Научная статья на тему 'НОВІ НАПОВНЮВАЧІ ДЛЯ ПОЛІМЕРНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ'

НОВІ НАПОВНЮВАЧІ ДЛЯ ПОЛІМЕРНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
156
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
композити / фенол-формальдегідні смоли / лляна целюлоза / адгезія / composites / phenol formaldehyde resin / flax cellulose / adhesion / композиты / фенол-формальдегидные смолы / льняная целлюлоза / адгезия

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — А.В. Суховій, Л.А. Чурсіна, Г.А. Тіхосова, Н.В. Нежлукченко

У статті виконано аналіз попередніх досліджень щодо механізму формування полімерних композиційних матеріалів з використанням нових природних наповнювачів та висунутий передбачуваний механізм реакції між лляним волокном та полімерною матрицею в процесі формування композитів. Побудовано гіпотезу щодо можливих перепон для виникнення адгезії між волокном і матрицею при пресуванні композитів і шляхів їх подолання. Поставлено завдання експериментально довести можливість використання волокон льону олійного як целюлозного наповнювача для формування композитів на основі фенол-формальдегідних полімерів, а також теоретично розробити механізм взаємодії целюлози волокна льону олійного з полімерною матрицею фенол-формальдегідних смол. Показники міцності при згинанні та ударної в’язкості фенопластів з наповнювачем з волокна льону олійного навіть вищі, ніж характеристики фенопластів на основі бавовняного лінту. Таким чином, встановлено, що якість отриманих полімерних композитів дещо вища за якість композиційних матеріалів із додаванням бавовняного волокна, яке імпортується в Україну. Одержані експериментальні результати підтверджують гіпотезу, яку викладено в теоретичній частині даної статті про те, що завдяки зниженню масової частки пектину, лігніну та восків у складі лляного волокна підвищується адгезія лляного волокна до полімерної матриці в процесі формування композитів. Запропонований механізм взаємодії целюлозного волокна льону олійного та фенолформальдегідного полімеру дає можливість стверджувати, що для підвищення адгезії целюлози льону олійного фенол-формальдегідною смолою, необхідно розблокувати гідроксильні групи лляної целюлози, тобто звільнити їх від восків і таким чином підвищити гідрофільність лляного волокна. Тому, для отримання полімерних композиційних матеріалів з використанням у якості наповнювача волокна льону олійного необхідно попереднє глибоке очищення волокна льону від восків.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

NEW FILLERS FOR POLIMERIC COMPOSITE MATERIALS

In work the analysis of the previous researches of the mechanism for formation of polymeric composite materials with the use of new natural fillers and the estimated mechanism of the reaction between linen fiber and a polymeric matrix in the course of formation of composites are made. The hypothesis of possible barriers for emergence of adhesion between fiber and a matrix when pressing composites and ways of their overcoming is developed. The aim of the work is to prove experimentally the possibility of the use of fibers of oil flax as a cellulose filler for formation of composites on the basis of phenol formaldehyde polymers, and also, to develop theoretically the mechanism of interaction of oil flax fiber cellulose with a polymeric matrix of phenol formaldehyde resin The indicators of bending strength and toughness of phenoplast filled with fiber flax is even higher than those of the phenoplast based on cotton linters. Thus, it was found that the quality of the polymer composites is somewhat higher than the quality of composite materials with addition of cotton which are imported to Ukraine. The experimental results confirm the hypothesis stated in the theoretical part of the article that reduction of the mass fraction of pectin, lignin and waxes in linseed flax fibers, increases the adhesion in a polymer matrix during the formation of the composites. The mechanism proposed of oil flax cellulose fiber and phenol formaldehyde polymer interaction makes it possible to claim that to increase adhesion of oil flax cellulose with phenol formaldehyde resin it is necessary to unblock hydroxyl groups of flax cellulose, that is to exempt them from waxes and thus to increase hydrophily of flax fiber. Therefore, to receive polymeric composite materials with the use of oil flax fiber as filler, preliminary deep purification of flax fiber from waxes is necessary.

Текст научной работы на тему «НОВІ НАПОВНЮВАЧІ ДЛЯ ПОЛІМЕРНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ»

УДК 66.095.261/.262+[676.034.24+678.029.46] https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2020.2.7

А.В. СУХОВ1Й

Херсонський нащональний технiчний унiверситет

ORCID: 0000-0001-8641-8122 Л.А. ЧУРС1НА

Херсонський нацiональний техшчний унiверситет

ORCID: 0000-0002-8076-9666 ГА. Т1ХОСОВА

Херсонський нацiональний технiчний унiверситет

ORCID: 0000-0003-1163-6074 Н.В. НЕЖЛУКЧЕНКО

Херсонський нацiональний технiчний унiверситет

ORCID: 0000-0002-6737-2699

НОВ1 НАПОВНЮВАЧ1 ДЛЯ ПОЛ1МЕРНИХ КОМПОЗИЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В

У cmammi виконано анализ попереднх до^джень щодо механ1зму формування полiмерних композицтних Mamepianie з використанням нових природних наповнювачiв та висунутий передбачуваний мехатзм реакцП мiж лляним волокном та полiмepною матрицею в процеа формування композиmiв. Побудовано гinоmeзу щодо можливих перепон для виникнення адгезп мiж волокном i матрицею при пpeсувaннi композиmiв i шляхiв ix подолання.

Поставлено завдання експериментально довести можливкть використання волокон льону олтного як целюлозного наповнювача для формування композиmiв на основi фeнол-фоpмaльдeгiдниx полiмepiв, а також теоретично розробити мехатзм взаемодП целюлози волокна льону олтного з полiмepною матрицею фeнол-фоpмaльдeгiдниx смол.

Показники мiцносmi при згинaннi та ударно'1' в'язкосmi фeноплaсmiв з наповнювачем з волокна льону олтного нaвimь вищi, тж характеристики фeноплaсmiв на основi бавовняного лтту. Таким чином, встановлено, що яюсть отриманих полiмepниx композиmiв дещо вища за яюсть композицтних мamepiaлiв i-з додаванням бавовняного волокна, яке iмпоpmуemься в Украшу.

Одepжaнi експериментальш результати пiдmвepджуюmь гтотезу, яку викладено в теоретичнт частит дaноi стammi про те, що завдяки зниженню масово'1' частки пектину, лiгнiну та восюв у склaдi лляного волокна тдвищуеться aдгeзiя лляного волокна до полiмepноi мampицi в пpоцeсi формування композиmiв.

Запропонований механ1зм взаемодП целюлозного волокна льону олтного та фенол-фоpмaльдeгiдного полiмepу дае можливiсmь стверджувати, що для пiдвищeння адгезп целюлози льону олтного фeнол-фоpмaльдeгiдною смолою, нeобxiдно розблокувати гiдpоксильнi групи лляно'1' целюлози, тобто звшьнити 1'х вiд восюв i таким чином пiдвищиmи гiдpофiльнiсmь лляного волокна. Тому, для отримання полiмepниx композицтних мamepiaлiв з використанням у якосmi наповнювача волокна льону олтного нeобxiдно попередне глибоке очищення волокна льону вiд восюв.

Ключовi слова: композити, фeнол-фоpмaльдeгiднi смоли, лляна целюлоза, aдгeзiя.

А.В. СУХОВИЙ

Херсонский национальный технический университет

ORCID: 0000-0001-8641-8122 Л.А. ЧУРСИНА

Херсонский национальный технический университет

ORCID: 0000-0002-8076-9666 А.А. ТИХОСОВА

Херсонский национальный технический университет

ORCID: 0000-0003-1163-6074 Н.В. НЕЖЛУКЧЕНКО

Херсонский национальный технический университет

ORCID: ORCID: 0000-0002-6737-2699

НОВЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В статье выполнен анализ предыдущих исследований, касающихся механизма формирования полимерных композиционных материалов с использованием новых природных наполнителей и выдвинут предполагаемый механизм реакции между льняным волокном и полимерной матрицей в процессе

формирования композитов. Построена гипотеза на счет возможных препятствий для возникновения адгезии между волокном и матрицей при прессовании композитов и путей их преодоления.

Поставлена цель экспериментально доказать возможность использования волокон льна масличного как целлюлозного наполнителя для формирования композитов на основе фенол-формальдегидных полимеров, а также теоретически разработать механизм взаимодействия целлюлозы волокна льна масличного с полимерной матрицей фенол-формальдегидных смол.

Показатели прочности на изгиб и ударной вязкости фенопластов с наполнителем из волокна льна масличного даже выше, чем характеристики фенопластов на основе хлопкового линта. Таким образом, установлено, что качество полученных полимерных композитов - несколько выше, чем качество композиционных материалов с использованием хлопкового волокна, которое импортируется в Украину.

Полученные экспериментальные результаты подтверждают гипотезу, которая описана в теоретической части данной статьи о том, что благодаря снижению массовой доли пектина, лигнина и восков в составе льняного волокна повышается адгезия льняного волокна к полимерной матрице в процессе формирования композитов.

Предложенный механизм взаимодействия целлюлозного волокна льна масличного и фенол-формальдегидного полимера дает возможность утверждать, что для повышения адгезии целлюлозы льна масличного фенол-формальдегидной смолой, необходимо разблокировать гидроксильные группы льняной целлюлозы, то есть освободить их от восков и таким образом повысить гидрофильность льняного волокна. Поэтому для получения полимерных композиционных материалов с использованием в качестве наполнителя льна масличного необходимо провести предварительную глубокую очистку волокна льна масличного от восков.

Ключевые слова: композиты, фенол-формальдегидные смолы, льняная целлюлоза, адгезия.

A.V. SUKHOVII

Kherson National Technical University

ORCID: 0000-0001-8641-8122 L.A. CHURSINA

Kherson National Technical University

ORCID: 0000-0002-8076-9666 H.A. TIKHOSOVA

Kherson National Technical University

ORCID: 0000-0003-1163-6074 N.V. NEZHLUKCHENKO

Kherson National Technical University

ORCID: 0000-0002-6737-2699 NEW FILLERS FOR POLIMERIC COMPOSITE MATERIALS

In work the analysis of the previous researches of the mechanism for formation of polymeric composite materials with the use of new natural fillers and the estimated mechanism of the reaction between linen fiber and a polymeric matrix in the course of formation of composites are made. The hypothesis of possible barriers for emergence of adhesion between fiber and a matrix when pressing composites and ways of their overcoming is developed.

The aim of the work is to prove experimentally the possibility of the use of fibers of oil flax as a cellulose filler for formation of composites on the basis of phenol formaldehyde polymers, and also, to develop theoretically the mechanism of interaction of oil flax fiber cellulose with a polymeric matrix of phenol formaldehyde resin

The indicators of bending strength and toughness of phenoplast filled with fiber flax is even higher than those of the phenoplast based on cotton linters. Thus, it was found that the quality of the polymer composites is somewhat higher than the quality of composite materials with addition of cotton which are imported to Ukraine.

The experimental results confirm the hypothesis stated in the theoretical part of the article that reduction of the mass fraction of pectin, lignin and waxes in linseed flax fibers, increases the adhesion in a polymer matrix during the formation of the composites.

The mechanism proposed of oil flax cellulose fiber and phenol formaldehyde polymer interaction makes it possible to claim that to increase adhesion of oil flax cellulose with phenol formaldehyde resin it is necessary to unblock hydroxyl groups of flax cellulose, that is to exempt them from waxes and thus to increase hydrophily of flax fiber. Therefore, to receive polymeric composite materials with the use of oil flax fiber as filler, preliminary deep purification offlax fiber from waxes is necessary.

Keywords: composites, phenol formaldehyde resin, flax cellulose, adhesion.

Постановка проблеми

На сьогодш основними матерiалами, яш використовують як наповнювачi у полiмерних композицшних матерiалах е скло, графiт, алюмiнiй, вуглець, бор i берилiй. Проте, при застосуванш в композицiйних полiмерних матерiалах природних волокнистих наповнювачiв можливо досягти бшьш безпечного виробництва, простiшоï утилiзацiï та значно зменшити витрати на закушвлю сировини. Тому за останнш час набуло значноï актуальностi використання природних волокнистих наповнювачiв у полiмерних композицiйних матерiалах.

Вiдомо, що вчеш у всьому свiтi досягли певного усшху у питаннi формування композипв з використанням природних целюлозних волокон у якосл наповнювачiв. Зокрема, це стосуеться дослщження особливостей одержання полiмерних композицiйних матерiалiв з використанням у якосп наповнювачiв природних волокон та вивчення механiзмiв хiмiчних реакцiй наповнювачiв з полiмерними матрицями в процес формування композитiв, як1 описано нижче.

Анатз останшх дослiджень i публжацш Вченим Полiтехнiчного унiверситету Гонконгу Hongsheng Luo було отримано новi композити на основi нанокристалiв целюлози та полiакриловоï кислоти (ПАК)[1]. Тим часом американськими вченими Jaewoong Lee, R. M. Broughton, S. D. Worley, T. S. Huang було вивчено мехашзм формування мiжмолекулярних зв'язк1в м1ж вибiленою бавовняною целюлозою та м-арамшом в процесi формування композиту [2].

В УкраМ на базi ТОВ «Прилуки Пластмас», м. Прилуки Чершпвсько1' обласп, полiмернi композицiйнi матерiали на сьогодш отримують пресуванням фенол-формальдегщно1' смоли та бавовняного лiнту, який зараз е дефщитною, iмпортованою сировиною, а тому мае високу вартiсть. З огляду на це, як нiколи, актуальним е питання замiни його бшьш дешевою та доступною вичизняною сировиною, яка не поступатиметься бавовнi за фiзико-механiчними властивостями. Виходячи з цього, проблема забезпечення широкого промислового використання волокнистих матерiалiв, як1 можуть скласти альтернативу бавовнi, надзвичайно важлива. Тим часом, Украша мае свою природну целюлозовмiсну сировину, яка щорiчно поновлюеться, це льон олiйний. Зважаючи на ушкальний комплекс властивостей льону, активно зростае попит на цю сировину. У зв'язку з цим, в останш роки в усьому свт i, зокрема, в Украш значно збшьшилися посiви даноï культури. Слад зазначити, що волокно льону олшного може бути високояшсною сировиною для одержання целюлози та целюлозних нашвфабрикапв, паперу, пряж1, а також текстильних матерiалiв [3]. Крiм того, сьогодш лляне волокно широко застосовуеться за кордоном для армування композицшних матерiалiв [4]. Але в Укрш'ш такий досвiд вiдсутнiй.

Формулювання мети дослвдження В роботi поставлено завдання експериментально довести можливiсть використання волокон льону олшного як целюлозного наповнювача для формування композипв на основi фенол-формальдегщних полiмерiв, а також теоретично розробити мехашзм взаемоди целюлози волокна льону олшного з полiмерною матрицею фенол-формальдепдних смол.

Викладення основного MaTepi^y дослiдження Розглянемо передбачуваний механiзм взаемоди лляно1' целюлози з полiмерною матрицею. Перша стащя процесу одержання полiмерних композицiйних матерiалiв на основi целюлози волокна льону i фенол-формальдепдно1' смоли - це одержання фенол-формальдепдно1' смоли. Мехашзм хiмiчноï реакцiï полiконденсацiï ввдображено на рис. 1:

Рис. 1. Схема хiмiчноï реакц11 одержання фенол-формальдегщно\' смоли

На другiй стадiï проходить хiмiчна реакцiя взаемодiï лляно1' целюлози i фенол-формальдепдно1' смоли, тобто здшснюеться формування полiмерних композицiйних матерiалiв, що може бути подано за схемою на рис. 2:

\

+

O

-OH

+ H—O—H

Рис. 2. Схема передбачуваноТ xiMi4H0i реакци взаемоди фенол-формальдепдноТ смоли з лляною целюлозою

Нами на 0CH0Bi попереднiх теоретичних та експериментальних дослiджень на 6a3i ТОВ «Прилуки Пластмас» було виготовлено експериментaльнi зразки композицiйних мaтерiaлiв, у яких як наповнювач використовували лляне волокно, одержане 3i стебел льону олiйного. Проте, в процес одержання композитiв сталося розшарування полiмерноl мaтрицi i волокна, отже не ввдбулося адгезй' мiж волокном та матрицею. Причиною цього негативного явища могла бути наявшсть у лляному волокнi домiшок, в тому числ^ восшв, якi блокували aктивнi гiдроксильнi групи целюлози. Адже ввдомо, що воски у склaдi лляного волокна обумовлюють його пдрофобшсть, знижуючи реaкцiйну здaтнiсть целюлози. Як наслвдок, таке лляне волокно володie низькою змочувaнiстю й тому е нездатним до пресування у композити. Таким чином, було побудовано гшотезу, що для створення адгезй' м1ж лляним волокном та полiмерною матрицею пвд час формування композитiв необхвдне попередне очищення лляного волокна ввд супутникiв, на вiдмiну вiд бавовняного волокна, яке майже не мютить домiшок, тому в подaльшiй робот волокно було очищене ввд них.

Попередньо подабнену лляну сировину вщварювали в лабораторному варочному aпaрaтi (рис. 3) окислювальним методом при темперaтурi 1000С протягом 1 год. Рецептура для вщварювання наступна: перекис водню (4 г/л), нaтрiй гiдроксид (10 г/л), кальцинована сода (2 г/л), натрш силжат (5 г/л), натрш триполiфосфaт (1 г/л), змочувач (0,3 г/л).

Шсля зак1нчення ввдварювання варочний розчин зливаеться i починаеться промивання: циркуляцiя спочатку гарячою, а попм - холодною водою, обробка сульфатною кислотою (2 г/л), знову промивання холодною водою i сушшня.

Рис. 3. Лабораторний варочний апарат

При вщварюванш значна частина домшок переводиться у варочний розчин. Але воскоподiбнi речовини - це пдрофобш вуглеводш, ефiри ненасичених кислот та спирпв - залишаються у волокнi i можуть бути видaленi тiльки !х емульгуванням. Для цих цiлей у варочний розчин вводять поверхнево-активш речовини - змочувaчi. За високо! температури воски плавляться (Тпл = 600С), розтiкaються по поверхнi волокна, а змочувач переводить !х у крaплеподiбний стан i переносить у варочний розчин у виглядi емульси зпдно з наступною схемою (рис.4).

H

H

2

2

n

Волокно

Рис. 4. Мехашзм емульгування воскоподiбних домшок

Попередньо користуючись традицшними методиками хiмiчного аналiзу, визначали вмiст основних хiмiчних складових необробленого лляного волокна та лляного волокна тсля вiдварювання, а також змочувашсть зразкiв лляного волокна.

Для визначення вмiсту целюлози використовували прискорений метод, який базуеться на перетвореннi целюлози шляхом гiдролiзу в глюкозу [5]. Цей метод грунтуеться на тому, що глюкозу, одержану в результат гiдролiзу, окислюють йодом у лужному середовищi. Рiвняння реакцп мае вигляд:

СН2ОН(СНОН)4СНО + J2 + 3№ОН = СН20H(СН0H)4С00Nа + 2NaJ + 2 Н20

(1)

Для титрування вiдбирали 50 мл фiльтрату, що мютить гiдролiзовану целюлозу у формi глюкози. Повторнiсть дослiду дорiвнювала 5. Помилка дослвду становила 0,1%. Вмют целюлози обчислювали за формулою:

ц = - х К

Ов х

100 - К 100

(2)

де G2 - маса глюкози в пробi волокна, г;

GB - початкова маса волокна, г;

К - сшввщношення вщносних молекулярних мас елементарно! ланки целюлози та глюкози.

Одним iз методiв, що найчастше застосовуються для визначення вмiсту лтншу, е пдролгтично-ваговий, який i був використаний у данш робот! [5]. Цей метод базуеться на тому, що при ди на рослинш волокна, попередньо звiльненi ввд воскiв, жирiв та смол, 72 %-овою сiрчаною кислотою лiгнiн залишаеться переважно неушкодженим, у той час як уа iншi складовi рослинно! тканини переходять у розчин. Це дае можливють вiдокремити лiгнiн та визначити його кшьшсть ваговим методом.

Визначаючи вмiст линшу в дослщжуваному льоноволокнi, выбирали 5 проб волокна масою по 2 г кожна, як1 подрiбнювали до стану «пушку», зважували з точнiстю до 0,001 г та обробляли протягом 48 годин у 72 %-овш арчанш кислоп. Для кращого розчинення сумш кип'ятили протягом 2-х годин, тсля охолодження проводили фшьтрування.

Юльюсть линшу розраховували у вщсотках за вщношенням до маси абсолютно сухого волокна з точтстю до 0,01 г за формулою:

Ь = % х 1 0 0, (3)

де вл - маса линшу, яка дор1внюе G - вф, г; в - маса фшьтра з осадом литну, г; вф - початкова маса фшьтра, г; вв - маса волокна, г.

Заслуговуе на увагу метод визначення вмюту пектинових речовин, в якому видiленi пектиновi речовини визначаються йодометричним методом, що значно прискорюе аналiз. Цей метод i було використано в данш роботi [5]. Для визначення вмюту пектинових речовин ввдбирали проби волокна масою по 5 г, зважеш з точтстю до 0,001 г, потiм !х промивали на фiльтрi гарячою водою та обробляли лимоннокислим амонiем протягом 2-х годин при кишнш. Шсля обробки розчин фiльтрували, а фшьтрат використовували для визначення вмiсту пектинових речовин. Для цього у ф№трат додавали розчини пдроксиду натрiю, оцтово! кислоти й мiдного купоросу для осадження мщно! солi пол^алактуроново!

кислоти. Утворений осад ввдфшьтровували та використовували для визначення кшькосл мщ шляхом титрування розчином гшосульфпу.

Вмют пектинових речовин обчислювали у вщсотках за формулою:

V х Eu х K .....

(4)

П = _И——_ х 100.

GB

де ¥к - об'ем гшосульфггу, мл;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ем - еквiваленг мщ;

К - коефiцieнг переведения юлькосп мiдi на кальцieву сiль полталактуроново! кислоти.

Вмiсг воскоподiбних речовин визначали шляхом екстрагування бензолом [5]. Очищений, подрiбнений та витриманий при певнш вiдноснiй вологостi волокнистий матерiал, обробляли протягом 6-8 годин висушеним та перегнаним бензолом. Вмют воскоподiбних речовин визначали по ввдношенню до абсолютно сухого волокна.

M„

..........(5)

W х 100.

M

де М1 - маса лляного волокна до обробки, г;

М2 - маса лляного волокна шсля обробки, г.

Визначення змочуваносп проводили зпдно ISO 7213-81. «Целлюлоза. Отбор проб для испытаний» [6]. Для анал1зу брали 15 г повпряно-сухо! целюлози, вщбрано! 1з середньо! проби, зважували з похибкою не б1льше шж 0,1 г, формували зразок на стол1 за розм1ром алюмшевого цилшдра, який був попередньо виготовлений згвдно з кресленням. Целюлозу вкладали до попередньо зваженого цил1ндра й ущшьнювали до внутр1шньо! м1тки 50 мм. При формуванш зразка пил, який висипався, збирали й помщали до цил1ндра разом 1з целюлозою. У кристал1зац1йну чашку наливали дистильовану воду з температурою 20±0,5 °С до р1вня не нижче шж 20 мм в1д краю. Шсля цього в не! опускали алюмшевий цил1ндр до р1вня зовн1шньо! нижньо! м1тки цил1ндра. Через 30 с алюмш1евий цил1ндр 1з зволоженою масою наважки виймали з води та зважували з похибкою не бшьше н1ж 0,1 г.

Змочуван1сть (Х2) в грамах обчислювали за формулою:

Х2 = m - (m2 + m),

(6)

де m - маса повиряно-сухо! целюлози, г;

m1 - маса цил1ндра з целюлозою п1сля випробування, г m2 - маса пустого цилшдра, г.

Визначення масово! частки золи проводили зпдно з ISO 1762-74 «Целлюлоза. Метод определения содержания золы» [7]. Для проведення дослщу зважували 5 г повпряно-сухо! целюлози з похибкою не б1льше н1ж 0,01 г. Тигель нагр1вали 15 хв у муфельнш печ1 при температур! 575±25 °С, пот!м охолоджували в ексикатор! протягом 45 хв, шсля чого зважували з точнютю до четвертого десяткового знака. Пробу помщали в цей тигель i прожарювали на невеликому полум'! газового пальника до повного обвуглювання, пiсля чого тигель помщали в муфельну шч i прожарювали до повного згоряння вуглецю. Пiсля зак1нчення прожарювання, про що св1дчить вiдсутнiсть чорних часточок, тигель iз вмiстом охолоджували та зважували з точшстю до четвертого десяткового знака. Вмют золи у ввдсотках по вiдношенню до маси проби розраховували за формулою:

m х 100

^ - 1 - х100, (7)

m х (100 - W )

де m - маса повиряно-сухо! целюлози, г m1 - маса золи, г; W - волопсть целюлози, %.

Експериментальнi результати аналiзу хiмiчного складу необробленого лляного волокна, а також волокна шсля ввдварювання подано в табл. 1.

Таблиця1

Хiмiчний склад лляного волокна_

Целюлоза, % Пектин, % Л!гн!н, % Зола, % Воски, %

Лляне волокно 81,79 7,74 5,96 1,48 3,03

Лляне волокно п!сля в!дварювання 98,22 0,40 0,320 1,06 -

За результатами досл!джень встановлено, що п!сля ввдварювання повн!стю видален! воски, вм!ст целюлози у лляному волокн! зб!льшився на 16,43 % пор!вняно з необробленим волокном, масова частка пектину знизилась на 7,34 %, а л!гн!ну - на 5,64 %, також у процес! ввдварювання спостер!галось деяке зниження вм!сту золи. Змочуван!сть лляного волокна п!сля ввдварювання становила 105,43 г, тод! як необробленого волокна - 12,28 г, таким чином, цей показник вир!с майже в 10 раз!в. Так, одержане п!сля в!дварювання волокно льону ол1йного мае високий вм!ст целюлози та високий показник змочуваност!, що е вагомим чинником для процесу формування пол!мерного композиту.

Для щдтвердження можливост! зам!ни !мпортованого бавовняного волокна в!двареним лляним волокном у виготовленн! композит!в в умовах ТОВ «Прилуки Пластмас» лляне волокно шсля в!дварювання було в подальшому використане для формування композиту в умовах названого щдприемства.

Виготовлення композит!в ввдбувалося таким чином: вщбран! разов! проби ретельно перем!шували й в!дбирали середню пробу масою не менше н1ж 1 кг. Середню пробу пом!щали в чистий сухий вологонепроникний пакет. У пакет вкладали етикетку !з зазначенням номера парт!! та дати в!дбору проби. Зразки для випробувань п!дготовлювали методом компрес!йного пресування. Основними компонентами для пресматер!ал!в були: смола, волокнистий наповнювач, отверджувач або прискорювач отверд!ння смоли, мастила та !н. Зразки у вигляд! брусков 1з волокнисто! маси пресували на одногшздовш розкидн1й прес-форм1.

В результат! проведения цих робгг були одержан! експериментальш зразки композиц!йних матер!ал!в з використанням лляного волокна. В одержаних композитах були визначеш ф!зико-механ!чн! характеристики: мщшсть при згинанн! композиту та ударна в'язшсть.

Визначення ударно! в'язкост! проводили зпдно з СТ СЭВ 1491-79 «Метод определения ударной вязкости по Шарпи» [8]. Визначення здшснювали при швидкосп удару маятника 2,9 м/с±10%. Повторн!сть досл!ду була п'ятиразовою.

Визначення напруги вигинання при руйнуванн! проводили зпдно з ISO 178:2010 «Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб» [9] на брусках розм!ром 80 х (10±0,5)х (4±0,2) мм при температур! 23 °С i вщноснш вологост! 50 %.

Ф!зико-механ!чн! характеристики фенопласт!в на основ! бавовняного л!нту та в!двареного лляного волокна подано в табл. 2.

Таблиця 2

Фiзико-механiчнi характеристики фенопласлв на 0CH0Bi бавовняного лшту та в1двареного лляного волокна_

Тип наповнювач!в Ф!зико-механ!чн! характеристики фенопласт!в з р!зними наповнювачами

М!цн!сть при згинанн!, МПа Ударна в'язк!сть, кДж/м2

Лляне волокно 30,1 10,0

Бавовняний лшт 30,0 9,0

З таблицi видно, що показники мiцностi при згинаннi та ударно! в'язкосп фенопластiв з наповнювачем з волокна льону олшного навiть вищ^ н!ж характеристики фенопластiв на основi бавовняного л!нту. Таким чином, встановлено, що яшсть отриманих полiмерних композипв дещо вища за як!сть композицшних матерiалiв !з додаванням бавовняного волокна, яке iмпортуеться в Укра!ну.

Одержат експериментальнi результати пiдтверджують гiпотезу, яку викладено в теоретичнiй частинi дано! статп про те, що завдяки зниженню масово! частки пектину, литану та воск!в у складi лляного волокна пвдвищуеться адгез!я лляного волокна до полiмерно! матрицi в процеа формування композит!в.

Висновки

Запропонований мехашзм взаемодi! целюлозного волокна льону олшного та фенол-формальдег1дного полiмеру дае можливють стверджувати, що для тдвищення адгезi! целюлози льону ол!йного фенол-формальдепдною смолою, необх1дно розблокувати г!дроксильн! групи лляно! целюлози, тобто зв!льнити !х в!д воск!в i таким чином шдвищити г!дроф!льн!сть лляного волокна. Тому, для

отримання полiмерних композицшних матерiалiв з використанням у якостi наповнювача волокна льону олiйного необхiдно попередне глибоке очищення волокна льону вiд восшв.

Список використаноТ лiтератури

1. Hongsheng Luo: Study on stimulus-responsive cellulose-based polymeric materials, The Hong Kong Polytechnic University, 2012, с. 57.

2. Jaewoong Lee, R. M. Broughton, S. D. Worley, T. S. Huang, Journal of Engineered Fibers and Fabrics, Volume 2, Issue 4, 2007, с. 25.

3. Чурсша Л.А., ^хосова Г.А., Головенко Т.М., Меняйло-Басиста 1.О.: 1нновацшш технологи одержання нетканих та целюлозовмюних матерiалiв з льону олшного, Олдьплюс, Херсон, 2014, с. 25-33.

4. Живетин В.В.: Масличный лён и его комплексное развитие, ЦНИИЛКА, Москва, 2000, с. 72-89.

5. Чурсша Л.А., ^хосова Г.А., Горач О. О., Янюк Т. I.: Науковi основи комплексно! переробки стебел та насшня льону олшного, Олдьплюс, Херсон, 2011, с. 32-37.

6. ISO 7213-81. Целлюлоза. Отбор проб для испытаний. : Международный стандарт.

7. ISO 1762-74. Целлюлоза. Метод определения содержания золы: Международный стандарт.

8. СТ СЭВ 1491-79. Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи: Международный стандарт.

9. ISO 178:2010. Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб: Международный стандарт.

References

1. Hongsheng Luo. Study on stimulus-responsive cellulose-based polymeric materials. Hong Kong, The Hong Kong Polytechnic University, 2012. 57 p.

2. Jaewoong Lee, R. M. Broughton, S. D. Worley, T. S. Huang, Journal of Engineered Fibers and Fabrics, Volume 2, Issue 4, 2007, 25 p.

3. Chursina L. A., Tikhosova G. A., Golovenko T. M., Myenyailo-Basista I. O.: Innovatsiini tekhnologii oderzhannia netkanykh ta tseliulozovmisnykh materialiv z lonu oliinogo. Kherson, Oldi-plius, 2014. 2533 pp.

4. V.V. Zhivetin, L.N. Ginzburg.: Maslichny'i len i еgo kompleksnoe razvitie. Moskow, TCNIILKA, 2000. 72-89 pp.

5. Chursina L. A., Tikhosova G. A., Gorach O. O., Yanyuk T. I.. Naukovi osnovi kompleksnoi pererobki ctebel ta nasinnya l'onu oliinogo. Kherson, Oldi-plius, 2011. 32-37 pp.

6. ISO 595-79. Czellyuloza. Otbor prob dlya ispy'tanij. (International standart).

7. ISO 1762-74. Czellyuloza. Metod opredeleniya soderzhaniya zoly'. (International standart)

8. ST SEV 1491-79. Plastmassy. Metod opredeleniya udarnoj vyazkosti po Sharpi. (International standart)

9. ISO 178:2010. Plastmassy. Metod ispy'taniya na staticheskij izgib. (International standart).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.