КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА, ПРОИЗВОДСТВА 5-ГИДРОКСИМЕТИЛФУРФУРОЛА И ПОЛИЭТИЛЕНА

Разработаны композиционные материалы на основе вторичного полиэтилена и отходов сельского хозяйства (соломы различных типов) в качестве наполнителя. Впервые показана перспективность модифицирования поверхности наполнителя растительного происхождения (мелкодисперсная пшеничная и рисовая солома) смолообразными отходами производства 5-гидроксиметилфурфурола (5-ГМФ) из углеводов, который является соединением-платформой, основой для получения ценных химических продуктов, в том числе мономеров для производства полимеров из возобновляемого сырья. В настоящее время 5-ГМФ достаточно успешно вырабатывается из различного растительного сырья (сахарная свекла, топинамбур, ламинария и др.). Однако при производстве 5-ГМФ кислотно-катализируемой дегидратацией полисахаридов в качестве побочного продукта образуется до 10 мас.% смолообразных гуминоподобных веществ (далее – смола), способы утилизации которых представляют большой практический интерес. Наличие в составе смолы олигомерных цепочек с большим числом полярных групп обеспечивает ее равномерное распределение по поверхности гидрофильных частиц наполнителя с образованием полимерной пленки, что существенно снижает водопоглощение композита и увеличивает его стойкость в условиях повышенной влажности. Исследования показали, что с увеличением содержания модификатора от 0 мас.% до 4 мас.% водопоглощение композитов, содержащих 15 масс.% рисовой или пшеничной соломы, снижается в 3–5 раз. С другой стороны, гидрофобные фрагменты олигомерных цепей смолы взаимодействуют с полиэтиленовой матрицей, в результате возрастает адгезия между частицами соломы и вторичным полиэтиленом низкого давления (ВПЭНД), что проявляется в увеличении прочностных свойств полученных композиционных материалов. Установлено оптимальное соотношение компонентов в композите на основе ВПЭНД: 15 мас.% пшеничной соломы, соотношение солома/смола, равное 8–15 мас.%. Следует отметить, что улучшения свойств композиционных материалов удалось добиться за счет введения относительно небольших количеств модификатора (0,5–2 мас.%). Полученные композиты могут найти применение в строительстве и для изготовления различных изделий бытового назначения: водостойкой дачной мебели, скамеек для парков и др.

1. Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации: Указ Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. № 899 (в редакции Указа президента Российской Федерации от 16.12.2015 № 623).

2. Рециклинг отходов в АПК: справочник / Голубев И.Г. [и др.]. – М.: ФГБНУ «Роcинформагротех», 2011. – 296 с.

3. Положение с продовольствием в мире [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.fao.org/worldfoodsituation/csdb/ru/ (Дата обращения: 08.08.2017).

4. Азаров, В.М. Об использовании соломы в сельском хозяйстве [Текст] / В.М. Азаров // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2003. – № 1. – С. 40–41.

5. Технология производства биотоплива [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.infobio.ru/tiekhnologhiia-proizvodstvabiotopliva (Дата обращения: 08.08.2017).

6. Imorb, K. Analysis of synthesis gas production with a flexible H/CO ratio from rice straw gasification [Text] / K. Im-orb, L. Simasatitkul, A. Arpornwichanop // Fuel. – 2016. – Vol. 164. – P. 361–373.

7. Searcy, E. Flynn Processing of Straw/Corn Stover: Comparison of Life Cycle Emissions [Text] / E. Searcy, P.C. Flynn // International Journal of Green Energy. – 2008. – Vol. 5. – P. 423–437.

8. Jin Hu, J. Application of Fischer–Tropsch Synthesis in Biomass to Liquid [Text] / Jin Hu, Fei Yu, Yongwu Lu // Conversion Catalysts. – 2012. – P. 303– 326 (DOI:10.3390/catal2020303).

9. Panthapulakkal, S. Preparation and characterization of wheat straw fibers for reinforcing application in injection molded thermoplastic composites [Text] / S. Panthapulakkal, A.S. Zereshkian, M. Sain // Bioresource Technology. – 2006. – Vol. 97. – P. 265–272.

10. Zhang, W. Physical and Mechanical Properties of Modified Wheat Straw-Filled Polyethylene Composites [Text] / W. Zhang [et al.] // BioResources. – 2016. – Vol. 11. – Р. 4472–4484.

11. Ali, A. Hydrophobic treatment of natural fibers and their composites – A review [Text] / A. Ali [et all.] // J. of Industrial Textiles. – 2016. – P. 1–31.

12. Schirp, A. Production and Characterization of Natural Fiber-Reinforced Thermoplastic Composites Using Wheat Straw Modified with the Fungus Pleurotus ostreatus [Text] / A. Schirp [et al.] // J. Appl. Polym. Sci. – 2006. – Vol. 102. – P. 5191–5201.

13. Рахимов, М.А. Проблемы утилизации полимерных отходов [Текст] / М.А. Рахимов, Г.М. Рахимова, Е.М. Иманов // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8. Ч. 2. – С. 331–334.

14. Егорова, А. Проблемы рециклинга отходов из полимеров в РФ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://telegraf.by/2011/12/problemi-reciklingaothodov-iz-polimerov-v-rf (Дата обращения: 08.08.2017).

15. Будникова, О.А. Под знаком зеленой точки [Электронный ресурс] / О.А. Будникова. – М., 2006. – Режим доступа: http: //www.pakkograff.ru/reader/articles/business/practice/958. php; 17 (Дата обращения: 08.08.2017).

16. Чеснокова, Р.В. Охрана окружающей среды в Великобритании [Текст] / Р.В. Чеснокова // Экология и промышленность России. – 2001. – Апрель. – С. 42–45.

17. Кузьмин, А.М. Модификация термопластичных композитов с растительным наполнителем минеральными тонкодисперсными частицами [Текст] / А.М. Кузьмин, В.Н. Водяков, Е.А. Котина / Вестник казанского технологического университета. – 2017. – Т. 20. – № 2 – С. 74–77.

18. Marcovich, N.E. Mechanical properties of woodflour unsaturated polyester composites [Text] / N.E. Marcovich, M.M. Reboredo, M.I. Aranguren // Journal of Applied Polymer Science. – 1998. – Vol. 68. – No 13. – P. 2069–2076.

19. Мусин, И.Н. Влияние добавок на свойства древесно-полимерных композитов [Текст] / И.Н. Мусин, И.З. Файзулин, С.И. Вольфсон / Вестник казанского технологического университета – 2012. – Т. 15. – № 24. – С. 97–99.

20. Lei, Y. Preparation and properties of recycled HDPE/natural fiber composites [Text] / Y. Lei [et al.] // Composites: Part A. – 2007. – Vol. 38. – No 7. – P. 1664–1674.

21. Zenkiewicz, M. Effects of electron radiation and compatibilizers on impact strength of composites of recycled polymers [Text] / M. Zenkiewicz, J. Dzwonkowski // Polymer Testing. – 2007. – Vol. 26. – P. 903–907.

22. Redwan, A. An Overview on Lignocellulosic Fibers Ienforced Polymer Composite Materials [Text] / A. Redwan, K.H. Badri, A. Baharum // Journal of Al-Nahrain University. – 2017. – Vol. 20. – No 1. – P. 25–31.

23. Yao, F. Rice Straw Fiber Reinforced High Density Polyethylene Composite: Effect of Coupled Compatibilizating and Toughening Treatment [Text] / F. Yao [et al.] // J. Appl. Polym. Sci. – 2011. – Vol. 119. – P. 2214–2222.

24. Ruey Shan Chen. Rice husk flour biocomposites based on recycled high-density polyethylene/ polyethylene terephthalate blend: Effect of high filler loading on physical, mechanical and thermal properties [Text] / Ruey Shan Chen, Mohd Hafizuddin Ab Ghani, Sahrim Ahmad, Mohd Nazry Salleh and Mou’ad A Tarawneh. // Journal of Composite Materials. – 2014. – Vol. 1. – P. 1–13.

25. Jiun Hor Low. The Influence of Crosslink Chemicals on the Mechanical Strength and Water Absorption of Rice Straw-Based Green Composites [Text] / Jiun Hor Low, Nurnadia Andenan,Wan Aizan Wan Abdul Rahman / Journal of Natural Fibers. – 2017. – P. 1–9.

26. Väisänen, T. Improving the properties of wood– plastic composite through addition of hardwood pyrolysis liquid [Text] / T. Väisänen [et al.] // Journal of Thermoplastic Composite Materials. – 2016. – Vol. 29. – No 11. – P. 1587–1598.

27. Putten, R.-J. Hydroxymethylfurfural, a versatile platform chemical made from renewable resources [Text] / R.-J. Putten [et al.] // Chem. Rev. – 2013. – V. 113. – P. 1499.

28. Klushin, B.A. Technological Basis for the Transformation of Fructose into a Versatile Platform, High Purity 5-Hydroxymethylfurfural [Text] / B.A. Klushin [et al.] // Russian Journal of Organic Chemistry. – 2016. – Vol. 52. – P. 783–787.

29. Клушин, В.А. Оптимизация процесса дегид- ратации углеводов до 5-гидроксиметилфурфурола в двухфазной системе [Текст] / В.А. Клушин [и др.] // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2016. – № 4. – С. 123–127.

30. Бодьян, Л.А. Исследование композиционных материалов на основе вторичного полимерного сырья [Текст] / Л.А. Бодьян [и др.] // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 2. – С. 15–18. – Режим доступа: https://www.toptechnologies.ru/ru/article/view?id=34877 (Дата обращения: 08.08.2017).