CC BY
39
УДК 502.55
ПРОИЗВОДСТВО КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ КОМПОНЕНТОВ
PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIALS BASED ON BIODEGRADABLE COMPONENTS
Сабирова Г. А., Галяветдинов Н.Р., Сафин Р. Р.
(Казанский национальный исследовательский технологический университет, г.
Казань, РФ)
Sabirova G.A., Galyavetdinov N.R., Safin R.R.
(Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia)
Разработан композиционный материал из биоразлагаемого термопласта и древесного наполнителя, который может найти применение в упаковочной промышленности.
A composite material has been developed from biodegradable thermoplastics and wood filler, which can be used in the packaging industry.
Ключевые слова: композиционный материал, полилактид, биоразложение, термическая модификация
Key words: composite material, polylactide, biodegradation, thermal modifica-tion
Введение
В настоящее время экологическая обстановка в мире является довольно неблагоприятной. Постоянно растущее население требует все больше и больше пищи, товаров народного потребления, жилья. Все это приводит к росту городов, промышленности и увеличению объемов твердых бытовых отходов, среди которых наибольший экологический вред оказывают полимеры. На данный момент пластиковые отходы занимают третье место в рейтинге основных факторов, загрязняющих Землю.
Поэтому сегодня актуальной является проблема предотвращения загрязнения окружающей среды синтетическими полимерами, время разложения которых в естественных условиях значительно превышает продолжительность жизни человека.
Одним из наиболее многообещающих полимеров в данном направлении является полилактид - алифатический полиэфир на основе гидроксиалканкар-боновых кислот, сырьевой базой для выпуска которого служат возобновляемые природные источники растительного происхождения. PLA отличается термопластичностью, позволяющей легко его перерабатывать, а также скоростью разложения в биологической среде, при этом не оказывая на нее вредных воздействий [1-2]. Благодаря этим свойствам полилактид может применяться для создания новых материалов, представляющих интерес не только с позиций охраны окружающей среды, но и возможного применения в медицине, упаковочной и пищевой промышленности, а также в сельском хозяйстве и в быту.
Однако стоимость производства полилактида на сегодняшний день остается достаточно высокой, что является тормозящим фактором для развития биопродукции. В этой связи для снижения стоимости производства компози-
ционных материалов и конечных продуктов на основе РЬЛ, были предприняты усилия по смешению полилактида с растительным наполнителем в виде древесной муки, подверженной термической модификации [3-5]. Термическая модификация позволяет удалить из древесины гемицеллюлозу, которая отрицательно влияет на содержимое упаковок, уменьшая срок годности продуктов.
Материалы и методы Для исследования физико-механических характеристик были изготовлены образцы композитов из полилактида с содержанием как термически обработанного при t=180, 200 °С [6], так и необработанного древесного наполнителя марки 140. В качестве связующего использовались полимерные гранулы полилактида 4043D. Количественный состав образцов и температура обработки наполнителя приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Состав образцов композита
Образец, № PLA, % Древесный наполнитель необработанный, % Древесный наполнитель обработанный при t=180 °C, % Древесный наполнитель обработанный при t=200°C, %
1 100 0 0 0
2,3,4 70 30 30 30
5,6,7 50 50 50 50
8,9,10 30 70 70 70
Первоначально были получены заготовки для образцов методом смешивания компонентов при температуре 180 °С в течение 5 мин на оборудовании Brabender GmbH & Co KG. Далее эти заготовки были помещены в прессовальную машину Gotech GT-7014-H при температуре 185 °С на 5 мин, после чего охлаждались в течение 2 мин. Далее из данных заготовок вырезались образцы одинакового размера для дальнейших испытаний.
Для определения предела прочности композитов на разрыв использовалась разрывная машина JLTTC LDS-5L.
Для исследования процессов биоразложения композитов полученные образцы помещались в грунт на глубину не более 50 мм.
Полученные результаты и их обсуждение
В ходе исследований было выявлено, что деструкция образцов композита в компосте происходила по двухступенчатой стадии. На начальных фазах деструкции цепи высокомолекулярной полимолочной кислоты гидролизова-лись до олигомеров с более низкой молекулярной массой. Эта реакция зависела от температуры и влажности, кроме того могла ускоряться основаниями или кислотами [7-9].
Фрагментация композита раньше происходит на образцах, в которых присутствует древесный наполнитель. При этом термическая обработка древесного наполнителя снижает скорость биодеструкции композита. На рис. 1 представлены экспериментальные кривые, показывающие время деструкции полилактида и композитов на его основе.
Экспериментальные результаты наглядно показывают, что способность к
биоразложению ПМК компонента в композите из чистого полилактида без добавления древесного наполнителя существенно ниже, чем у композитов с наполнением из древесины. При этом деструкция композита с термически обработанным наполнителем (200 °С) оказалась ниже, чем у композита с термически необработанным наполнителем [10-11].
Разложение, %
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
■ необработанный наполнитель
термически обработанный наполнитель
■чистый PLA
100
200
300
400
т, мин
0
Рисунок 1 - Деструкция композитов в зависимости от вида древесного наполнителя
Заключение
В ходе проведенных исследований было выявлено, что использование растительного сырья в качестве наполнителя повышает биодеградируемые свойства композиционного материала. Предварительная термическая обработка наполнителя замедляет процесс разложения композита по сравнению с композитом, содержащим термически необработанный наполнитель. Предполагается, что в зависимости от дальнейших целей применения композита, ориентируясь на полученные результаты, можно будет задавать его качественный и количественный состав.
Список использованных источников
1. Талипова Г.А., Галяветдинов Н.Р. Разработка биоразлагаемых композиционных материалов из полимера и растительного наполнителя // Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы международной научно-практической конференции. Грозный. 2019. С. 235-240.
2. Галяветдинов Н.Р., Талипова Г.А., Саерова К.В., Гизатова М.В., Иглепова Ю.В. Исследования биоразлагаемых композитов из PLA с наполнителем // Современные материалы, техника и технология: сборник научных статей 8-й Международной научно-практической конференции. Курск. 2018. С. 109-112.
3. Разумов Е.Ю., Белякова Е.А., Сафин Р.Р. Математическая модель процесса термомодифицирования древесины труднопропитываемых пород в жидкости // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 16. С. 233-239.
4. Патент на изобретение RUS 2453425 18.01.2011. Способ термической обработки древесины // Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Разумов Е.Ю., Сафин Р.Г., Данилова Р.В., Кай-нов П.А., Оладышкина Н.А., Белякова Е.А.
5. Белякова Е.А., Сафин Р.Р., Бодылевская Т.А. Разработка методики классификации термомодифицированной древесины с помощью цветовой гаммы // Деревообрабатывающая промышленность. Москва. 2013. № 1. С. 30-34.
6. Патент на изобретение RUS 2425305 04.03.2010. Способ сушки и термической обработки древесины // Сафин Р.Р., Сафин Р.Г., Оладышкина Н.А., Разумов Е.Ю., Хасан-
шин Р.Р., Кайнов П.А., Кузьмин И.А., Мазохин М.А., Шайхутдинова А.Р., Ахтямова Т.Н., Воронин А.Е.
7. Галяветдинов Н.Р., Сафин Р.Р., Мухтарова А.Р., Илалова Г.Ф., Талипова Г.А. Изучение деструктивных свойств биоразлагаемого древесно-наполненного композита // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. Воронеж. 2018. С. 174-179.
8. Safin, R.R., Talipova, G.A., Galyavetdinov, N.R., Nazipova, F.V., Salimgaraeva, R.V. The study of the destructive properties of wood- filled composites for the production of biodegradable packaging materials // International Multidisciplinary Scientific Geoconference. 2019. № 19. P. 541-546.
9. Галяветдинов Н.Р., Сафин Р.Р., Талипова Г.А., Петров В.И. Исследование физико-механических свойств древесно-наполненных композитов на основе полилактида с целью создания биоразлагаемых упаковок // Деревообрабатывающая промышленность. Москва. 2018. № 4. С. 12-18.
10. Сафин Р.Р., Сафин Р.Г., Галяветдинов Н.Р., Иманаев Р.М. Исследование совмещенной сушки-пропитки массивных капиллярно-пористых коллоидных материалов // Вестник Казанского технологического университета. 2006. № 6. С. 78.
11. Разумов Е.Ю., Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Аминов Л.И. Экспериментальное исследование физического эффекта обработки древесных отходов вч-плазмой // Деревообрабатывающая промышленность. Москва. 2009. № 1. С. 24-25.
УДК 62-663.8
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЕЛЛЕТ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
COMPARATIVE ANALYSIS OF THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF PELLETS OF VARIOUS MANUFACTURERS
Сафиуллина А.Х., Кайнов П.А.
(Казанский национальный исследовательский технологический университет, г.
Казань, РФ) Safiullina A.Kh., Kainov P.A.
(Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia)
В данной статье рассматривается технология производства пеллет, представлены результаты исследований на определение теплофизических свойств древесных гранул различных производителей. На основании полученных данных проведен сравнительный анализ характеристик исследуемых образцов с Европейским стандартом качества пеллет.
This article discusses the technology of production of pellets, presents the results of studies to determine the thermophysical properties of wood pellets from various manufacturers. Based on the data obtained, a comparative analysis of the characteristics of the studied samples with the European pellet quality standard was carried out.
Ключевые слова: биомасса, возобновляемая энергетика, древесные гранулы, высшая теплота сгорания
Keywords: biomass, renewable energy, wood pellets, higher calorific value
