EA015586B1

EA015586B1 - Поливинилхлоридные композиты с наполнителем в виде древесных частиц, вспененные материалы на их основе и способ их получения

Info

Publication number: EA015586B1
Application number: EA200702365A
Authority: EA
Inventors: Лаурент М. Матуана; Патрисия А. Хэйден; Бхавеш Шах
Original assignee: Мичиган Стэйт Юниверсити
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2011-10-31
Also published as: EA200702365A1; CA2607010A1; EP1883524A2; CN100594113C; US20060293418A1; CN101213063A; US7446138B2; WO2006118895A2; EP1883524A4; WO2006118895A3; CA2607010C

Abstract

В настоящем изобретении предложены экструдированные композитные составы на основе поливинилхлорида (ПВХ) и высушенной древесной муки с размером частиц примерно от 1 до 1000 мкм, содержащие в качестве связующего вещества хитозан или хитин, при этом указанные составы содержат модификатор ударной прочности, термостабилизирующий агент для связывания всего количества HCl, выделяющегося из ПВХ, и смазывающее вещество. Композитные составы согласно изобретению обладают улучшенными физическими и механическими свойствами. В изобретении также предложен способ получения композитного состава, включающий (a) приготовление смеси из связующего вещества, поливинилхлорида (ПВХ) и древесной муки с размером частиц примерно от 1 до 1000 мкм, где связующим веществом является хитин или хитозан, содержащей модификатор ударной прочности, термостабилизирующий агент для связывания всего количества HCl, выделяющегося из ПВХ, и смазывающее вещество, и (b) экструдирование полученной смеси при повышенной температуре, находящейся в диапазоне примерно от 150°C до температуры разложения ПВХ или древесной муки, с образованием композитного состава.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к композитным составам, которые содержат древесные частицы и поливинилхлоридные (ПВХ) полимеры, при этом в качестве природных связующих веществ используются хитин и/или хитозан. Полученные композитные составы обладают улучшенными свойствами.

Описание существующего уровня техники

Древесно-пластиковые композиты (ДПК) стали важной группой конструкционных материалов. В ряде областей применения они частично вытесняют твердую обработанную давлением древесину и другие материалы (С1етоик, СМ., Еогек! Ргой. 1. 52(6), 10-18 (2002)). Несмотря на то что ДПК превосходят чистые ненаполненные полимеры с точки зрения стоимости и жесткости материала, их прочностные характеристики (при растяжении, изгибе и ударе) в целом ниже, чем у ненаполненных полимеров (Ма1иаиа, Ь.М., Аооййатк, К.Т., Вак-Шиес/, кк, Рагк, С.В., Ро1ут. Сотрок., 19(4), 446-455 (1998); и Майала, Ь.М., ВаЫшесж, кк, Рагк, СВ., Ро1ут. Еид. 8ск, 38(5): 765-773 (1998)). Вероятно, пониженная прочность - это результат естественной несовместимости фаз при смешивании гидрофильных древесных волокон (высокое поверхностное натяжение) с гидрофобной полимерной матрицей (низкое поверхностное натяжение) (Ма1иаиа, Ь.М., Аооййатк, К.Т., ВаШшес/, кк, Рагк, С.В., Ро1ут. Сотрок., 19(4), 446-455 (1998); МаШапа, Ь.М., Вак-Шиес/, 1.1., Рагк, СВ., Ро1ут. Еид. 8ск, 38(5): 765-773 (1998); Ь1, V., Майаиа, Ь.М., 1. Арр1. Ро1ут. 8ск, 88(2), 278-286 (2003); и Майаиа, Ь.М., Рагк, СВ., Вак-ашес/, кк, 1. Ушу1 Аййй. Тесйиок, 3(4), 265-273 (1997)). Несовместимость фаз приводит к очень слабому взаимодействию и, следовательно, к слабому сопряжению между волокном и матрицей (слабой адгезии на границе раздела фаз).

При создании ДПК одним из подходов состоит в модификации поверхности древесного волокна с помощью связующих веществ для повышения прочности (Аооййатк, К.Т., Тйотак, С., Койдегк, Ό.Κ., Ро1ут. Еид. 8ск, 24: 1166-1177 (1984)). Связующие вещества превращают гидрофильную поверхность древесных волокон в более гидрофобную, снижая тем самым поверхностное натяжение древесных волокон таким образом, что оно становится ближе к поверхностному натяжению расплавленного полимера. В результате за счет таких механизмов, как диффузия и механическое взаимопроникновение обработанных волокон и полимерной матрицы, повышаются смачиваемость и адгезия (Аооййатк, К.Т., Тйотак, С., Койдегк, Ό.Κ., Ро1ут. Еид. 8ск, 24: 1166-1177 (1984)).

Для композитов типа полиолефин/древесное волокно в качестве подходящего связующего вещества, как правило, используют полиолефин, модифицированный малеиновым ангидридом, оказывающий сильное воздействие на изменение гидрофильной поверхности древесных волокон в сторону более гидрофобной (Ь1, V., Майаиа, Ь.М., 1. Арр1. Ро1ут. 8ск, 88(2), 278-286 (2003); и Аооййатк, К.Т., Тйотак, С., Койдегк, Ό.Κ., Ро1ут. Еид. 8ск, 24: 1166-1177 (1984)). Аналогично, для усиления адгезии на границе раздела фаз между древесными волокнами и матрицей из ПВХ, который является вторым по значимости пластическим материалом, используемым при изготовлении ДПК, некоторые исследователи провели оценку эффективности различных видов обработки волокон, включая использование в качестве связующих веществ различных видов изоцианатов, малеинового ангидрида, силанов и т.д. (Кок1а, В.У., Ма1йак, Ό., ПаиеаиП, С, Ве1аий, К., 1. Ушу1 ТесЬиок, 12(3), 146-153 (1990); Кок1а, В.У., Ма1йак, Ό., ПаиеаиИ, С, Ве1аий, Р., Ро1ит. Р1ак1. Тесйио1. Еид., 29(1-2), 87-118 (1990); и Кок1а, В.У., Ма1йак, Ό., ПаиеаиИ, С, Ве1аий, К., Ро1уии. Сотрок., 11(2), 84-89 (1990)). С помощью указанных видов химической обработки было достигнуто улучшение большинства механических свойств композитов по сравнению со свойствами композитов, содержащих необработанные волокна. Однако свойства указанных композитов уступают свойствам ненаполненного ПВХ, что указывает на то, что в отличие от композитов типа полиолефин/древесное волокно хорошо известный прием превращения гидрофильной поверхности древесного волокна в гидрофобную неэффективен в случае повышения адгезии ПВХ к древесным волокнам.

Однако проведенные нами исследования показали, что если в качестве матрицы для ДПК применяют ПВХ, то кислотно-основные взаимодействия, в ходе которых одна фаза выступает в качестве донора электронов (основание), а другая - в качестве акцептора электронов (кислота), являются значительным фактором для улучшения адгезии на границе раздела фаз (МайаШ, Ь.М., Аооййатк, К.Т., Вак-Итес/, кк, Рагк, СВ., Ро1ут. Сотрок., 19(4), 446-455 (1998); и Майаиа, Ь.М., Вак-Шиес/, кк, Рагк, СВ., Ро1ут. Еид. 8ск, 38(5): 765-773 (1998)). Таким образом, для улучшения характеристик указанных композитов модификация поверхности древесных волокон, предназначенных для использования в ПВХ, должна быть разработана таким образом, чтобы модифицировать кислотно-основные взаимодействия на границе раздела матрица/волокно. Например, с помощью изменения кислотных характеристик древесных волокон посредством модификации поверхности γ-аминопропилтриэтоксисиланом был разработан композит ПВХ/древесное волокно с тем же пределом прочности при растяжении и более высоким модулем, чем у ненаполненного ПВХ (Майаиа, Ь.М., Аооййатк, К.Т., Вак-Шоес/, кк, Рагк, СВ., Ро1ут. Сотрок., 19(4), 446-455 (1998). Применение аминосилана позволило успешно модифицировать поверхность древесины и в соответствии с теорией кислот и оснований Льюиса облегчить взаимодействие между древесиной и ПВХ (Майаиа, Ь.М., Аооййатк, К.Т., Вак-Шиес/, кк, Рагк, СВ, Ро1ут. Сотрок., 19(4), 446-455 (1998)).

Несмотря на указанные преимущества γ-аминопропилтриэтоксисилан не нашел широкого применения в качестве связующего вещества для композитов типа ПВХ/древесное волокно, в основном из-за его

- 1 015586 высокой стоимости, но также и из-за сложности нанесения равномерного покрытия на поверхность древесных частиц, обусловленной склонностью γ-аминопропилтриэтоксисилана к гидролизу и самоконденсации. Таким образом, аминосилан не является связующим веществом, подходящим для данного применения.

Хитин (см. чертеж а) представляет собой второй по распространенности природный полимер после целлюлозы; его извлекают из панцирей ракообразных. Хитозан (см.чертеж Ь) является деацетилированной формой хитина. Эти полимеры легкодоступны, нетоксичны, биосовместимы и менее дорогостоящи, чем многие синтетические связующие вещества. Ацетиламинная функциональная группа хитина и аминогруппа хитозана должны обеспечивать взаимодействие этих полимеров с древесиной и ПВХ, подобное взаимодействию аминосилана, и, таким образом, улучшать адгезию на границе раздела фаз между ПВХ и древесными волокнами, тем самым потенциально улучшая другие свойства и позволяя данным полимерам быть экономически целесообразными.

Использование хитина и хитозана совместно с различными полимерами, предназначенными для различных применений, было описано рядом исследователей (Уаид, А., \Уи. В., 1. Арр1. Ро1ут. 8ск, 84(3), 486-492 (2002); ΖΗαη§, V., Ыи, Ь, Веп, Ь, Манд, Р., 1. Арр1 . Ро1ут. 8с1., 64(11), 2127-2130 (1997); 8ои/а Воза, В.С.В., Апйгайе, СТ., 1. Арр1. Ро1ут. 8ск, 92(4), 2706-2713 (2004); Ва1а_)зка, В., Вогушес, 8., Ро1ут. АЖ. ТесКпо1., 10(10), 625-633 (1999); ТКие, М.М., Ыао, К., Р1аз1. ВиЬЬег Сотроз., 31(10), 422-431 (2002); 8а1о, К., О1а, Н., Отита, Υ., АЖ. СЫ1ш 8ск, 2, 897-901 (1997); Итетига, К., 1поие, А., Каиа1, 8., 1. Моой 8с1., 49(3), 221-226 (2003)). В одной из исследовательских работ адгезию на границе раздела фаз между волокнами хитина и поликапролактоном (ПКЛ) повышали, производя облучение композитов. Такая обработка привела к общему возрастанию механических свойств композита по сравнению скомпозитом, полученным из необработанного хитинового волокна. Данное повышение сцепления между фазами было объяснено протеканием реакции свободнорадикальной привитой сополимеризации Жапд, А., Ми, В., Арр1. Ро1ут. 8с1., 84(3), 486-492 (2002)). Также сообщалось об осуществлении поперечной сшивки хитозана с полимерной матрицей ^Капд, р., Ыи, К., Веп, Ь., Мапд, Р., 1. Арр1. Ро1ут. 8ск, 64(11), 2127-2130 (1997)). В этом способе в качестве сшивающего агента используется формальдегид, который, как известно, является канцерогеном и опасен для окружающей среды.

Биоразлагаемые композиты были также получены путем введения от 0 до 30 мас.% хитиновых хлопьев в пластифицированную матрицу из крахмала при помощи литьевого прессования. Хитиновые хлопья повышают модуль упругости, напряжение при растяжении и водостойкость композитов по сравнению с ненаполненным крахмалом (8оиха Воза, В.С.В., Апйтайе, СТ., 1. Арр1. Ро1ут. 8с1., 92(4), 27062713 (2004)). Биоразлагаемость синтетических полимеров также может быть повышена за счет введения природного биоразлагаемого полимера, такого как хитозан (Ва1а_)зка, М., Вогушес, 8., Ро1ут. АЖ. ТесКпо1., 10(10), 625-633 (1999)).

Хитозан также применяют в деревообрабатывающей промышленности. Например, в ходе реакции с альдегидами хитозан образует основание Шиффа. Это свойство хитозана может быть очень полезным при реагировании с формальдегидом, который выделяется из клеевого шва клееной фанеры, что позволяет сократить общее выделение формальдегида в окружающую среду. Таким образом, хитозан может использоваться в качестве функционального реагента для покрытия древесины (8а1о, К., О1а, Н., Отита, Υ., АЖ. СЫ1ш 8ск, 2, 897-901 (1997)). В литературе также сообщалось о применении хитозана в качестве экологически безопасного адгезива для древесины. Клей, изготовленный из хитозана, обладает прекрасной водостойкостью и был предложен в качестве замены синтетическим адгезивам (Итетига, К., 1поие, А., Каиа1, 8., 1. Моой 8сР, 49(3), 221-226 (2003)).

Из уровня техники не известно использование хитина или хитозана в качестве промоторов адгезии в композитах типа ПВХ/древесное волокно.

Цели изобретения

Целью настоящего изобретения является применение хитина или хитозана в качестве связующих веществ в композитных составах типа ПВХ/древесное волокно и их вспененных аналогах. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение экономически целесообразных композитных составов, которые могут быть легко приготовлены с помощью традиционного аппарата.

Более подробное описание этих и других целей настоящего изобретения дано ниже со ссылками на описание изобретения и чертеж.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к композитному составу, который включает экструдированную смесь следующих материалов:

(a) связующее вещество, выбранное из группы, содержащей хитин, хитозан и их смеси;

(b) поливинилхлорид (ПВХ) и (c) высушенная древесная мука; причем указанное связующее вещество присутствует в количестве примерно до 10 мас.% по отношению к массе древесной муки.

Предпочтительно размер частиц древесной муки при этом составляет примерно от 1 до 1000 мкм. Кроме того, содержание древесных частиц составляет примерно от 30 до 70 мас.%. Помимо этого, указанный состав содержит дополнительно модификатор ударной прочности, термостабилизирующий агент, предназначенный для связывания всего количества НС1, выделяющегося из ПВХ, и смазывающее веще

- 2 015586 ство. Кроме того, указанный состав может представлять собой вспененный материал.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения композитного состава, включающему:

(a) приготовление смеси следующих материалов:

(1) связующее вещество, выбранное из группы, содержащей хитин, хитозан и их смеси;

(2) поливинилхлорид (ПВХ) и (3) древесная мука;

при этом связующее вещество присутствует в количестве примерно до 10 мас.% по отношению к массе древесной муки, и (b) экструдирование полученной смеси при повышенной температуре, находящейся в диапазоне примерно от 150°С до температуры разложения ПВХ или древесины, с образованием указанного композитного состава.

Предпочтительно экструдер при этом имеет двойные шнеки, вращающиеся в противоположных направлениях. Наиболее предпочтительно способ включает в качестве дополнительной операции прессование указанного экструдированного композитного состава при повышенной температуре и повышенном давлении для получения формованного изделия. Предпочтительно, при этом смесь, приготавливаемая на операции (а), содержит вспенивающий агент, который при повышенных температурах, находясь в газообразном состоянии, расширяется.

Описание чертежа

На чертеже представлены структуры (а) хитина и (Ь) хитозана.

Описание предпочтительных вариантов реализации

Эффективная адгезия на границе раздела между древесными волокнами и пластическими материалами является решающей как для технологии, так и для конечных характеристик древесно-пластиковых композитов. Для увеличения адгезии между гидрофильной поверхностью древесины и гидрофобной полимерной матрицей в древесно-пластиковые композиты добавляют связующие вещества, но до настоящего времени не сообщалось о связующих веществах для композитов типа ПВХ/древесное волокно, которые значительно улучшают эксплуатационные характеристики композитов, являясь при этом экономически целесообразными. В приведенных ниже примерах показано использование хитина и хитозана, двух природных полимеров, в качестве новых связующих веществ для композитов типа ПВХ/древесная мука и вспененных материалов на их основе. В зависимости от состава добавление связующих веществ на основе хитина и хитозана к композитам типа ПВХ/древесная мука может повышать прочность указанных композитов на изгиб примерно на 50%, а их модуль упругости при изгибе - приблизительно на 30% по сравнению с композитами типа ПВХ/древесное волокно, не содержащими связующего вещества.

Примеры Экспериментальная часть

Материалы

В качестве связующих веществ применяли хитин и хитозан. Концентрация связующего вещества составляла от 0 до 10 мас.% по отношению к массе древесной муки. В качестве наполнителя для ПВХ (значение К - 66) применяли древесную муку с размером частиц 425 мкм (40 меш), полученную из твердых пород клена или мягких пород сосны. Содержание древесной муки варьировали от 75 до 120 вес.ч. на 100 вес. ч. полимера. В качестве термостабилизатора применяли стабилизатор на основе олова. В качестве смазочных веществ применяли стеарат кальция и парафин. В составы также входили различные акриловые технологические добавки - Рага1о1б К-120 и Рага1о1б К-175, а также модификатор ударной прочности Рата1о1б КМ-334. Перед компаундированием и обработкой древесную муку сушили в печи в течение 48 ч при температуре 105°С до влагосодержания, составляющего менее 1%. Все остальные химические реагенты и добавки использовали в том виде, в котором они были получены от производителя. Полный состав указан в табл. 1.

- 3 015586

Таблица 1. Составы, используемые для получения композитов типа ПВХ/древесная мука

Ингредиенты	Содержание (вес. части на 100 вес. частей полимера)
ПВХ К-66 (оксивинилы)	100
Стабилизатор на основе олова (Р1а8118(аЬ 2808 от ОМС	2
Атепсапз)
Стеарат кальция (Зупрго, Еегго Согр.)	1,5
Парафин (СиТ иах)	2
Рага1оН К-120 (ПоНт апб Наав Со.)	2
Рага1о\|Ь К-175 (РоКт апс! Наав Со.)	2
Рагасе) КМ-334 (Кобт апб Нааз Со.)	10
Хитин или хитозан (ТС1 Атепса)	варьируется'
Древесная мука (Ателсап УУооб ПЬеге)'	75, 100,120

'Концентрации хитина и хитозана варьировали от 0 до 10% масс, по отношению к массе древесной муки в композитах.

Изготовление композитов компрессионным формованием

Все компоненты состава, приведенного в табл. 1, добавляли в смеситель высокой мощности (РарептеЧег, ТСЛНК20) и перемешивали при комнатной температуре в течение 10 мин. Перемешанный состав затем компаундировали через двухшнековый экструдер с коническими шнеками, вращающимися в противоположных направлениях, с диаметром шнеков 32 мм, с отношением длины шнека к диаметру (Ь/Ό га11о), равным13:1 (С.XV. ВгаЬепйег 1пв1гитеп15 1пс.), с образованием стержней диаметром 10 мм. Температурный профиль во время экструзии был устанавлен на 190°С для всех зон, а скорость экструзии поддерживали равной 40 об./мин. Из экструдированных стержней компрессионным формованием на гидравлическом прессе (Епе МШ Со.) формовали плиты при 190°С в течение 5 мин под давлением 6200 кПа. Затем формованное изделие охлаждали до комнатной температуры в холодном прессе.

Изготовление композитов при помощи экструзии

Как было описано ранее, различные добавки, входящие в состав согласно табл. 1, взвешивали и смешивали их в высокомощном порционном смесителе в течение 10 мин. Смешанную порцию затем экструдировали с получением прямоугольного профиля с размерами 25,4 мм (ширина)х9,5 мм (высота) в двухшнековом экструдере с вращением шнеков в противоположных направлениях при скорости 40 об./мин. Температурный профиль экструдера от загрузочной воронки до экструзионной головки устанавливали следующим: 190-175-170-180°С.

Определение свойств

Механические свойства композита определяли при помощи испытания на изгиб, производимого в режиме трёхточечного изгиба. Собирали данные по модулю упругости при разрыве (МОК, или прочность при изгибе) и модулю упругости (МОЕ, или жёсткость при изгибе). Образцы для испытаний на изгиб вырезали из плит, изготовленных компрессионным формованием, и из экструдированного профиля и перед началом испытаний выдерживали в прохладном помещении для кондиционирования в течение 48 ч при температуре 23°С±2°С и относительной влажности 50%±5%. Испытание на изгиб проводили на универсальной установке для испытаний Ιηβίτοη 4206 с программным обеспечением серии IX, соответствующим стандарту Ό790 американского общества испытания материалов (Л8ТМ). Для образцов, изготовленных компрессионным формованием, скорость ползуна составляла 1,9 мм/мин, а для образцов экструдированного профиля 4,1 мм/мин. Испытанию подвергали по меньшей мере восемь образцов каждого состава.

Для определения динамического модуля упругости (модуля Юнга), модуля потерь (модуля вязкости) и тангенса дельта (1ап йе11а) указанных образцов на приборе Регкш Е1тег (ЭМЛ 7е) в режиме трёхточечного изгиба проводили динамический механический анализ (ДМА). Испытание проводили в режиме температурной развертки от 25 до 150°С в атмосфере гелия при частоте 1 Гц и скорости нагрева, равной 5°С/мин.

Стабильность размеров образцов определяли по водопоглощению и набуханию по толщине. Образцы кипятили в воде в течение 2 ч. Результаты экспериментов представлены в табл. 2-5.

- 4 015586

Таблица 2. Механические свойства композитов ПВХ/кленовая древесная мука, изготовленных с различными содержаниями связующего вещества, по сравнению с контрольным образцом (образцы, полученные компрессионным формованием).

Образцы	Прочность при изгибе (МПа)	Модуль упругости при изгибе (ГПа)
Чистый ПВХ	56,5 + 3,6	2,15 + 0,12
Композит, не содержащий связующего вещества	45,4 + 2,4	3,17 + 0,27
Композит с хитином’
2,5% масс.	49,0 + 2,8	3,52 + 0,15
5% масс.	52,4 + 3,3	3,38 + 0,24
6,67% масс.	54,2 + 4,7	3,67 + 0,23
7,5% масс.	54,1 +2,1	3,55 + 0,25
10% масс.	53,8 + 1,9	3,56 + 0,17
Композит с хитозаном’
0,5% масс.	53,1+3,9	3,50 +.0,25
1,0% масс.	50,3 + 2,5	3,28 ± 0,22
1,5% масс.	51,8 + 2,5	3,46 + 0,22
2,5% масс.	50,2 + 1,7	3,38 + 0,25

¹ массовые % хитина и хитозана рассчитаны по отношению к массе древесной муки. Композиты с хитином/хитозаном и без них содержали 75 весовых частей древесной муки (клен) на 100 весовых частей полимера.

Таблица 3. Влияние связующего вещества на динамические механические свойства чистого жесткого ПВХ и композитов ПВХ/древесная мука.

Образцы¹	Динамический модуль упругости, Е' (ГПа)	Модуль потерь, Е (ГПа)	Тангенс й макс, значение (°С)
30^й С	50^иС	70^иС	30^иС	50^иС	7б°С
ПВХ	2,8	2,5	1,9	0,5	0,4	0,4	90,5
Композит	4,6	3,5	2,6	0,6	0,5	0,5	88,5
Композит, содержащий 6,67%	8,0	5,9	3,8	1,3	0,9	0,8	90,9
масс, хитина Композит, содержащий 0,5% масс хитозана	6,1	5,2	3,5	1,0	0,9	0,8	90,5

’ образцы, получённыёкомпрессионным формованием, содержащие 75 весовых частей древесной муки (клен) на 100 весовых частей полимера.

- 5 015586

Таблица 4. Механические свойства композитов ПВХ/кленовая древесная мука, изготовленных с различными содержаниями связующего вещества, по сравнению с контрольным образцом (образцы, полученные экструдированием).

Образцы¹	Свойства при изгибе
Прочность при изгибе (МПа)	% изменения	Жёсткость при изгибе (МПа)	% изменения
ПВХ/75 весовых частей кленовойдревесной муки на 100 весовых частей полимера
связующее вещество отсутствует (контрольный образец)	35,4 ±2,9		2734 + 121
2,5% хитозана	44,8 ±2,7	26,8	3354 ± 256	22,7
5% хитозана	47,0 ±1,8	32,8	3543 + 123	29,6

6,67% хитина	44,8 + 2,1	26,6	3302 +127	20,8
ПВХ/120 весовых частей кленовой древесной муки на 100 весовых частей полимера
связующее вещество отсутствует (контрольный образец)	32,9 + 1,1		3043 ± 55
7,5% хитина	49,4 + 3,3	50,2	3781 +217	24,5

¹ массовые % хитозана и хитина рассчитаны по отношению к массе древесной муки.

Таблица 5. Стабильность размеров, т.е. водопоглощение (ВП) и набухание по толщине (НТ) образцов, прокипяченных в воде в течение 2 ч

Образцы	Свойства при изгибе
ВП (%)	% уменьшения	НТ (%)	% уменьшения
ПВХ/75 весовых частей кленовой древесной муки на 100 весовых частей полимера
связующее вещество отсутствует (контрольный образец)	13,1 ±3,5		7,2 + 0,6
5% хитозана	5,3 + 0,6	59,5	4,4 ±0,2	91,7
6,67% хитина	8,1 + 1,3	38,2	5,3 ±0,7	26,4

Из вышесказанного могут быть сделаны следующие выводы.

Использование хитина и хитозана повышает как прочность при изгибе, так и модуль упругости при изгибе композитов ПВХ/древесная мука.

Композиты, содержащие как хитиновые, так и хитозановые полимеры, обладают большей прочностью при изгибе, чем композиты, не содержащего связующих веществ, и соперничают по этому показателю с чистым ПВХ.

Значение модуля упругости при изгибе для композитов, содержащих как хитиновые, так и хитозановые полимеры, превышает значение модуля при изгибе как для чистого ПВХ, так и для композита ПВХ/древесная мука, не содержащего связующих веществ.

Как динамический модуль упругости (Е' или упругая составляющая материала), так и модуль потерь (Е или вязкая составляющая материала) повышаются при добавлении в матрицу из ПВХ древесной муки вне зависимости от типа используемого связующего вещества и температуры, при которой проводят испытания.

Добавление древесной муки повышает вязкость полимерной матрицы, т е. модуль потерь Е.

Как динамический модуль упругости, так и модуль потерь для композитов, содержащих хитин и хитозан, повышаются в большей степени по сравнению композитом, не содержащим связующих веществ.

Использование как хитина, так и хитозана снижает водопоглощение и улучшает стабильность размеров композитов.

Добавление к матрице из ПВХ древесной муки не оказывает значительного влияния на температуру стеклования ПВХ (тангенс 5 максимального значения).

- 6 015586

Примеры вспененных материалов

Древесную муку, ПВХ, химические вспенивающие агенты и связующие вещества (хитин и хитозан) смешивали в сухом состоянии в смесителе высокой мощности (Рарепте1ег, тип ТОАНК20) при мощности 20,3 л.с. в течение 5 мин. Могли быть приготовлены три различных состава: 1) чистый ПВХ, 2) композиты ПВХ/древесная мука, не содержащие связующего вещества, и 3) композиты ПВХ/древесная мука, содержащие связующее вещество. Величины добавок древесной муки, вспенивающих агентов и связующих веществ могли варьироваться. После смешения компаундированные материалы экструдировали с помощью одношнекового или двухшнекового экструдера (С\У. ВтаЬепйет), получая вспененные образцы. Условия протекания процесса (температурный профиль и скорость вращения шнеков) зависели от вспенивающего агента.

После вспенивания экструдаты немедленно погружали в ванну с водой для затвердевания пеноструктуры и сведения к минимуму разрушения ячеек при их слиянии в процессе роста пузырька. Плотности невспененных образцов (рр) могли быть определены в соответствии со стандартом Ό792 американского общества испытания материалов (А8ТМ). Доля свободного объема или соответствующее уменьшение плотности, достигнутое в образцах, рассчитывают по известной методике.

Многочисленные вспенивающие агенты, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, описаны в патентной заявке 2005/0176836 А1, опубликованной в США, которая целиком включена в настоящее описание посредством ссылки.

Область, защищаемая настоящим изобретением, ограничена только прилагаемой формулой изобретения, а вышеизложенное описание приведено лишь для иллюстрации настоящего изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

(1) связующее вещество, выбранное из группы, включающей хитин, хитозан и их смеси;

1. Композитный состав, содержащий экструдированную смесь следующих материалов:

(a) связующее вещество, выбранное из группы, включающей хитин, хитозан и их смеси;

(b) поливинилхлорид (ПВХ) и (c) высушенная древесная мука с размером частиц примерно от 1 до 1000 мкм, при этом смесь содержит модификатор ударной прочности, термостабилизирующий агент для связывания всего количества НС1, выделяющегося из ПВХ, и смазывающее вещество, причем связующее вещество присутствует в количестве примерно до 10 мас.% по отношению к массе древесной муки.
(2) поливинилхлорид (ПВХ) и (3) древесная мука с размером частиц примерно от 1 до 1000 мкм, содержащей модификатор ударной прочности, термостабилизирующий агент для связывания всего количества НС1, выделяющегося из ПВХ, и смазывающее вещество, причем указанное связующее вещество присутствует в количестве примерно до 10 мас.% по отношению к массе древесной муки; и (b) экструдирование полученной смеси при повышенной температуре, находящейся в диапазоне примерно от 150°С до температуры разложения ПВХ или древесной муки, с образованием композитного состава.

2. Состав по п.1, содержащий примерно от 30 до 70 мас.% древесных частиц.
3. Состав по п.1, который является вспененным.
4. Состав по п.1, который является водостойким.
5. Способ получения композитного состава, включающий:

(a) приготовление смеси следующих материалов:
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют экструдер, имеющий двойные шнеки, которые вращаются в противоположных направлениях.
7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что включает дополнительную стадию, на которой экструдированный композитный состав прессуют при повышенной температуре и повышенном давлении с получением формованного изделия.
8. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что при приготовлении смеси на стадии (а) дополнительно используют вспенивающий агент, который при повышенных температурах, находясь в газообразном состоянии, расширяется.