CC BY
17УДК 621
Азаров Д.С.
Бакалавр кафедры Электроматериаловедения, физики и техники электрической изоляции, кабелей и электроконденсаторостроения Национальный исследовательский университет "МЭИ"
(Россия, г. Москва)
«ЗЕЛЕНЫЕ МАТЕРИАЛЫ» - ЖИДКОЕ ДЕРЕВО, СНИЖЕНИЕ ПРОЦЕНТНОГО СОДЕРЖАНИЯ БЕНЗОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ
Аннотация: в статье рассматривается использование материалов на основе натуральных компонентов в качестве альтернативных материалов для современной промышленности. Приводится сравнение биополимеров с широкоиспользуемыми полимерными композициями.
Ключевые слова: биополимер, жидкое дерево, лигнин, композитный материал, экологически чистый материал, биоразлагаемый, термопласт.
Основной задачей развития экологически чистых технологий является снижение их негативного воздействия на окружающую их среду за счет уменьшения количества жидких, газообразных, твердых отходов, уменьшения производственных энергетических затрат, за счет совершенствования технологий, использования теплооборота, улучшения качества продукции, исключения из процессов токсичных веществ, дефицитного сырья [1].
термопластичный древесно-полимерный композит (ДПКТ или ДПК) -«жидкое дерево». В его производстве используются первичное (вторичное) сырье 1111, ПЭ или ПВХ плюс древесные добавки, например, древесная мука и растительные волокна, и вспомогательные присадки.
Пластиковые композиты являются одними из наиболее востребованных материалов во многих областях производства. Однако, они имеют ряд
существенных недостатков: не разлагаются в природной среде, высокое содержание токсичных веществ может оказывать негативное влияние на функционирование многих экосистем, пластик делается из углеводородного сырья, запасы которого невосполнимы. Наличие подобных недостатков привело к необходимости разработки альтернативных материалов.
Арбоформ является экологически чистым термопластичным материалом. Он применяется в качестве декоративных и конструкционных материалов. Изготавливается на натуральной растительной основе, имеет широкую область применения в качестве материала заменителя пластмасс и древесины. Его название происходит от латинского arbor - дерево. Производитель называет свой материал - «liquidwood», т.е. жидкое дерево.
Свойства материала, в сравнении со свойствами конструкционных пластмасс и древесины, приведены в табл. 1
Таблица 1
Свойства Арбоформа в сравнении с др. материалами
Полиэтил ен (LD, HD, LLD) Полипропи лен Полистир ол ARBOFOR M® Полиам ид 66 Древеси на(бук)
Пределпрочно сти, [N/mm2] 8 - 30 30 - 40 45 - 65 15 - 20 65 7
Модульупруго сти при растяжении, [N/mm2] 50 - 500 600 - 1700 1200 -3300 1000 - 5000 2000 1500
Предельное удлинение[%] 100 - 900 bis 800 3 - 4 0,3 - 0,7 200
Ударнаявязкос ть [kJ/m2] o. Br. 20 13 - 20 2 - 5 o. Br.
Теплостойкост ь по Вика, [°C] 40 - 65 110 - 130 78 - 99 80 - 95 200
Коэф.
линейного 170 - 100 - 70х10-6 18 - 50х10-6 80х10-6 45х10-6
200х10-6 200х10-6
расширения,
[1/К]
Основным компонентом этого материала является лигнин, - биополимер, образующийся в древесине в результате фотосинтеза и составляющего около 30% ее вещества. Он формирует трехмерную структуру вокруг целлюлозных волокон и обеспечивает необходимую прочность при сжатии, которую самостоятельно целлюлоза не может обеспечить.
В гидролизной промышленности получают порошковый (гидролизный) лигнин - аморфное порошкообразное вещество. Его плотность в пределах 1,251,45 г/см3, молекулярная масса 5000 - 10 000. Размеры частиц лигнина от нескольких миллиметров до микронов (и меньше). Содержание лигнина колеблется в пределах 40-88 %, трудногидролизуемых полисахаридов от 13 до 45 % смолистых и веществ лигногуминового комплекса от 5 до 19 % и зольных элементов - от 0.5 до 10 %.
Путем смешения лигнина с рядом натуральных материалов (волокнами древесины и другими компонентами) можно получить материал, легко поддающийся формованию. Биопластик на основе лигнина устойчив к практически любым механическим воздействиям. Предел прочности 15-20 Н/мм2; модуль упругости при растяжении и при изгибе 1000-5000 Н/мм2; ударная вязкость 2-5 кДж/м2; твердость (испытание шариком) 20-70 Н/мм2. Тепловые характеристики: коэффициент температурного расширения 1х10-5-5х10-5 м/м°С; теплостойкость по Вика и по Мартенсу 80-95 °С и 54 °С соответственно; теплопроводность 0,384 Вт/мК. Электрические свойства: электропроводность по поверхности и в массе 5 Ом/м и 3 Ом/м соответственно. Материал устойчив к воздействию различных грибков, бактерий, насекомых и грызунов. Не повреждается от воздействия моющих средств, не выгорает на солнце, не подвергается повышенной влажности и устойчив к погодным условиям, в том
числе большим перепадам температур. Его можно применять в различных областях, в том числе, в электротехнике. Основным преимуществом такого пластика является возможность многократной переработки. Лигнин не оказывает токсического воздействия, является хорошим сорбентом. Поддается горению в сухой фазе, взрывоопасен в распыленной форме. 30 % занимает углеродная составляющая. Теплотворная способность сухого лигнина близка к калорийности условного топлива 5500-6500 ккал/кг. Температура воспламенения - 195°С. При добавлении органических волокон древесины, льна, пеньки, сизаля в лигнин получается термопластичный полимер, который может перерабатываться литьем в формы, аналогичный пластмассе. Однако, в отличие от нее - это полностью природный биоразлагаемый материал.
Вывод: Биополимеры на основе натуральных материалов в настоящее время могут составить конкуренцию распространённым материалам из синтетических компонентов (ПВХ, 1111, ПА). Такие материалы имеют ряд преимуществ за счет уменьшения загрязнения окружающей среды. Решение экологических проблем при производстве полимеров является актуальной задачей на сегодняшний день.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Зеленые полимеры: учебное пособие/ О. И. Тужиков, О. О. Тужиков; ВолгГТУ. - Волгоград, 2016. - 80 с.
Технология биоразлагаемых полимерных материалов : учеб.-метод. пособие для студентов специальности 1-48 01 02 «Химическая технология органических веществ, материалов и изделий» специализации 1-48 01 02 04 «Технология пластических масс» / Э. Т. Крутько, Н. Р. Прокопчук, А. И. Глоба. - Минск : БГТУ, 2014. - 105 с.
