СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОСТАВА ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА Российский патент 2024 года по МПК C08L23/12 C08J3/28 C08L97/02 

Настоящее изобретение относится к получению состава древесно-полимерного композита и может быть использовано в качестве материала, не требующего дополнительной обработки и имеющего более длительный срок службы, чем древесина, который минимизирует вред окружающей среде.

Известен способ получения высоконаполненных огнестойких древесно-полимерных композиционных материалов, включающий сушку компонентов композита, их смешение и термоформование путем экструзии в экструзионной установке типа Co-Kneader при температуре переработки от 120°С до 150°С со скоростью вращения шнека от 350 до 450 об/мин и последующей грануляции. При этом композит содержит от 5,0 до 10,0 мас. ч. вторичного полиолефина, от 29,5 до 38,5 мас. ч. древесного наполнителя, от 5,0 до 10,0 мас. ч. антипирирующей и синергетической наноразмерной добавки и от 0,5 до 1,5 мас. ч. технологической добавки. В состав антипирирующей и синергетической наноразмерной добавки входит фосфорсодержащий антипирен, органически модифицированная синтетическая глина на основе Mg-Al слоистых двойных гидроксидов и наноразмерный борат цинка [RU 2703539].

Недостатком данного технического решения является то, что для производства материалов древесно-полимерного композита используют вторичные полиолефины переработанные свыше трех раз, которые не рекомендуется использовать, поскольку они ухудшают свойства изделий.

Известен способ приготовления полимерной композиции на основе ПВХ, модификатора ударной прочности, термостабилизатора, стабилизатора- смазки, древесной муки и мезопористого силиката в качестве связующего агента. Древесную муку получают предварительным сухим смешением древесной муки с порошкообразным мезопористым силикатом типа МСМ-41 [RU 2758304].

Недостатком данного технического решения является то, что использование ПВХ и модификатора ударной прочности приводит к значительному ухудшению технологических и эксплуатационных характеристик материала, а также ПВХ выдерживает не более пяти переплавок.

Ближайшим аналогом является древесно-полимерный композит пониженной горючести, характеризующийся тем, что содержит полиэтилен низкого давления, полифосфат аммония, древесную муку, предварительно обработанную антипиреном из ряда: фосфат мочевины, смесь буры с борной кислотой, и антиоксидант Ирганокс 1010 при следующем соотношении компонентов, мас. %: полиэтилен - 25,0-30,0; древесная мука - 45,0-55,0; полифосфат аммония - 16,5-19,5; антипирен - 3,0-5,0 и антиоксидант - 0,5 [RU 2731268].

Недостатком данного технического решения является использование полиэтилена низкого давления, обладающего невысокими прочностными характеристиками, низкой износостойкостью, плохой теплостойкостью получаемых изделий, а также являющимся, дорогим материалом.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является получение состава древесно-полимерного композита с пониженной горючестью и с улучшенными прочностными и технологическими свойствами.

Данная задача решается за счет получения состава древесно-полимерного композита, в том числе древесную муку предварительно обрабатывают малыми дозами микроволнового излучения (МВИ) в течени 5-10 секунд, при этом компоненты используют при следующем исходном соотношении, мас. %: атактический полиропилен - 40,0; древесная мука, обработанная МВИ - 50,0; фосфат аммония - 5,5; тригидроксид алюминия - 4,0; антиоксидант АО-168 - 0,5.

Микроволновое воздействие создает полимерную сетку в древесной муке, что улучшает термическую стабильность, создаются более высокие прочностные показатели и улучшенные механические характеристики в древесно-полимерных композитах, за счет увеличения химически активных функциональных групп.

Сводя к минимуму выбросы вредных загрязняющих веществ в окружающую среду, актуальным является производство состава древесных композитов из экологически чистых материалов.

Древесина является природным, устойчивым материалом, которая используется многочисленными отраслями промышленности. Древесина в форме порошка может быть объединена с другими материалами для изготовления композитов с улучшенными механическими и физическими характеристиками. Преимуществами древесно-полимерных композитов является устойчивость к вредным микроорганизмам, таким как насекомые и грибы, экономически эффективные методы производства, устойчивость и жесткость в течение срока службы.

Механизм огнестойкости предназначен для снижения воспламеняемости материала и замедления распространения пламени. Горение происходит, когда температура достигает точки воспламенения нагретого горючего материала. За короткий промежуток времени огнестойкий материал может поглощать часть тепла, выделяемого горящим материалом, вызывая сильную эндотермическую реакцию. Большинство антипиренов оказывают свое огнезащитное действие посредством эндотермического действия. Поверхность горючего материала при горении будет образовывать устойчивый покровный слой. Основываясь на теории цепной реакции горения, свободные радикалы необходимы для поддержания горения. Когда антипирен вступает в реакцию со свободными радикалами, образующимися в процессе горения, плотность пламени в зоне горения уменьшается. При горении антипирен разлагается при высоких температурах и выделяет негорючий газ.

Атактический полипропилен представляет собой каучукоподобный материал с высокой текучестью и хорошей растворимостью в диэтиловом эфире, гептане. Атактический полипропилен, характеризуется стерической ориентацией групп метильных кулонов на третичных атомах углерода по молекулярной цепи.

Тригидроксид алюминия является типичным представителем антипиренов гидроксида металла, который обладает преимуществами нетоксичности, хорошей стабильностью и отсутствием токсичных газов при высоких температурах. Антипирен тригидроксид алюминия широко доступен и обладает хорошим огнезащитным эффектом.

Антиоксидант АО-168 приготовлен на основе фосфитного эфира с низкой токсичностью, низкой летучестью и высокой термической стабильностью.

Двузамещенный фосфат аммония, белая или сероватая мелкокристаллическая соль, хорошо растворимая в воде (при 70°С - 100%) является антипиреном, легко пропитывает древесину.

Примеры получения состава древесно-полимерного композита.

Пример 1 (по предлагаемому способу).

Древесную муку марки М400 в количестве 40 г предварительно обрабатывают микроволновым излучением частотой 2,45 ГГц, мощностью 100 Вт в течение 5 секунд. Модифицированную древесную муку смешивают с антипиреном тригидроксидом алюминия с последующим перемешиванием в течение 15 минут при температуре 18°С. Далее смешенный состав высушивают в течение 30 минут при температуре 80°С в сушильной камере для композиционных материалов. Атактический полипропилен в количестве, растворяют в диэтиловом эфире, извлекая из смеси полимеров этим растворителем. В шнековом смесителе перемешивают следующие компоненты композита в соотношении, г: модифицированная древесная мука обработанная антипиреном тригидроксидом алюминия - 200; атактический полипропилен - 100; фосфат аммония - 60; антиоксидант АО-168 - 2. Компоненты для приготовления древесно-полимерного композита смешивают в двухшнековом экструдере при температуре 200°С. Методом термопрессования при температуре 180°С и давлении 10 Мпа готовят окончательные образцы древесно-полимерного композита.

Пример 2 (по предлагаемому способу).

Древесную муку марки М400 в количестве 50 г предварительно обрабатывают микроволновым излучением частотой 2,45 ГГц, мощностью 100 Вт в течение 10 секунд. Модифицированную древесную муку смешивают с антипиреном тригидроксидом алюминия с последующим перемешиванием в течение 15 минут при температуре 18°С. Далее смешенный состав высушивают в течение 30 минут при температуре 80°С в сушильной камере для композиционных материалов. Атактический полипропилен, растворяют в диэтиловом эфире, извлекая из смеси полимеров этим растворителем. В шнековом смесителе перемешивают следующие компоненты композита в соотношении, г: модифицированная древесная мука обработанная антипиреном тригидроксидом алюминия - 200; атактический полипропилен - 100; фосфат аммония - 60; антиоксидант АО-168 - 2. Компоненты для приготовления древесно-полимерного композита смешивают в двухшнековом экструдере при температуре 200°С. Методом термопрессования при температуре 180°С и давлении 10 Мпа готовят окончательные образцы древесно-полимерного композита.

В таблице представлены результаты испытаний.

При анализе полученных результатов, можно сделать вывод, что образец древесно-полимерного композита по примеру 1 по показателям водопоглощения выше значения, чем по примеру 2. Оба образца древесно-полимерного композита обладают пониженной горючестью (ПВ-0). Группа горючести у двух образцов - трудногорючие.

Предлагаемый способ позволяет получать состав древесно-полимерного композита и может быть использовано в качестве материала, не требующего дополнительной обработки с пониженной горючестью и низким водопоглощением.

Изобретение относится к получению состава огнестойкого древесно-полимерного композита и может быть использовано в качестве материала, не требующего дополнительной обработки и имеющего более длительный срок службы, чем древесина. Предложен состав древесно-полимерного композита, содержащий: атактический полиропилен - 40,0 мас.%; древесная мука, обработанная МВИ - 50,0 мас.%; фосфат аммония - 5,5 мас.%; тригидроксид алюминия - 4,0 мас.%; антиоксидант АО-168 - 0,5 мас.%. При этом древесную муку предварительно обрабатывают малыми дозами микроволнового излучения (МВИ) в течение 5-10 секунд. Предложенное изобретение позволяет получить древесно-полимерный композит с пониженной горючестью и с улучшенными прочностными и тфехнологическими свойствами. 1 табл., 2 пр.

Получение состава древесно-полимерного композита, отличающееся тем, что древесную муку предварительно обрабатывают малыми дозами микроволнового излучения (МВИ) в течение 5-10 секунд, при этом компоненты используют при следующем исходном соотношении, мас.%: атактический полиропилен - 40,0; древесная мука, обработанная МВИ - 50,0; фосфат аммония - 5,5; тригидроксид алюминия - 4,0; антиоксидант АО-168 - 0,5.