Перспективы использования продуктов переработки древесины в ротационных композитах

В настоящее время в мире наблюдается стабильный рост производства пластиковых изделий методом ротационного формования. Так по оценкам авторитетной маркетинговой компании Market.US среднегодовой темп роста ротационного формования в мире с 2025 по 2034 год составит 5,7%. А для более успешного внедрения «принципов зеленой экономики» в ротационное формование необходим значительный рост использования возобновляемых компонентов сырья, в частности для этих целей отлично подходят продукты переработки древесины. В данной работе представлен всесторонний обзор исследований в области создания рецептур на основе полиэтилена, армированных лигноцеллюлозными волокнами, такими как сизаль, сосна, лен и клен, для ротационного формования. Исследования композитов, армированных волокнами, показывают, что как тип, так и содержание лигноцеллюлозных волокон существенно влияют на конечные свойства получаемых изделий. Например, ударная вязкость и твёрдость существенно зависят от включения волокон, при этом оптимальные результаты достигаются при определённой концентрации волокон. Химическая обработка, такая как мерсеризация или другие модификации поверхности, часто используется для улучшения адгезии волокон к матрице, тем самым улучшая механические характеристики. В целом, понимание взаимосвязи между условиями обработки, характеристиками волокон и химической обработкой крайне важно для адаптации свойств композитов к различным промышленным применениям.

1. Анисько Й., Барчевски М., Мьетлински П., Пясецки А., Шульц Й. Повышение ценности одноразовых стаканчиков из полилактида (ПЛА) с помощью технологии ротационного формования: влияние предварительной обработки шлифованием и термической обработкой. Испытание полимеров.107, 107481 (2022). https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2022.107481

2. Гупта Н., Рамкумар П.Л. Влияние содержания койра на механические и термические свойства смеси ЛПЭНП/койра, обработанной методом ротационного формования. Садхана, 46, 40 (2021). https://doi.org/10.1007/s12046-021-01566-8

3. дель Валье Эспиноза Леон Л., Эскосио В.А., Висконте Л. LY, Jandorno JC Jr., Pacheco EBAV: Ротационная формовка и полиэтиленовые композиты с лигноцеллюлозными материалами, полученными методом ротационного формования: обзор. Журнал «Армированные пластики и композиты»,39, 459–472 (2020). https://doi.org/10.1177/0731684420916529

4. Алеман, демократ, Маккорт М., Кернс, депутат, Мартин П.Дж., Баттерфилд Дж. Разработка термопластичных армирующих волокон для процесса ротационного формования. в «Трудах 21-гоул. Международная конференция ESAFORM по формообразованию материалов: ESAFORM 2018, Палермо. Италия' 120002 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5034970

5. Ханана Ф.Е., Дезире С.Ю., Родриг Д. Морфология и механические свойства линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), армированного кленом, полученного методом ротационного формования: влияние содержания волокон и обработки поверхности. Полимеры и полимерные композиты,26, 299–308 (2018). https://doi.org/10.1177/096739111802600404

6. Хёфлер Г., Лин Р.Дж., Джаяраман К. Ротационное формование и механическая характеристика полиэтиленов, армированных галлуазитом. Журнал исследований полимеров, 25, 32–142 (2018). https://doi.org/10.1007/s10965-018-1525-3

7. Мухтаба М., Фрачето Л.Ф., Фазели М., Мукерджи С., Савасса С.М., де Медейрос Г.А., до Эсийрито Санту Перейра АЕС, Манчини С.Д., Липпонен Х., Вилаплана. Ф. Лигноцеллюлозная биомасса из сельскохозяйственных отходов для экономики замкнутого цикла: обзор с акцентом на биотопливо, биокомпозиты и биопластики. - Журнал «Чистое производство», 402, 136815 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136815

8. Хейна А., Барчевски М., Анджеевски Й., Космела П., Пясецки А., Шостак М., Куанг Т. Ротационное формование линейных композитов из полиэтилена низкой плотности с наполнителем из пшеничных отрубей. - Полимеры, 12, 1004 (2020). https://doi.org/10.1080/09276440.2016.1184556

9. Анджеевский Й., Кравчак А., Весолы К., Шостак М. Ротационное формование биокомпозитов с добавлением наполнителя из гречневой лузги. Оценка корреляции структура-свойства для материалов на основе полиэтилена (ПЭ) и полимолочной кислоты (ПЛА). Композиты. Часть B: Инженерное дело, 202, 108410 (2020). https://doi.org/10.1016/j.scca.2023.100034

10. Ханана Ф.Е., Родриг Д. Влияние размера частиц, содержания волокон и обработки поверхности на механические свойства линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), армированного кленом, полученного методом ротационного формования. Полимеры и полимерные композиты, 29, 343– 353 (2021). https://doi.org/10.1177/0967391120916602

11. Сарайва А.Б., Пачеко ЭБАВ, Гомеш Г.М., Висконте ЛЛИ, Бернардо К.А., Симойнс К.Л., Соарес А.Г. Сравнительная оценка жизненного цикла упаковки манго, изготовленной из полиэтилена/ натурального волокна и картона. Журнал «Чистое производство», 139, 1168–1180 (2016). https://doi.org/10.3390/su16031223

12. Greco A. и Maffezzoli A. Анализ пригодности поли(молочной кислоты) в процессе ротационного формования. Adv Polym Technol 2015; 34: 21505-21501.

13. Greco A., Maffezzoli A. и Forleo S. Спекание порошков PLLA для ротационного формования. Thermochem Acta 2014; 582: 59-67.

14. Greco A. и Maffezzoli А. Ротационное формование биоразлагаемых композитов, полученных из PLA, усиленного древесной основой из кладодов opuntia ficus indica. J Appl Polym Sci 2015; 132: 42447.

15. Gonzalez-Lopez M.E., Perez-Fonseca A.A., Cisneros-Lopez E.O., et al. Effect of maleated PLA on the properties of rotomolded PLA-Agave fiber biocomposites. J Polym Environ 2019; 27: 61-73.

16. Cisneros-Lopez O.E., Perez-Fonseca A.A., Gonzalez-Garcia Y., et al. Биокомпозиты из полимолочной кислоты и агавового волокна, полученные методом ротационного формования: сравнительное исследование с компрессионным формованием. Adv Polym Technol 2018; 37: 2528-2540.

17. Литвиненко Р.Ю. Древесные опилки как химические реагенты. Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых. https://scienceforum.ru/2014/article/2014000214

18. Mitchell P.E. Производство пластиковых деталей. In: Справочник инженера-инструментальщика и инженера-технолога. Общество инженеров-технологов, Мичиган, Соединенные Штаты Америки. 1996, pp. 1-13.

19. Rao MA and Thorone JL. Principles of rotational mold-ing. Polym Eng Sci 1972; 12: 237-249.

20. Crawford R.J. and Kearns M.P. Практическое руководство по ротационному формованию. 2-е изд. - Шрусбери: Smithers Rapra, 2012.

21. Asgarpour M, Bakir F, Khelladi S, et al. Характеристика и моделирование спекания полимерных частиц. J Appl Polym Sci 2011; 119: 2784-2792.

22. Torres F.G., Carrillo M. и Cubillas M.L. Плотность расплава полимерных порошков, наполненных натуральными волокнами. Polym Polym Compos 2006; 14: 691-700.

23. Liu G., Park C.B. и Lefas J.A. Производство пенопластов низкой плотности из LLDPE при ротационном формовании. Polym Eng Sci 1998; 38: 1997-2009.

24. Aleksander Hejna. Кафедра технологии полимеров, Гданьский технологический университет, Нарутовича, 11/12, 80-233 Гданьск, Польша. Вращательное формование линейных композитов из полиэтилена низкой плотности с наполнителем из пшеничных отрубей. https://doi.org/10.3390/polym12051004

25. Петар Антов. Структурное применение экологически чистых композитов из переработанных древесных волокон, скреплённых лигносульфонатом магния. Кафедра механической обработки древесины, факультет лесной промышленности, Университет лесного хозяйства, 1797 София, Болгария. 2020 Прикладные науки, 10(21), 7526; https://doi.org/10.3390/app10217526

26. Лумерка Дель В. Journal of Reinforced Plastics and Composites - апрель 2020 г. DOI: 10.1177/0731684420916529

27. Stamboulis A., Baillie C.A., Garkhil S.K., et al. Экологическая долговечность льняных волокон и их композиций полипропиленовой матрицы. Appl Compos Mater 2000; 7: 273-294.

28. Thakur V.K., Thakur M.K. and Gupta R.K. Обзор: полимерные композиты на основе сырых натуральных волокон. Int J Polym Anal Charact 2014; 19: 256-271.

29. Bourai K., Riedl B. i Rodrigue D. Влияние температуры на теплопроводность древесно-пластиковых композитов. Polym Polym Compos 2013; 21: 413-422.

30. Wang B., Panigrahi S., Tabil L., et al. Предварительная обработка льняных волокон для использования в биокомпозитах ротационного формования. J Reinf Plast Compos 2007; 26: 447-463.

31. Rahmat A.R. and Maradzi M.A. Механические свойства полиэтиленовых композитов, армированных волокнами, полученных методом ротационного формования пустых фруктовых гроздей. J Chem Nat Res Eng 2008; 2: 41-52.

32. Cisneros-Lo' pez E.O., Gonza' lez-Lopez M.E., Perez-Fonsoca A.A., et al. Влияние содержания волокон и обработки поверхности на механические свойства композитов из натуральных волокон, полученных методом ротоформования. J Compos Interf 2017; 24: 35-53

33. Hanana F.E., Yomeni C.D. и Rodrigue D. Морфология и механические свойства армированного кленом LLDPE, полученного методом ротационного формования: Влияние содержания волокон и обработки поверхности. Polym Polym Compos 2018; 26: 299-308.

34. Raymond A. и Rodrigue D. Пенопласты и древесно-композитные пенопласты, полученные ротоформованием. Cell Polym 2013; 32: 199-212.

35. Lopez-Ban~ uelos R.H., Robledo-Ort' Iz J.R., Ortega-Gudin or P., et al. Ротационное формование композиционных материалов из натуральных волокон и полиэтилена. In: SPE Plastics Research Online, 9 июля 2012 г., Nº 004326, стр. 1-3.

36. Vazquez-Fletes R.C., Rosales-Rivera L.C., Moscoso-Sa'nchez F.J., et al. Получение и характеристика многослойного вспененного композита методом ротационного формования. Polym Eng Sci 2016; 56: 278-286.

37. Лигносульфанат. Рисунок 2. https://studref.com/htm/img/40/8732/22.png