Товарознавча оцінка споживних властивостей нових деревно-полімерних матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Київський національний торговельно-економічний університет

Спеціальність 05.19.08 - Товарознавство промислових товарів

АВТОРЕФЕРАТ

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Товарознавча оцінка споживних властивостей нових деревно-полімерних матеріалів

Наконечна Аліна Валеріївна

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному торговельно-економічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор, академік АІН України Фабуляк Федір Григорович - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, професор кафедри хімічної технології в'яжучих, полімерних і композиційних матеріалів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Ємельянов Борис Михайлович - Київський національний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедри хімії

кандидат технічних наук, доцент

Дудла Іраїда Олександрівна - Полтавський кооперативний інститут, професор кафедри товарознавства непродовольчих товарів

Провідна установа: Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, кафедра будівельних матеріалів і конструкцій, м. Харків

Захист відбудеться 31 травня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.055.02 в Київському національному торговельно-економічному університеті за адресою: 02156, м. Київ, вул. Кіото, 19.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного торговельно-економічного університету за адресою: 02156, м. Київ, вул. Кіото, 19.

Автореферат розісланий 27 квітня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Тищенко Є.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасний рівень розвитку науки і техніки ставить перед науковцями проблемні задачі, пов'язані зі створенням товарів народного споживання та промислового призначення з високими споживними властивостями. Поряд із цими проблемами існують також актуальні задачі розробки нових підходів у створенні товарів з наперед заданими властивостями. Важливою є також розробка технологій з виробництва високоякісних товарів із використанням неходової сировини та нетрадиційних безвідходних технологічних процесів.

Аналіз стану деревообробної промисловості України свідчить про те, що деревина цінних порід є дуже дефіцитною, водночас малоцінні листяні породи використовуються недостатньо. У зв'язку із цим актуальним є питання покращання споживних властивостей деревини листяних порід шляхом її термохімічної модифікації з метою подовження терміну служби виробів із цих порід, розширення сфер її застосування в народному господарстві, а також заміни цінних порід деревини та чорних і кольорових металів модифікованою деревиною. Проблема модифікації деревини в останні роки набула великого значення також у зв'язку зі значним скороченням лісових ресурсів і необхідністю збільшення довговічності виробів із деревини.

Виходячи з викладеного вище і базуючись на узагальненні результатів формування поверхневих шарів полімерів плівкоутворюючими речовинами і композиціями, створено нові деревно-полімерні матеріали і товари на їх основі з високими споживними властивостями та обгрунтовано технологію їх виготовлення. Деревно-полімерні матеріали і товари на їх основі одержують просочуванням плівкоутворюючими речовинами чи композиціями заготовок, що виготовлені із неходової деревини берези, з подальшою їх полімеризацією під дією термічної обробки.

Проблема створення широкого асортименту товарів народного вжитку і промислового призначення з використанням наукової бази товарознавства і концепцій плівкоутворюючих речовин є дуже важливою і пов'язана з надзвичайно цінним комплексом експлуатаційних характеристик товарів із деревини, економічними й екологічними факторами, що зумовило необхідність проведення фундаментального дослідження, яке викладено в дисертаційній роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано згідно з координаційним планом № 25 Міністерства освіти і науки України - в частині теоретичних та практичних основ створення виробів для дітей, народного вжитку на основі сировинних відходів легкої та хімічної промисловості і сумішей полімерів за темою “Товарознавчі аспекти одержання нових плівкоутворюючих матеріалів і клеїв на основі сумішей полімерів” (1998 - 2000 рр.) та згідно з координаційним планом № 43 КНТЕУ за темою “Дослідження товарознавчих властивостей нових плівкоутворюючих матеріалів і клеїв на основі сумішей полімерів” (1998 - 2000 рр.).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - отримати нові деревно-полімерні матеріали з поліпшеними споживними властивостями, зокрема підвищеною стійкістю до впливу зовнішнього середовища, шляхом використання різних модифікаторів.

Об'єктами дослідження є нові деревно-полімерні матеріали на основі деревини берези.

Предметом дослідження є функціональні та естетичні властивості, а також надійність і безпека споживання деревно-полімерних матеріалів.

Для досягнення мети були поставлені наступні задачі дослідження:

Розробити технологію одержання деревно-полімерних матеріалів і деревно-полімерних товарів високих споживних властивостей.

Оцінити естетичні властивості деревно-полімерних виробів.

Дослідити фізичні, фізико-механічні та фізико-хімічні властивості деревно-полімерних матеріалів.

Провести аналіз структури полімерної системи на основі деревини і полімеру за результатами досліджень молекулярної рухливості діелектричним методом, методом ІЧ-спектроскопії та питомої теплоємності.

Дослідити теплофізичні властивості деревно-полімерних матеріалів.

Оцінити надійність деревно-полімерних матеріалів.

Провести токсиколого-гігієнічну експертизу деревно-полімерних матеріалів.

Провести оцінку соціально-економічної ефективності впровадження деревно-полімерних товарів.

Методи дослідження: для визначення показників споживних властивостей нових деревно-полімерних матеріалів обрано органолептичні методи дослідження - при оцінці зовнішнього вигляду; механічні методи дослідження - при визначенні твердості та показників міцності; фізичні методи - при дослідженні густини, водопоглинання, діелектричних та теплофізичних показників, а також сучасний фізико-хімічний метод ІЧ-спектроскопії та методи токсиколого-гігієнічної експертизи матеріалів. Результати експериментальних досліджень були оброблені на ПЕОМ з використанням стандартної інтегрованої системи Маthematica 3.

Наукова новизна одержаних результатів. Проведено наукові дослідження зі створення нового деревно-полімерного матеріалу і товарів на його основі з високими споживними властивостями за рахунок формування нових структур у поверхневих шарах деревини і полімеру та взаємодії полімеру з деревиною. Формування нових структурних змін проходить у результаті фізичних взаємодій груп целюлозного кільця -ОН; -СН2-ОН, кисню в целюлозному кільці, а також функціональних груп полісахаридів, що приводить до зміни характеру полімеризації плівкоутворюючих композицій у поверхневих шарах полімерів, сформованих стінками пор деревини (в порівнянні з полімеризацією в масі).

Показано наявність у такого роду сумішевих системах рекристалізації впорядкованих структур деревини, що пов'язано з перебудовою структур і асоціатів за рахунок селективного перерозподілу міжмолекулярних взаємодій і взаємодій на межі розділу фаз деревина - полімер, і доведено дослідженнями питомої теплоємності при різних температурах.

Встановлено, що в залежності від ступеня насичення деревини плівкоутворюючою композицією в деревно-полімерному матеріалі, порівняно з натуральною деревиною, змінюється ефективна густина просторової тривимірної сітки, а значить, має місце різна довжина ділянок макромолекул між вузлами фізичної сітки.

Досліджено закономірності ходу діелектричної релаксації, які свідчать про те, що деревно-полімерний матеріал є діелектриком з постійними діелектричними параметрами в температурному режимі до 100°С. Це пов'язано з гальмуванням молекулярної рухливості полімерних макромолекул в поверхневих шарах на межах розділу фаз.

ІЧ-спектроскопічні дослідження показали складний характер взаємодій у сумішевих системах. товарознавча полімерний матеріал деревний

Проведено токсиколого-гігієнічну експертизу нових деревно-полімерних матеріалів і доведено їх токсикологічну нешкідливість.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено перспективні способи і технологічні основи виробництва деревно-полімерних матеріалів і деревно-полімерних товарів шляхом просочування дерев'яних заготовок і деталей плівкоутворюючими речовинами (стиролом) і композиціями з подальшою їх полімеризацією чи затвердінням олігомерних систем.

Результати досліджень сумішевої системи деревина - полімер дозволили розробити нову рецептуру плівкоутворюючої композиції на основі поліефірмалеїнатної смоли ПН-609-21К, яка є екологічно чистотою і захищена патентом України на винахід. Проведено дослідний випуск деревно-полімерних товарів у промислових умовах на базі кооперативу “Регіон” (м. Бровари).

Особистий внесок автора. Основні результати дисертації одержані автором самостійно. Результати досліджень, виконаних у співавторстві, одержані при безпосередній участі автора на всіх етапах роботи. Особистий внесок автора в отриманих результатах дисертації полягає у виборі об'єктів і методів досліджень, проведенні експериментів, узагальненні та інтерпретації одержаних результатів, участі у розробці деревно-полімерних матеріалів і виготовленні дослідно-промислової партії деревно-полімерних товарів.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на Науковій конференції професорсько-викладацького складу Київського національного торговельно-економічного університету за підсумками науково-дослідної роботи 1997 - 1998 рр. (м. Київ, 3 - 4 березня 1999 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні технології та устаткування для одержання і переробки полімерів, полімерних композиційних матеріалів і хімічних волокон” (м. Київ, Державна академія легкої промисловості України, 21 -23 квітня 1999 р.); на ІV Всеукраїнській конференції “Фундаментальна і професійна підготовка фахівців з фізики” (м. Миколаїв, Миколаївський державний педагогічний університет, 15 - 17 вересня 1999 р.); на Міжнародній науково-практичній конференції “Товарознавство - наука, практика та перспективи розвитку в умовах ринку” (м. Київ, Київський національний торговельно-економічний університет, 24 - 25 листопада 1999 р.); на VIII Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (м. Чернігів, Чернігівський державний технологічний університет, 23 - 27 жовтня 2000 р.).

Публікації. Основний зміст роботи відображено у 9 наукових працях, в тому числі у 8 статтях (з них 2 написано без співавторів) та в 1 патенті на винахід.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел (110 найменувань) та додатків. Обсяг дисертації становить 130 сторінок; включає 19 таблиць, 26 рисунків. Додатки мають об'єм 26 сторінок.

Основний зміст роботи

У 1 розділі дисертаційної роботи наведено аналіз стану та визначено перспективи розвитку деревообробної промисловості України, а також проаналізовано літературні джерела, присвячені технології одержання і властивостям модифікованої деревини. Розгляд наявних у літературі даних дозволив виявити недоліки існуючих методів модифікації деревини і знайти найбільш раціональний. Таким раціональним, безсумнівно перспективним методом є термохімічна модифікація деревини, за допомогою якої було одержано нові деревно-полімерні матеріали. Цей спосіб найбільш доступний підприємствам деревообробної промисловості: просочування деревини мономерами в принципі не відрізняється від просочування її антисептиками й антипіренами, а термообробку просочених виробів можна проводити у звичайних сушильних камерах. Даний спосіб не вимагає великих капіталовкладень (можна використовувати стандартне устаткування), спеціальних засобів захисту, дозволяє використовувати широкий асортимент просочувальних речовин, економічно вигідний. Ці обставини значно полегшать застосування зазначеного методу в промисловості.

2 розділ дисертаційної роботи присвячений об'єктам і методам дослідження. Об'єктами дослідження в даній роботі є нові деревно-полімерні матеріали на основі деревини берези з метою оцінки їх споживних властивостей (функціональних, естетичних, надійності і безпеки споживання). Для виявлення закономірностей формування та зміни споживних властивостей деревно-полімерних матеріалів і товарів на їх основі проведено дослідження сировини, що використовується для одержання цих матеріалів (деревини берези, стиролу з пероксидом лаурилу, плівкоутворюючої композиції на основі поліефірмалеїнатної смоли та натурального латексу). Загальну схему досліджень наведено на рис. 1.

3 розділ дисертаційної роботи присвячений розробці безвідходної технології виробництва нових деревно-полімерних матеріалів і товарів на їх основі.

У 4 розділі дисертаційної роботи наведено дослідження споживних властивостей нових деревно-полімерних матеріалів і виявлено закономірності їх формування. З метою визначення впливу модифікуючих речовин на споживні властивості деревно-полімерних матеріалів і виявлення найбільш раціонального модифікуючого складу було проведено пошукові дослідження, в результаті яких встановлено, що для подальших досліджень доцільно використовувати модифікуючий склад на основі стиролу, оскільки використання складу на основі поліефірмалеїнатної смоли приводить тільки до збільшення ударної в'язкості та міцності при статичному згинанні деревно-полімерного матеріалу, а деревно-полімерний матеріал, одержаний на основі натурального латексу, має нижчі показники фізико-механічних властивостей, ніж одержаний із застосуванням стиролу, що підтверджується результатами математичної обробки досліджень.

У процесі термохімічної модифікації в об'ємі деревини формується тривимірна фізична сітка. Її виникнення обумовлено високою пухкістю упаковки макромолекул деревини і глибоким просоченням її мономером. В сумарну тривимірну сітку деревно-полімерного матеріалу, крім фізичної сітки, яка у значній мірі формується за рахунок спорідненості полістиролу з лігніном, суттєвий вклад вносять зачеплення макромолекул полістиролу з целюлозними та іншими полімерними складовими деревини. Сумісність полістиролу з лігніном має місце у зв'язку з тим, що їх мономерні ланки, крім спільної ароматичної природи, містять залишок молекули винілу у стиролі і пропанові структурні фрагменти в лігніні. Крім того, складові деревини фізично взаємодіють із целюлозою і за рахунок міжмолекулярних взаємодій створюють фізичну тривимірну сітку через полярні групи і органічних, і неорганічних складових, що існують в деревині.

Формування тривимірної структури пов'язане з утворенням вузлів тривимірної сітки. Використовуючи значення модуля пружності і густини матеріалів, що досліджуються, проведено розрахунки густини вузлів тривимірної сітки дерево-полімеру і натуральної деревини (рис. 2). Як видно з рис. 2, при збільшенні ступеня насичення деревини полімером густина вузлів просторових сіток зростає і при стовідсотковому насиченні складає 24 Ч 10?І моль/г, що, в свою чергу, приводить до збільшення міцності деревно-полімерного матеріалу, а у деревині берези густина вузлів просторової сітки складає тільки 11,77 Ч ?І моль/г, тобто у два рази менша. Це свідчить про можливість регулювання властивостей деревно-полімерних виробів шляхом збільшення ступеня насичення деревини полімером.

Деревно-полімерні матеріали і товари на їх основі мають високі показники естетичних властивостей у порівнянні з натуральною деревиною: підвищений блиск поверхні, в результаті чого відпадає необхідність в оздобленні поверхні лакофарбними виробами; колір і текстура виробів відрізняються високою естетичною привабливістю.

Оскільки функціональні властивості обумовлюють використання товарів за їх призначенням, то, виходячи з того, що деревно-полімерний матеріал використовується для виготовлення меблів, будівельних товарів, товарів культурно-побутового призначення тощо, важливе значення при оцінці функціональних властивостей мають фізичні показники (фізико-механічні, фізико-хімічні, теплофізичні, діелектричні та структурні).

Показники фізичних, фізико-механічних та фізико-хімічних властивостей деревно-полімерного матеріалу в порівнянні з властивостями натуральної деревини і відомих деревних матеріалів наведено в табл. 1. Аналізуючи табл.1, можна зробити висновок, що деревно-полімерний матеріал має кращі показники фізико-механічних властивостей (міцності при статичному згинанні, при стискуванні та при сколюванні уздовж волокон), ніж натуральна деревина і деревні матеріали, що також одержані термохімічною модифікацією деревини, але із застосуванням інших модифікуючих сполук. Твердість деревно-полімерних матеріалів у 1,5 раза вища, ніж у натуральної деревини, а водопоглинання і вологість - значно менші, що збільшує експлуатаційні властивості і термін служби як деревно-полімерного матеріалу, так і товарів, виготовлених на його основі. Необхідно також відзначити, що межа міцності при сколюванні уздовж волокон в деревно-полімерному матеріалі перебільшує відповідний показник у деревині, яку модифіковано іншими способами (лігнамон, дестам, деревина, оброблена термомеханічним способом), а відповідний показник у ацетильваної деревини у два рази менший. Водночас за показником водопоглинання деревно-полімерний матеріал перевершує тільки деревину, одержану радіаційно-хімічною модифікацією, але остання є дуже дорогою і до того ж не достатньо чиста в екологічному відношенні.

З метою визначення впливу полістиролу в деревно-полімерному матеріалі на характер ходу релаксаційних процесів, зміни молекулярної рухливості і структури одержаного матеріалу було проведено дослідження діелектричних властивостей

Таблиця 1

Фізичні, фізико-механічні та фізико-хімічні властивості натуральної деревини та деревних матеріалів

Аналіз діелектричних властивостей деревно-полімерного матеріалу показує (рис. 3, крива 3), що в області 115С спостерігається максимум tg, а в області 40С - незначний низькотемпературний максимум tg. Максимум tg при 115С обумовлений релаксацією сегментів макромолекул полістиролу в деревно-полімерному матеріалі і є дипольно-сегментальним процесом релаксації, а процес релаксації в області 40С відноситься до дипольно-групового процесу в локальній формі целюлозних кілець.

Важливим є те, що в деревно-полімерному матеріалі створюються умови для більш інтенсивного прояву дипольно-сегментального процесу релаксації в полістиролі, і максимум tg цього процесу зміщується в бік високих температур. Це свідчить про те, що відбувається зменшення молекулярної рухливості, тобто теплового руху макромолекул полістиролу за рахунок обмеження рухливості ділянок макромолекул. Проявлення релаксаційного процесу при високих температурах пов'язано з рекристалізацією макромолекул деревини при формуванні аморфної фази у кристалічній матриці. Дипольно-груповий процес релаксації в деревині зміщується в бік низьких температур. Це можна пояснити меншою щільністю упаковки макромолекул за рахунок аморфізації.

Значення ? для деревно-полімерного матеріалу практично залишаються постійними до 150С і мають високі показники (2,4 - 2,5) з діелектричної точки зору Одержані результати свідчать про те, що деревно-полімерний матеріал є діелектриком із постійними діелектричними параметрами.

Нами були проведені дослідження теплоємності та теплопровідності. Одержані результати дали можливість охарактеризувати зміну питомої теплоємності і теплопровідності в залежності від температури і оцінити характер змін температур склування.

Особливий інтерес представляють результати досліджень питомої теплоємності деревно-полімерного матеріалу (рис. 5, крива 2). Якщо для натуральної деревини берези проявлявся чітко виражений максимум питомої теплоємності (Ср) при 119°С (крива 1), то в деревно-полімерному матеріалі має місце плато в області максимуму. Шляхом екстраполяції максимуму Ср вдалося показати, що він проявляється при температурі 122°С, тобто зміщений у бік високих температур на 3 градуси. Це свідчить про те, що в модифікованій деревині на процеси рекристалізації впливає модифікатор. При цьому слід звернути увагу на те, що в натуральній деревині на зміну кристалічної структури при впливі теплового поля частково буде вносити вклад сорбована волога.

Аналіз температур склування показує, що в модифікованій деревині температура склування полістиролу складає 102°С, водночас вихідний полістирол проявляє температуру склування при 87°С. Зміщення в бік високих температур на 15 градусів свідчить про те, що в процесі полімеризації стиролу в поверхневих шарах на поверхні розділу фаз в капілярних умовах формується полімер з обмеженою (меншою) молекулярною рухливістю. Водночас структурно-аморфні зміни в деревині деревно-полімерного матеріалу виникають в області 84,5°С, а у натуральній деревині - при 98°С, тобто має місце зміщення в бік низьких температур на 13,5 градуса. Це вказує на те, що деревина розм'якшується, тобто збільшується її молекулярна рухливість.

Попередні висновки про зміну молекулярної рухливості базуються на тому, що температурна область склування відповідає області дипольно-сегментальної релаксації. При цьому важливим є те, що одночасно з високими фізико-механічними властивостями, що було показано раніше, питома теплоємність деревно-полімерного матеріалу в декілька разів менша теплоємності деревини і не перевищує теплоємності полістиролу.

Наявність множинності на температурних залежностях свідчить про те, що на ефекти теплопровідності впливають не тільки фонон-фононні взаємодії, але і фонон-дефектні та фонон-структурні. Це вказує на те, що теплопровідність описується коперативними механізмами. З іншого боку, суттєві зміни у проявленні множини максимумів на залежностях дозволяють стверджувати, що л суттєво залежить від фізико-хімічної структури полімерної суміші, що підтверджується результатами досліджень питомої теплоємності.

Теплофізична поведінка досліджуваних зразків вказує на існування високих експлуатаційних властивостей деревно-полімерного матеріалу, що дозволяє виробляти на його основі широкий асортимент товарів із наперед заданими властивостями з урахуванням молекулярної рухливості в полімерній суміші, структурних особливостей, ефектів полімеризації в порах і капілярах та значень теплопровідності.

З метою виявлення більш глибоких причин поліпшення властивостей деревно-полімерних виробів було проведено ІЧ-спектроскопічні дослідження сумішевих систем: деревини, полістиролу і деревно-полімерного матеріалу. Найбільший інтерес представляють дослідження ІЧ-спектра деревно-полімерного матеріалу. Результати свідчать про те, що в матеріалі, який досліджується, пройшла суттєва зміна конформаційного стану, пов'язана з перебудовою гош- і транс-конформацій макромолекул полістиролу, оскільки інтенсивність конформаційно чутливих смуг поглинання (1493 і 1453 см?№) у порівнянні з полістиролом (рис. 8) значно зменшилась. Відбувається обмеження, тобто зменшення числа можливих конформацій, яке приводить до зменшення рухливості сегментів ланцюгів макромолекул полістиролу, що також витікає зі зміщення дипольно-сегментального процесу релаксації в бік високих температур.

Таким чином, зміна інтенсивності конформаційно чутливих смуг вказує на існування взаємодій деревини з полістиролом. Тобто міжмолекулярні взаємодії деревини з полістиролом приводять до суттєвої зміни структури полістиролу, що знаходиться в поверхневих шарах у порах та капілярах деревини і, очевидно, має в основному спорідненість з лігніном. Але взаємодія полістиролу також відбувається і з целюлозою та полісахаридами, що витікає із результатів досліджень спектральної зміни смуг поглинання деревини .

Під час дослідження деревно-полімерного матеріалу встановлено, що смуга кристалічності 1425 см?№ сильно зменшилась, що вказує на зниження кристалічності макромолекул у деревині, водночас смуга аморфності 898 см?№ не збільшилась, а незначно зменшилась. Такі результати вказують на те, що рекристалізація приводить до аморфізації з більш щільною упаковкою аморфної фази, тобто зі значно меншим вільним об'ємом у цій фазі, що, в свою чергу, знижує крихкість матеріалу і збільшує показники його міцності. В доповнення до викладеного вище слід відзначити, що конформаційно чутливими смугами одночасно зі смугою 1425 см?№ є смуги поглинання 1377 см?№ (аморфна) і 1329 см?№ (кристалічна). В деревно-полімерному матеріалі кристалічні смуги суттєво зменшуються, а аморфна - незначно збільшується.

Створення нових структур у порах і капілярах деревини приводить до покращання споживних властивостей деревно-полімерного матеріалу в 2,5 - 3 рази в порівнянні з деревиною і пов'язане з обмеженням молекулярної рухливості полістиролу і зменшенням кристалічності макромолекул деревини з переходом їх в аморфну фазу великої щільності. Все це, очевидно, має спричиняти зменшення швидкості полімеризації стиролу в порах і капілярах деревини, що підтверджується результатами досліджень кінетики полімеризації.

Надійність деревно-полімерних матеріалів обумовлена їх довговічністю, яка залежить від показників споживних властивостей, що дозволяють використовувати матеріал у різних умовах. За результатами проведених хімічних досліджень можна зробити висновок, що деревно-полімерний матеріал на відміну від натуральної деревини має високу хімічну стійкість до дії різних реагентів, що подовжує термін використання, а значить, і довговічність матеріалу і виробів, виготовлених на його основі.

Безпека споживання нових матеріалів обумовлена перш за все їх хімічною безпекою, тобто відсутністю ризику для здоров'я та життя людини, що може бути нанесений токсичними речовинами. В результаті проведеної токсиколого-гігієнічної експертизи було визначено, що деревно-полімерний матеріал не є токсичним і може використовуватися за своїм призначенням у виготовленні товарів народного споживання і промислового призначення.

Для обробки результатів досліджень було використано стандартну інтегровану систему Mathematica 3, за допомогою якої були одержані графічні залежності у тривимірному просторі, що виявили кореляційні зв'язки між показниками споживних властивостей деревно-полімерних матеріалів і видом просочувальних речовин та тривалістю витримки деревини у цих речовинах. 5 розділ дисертаційної роботи присвячений визначенню соціально-економічної ефективності досліджень. Соціальна ефективність розробки та впровадження нових деревно-полімерних матеріалів полягає в отриманні нового матеріалу з високими споживними властивостями, який перетворив неходову деревину в товарний матеріал; ліквідації негативних властивостей деревини берези і виробів із неї (низької формостійкості, хімічної та біологічної стійкості, стійкості до дії води, тепла та інших факторів зовнішнього середовища) при збереженні їх позитивних властивостей; розширенні асортименту та збільшенні терміну служби деревних матеріалів і товарів на їх основі. Виробництво деревно-полімерних товарів дає значний економічний ефект.

Загальні висновки

Аналіз стану деревообробної промисловості України свідчить про необхідність підвищення якості деревних виробів шляхом покращання їх споживних властивостей, за рахунок використання безвідходних технологій і нових матеріалів. У зв'язку з цим на основі неходової малоцінної деревини берези розроблено нові деревно-полімерні матеріали з високими споживними властивостями з використанням для просочення деревини стиролу з пероксидом лаурилу та нової плівкоутворюючої композиції на основі поліефірмалеїнатної смоли в діметакрилаттриетиленгликолі.

Встановлено, що в результаті полімеризації мономерів і олігомерів у порах деревини формуються поверхневі шари полімеру, взаємодія яких із деревиною спричиняє зміну структури як деревини, так і полімеру, що відбувається за рахунок фізичних взаємодій груп -ОН; -СН2-ОН целюлозного кільця, кисню в целюлозному кільці та функціональних груп полісахаридів, і приводить до зміни характеру полімеризації плівкоутворюючих композицій та суттєво підвищує споживні властивості деревно-полімерних виробів.

Під час досліджень впливу модифікатора на властивості нових матеріалів виявлено, що покращання споживних властивостей деревно-полімерних матеріалів залежить від величини густини вузлів просторової сітки і ступеня насиченості деревини модифікуючим полімером. Одержані результати вказують на можливість регулювання властивостей нових деревно-полімерних товарів у широких межах з огляду на закономірності у взаємопроникнених сітках.

Встановлено, що нові деревно-полімерні матеріали і товари на їх основі мають високі естетичні властивості та у 2,5 - 3 рази кращі показники фізико-механічних та фізико-хімічних властивостей (високу твердість і показники міцності та низьку вологість та водопоглинання) в порівнянні з натуральною деревиною та іншими деревними матеріалами.

В результаті проведених діелектричних досліджень деревно-полімерних матеріалів встановлено закономірності ходу діелектричної релаксації, які пов'язані із гальмуванням молекулярної рухливості полімерних макромолекул у поверхневих шарах на межах розділу фаз і з формуванням в процесі синтезу полістиролу із властивостями, що відрізняються від властивостей полістиролу, одержаного блочним методом у звичайних умовах. Важливим є те, що на відміну від натуральної деревини і полістиролу, значення діелектричної проникності деревно-полімерного матеріалу практично залишаються постійними у межах 150°С, а діелектричні втрати зменшуються навіть зі збільшенням температури.

Під час теплофізичних досліджень деревно-полімерних матеріалів у такого роду сумішевих системах виявлено наявність рекристалізації впорядкованих структур деревини, що пов'язана з перебудовою структур і асоціатів за рахунок селективного перерозподілу міжмолекулярних взаємодій і взаємодій на межі розділу фаз. Слід відзначити, що деревно-полімерні матеріали мають теплоємність, яка у декілька разів менша за теплоємність натуральної деревини і не перевищує теплоємність полістиролу. Також встановлено, що теплопровідність у сумішевій системі деревина - полістирол обумовлена інтегральними взаємодіями - фонон-фононними, фонон-структурними, включаючи дефекти структури, а також має місце передача теплових потоків через хімічні зв'язки атомів і молекул та фізичні контакти. Водночас наявний у деревині полімер не збільшує теплопровідності деревно-полімерного матеріалу.

У результаті ІЧ-спектроскопічних досліджень і досліджень кінетики полімеризації стиролу виявлено, що в деревно-полімерному матеріалі має місце складний характер взаємодій: тепловий рух мономеру і фрагментів макромолекул у порах і капілярах деревини зменшується, що обумовлюється стеричними факторами в капілярах, які не сприяють взаємодії активних радикалів при полімеризації стиролу. Це пояснює створення відмінних, ніж при звичайній полімеризації структур, пов'язаних із обмеженням молекулярної рухливості полістиролу і зменшенням кристалічності макромолекул деревини з переходом їх в аморфну фазу великої щільності, що, в свою чергу, приводить до зменшення швидкості полімеризації і суттєво підвищує споживні властивості деревно-полімерних виробів.

Встановлено високу надійність деревно-полімерних матеріалів і товарів на їх основі, оскільки використання модифікаторів підвищує їх стійкість до дії води, кислот, лугів, спиртів, масел та інших сполук хімічної природи.

За результатами токсиколого-гігієнічної експертизи деревно-полімерні матеріали виявили себе як нетоксичні, подразнюючої і сенсибілізуючої дії не мають та за санітарно-хімічними показниками відповідають гігієнічним нормативам.

У промислових умовах проведено дослідний випуск партії деревно-полімерних товарів. Товари і технологія їх виготовлення екологічно безпечні. Термін служби деревно-полімерних товарів у порівнянні з виробами, виготовленими на основі натуральної деревини, в п'ять разів довший. Економічний ефект від впровадження 4000 мІ підлог тваринницьких приміщень, виготовлених із деревно-полімерного матеріалу, складає 1800 грн. Економічний ефект від впровадження 350 віконних рам складає 5687,5 грн.

Список опублікованих праць

Фабуляк Ф.Г., Наконечна А.В., Мірошников А.Є. Одержання та властивості деревно-полімерного матеріалу // Хімічна промисловість України. - 1999. - №4. - С. 44-48.

Мірошников А.Є., Наконечна А.В., Фабуляк Ф.Г. Термохімічна модифікація деревини полімером // Сучасні проблеми товарознавства: Збірник наукових праць. - Київ: КДТЕУ. - 1999. - С. 209-214.

Фабуляк Ф.Г., Мірошников А.Є., Наконечна А.В., Масленникова Л.Д. Товарознавчі особливості деревинно-полімерного матеріалу як діелектрика // Вісник Державної академії легкої промисловості України. - 1999. - №1. - С. 99-102.

Мірошников А.Є., Наконечна А.В., Фабуляк Ф.Г. Композиційний полімерний матеріал на основі заполімеризованого стиролу в деревині // Композиційні полімерні матеріали. - 1999. - Т.21. - №1. - С. 59-62.

Наконечна А.В., Масленникова Л.Д., Фабуляк Ф.Г. Деревинно-полімерний матеріал як товар в електротехніці // Науковий вісник Миколаївського державного педагогічного університету. - 1999. - №1. - С. 203-206.

Наконечна А.В. Споживчі властивості, які визначають відношення деревинно-полімерного матеріалу до тепла // Товарознавство - наука, практика та перспективи розвитку в умовах ринку: Матеріали міжнародної науково-практичної конференції 24 - 25 листопада 1999 р. - Част.2. - Київ: КДТЕУ. - 1999. - С. 155-160.

Наконечна А.В., Фабуляк Ф.Г. Теплопровідність деревинно-полімерних товарів і конструкцій // Хімічна промисловість України. - 2000. - №3. - С. 44-46.

Наконечна А.В. ІЧ-спектроскопічні дослідження деревинно-полімерного матеріалу // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини: Збірник наукових праць, випуск 8. - Чернігів: ФАДА ЛТД. - 2000. - С. 135-138.

Рішення про видачу патенту на винахід “Композиція для модифікації деревини”: Україна, МПК 7 В 27 К 3/34, 5/06 / Ф.Г. Фабуляк, А.Є. Мірошников, А.В. Наконечна, О.І. Єщенко, Л.Д. Масленникова. - № 98126694; Заявл. 18.12.98.

Анотація

Наконечна А.В. Товарознавча оцінка споживних властивостей нових деревно-полімерних матеріалів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.08 - товарознавство промислових товарів. - Київський національний торговельно-економічний університет МОНУ, Київ, 2001.

Дисертацію присвячено розробці та дослідженню споживних властивостей нових деревно-полімерних матеріалів. Нові деревно-полімерні матеріали створені на основі неходової деревини берези з використанням для просочування деревини плівкоутворюючого складу стирол - пероксид лаурилу та нової плівкоутворюючої композиції на основі поліефірмалеїнатної смоли в діметакрилаттриетиленгликолі.

У роботі проведена оцінка фізико-механічних, хімічних, діелектричних, теплофізичних, естетичних та токсиколого-гігієнічних властивостей деревно-полімерних матеріалів. Встановлено, що у процесі полімеризації плівкоутворюючих речовин у порах деревини формуються поверхневі шари полімеру, взаємодія котрих із деревиною приводить до зміни структури як деревини, так і полімеру і до суттєвого підвищення споживних властивостей деревно-полімерних товарів.

Основні результати роботи впроваджені у виробництво та підтверджені значним соціально-економічним ефектом.

Ключові слова: деревно-полімерний матеріал, споживні властивості, неходова деревина, плівкоутворююча композиція, стирол, поліефірмалеїнатна смола.

Аннотация

Наконечная А.В. Товароведная оценка потребительских свойств новых древесно-полимерных материалов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.08 - товароведение промышленных товаров. - Киевский национальный торгово-экономический университет МОНУ, Киев, 2001.

Диссертация посвящена разработке и исследованиям потребительских свойств новых древесно-полимерных материалов. Новые древесно-полимерные материалы созданы на основе неходовой древесины березы с использованием для пропитки древесины пленкообразующего состава стирол - пероксид лаурила и новой пленкообразующей композиции на основе полиэфирмалеинатной смолы в диметакрилаттриэтиленгликоле.

В роботе проведена оценка эстетических, физических, физико-химических, физико-механических, диэлектрических, теплофизических, химических, структурных и гигиенических свойств древесно-полимерных материалов, а также установлены закономерности их формирования.

Допущено существование связи между молекулярной подвижностью и основными потребительскими свойствами древесно-полимерных материалов и товаров на их основе. Установлено, что в процессе полимеризации пленкообразующих веществ в порах древесины формируются поверхностные слои полимера, взаимодействие которых с древесиной приводит к изменению структуры как древесины, так и полимера и к существенному повышению потребительских свойств древесно-полимерных товаров.

Результаты исследований удельной теплоемкости при разных температурах выявили наличие в такого рода смесевых системах рекристаллизации упорядоченных структур древесины, что связано с перестройкой структур и асоциатов за счет селективного перераспределения межмолекулярных взаимодействий и взаимодействий на границе разделения фаз.

Установлено, что в зависимости от степени насыщенности древесины пленкообразующей композицией в древесно-полимерном материале изменяется эффективная плотность пространственной физической трехмерной сетки, а значит, имеет место разная длина участков макромолекул между узлами физической сетки. Полученные результаты указывают на возможность регулирования свойств древесно-полимерных материалов и товаров на их основе.

Установлены закономерности прохождения диэлектрической релаксации, что связано с ограничением молекулярной подвижности полимерных макромолекул в поверхностных слоях на границах разделения фаз. Это позволило показать возможность использования древесно-полимерного материала в качестве диэлектрика в электротехнической промышленности в температурном режиме до 100 °С.

Разработан древесно-полимерный материал и древесно-полимерные товары на его основе с высокими потребительскими свойствами. Новые товары имеют в 2,5 - 3 раза улучшенные физико-механические и диэлектрические свойства в сравнении с натуральной древесиной. Товары и технология производства экологически безопасны. Срок службы древесно-полимерных товаров в 5 раз выше, чем товаров, изготовленых на основе натуральной древесины.

Основные результаты работы внедрены в производство и подтверждены значительным социально-экономическим эффектом.

Ключевые слова: древесно-полимерный материал, потребительские свойства, неходовая древесина, пленкообразующая композиция, стирол, полиэфирмалеинатная смола.

Annotation

Nakonechnaya A.V. Commodity research evaluation of consumer properties of new wood-polymer materials. - Manuscript.

Dissertation towards the scientific degree of Candidate of Technical Science оn specialization 05.19.08 - industrial commodity research. - Kyiv National University of Trade and Economics, Ministry of Education and Sciense of Ukrainian, Kyiv, 2001.

This dissertation is dedicated to elaboration and examining consumer characteristics of new wood-polymer composites. New wood-polymer materials are made on the basis of unmarketable timber - birch with film-forming admixture of stirene-heroxide lauryl composition and new film-forming composite based on polyestermaleate resin used for wood impregnation.

The definition of physical-mechanical, chemical, dielectric, thermophysical, esthetic and toxicological-hygienic properties of wood-polymer materials had been carried out in this work. It had been determined that during the process of polymerization of film-forming substances near-surfaces of polymer develop in pores of wood. Their interaction with wood lead to changes in structure both of wood and polymer and to significant increase in consumer characteristics of new wood-polymer goods.

Basic results of this work have been applied in industry and proved by considerable economic effect.

Key words: wood-polymer materials, consumer properties, unmarketable timber, film-forming composite, sturene, polyestermaleate resin.

Размещено на Allbest.ru