[1]Изобретение относится к составу полимерного композиционного материала и может быть использовано в области строительства, автомобилестроения, машиностроения и других отраслях промышленности.
[2]Известна древесно-полимерная композиция, содержащая древесную стружку и отходы термопласта, в которой в качестве отходов термопласта содержатся отходы полипропилена при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
[3]| древесная стружка | 70-82 |
| отходы полипропилена | 18-30, |
[4]см. RU 2056446, МПК6 C08L 97/02, C08L 23/12, 1996.
[5]Недостатками известной полимерной композиции являются неудовлетворительные эксплуатационные свойства композиционного материала, а также ограниченность способов формования композиции.
[6]Известна древесно-полимерная композиция, состоящая из связующего и древесного наполнителя, в котором в качестве наполнителя она содержит древесный наполнитель, обработанный в потоке плазмообразующего газа в разрядной камере при мощности высокочастотного генератора 200-600 Вт и разрежении, равном 100-130 Па, в течение 250-280 секунд, где в качестве плазмообразующего газа используют воздух, расход которого составляет 0,08-0,12 г/с, а перед обработкой наполнителя в потоке плазмообразующего газа его обрабатывают в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 190-200 °C в течение 50-60 мин, а после смешения со связующим ведут формование и термообработку, см. RU Патент №2464162, МПК B27N 3/18 (2006.01), C08L 97/02 (2006.01), 2012.
[7]Недостатком данной композиции является высокая стоимость получаемого из нее композиционного материала.
[8]Наиболее близким по технической сущности является древесно-полимерный состав для композиционного материала, содержащий полипропилен, наполнитель – древесные отходы, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6 % привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, согласно изобретению в качестве наполнителя он содержит древесные отходы, предварительно обработанные природным Na+- монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью формулы [(RН)2(CH3)2N]+Cl-, где R – остаток гидрированных жирных кислот С16-С18, а затем веществом «Оллзайм Вегпро», состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:
[9]| древесные отходы | 50 |
| природный Na+- монтмориллонит, модифицированный четвертичной аммониевой солью [(RН)2(CH3)2N]+Cl-, где R – остаток гидрированных жирных кислот С16-С18 | 5,0 |
| вещество «Оллзайм Вегпро» | 0,5 |
эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил
пропионовой кислоты и пентаэритрита | 0,1 |
| полипропилен с содержанием 1-6 % привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты | 5,0 |
| полипропилен | остальное |
[10]см. RU Патент 2767048, МПК C08L 23/12 (2006.01), C08L 97/02 (2006.01), C08K 5/10 (2006.01), C08K 5/103 (2006.01), (52) СПК, C08L 23/12 (2021.08), C08L 97/02 (2021.08), C08K 5/10 (2021.08), C08K 5/103 (2021.08).
[11]Недостатками известного древесно-полимерного состава для композиционного материала являются недостаточные эксплуатационные свойства композиционного материала и сложная технология модификации наполнителя.
[12]Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств композиционного материала.
[13]Техническая задача улучшение эксплуатационных свойств композиционного материала на основе заявленного состава полимерного композиционного материала решается тем, что состав полимерного композиционного материала, содержащий полипропилен, наполнитель –отходы рисовой шелухи, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, согласно изобретению в качестве наполнителя он содержит отходы рисовой шелухи, предварительно обработанные веществом, содержащим ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %), состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:
[14]| отходы рисовой шелухи | 50 |
| вещество, содержащее ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %) | 0,5 |
эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил
пропионовой кислоты и пентаэритрита | 0,1 |
| полипропилен | остальное |
[15]Решение технической задачи позволяет повысить показатель модуля упругости при изгибе до 16 %, повысить стойкость к водопоглощению до 23 % при выдержке 2 часа в кипящей воде, повысить показатель водопоглощения в течение 14 суток при 23°С, повысить показатель ударной вязкости при - 40°С.
[16]Характеристика веществ, используемых в заявленном составе полимерного композиционного материала.
[17]В качестве термопластичного полимера используют полипропилен, например, марки 4215М (ТУ 20.16.51-136-05766801-2015) с показателем текучести расплава 7,0 – 10,0 г/10 мин, марки 1525J (ГОСТ 2211-136-05766801-2006) с показателем текучести расплава 2,9 –3,5 г/10 мин.
[18]В качестве наполнителя используют измельченные, предварительно обработанные отходы рисовой шелухи.
[19]Предварительную обработку отходов рисовой шелухи ведут веществом, содержащим ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %), например торговой марки «Оллзайм Вегпро».
[20]В составе полимерного композиционного материала используют добавки:
[21]- эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, например торговой марки Ирганокс 1010;
[22]Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения.
[24]Состав полимерного композиционного материала получают путем смешения в экструдере полипропилена марки 4215М в количестве 49,9 мас. %, наполнителя из рисовой шелухи и добавок. В качестве наполнителя он содержит измельченные отходы рисовой шелухи в количестве 49,5 мас. %, предварительно обработанные веществом, содержащим ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %), в количестве 0,5 мас. %, а в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита в количестве 0,1 мас. %, состав содержит компоненты при следующем их соотношении:
[25]| Компоненты состава | мас. % | кг |
| отходы рисовой шелухи | 49,5 | 49,5 |
| вещество, содержащее ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %) | 0,5 | 0,5 |
эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил
пропионовой кислоты и пентаэритрита | 0,1 | 0,1 |
| полипропилен | 49,9 | 49,9 |
[26]Пример 2 аналогичен примеру 1, отличием является то, что в качестве полипропилена состав содержит полипропилен марки 1525J.
[27]Пример 3 аналогичен примеру 1 и 2, отличием является то, что отходы рисовой шелухи использовались в составе композиции без предварительной обработки.
[28]Состав полимерного композиционного материала получают путем смешения в экструдере полипропилена марки 4215М в количестве 49,9 мас. %, наполнителя из рисовой шелухи и добавок. В качестве наполнителя он содержит измельченные отходы рисовой шелухи, без предварительной обработки в количестве 50 мас. %, в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита в количестве 0,1 мас. %, состав содержит компоненты при следующем их соотношении:
[29]| Компоненты состава | мас.% | кг |
| отходы рисовой шелухи | 50 | 50 |
эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил
пропионовой кислоты и пентаэритрита | 0,1 | 0,1 |
| полипропилен | 49,9 | 49,9 |
[30]Композиционный материал, полученный на основе заявленного состава, по примерам 1-3, получают в виде гранул, и может быть переработан в изделие путем экструзии, литья под давлением или прессованием, который затем можно транспортировать для дальнейшего целевого использования. Возможна также технология совмещения процесса получения из заявленного состава гранул и формования его в конечное изделие.
[31]Механические испытания образцов композиционного материала, полученных по примерам конкретного выполнения 1-3, выполнены согласно соответствующим ГОСТ. Испытания образцов проводили на универсальной 2-х колонной испытательной машине при температуре 23±2°С, скорости деформации 5,0 мм/мин для определения прочности при растяжении по ГОСТ 11262-80, для определения модуля упругости при скорости деформации 1 мм/мин – по ГОСТ 9550-81.
[32]Для определения показателя ударной вязкости композиционного материала использовался метод Шарпи с маятниковым копром с энергией удара 2,75 J, скоростью маятника 3,46 м/с, углом падения 150°, разрешением 0,01 Дж. Испытания проводилось согласно ГОСТ 4647-2015.
[33]Оценка водопоглощения композиционного материала заключалось в оценке изменения массы образца в %-ом соотношении после выдержки в кипящей воде в течение 2-х часов согласно ГОСТ 9590-76, а также, в течение 14 суток, согласно ГОСТ 19592-80.
[34]Для определения плотности композиционного материалаиспользовался автоматический плотномер с разрешением (0,0001 г/см3) на базе чувствительных аналитических весов по принципу измерения – гидростатическое взвешивание. Удельный вес определялся как отношение веса объема материала к весу эквивалентного объема воды при комнатной температуре испытаний, согласно ГОСТ 15139-69.
[35]Измерение твердости проводилось по Шору (шкала D) с помощью твердомера, согласно ГОСТ 24621-2015.
[36]Состав и свойства по примерам конкретного выполнения 1-3 сведены в таблицы 1 и 2, соответственно.
[37]Таблица 1 – Состав полимерного композиционного материала
[38]| Наименование компонентов | Заявляемый объект |
| по примерам, мас. % |
| 1 | 2 | 3 |
| отходы рисовой шелухи | 49,5 | 49,5 | 50 |
| вещество, содержащее ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %) | 0,5 | 0,5 | - |
| эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| полипропилен | 49,9 | 49,9 | 49,9 |
[39]Таблица 2 – Свойства состава полимерного композиционного материала
[40]| Наименование свойств | Единица измерения | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 по прототипу |
Прочность при растяжении
ГОСТ 11262-2017 | МПа | 21 | 23,4 | 18,9 | 29,8 |
| Модуль упругости при изгибе, ГОСТ 9550-81 | МПа | 2842 | 3075 | 2869 | 2652 |
| Ударная вязкость по Шарпи при +23ºС 19109-2017 | + 23°С | кДж/м2 | 9,5 | 9,8 | 8,6 | 11,3 |
| - 40°С | 7,2 | 7,8 | 6 | - |
| Водопоглощение при выдержке 2 часа в кипящей воде ГОСТ 9590 | % | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 1,3 |
| Водопоглощение в течение 14 суток при 23°С, % | | 1,8 | 1,7 | 2,5 | - |
| Плотность ГОСТ 15139-69 | г/см³ | 1,0 | 1,1 | 1,0 | 1,12 |
| Твердость по Шору (шкала D) ГОСТ 24621-2015 | усл.ед | 72 | 79 | 71,6 | 81 |
| Показатель текучести расплава, гр /10 мин | | 2,5 | 1,2 | 2,5 | - |
[41]Как видно из примеров конкретного выполнения, решение технической задачи по сравнению с прототипом позволяет повысить показатель модуля упругости при изгибе до 16 %, повысить стойкость к водопоглощению до 23 % при выдержке 2 часа в кипящей воде, повысить показатель водопоглощения в течение 14 суток при 23°С, повысить показатель ударной вязкости при - 40°С.
