Новые композиты и биопластики

Композиты и биопластики. Какое будущее нас ожидает?

композиты и биопластики

К новым, перспективным технологиям производства пластмасс, постепенно входящим в широкую практику, относится экструзия изделий из древесно-наполненных полимерных композиций WPC (wood-plastic composites). Технология экструдированной древесины довольно успешно продвигается на американском рынке в последние 8 лет. Объемы ее выпуска в США в 2003 г. достигали 700 000 тонн и с тех пор продолжали расти главным образом за счет выпуска облицовочных панелей. Технология WPC постоянно совершенствуется и ожидается, что через несколько лет подобные профили можно будет использовать для ответственных несущих конструкций. В Европе WPC пока не нашли широкого распространения. Объем их использования в том же 2003 г. составил 65 000 тонн, и заметный прорыв пока заставляет себя ждать.

Предполагается, что он должен произойти в ближайшие 5–7 лет, хотя уже сейчас некоторые фирмы в Австрии, Италии и Голландии приступили к производству профилей из WPC. В Германии к числу основных производителей относятся фирмы Pallmann и Gruber.

Технология WPC во многом базируется на опыте и технике экструзии поливинилхлорида. Выбор полимера определяется тем, что дерево не выдерживает температуру, близкую к 200°С, поэтому использование расплава полиамида отпадает, и приходится ориентироваться на полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ) или ПВХ. На практике находят применение как прямая экструзия с подачей компонентов дозирующим устройством прямо в экструдер, так и двухступенчатый процесс с подсушиванием гранулята.

При прямой экструзии материал поступает в виде гранул, его сыпучесть и насыпной вес должны гарантировать равномерность процесса экструзии, а условия смешения подбираются отдельно в каждом конкретном случае. Для вывода газа используют устройства с принудительной или естественной дегазацией в атмосферу.

При двухступенчатой технологии нежелательную влажность составляющих, которая, например, при использовании стружки из отходов достигает 8%, предварительно уменьшают до величины менее 1%. Это облегчает втягивание стружки в экструдер и перемешивание древесины с пластиком, увеличивает производительность машины. На подсушенном сырье процесс становится более стабильным, сравнимым с экструзией чистого ПВХ, отпадает необходимость в частой регулировке параметров. Прочность получаемых на сухом сырье изделий заметно выше, как и ударная вязкость, которая увеличивается в 2–3 раза.

Главное отличие от экструзии ПВХ заключается в том, что благодаря высокой стабильности расплава WPC можно отказаться от продолжительного сухого калибрования. На полых профилях длина калибратора всего 400 мм, уровень вакуума высок, что позволяет получать гладкую поверхность и точно выдержать размеры профиля. Учитывая высокую плотность расплава, при калибровании используют гусеничное тянущее устройство. Во избежание появления трещин и волнистости скорость гусеничной тяги должна быть четко согласована со скоростью выхода массы из фильеры.

Для приготовления WPC можно применять пластагломератор, готовящий смесь, содержащую до 60–70% древесины. После просеивания агломерат хорошо перерабатывается в экструдере. Готовят его и в горячехолодном смесителе, позволяющем увеличить содержание древесины до 80% и отказаться от предварительного просеивания. Наконец, гранулят можно готовить и в гранулирующем экструдере по технологии прямой экструзии. В этом случае по однородности он приближается к ПВХ-грануляту и может перерабатываться всеми экструдерами даже без дозировки. При этом содержание волокон доводят до 85% и более.

Другое перспективное направление в производстве пластмасс связано с появлением несколько лет назад биопластиков — полимерных пленок, полностью разлагающихся в естественных условиях под воздействием почвенных бактерий. В отличие от экструдированного дерева в производстве биопластиков европейский и японский рынки динамичнее американского и занимают в мире передовые позиции.

Мировое производство биоразлагаемых полимеров достигло 52 000 тонн и, по мнению экспертов отрасли, должно увеличиться к 2010 г. до 90 000 тонн. В Европе к этому времени ожидают роста доли биопластиков до 1–2%, а к 2020 г. — до 5% от общего количества выпускаемых полимерных материалов.


К европейским и мировым лидерам производства продукции из биопластиков принадлежит итальянская фирма Novamont, владеющая 50–60% европейского рынка. Ее главная продукция — продуктовые упаковочные мешки из прозрачной биопленки Mater-Bi. Объем выпуска пленки достигает 35 000 т/год, и уже ведутся переговоры о расширении производства. Пленка выпускается из кукурузного сырья по фирменной технологии, предусматривающей многоступенчатую обработку биомассы различными химическими реагентами и добавками с последующим смешиванием с биоразлагающимся алифатическим полиэфиром. Технология производства этого материала из уже подготовленного сырья сходна с технологией производства полиэтиленовой пленки. Для получения 1 кг биопластика нужно 1–2 кг зерна или 5–10 кг картофеля.

Mater-Bi сертифицирована как биоразлагающийся продукт в соответствии с европейскими нормами и разрешена для компостирования в индивидуальных и промышленных хозяйствах. Продолжительность ее разложения в компосте не превышает 6 месяцев. Опыт применения мешков показал, что они идеально подходят для коммунальных служб, занимающихся раздельным сбором биоотходов. Согласно расчетам, при стоимости утилизации свыше 0,04 евро/кг мешки из Mater-Bi становятся более выгодными, чем полиэтиленовые.

Фирма Novamont не ограничивается выпуском мешков из биопленки. Палитра ее биопластиковых изделий включает поддоны для фруктов, прозрачные окошки и этикетки на бумажных пакетах для хлеба, мешки и горшочки под растительный грунт, пленку для укрытия посадок в открытом грунте и другую продукцию. В ближайшем будущем должны появиться биопластиковые упаковки для мясных и молочных продуктов.

Биопластик используют и в производстве пластиковых бутылок способами литья и выдувания, подобно бутылкам из ПЭТ, но с уменьшением температуры на 20–30°С при выдувании и на 60–70 °С при литье. Экструзионная технология производства такой тары пока не реализована.

В отличие от ПЭТ-бутылок, в которых жидкость может храниться 2 года, долговечность биопластиковой тары ограничивается 6 месяцами, и в ней нельзя держать напитки, насыщенные углекислым газом. Однако преимущество биопластиковых бутылок в том, что они не меняют ни вкуса, ни запаха содержимого, обладают хорошими органолептическими показателями. Как следствие, они представляют собой идеальную упаковку для свежих молочных продуктов, соков, растительных масел и негазированной минеральной воды.

Некоторые революционные синтетические материалы обладают настолько необычной комбинацией свойств, что при своем появлении не находят применения, поскольку возможности их использования первоначально выходят за пределы инженерной фантазии.

К таким материалам относится Technogel (техногель), полученный и запатентованный исследовательской лабораторией Bayer Material Science немецкого концерна Bayer еще в 1981 г. Это очень прозрачный, светостойкий, скользкий и податливый как студень рулонный материал, мягкий и приятный на ощупь, не раздражающий человеческую кожу. Он эластичен, обладает хорошей растяжимостью и очень высокой грузораспределяющей способностью.

Больше 10 лет после первого получения этот странный материал не находил себе вообще никакого применения. Постепенно его стали пытаться использовать в небольших количествах и в опытном порядке в медицине в качестве покрытий операционных столов, специальных подушек и подкладок, то есть там, где требовалась переносимость кожей и защита от пролежней. Настоящий технический прорыв произошел после того, как на Technogel обратил внимание ведущий в мире производитель велосипедных седел и решил внедрить его в промышленное производство. Была создана специальная фирма, материал получил известность.

В последние 5–6 лет объемы и область применения техногеля непрерывно и быстро растут. Его используют в хирургии в качестве защитного пластыря на ранах, в оборудовании операционных, в ортопедии. Кроме того, из него делают матрацы, покрытия сидений и стульев и многое другое. Однако самую, может быть, неожиданную возможность применения Technogel открыл совсем недавно кельнский модельер Гронбах. В его восточной коллекции, построенной на строгих линиях традиционной арабской одежды, в черном, скромно закрытом под горло платье, сделана глубокая, на всю спину и ниже вставка из невидимого техногеля.

Таковы композиты и биопластики – можно сказать материалы будущего. Следующим шагом может стать изящное вечернее платье. Ну а вдруг этот шаг уже сделан, только его пока никто не замечает? Видимо, не только высоколобый Жюль Верн мог предсказывать технику будущего, но и скромный сказочник Андерсен.


Читайте также

Три сценария будущего. Выбираем лучшее из зол для российского бизнеса

Российский бизнес перестало трясти, а значит, надо думать, куда двигаться дальше. И хотя мировая повестка …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.