Формування глютинових біокомпозитних матеріалів, наповнених подрібненими стеблами зернових культур

Abstract

Проаналізовано результати впливу температурно-часових параметрів термічної обробки на міцність на стискання біокомпозитних матеріалів, композиції яких підсушували для регулювання вмісту вологості. Формування зразків відбувалося шляхом пресування підготовленої композиції з фіксованим вмістом вологості на основі водного розчину глютину та подрібнених стебел зернових культур. Надлишковий вміст вологості в композиції зменшували за рахунок обробки в тепловому полі за температури 50…60 °С протягом 20…30 хв. Основну термічну обробку проводили для пресованої композиції в прес-формі з фіксованим закріпленням пуансонів для уникнення пружної післядії за температури 150 °С протягом 30 хв з проміжним застосуванням додаткового стискання біокомпозитного матеріалу для ущільнення пористої структури, що утворюється в результаті випаровування води під впливом теплового поля. Вищу міцність на стискання мають біокомпозитні матеріали, що містять частинки стебел зернових культур з розміром фракції 0,5 мм за рахунок вищої здатності до ущільнення композиції. Визначено підвищення міцності біокомпозитних матеріалів у випадку оптимального видалення залишків води в кількості 20 % під час попередньої термічної обробки. Найвищу міцність на стискання мають біокомпозитні матеріали в результаті додаткової термічної обробки за температури 50 °С протягом 4 год, в результаті чого відбувається повільне видалення молекул води та формування жорсткого каркасу біополімерної матриці з максимальною кількістю фізико-хімічних звʼязків між компонентами. Підвищення температури додаткової термічної обробки до 100 °С за умови зменшення тривалості витримки в тепловому полі до 3 год знижує межу міцності на стискання через деформацію ланцюгів макромолекул біополімерної матриці та часткового руйнування фізико-хімічних зв’язків. Розроблені біокомпозитні матеріали доцільно використовувати для виготовлення пакувальних елементів та тари.

The article presents an analysis of the influence of temperature-time parameters of heat treatment on the compressive strength of biocomposite materials, the compositions of which was dried to regulate the moisture content. The samples formed by pressing the prepared composition, based on an aqueous solution of glutin and chopped stalks of cereal crops with a fixed moisture content. Excess moisture content in the composition was reduced by processing in a thermal field at a temperature of 50…60 °C for 20…30 minutes. The main heat treatment was performed for the pressed composition in a press form with fixed fastening of punches to avoid elastic aftereffect. The heat treatment temperature was 150 °C, the exposure time was 2 hours. After 1 hour, the biocomposite material additionally compressed to seal the porous structure formed as a result of water evaporation under the influence of a thermal field. Biocomposite materials with additional heat treatment at a temperature of 50 °C for 4 hours have the highest compressive strength. Under this mode of heat treatment, water molecules slowly evaporate and a rigid framework of the biopolymer matrix with the maximum number of physical and chemical bonds between the components is formed. Increasing the temperature of additional heat treatment to 100 °C and reducing the exposure time to 3 hours reduces the compressive strength of biocomposites due to the deformation of macromolecule chains of the biopolymer matrix and the partial destruction of physicochemical bonds. It is expedient to use the developed biocomposite materials for the manufacture of packaging elements and containers.