кирилл Сергеевич Шаповалов Андрей Викторович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(56)7863 1, 2006. ШАПОВАЛОВ В.М. и др. Сотрудничество для решения проблем отходов. Материалы 6-ой Международной конференции. - Харьков, 2009, //.//2009//.(57) Древеснополимерная композиция для получения экструзионных изделий, содержащая лигноцеллюлозный наполнитель, стеарат цинка и термопластичное связующее, отличающаяся тем, что содержит в качестве лигноцеллюлозного наполнителя аминированный лигноцеллюлозный наполнитель, в качестве термопластичного связующего - вторичный полипропилен и дополнительно содержит малеиновый ангидрид и полипропиленовый воск при следующем соотношении компонентов, мас.аминированный лигноцеллюлозный наполнитель 40-60 стеарат цинка 0,4-0,6 малеиновый ангидрид 3-5 полипропиленовый воск 0,4-0,6 вторичный полипропилен остальное. Изобретение относится к высоконаполненным композициям на основе лигноцеллюлозных частиц и вторичных полиолефинов и может быть использовано в машиностроении, промышленности строительных материалов, автомобилестроении для изготовления деталей конструкционного назначения. 14994 1 2011.10.30 Известны составы высоконаполненных полимерных композиций на основе лигноцеллюлозных наполнителей и термопластичных полимерных связующих. Так, например, согласно изобретению 1, композиция, предназначенная для получения древесностружечных плит, содержит в качестве наполнителя 70-90 мас.древесных опилок, а в качестве термопластичного связующего - порошкообразный первичный полиэтилен, взятый в количестве 10-30 мас. . Известна композиция для получения прессованных плит, где в качестве полимерного связующего используется первичный порошкообразный полиэтилен в количестве 20 мас. ,а в качестве наполнителя - измельченная древесина в количестве 80 мас.2. Основными недостатками данных композиционных материалов являются относительно невысокий уровень физико-механических свойств и низкая технологичность, ограничивающая переработку композитов в изделия только методами прессования. С целью повышения физико-механических и других эксплуатационных свойств композиционных материалов на основе лигноцеллюлозного наполнителя за счет усиления адгезионного взаимодействия на границе раздела фаз между наполнителем и полимерной матрицей, используют химически модифицированные полимеры. В частности, известна композиция с повышенной прочностью и химической стойкостью, включающая 2060 мас.лигноцеллюлозного наполнителя и 40-80 мас.полиолефина, модифицированного прививкой ангидрида карбоновой кислоты 3. Однако данная композиция обладает недостаточными прочностными и эксплуатационными характеристиками (пределом прочности, ударной вязкостью, модулем упругости). Одним из путей упрочнения и придания композитам на основе лигноцеллюлозных частиц новых свойств, позволяющих значительно расширить области их применения, является дополнительная химическая модификация лигноцеллюлозного наполнителя. В частности, известна полимерная композиция 4, содержащая, мас.вторичный полиэтилен 59,0-70,5 древесные частицы 27-38 и сополимер 4-винилциклогексена и малеинового ангидрида, в которой последний играет роль ингредиента, повышающего совместимость полярного древесного наполнителя с неполярным полимерным связующим. Недостатками данной композиции являются ее невысокая механическая прочность и невозможность ее переработки в изделия экструзией, а только прессованием. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является древеснополимерная композиция для получения экструзионных изделий, содержащая,мас.термопластичное связующее 45,0-60,0 пластификатор 2,0-6,0 стабилизатор 0,31,5 4,4,4-трифенилметантриизоционат 0,2-1,0 бутадиен-нитрильный или бутадиенстирольный каучук 2,0-8,0 и древесный (лигноцеллюлозный) наполнитель 23,5-50,3 5. Недостатком известной композиции является недостаточно высокая механическая прочность, что обусловлено слабым адгезионным взаимодействием между термопластичным связующим и лигноцеллюлозным наполнителем, что приводит к снижению ударной вязкости и появлению хрупкости. Кроме того, известная композиция имеет достаточно сложную технологию переработки в изделия и не допускает возможности использования вторичных термопластов. Задачей изобретения является повышение механической прочности и утилизация отходов полипропилена. Поставленная задача решается за счет того, что древеснополимерная композиция для получения экструзионных изделий, содержащая термопластичное связующее и лигноцеллюлозный наполнитель, согласно изобретению, содержит в качестве термопластичного связующего вторичный полипропилен, в качестве наполнителя - аминированный лигноцеллюлозный наполнитель и дополнительно малеиновый ангидрид, полипропиленовый воск и стеарат цинка при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.аминированный лигноцеллюлозный наполнитель 40-60 малеиновый ангидрид 3-5 2 14994 1 2011.10.30 воск полипропиленовый 0,4-0,6 стеарат цинка 0,4-0,6 полипропилен вторичный остальное. Сущность изобретения заключается в следующем. В качестве аминированного лигноцеллюлозного наполнителя в заявляемой композиции использовали аминопроизводные целлюлозы и лигнина с химическим составом и структурной формулой Указанный наполнитель получали путем обработки лигноцеллюлозного сырья диэтилэпоксипропиламином, который синтезировался непосредственно в реакционной среде. Малеиновый ангидрид в процессе передвижения материала по зонам экструдера нагревается, расплавляется и смешивается со связующим, при этом осуществляется реакция прививки ангидридных групп к полипропилену по схеме Присоединение ангидриновых групп определяет высокую реакционноспособность полученного сополимера, который реагирует с полярными аминными группами модифицированного лигноцеллюлозного наполнителя по схеме Вводимые в композицию стеарат цинка и полипропиленовый воск являются лубрикантами, которые снижают трение, сдвиговые напряжения и давление в головке экструдера, что повышает качество изделий и производительность процесса экструзии. При изготовлении композиции, в качестве полимерного связующего использовали вторичный полипропилен, полученный измельчением отходов полипропилена - преимущественно мешков, пакетов, пленок. Компоненты композиции смешивали в смесителе лопастного типа и перерабатывали в изделия методом экструзии на стационарном оборудовании. Составы конкретных композиций приведены в табл. 1. Таблица 1 Составы композиций Заявляемый состав Компоненты 1 8 2 3 4 5 6 7 Аминированный лигноцеллюлозный наполнитель- мука древесины ольхи аминиро 35 40 50 60 65 ванная- мука древесины осины аминиро 50 ванная- кора сосновая аминированная 50- лигнин гидролизный аминиро 50 ванный Малеиновый ангидрид 2 3 4 4 4 4 5 6 Воск полипропиленовый 0,3 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,7 Стеарат цинка 0,3 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,7 Полипропилен вторичный 62,4 56,2 45,0 45,0 45,0 45,0 33,8 32,6 Сравнительные свойства образцов по предлагаемому изобретению и по прототипу приведены в табл. 2. Таблица 2 Сравнительные свойства образцов Прототип Заявляемый состав Показатель патент РБ 1 8 2 3 4 5 6 7 7863 Среднее значение крутящего момента вала/шнека, 24,0-26,0 13,5 13,3 11,5 11,3 12,4 11,8 20,2 24,0 м Разрушающее напряжение 24,7-50,0 42,0 50,5 52,0 51,5 53,0 51,0 50,5 45,0 при изгибе, МПа Ударная вязкость, кДж/м 2 6,5 8,7 7,0 8,0 7,3 7,5 7,6 7,0 6,8 Как следует из данных табл. 2, образцы из композиции по предлагаемому изобретению обладают более высокими технологическими характеристиками, чем по прототипу,4 14994 1 2011.10.30 что обеспечивает наибольшую производительность процесса переработки. Кроме того,образцы по изобретению обладают большей механической прочностью, чем образцы по прототипу. При этом получаемые по предлагаемому способу изделия полностью состоят из вторичных полимерных материалов, что значительно снижает их стоимость и создает предпосылки для утилизации промышленных полимерных отходов. Источники информации 1. Патент РФ 2016022, МПК 08 97/02, 1994. 2. Савицкий А.С. и др. Экспресс-информация. Плиты и фанера. - М., 1991. -12. С. 2-7. 3. Заявка Японии 60-158236, МПК 08 23/02, 1985. 4. Патент РФ 2356728, МПК 27 3/00, 2006. 5. Патент РБ 7863, МПК 27 3/00,29 47/00, 2006 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5