Рассылка

Для того, чтобы получать уведомления о новых номерах журнала, оставьте свой E-mail адрес.



Исследование эксплуатационных свойств биокомпозитов на основе ПГБ и древесной муки из отходов обрезки городских деревьев

Авторы: Аникеева К.Г., Сафина А.В., Байгильдеева Е.И., Шагеева А.И.

Реализация эффективных способов утилизация древесных городских отходов обусловлена тенденциями современного производства, действующего в условиях циркулярной экономики и соблюдения требований экологичности городской среды. В статье предложена технология создания биокомпозитов на основе биополимера полигидроксибутерата (ПГБ) и древесной муки, полученной из отходов обрезки городских деревьев. В качестве древесного наполнителя рассмотрены мука древесины сосны, как часто используемая в промышленности для древесно-полимерных композиционных материалов, и мука тополя, как наиболее распространенного вида быстрорастущих древесных пород в г. Казани. Проведен анализ физико-механических и сорбционных свойств биокопозитов на основе ПГБ с тремя видами наполнителей: с натуральной сосновой мукой, с натуральной мукой тополя и с термомодифицированной мукой тополя. Установлено, что использование необработанной древесной муки тополя приводит к получению композитного материала с самыми низкими физико-механическими показателями.  Для исключения недостатков низкосортной быстрорастущей древесины тополя, таких как низкая прочность и высокая гидрофильность, предложена термическая модификация муки. Исследованиями установлено, что предварительная термомодификация способствует повышению предела прочности при растяжении образцов биокомпозитов на 18,96 % и предела прочности на изгиб на 7,89 %, а также снижению водопоглощения на 50 % относительно образцов с необработанной мукой тополя. При этом физико-механические и сорбционные свойства биокомпозита с термомодифицированной мукой тополя сопоставимы с качеством биокомпозита на основе муки сосны. Так, предлагаемые решения позволили увеличить ударную вязкость композита на 25,87 % относительно необработанной муки тополя и приблизить этот показатель к составу с сосновой мукой. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования отходов городской обрезки быстрорастущих деревьев в качестве наполнителя для биокомпозитов и могут способствовать решению проблем утилизации городских отходов и экологичного развития городской среды.

Ключевые слова: отходы обрезки деревьев, термическая модификация, полигидроксибутират, биокомпозиты физико-химические свойства.

INVESTIGATION OF THE OPERATIONAL PROPERTIES OF BIOCOMPOSITES BASED ON PHB AND WOOD FLOUR FROM URBAN TREE PRUNING WASTE

The implementation of effective methods for the disposal of urban wood waste is due to the trends of modern production operating in a circular economy and compliance with the requirements of environmental friendliness of the urban environment. The article proposes a technology for creating biocomposites based on polyhydroxybuterate (PHB) biopolymer and wood flour obtained from urban tree pruning waste. Pine wood flour, which is often used in industry for wood-polymer composite materials, and poplar flour, as the most common type of fast-growing tree species in Kazan, are considered as a wood filler. The analysis of the physico-mechanical and sorption properties of biocoposites based on PHB with three types of fillers: with natural pine flour, with natural poplar flour and with thermomodified poplar flour. It has been established that the use of untreated poplar wood flour leads to the production of a composite material with the lowest physical and mechanical properties. To eliminate the disadvantages of low-grade fast-growing poplar wood, such as low strength and high hydrophilicity, a thermal modification of flour is proposed. Studies have found that preliminary thermal modification contributes to an increase in the tensile strength of biocomposite samples by 18.96% and the bending strength by 7.89%, as well as a decrease in water absorption by 50% relative to samples with untreated poplar flour. At the same time, the physico-mechanical and sorption properties of a biocomposite with thermomodified poplar flour are comparable to the quality of a biocomposite based on pine flour. Thus, the proposed solutions made it possible to increase the impact strength of the composite by 25.87% relative to unprocessed poplar flour and bring this indicator closer to the composition with pine flour. The results obtained indicate the prospects of using waste from urban pruning of fast-growing trees as a filler for biocomposites and may contribute to solving the problems of recycling of urban waste and eco-friendly development of the urban environment.

Keywords: tree pruning waste, thermal modification, polyhydroxybutyrate, biocomposites, physico-chemical properties.