A STUDY OF THE POSSIBILITY OF OBTAINING BINDER-FREE PLASTICS BASED ON DATE PALM LEAVES

В настоящее время мировой экономикой уделяется большое внимание использованию технологий по вопросам утилизации различных отходов с получением современных материалов, в том числе из невостребованных остатков различных культурных и дикорастущих растений.

Интерес представляет финиковая пальма: данное растение широко культивировано по всему миру. Одно из преимуществ данных растений – это быстрая их возобновляемость (обычно пальмы вырастают за 3-5 лет). При этом возможно использование не только самой ее древесины, но и также листьев (финиковая пальма может приносить до 20 кг листьев в год)

Так, например, авторы работы

Было доказано

С помощью дифференциально-термического и термогравиметрического анализа было установлено

В работе

Исследование

Смесь переработанных полиолефинов и листьев финиковой пальмы показала свою высокую термостабильность, низкую теплопроводность и высокую прочность композитов на их основе. Данные материалы могут использоваться в теплоизоляционных целях

Сегодня юг и побережье Черного моря России представлены богатым растительным миром, в том числе и финиковой пальмой (Phoenix canariensis Chab.)

Массовое произрастание данного растения приводит к образованию невостребованных отходов в виде листового опада. Требования действующего природоохранного законодательства стимулируют поиск путей вовлечение данного вида отхода в хозяйственный оборот в качестве дополнительного источника сырья.

Например, в работах

Также рассматривается

Для получения пластиков без связующих (ПБС) чаще всего используются сырье на основе традиционной древесины, но может быть применено и растительное сырье недревесного происхождения (шелуха, костра, листья и проч.)

Целью данной работы являлось изучение возможности получения ПБС на основе листового опада финиковой пальмы. Получение ПБС на данном сырье позволит выработать перспективные решения по утилизации невостребованных растительных остатков за счет вовлечения в хозяйствующий оборот в качестве дополнительного источника сырья с получением изделий на основе пластиков растительного происхождения.

В качестве исходного сырья использовалось недревесное растительное сырье – листья финиковой пальмы (Phoenix) с фракционным составом менее 1,2 мм и исходной влажностью 6%.

Образцы ПБС на основе данного пресс-сырья были получены согласно составленному математическому плану Бокса-Уилсона, позволяющему проводить многофакторные отсеивающие эксперименты и предварительно оценить влияние одновременно изменяемых технологических факторов

Варьируемыми факторами (Zi) в эксперименте являлись:

- влажность наполнителя, % (Z1);

- температура прессования, ºС (Z2).

Область изменения входных факторов представлена в табл.1.

Матрица планирования эксперимента с кодированными и натуральными значениями изменяемых факторов по плану Бокса-Уилсона представлена в табл. 2.

За выходные параметры были взяты следующие свойства материала (образцов) на базе приготовленных композиций:

- У1 – плотность материала, кг/м3;

- У2 – модуль упругости при изгибе, МПа;

- У3 – прочность при изгибе, МПа;

- У4 – твёрдость по Бринеллю, МПа;

- У5 – число упругости, %;

- У6 – водопоглощение за 24 часа, %;

- У7 – разбухание по толщине за 24 часа, %;

- У8 – ударная вязкость, кДж/м2.

Были изготовлены образцы-диски диаметром 90 мм и толщиной 2 мм методом горячего компрессионного прессования при следующих условиях: давление прессования – 40 МПа, продолжительность прессования – 10 мин, продолжительность охлаждения под давлением – 10 мин.

После кондиционирования в комнатных условиях (24 часа), образцы подвергались испытанию на физико-механические свойства. Физико-механические показатели образцов были определены в трех параллелях и обработаны методами математической статистики.

 Средние арифметические значения полученных результатов приведены в табл.3.

Для получения математических моделей изменения свойств изделий в зависимости от величин варьируемых факторов с использованием пакета анализа программы Microsoft Excel был проведен регрессионный анализ полученных результатов эксперимента с вероятностной оценкой адекватности полученных моделей экспериментальным данным по коэффициенту корреляции R2.

Экспериментально-статистические модели зависимости свойств представлялись в виде полинома второй степени с линейными и смешанными эффектами факторов:

y= b0+b1·Z1 + b2·Z2 + b3·Z1·Z2 +b3·Z1·Z1 +b4·Z2·Z2,

где b0, b1, b2, b3, b4 – коэффициенты уравнения для входных факторов;

Z1, Z2 – кодированные значения входных факторов.

В результате регрессионного анализа были получены следующие уравнения регрессии и коэффициенты их корреляции:

у1= -555,98 + 99,01607·Z1 – 12,1214·Z2 – 1,32205·Z12 – 0,02042·Z22 – 0,4125·Z1·Z2 (R2=0,34);

у2= 19371,93 – 2373,63·Z1 + 69,23775·Z2 – 16,77507·Z12 – 0,892901·Z22 + 16,06875·Z1·Z2 (R2=0,96);

у3= 113,8045 +7,261705·Z1 – 1,85837·Z2 – 0,14522·Z12 + 0,006765·Z22 – 0,0225·Z1·Z2 (R2=0,96);

у4= 190,1208 – 0,08054·Z1 – 0,15902·Z2 + 0,003356·Z12 + 0,000537·Z22 + 0,000011·Z1·Z2 (R2=0,31);

у5= -730,24 – 9,37971·Z1 + 10,38834·Z2 – 0,42673·Z12 – 0,03494·Z22 + 0,10625·Z1·Z2 (R2=0,77);

у6= -55,501 – 3,56023·Z1 + 1,804655·Z2 + 0,295861·Z12 – 0,006·Z22 – 0,01875·Z1·Z2 (R2=0,93);

у7= 927,127 – 10,2988·Z1 – 9,36077·Z2 + 0,286456·Z12+ 0,025389·Z22 + 0,018125·Z1·Z2 (R2=0,92);

у8=27,89474 – 0,80887·Z1 - 0,24282·Z2 + 0,020239·Z12 + 0,000652·Z22 + 0,001806·Z1·Z2 (R2=0,37).

1. Первоначальный анализ табл.3, показывает, что показатель твердость (который находится в пределах 178-179 МПа), в исследуемом интервале изменяемых факторов, практически от них не зависит. Т.е. твердость получаемого материала в первую очередь зависит от исходного пресс-сырья, а не от условий его получения. Частично такой вывод подтверждают данными микроскопирования лицевой поверхности исходного листа финиковой пальмы и ПБС полученного на его основе (см. рис. 1) – это монолитность листовой и плитной поверхности (для ПБС характерно наличие включений в виде крупных частиц волокон).

Рисунок 1 - Микрофото лицевой поверхности:

а – исходный лист финиковой пальмы; б – ПБС на основе измельченного листа финиковой пальмы

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.17.4

2. Высокие значения достоверности для параметров оптимизации (при R2≥0,92), дают основание для применения уравнений для описания изучаемых процессов влияния переменных факторов на параметры оптимизации:

- У2 – модуль упругости при изгибе, МПа;

- У3 – прочность при изгибе, МПа;

- У6 – водопоглощение за 24 часа, %

- У7 – разбухание по толщине за 24 часа, %.

С помощью данных уравнений регрессии были построены графические зависимости свойств ПБС от изучаемых факторов. (см.рис.2, 3).

3. Как видно из рис.2а прочность при изгибе постоянно возрастает с повышением температуры и достигает точки максимума при влажности пресс-сырья 11%. В свою очередь, модуль упругости имеет максимальное значение при наименьшей температуре прессования (155 °С) и минимальной влажности пресс-сырья (6 %) (рис.2б). Это говорит о том, что упругость получаемого ПБС обусловливается наличием волокон измельчённого финикового листа (см.рис.1б), а на прочностные показатели оказывают влияние именно условия получения: жесткие условия пьзотермической обработки в условиях умеренного количества влаги (свободной воды в пресс-сырье).

Рисунок 2 - Зависимость прочностных показателей ПБС на основе листьев финиковой пальмы от температуры прессования и влажности пресс-сырья:

а – прочность при изгибе; б – модуль упругости при изгибе

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.17.5

4. Исходя из рис.3а показатель водопоглощения ПБС имеет тенденцию к снижению (с 52 до 40 %) с увеличением температуры прессования и достигает минимума при влажности пресс-сырья 12%. Показатель разбухания по толщине ПБС имеет аналогичную тенденцию до температуры прессования 184 °C – снижение с 51 до 30%. Влияние влажности пресс-сырья на разбухание материала аналогично показателю водопоглощения: точки максимума 34 и 24 % наблюдаются при минимальном и максимальном значении влажности соответственно (рис.3б).

Рисунок 3 - Зависимость показателей водостойкости ПБС на основе листьев финиковой пальмы от температуры прессования и влажности пресс-сырья:

а – водопоглощение за 24 часа; б – разбухание по толщине 24 часа

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.17.6

Таким образом, по результатам выполненного исследования на основании анализа поверхностей откликов можно сделать вывод о том, что рациональными режимами прессования ПБС на основе листьев финиковой пальмы можно принять: температура прессования – 185 °С и влажность пресс-сырья – 12%.