Химик КФУ: "Леса в России много, поэтому древесно-полимерные композиции еще не нужны"

Пресс-центр КФУ продолжает цикл материалов об изобретателях Казанского университета и их «детищах». Поводом для обращения к этой теме стало успешное выступление наших ученых на республиканском конкурсе «Лучшее изобретение года». В одной из прошлых тем мы рассказывали о новом способе получения композиций на основе углеродных нанотрубок и полиолефинов. Сегодня речь пойдет о древесно-полимерных композициях. 

Нынешний 21 век можно считать веком композиционных материалов, находящих применение в самых различных областях техники и быта. И одними из таких материалов стали древесно-полимерные композиты, представляющие собой отдельный класс древесных конструкционных материалов, в которых частицы измельченной древесины соединены между собой при помощи полимерной матрицы.

Идея формования высококачественных изделий из древесно-полимерных композиций всегда привлекала внимание ученых и инженеров. Экспериментальные работы в этом направлении в течение последних 40 лет проводились многими зарубежными и отечественными исследователями.

Не остались в стороне и сотрудники Казанского университета. В лаборатории кафедры неорганической химии под руководством Рустэма Рафаэльевича Амирова разработан новый способ получения древесно-наполненной пластмассы. Их изобретение относится к технологии получения древесно-полимерных композиций и может быть использовано в промышленности строительных материалов, мебельной промышленности, машиностроении и других отраслях промышленности.

Осенью прошлого года патент РФ №2493184 на разработку «Древесно-наполненной пластмассы и способе ее получения» был выдан группе ученых, совместно с Амировым работающих над решением проблемы удешевления пластмассы.

— В начале ХХ века в Германии было начато производство древесностружечных плит (с использованием фенол-формальдегидных смол) для изготовления, например, мебели, которое сохранилось до сих пор. Если такую мебель прямо из цеха поставить сразу в дом, то вы не сможете дышать – настолько силен от нее запах вредных фенола и формальдегида, – говорит Рустэм Рафаэльевич. – Медики утверждают, что такая мебель очень вредна для здоровья, потому что из нее выделяются опасные для организма вещества. Мы будем вынуждены ждать несколько лет, пока острый запах фенола выветрится.

В своей разработке в качестве полимерной матрицы химики КФУ предложили использовать полипропилен – широко известный материал, который встречается и как трубы, и как пластмассовые стаканчики и пакеты.

— Раз мы пьем из них, то мебель уж точно не страшно делать, – смеется профессор. – Но этот материал жесткий,  значит нужно его расплавить. Существует специальное оборудование – экструдер, в котором гранулы пропилена или полиэтилена, который также может использоваться, прокручиваются. Своего рода экструдер – это «мясорубка» с нагревом, на выходе которой стоит нож, который рубит «фарш» в гранулы. В таком виде полимер изготавливают на предприятиях, например в ОАО «Нижнекамскнефтехим». Получив полимер в виде гранул, мы смешиваем его с древесной мукой или другим наполнителем. И, опять-таки, экструдируя, появляются гранулы нового материала - композита. Затем мы можем из них изготавливать необходимые изделия путем экструзии или формуя в пресс-автомате.

Довольно давно для удешевления полимерных изделий в них добавляли минеральные наполнители - мел, тальк и др. Если же гранулы чистого полимера смешивать с древесной мукой, то получается не просто пластмасса, но и композит, поскольку древесные волокна служат еще и армирующим (усиливающим) наполнителем. Однако широкого применения в России древесно-наполненная пластмасса пока не нашла.

— В России пока отсутствуют как крупные производства экструзионных ДПК, организованные на современном техническом уровне, так и машиностроительные возможности для собственного производства такого материала. Научный задел по этой проблеме также находится не на практическом уровне, – сетует Амиров. – Видимо, руководители предприятий-производителей продукции из древесины считают, что нам такие изделия не нужны, у нас и так в России дерева много.

Зато основными потребителями древесно-полимерной продукции становятся страны, где возникают проблемы с деревьями – например, Америка. Там за два десятилетия, прошедшие с момента первых промышленных опытов, достигли определенных успехов. Объем мирового производства подобных композитов превысил 700 тысяч тонн. Американскими научными организациями и фирмами созданы основные промышленные рецептуры, опробованы различные схемы технологии и организации производства.

— Достаточно быстро формируется рынок этой продукции. Строит человек дом, а к нему делает террасу. Если ее сделать из натурального дерева, то со временем  она рассохнется или же начнется процесс гниения. Но если террасная доска будет сделана из материала, изготовленного по нашим технологиям, то никакой дождь или жара ей не страшны. А если хорошо еще обработать древесную муку противомикробными добавками, то до 100 лет точно сможет просуществовать. К тому же, в отличие от деревянной, такая продукция становится в несколько раз прочнее.

Таким образом, основными достоинствами нашей композиции является то, что она имеет достаточно простой состав и технологию получения, а также достаточно высокие прочностные свойства.

Но, несмотря на то, что патент получен, до запуска его в серийное производство может пройти значительное время.

— Подобными патентами не заинтересуется огромная структура – им очень трудно перестроиться с многотоннажной продукции на тот минимум, который требуется для производства ДПК, – рассуждает Рустэм Рафаэльевич. — А вот частной фирме это стало бы интересно — они могут купить лицензию на производство изделий по патенту и производить безвредные, высокопрочные и простые в изготовлении изделия. В России остро стоит проблема использования древесных и пластиковых отходов. Поэтому потребность в создании таких производств в ближайшее время станет необходимостью.

С описанием патента можно ознакомиться здесь.