Compatibility of Modified Plant Raw Materials with Organopolymer Binders

The aim of this work is to calculate the compatibility of modified monoethanolamine (N→B)-trihydroxyborate plant materials (crushed stems of Sosnowski’s hogweed) with some organopolymer binders (polyvinyl acetate, polyurethane and casein). To achieve this goal, the following tasks were solved. Calculation of the cohesion energy and the value of the Van der Waals volume of the elementary link of the modified substrate; calculation of the Hildebrand solubility parameter of the modified substrate and organopolymer binders; determination of the optimal composition of composite materials based on modified plant materials and polymer binders In the course of the work, it was found that the method of calculating mutual solubility can be used to predict the compatibility of modified plant cellulose with organopolymer binders. Based on this method, it was found that the best compatibility is observed when excess casein and polyurethane are used as binders for modified plant materials. Two compositions: casein (excess)-modified cellulose and polyurethane (excess)-modified cellulose can be recommended for creating composite materials based on them.

I.V. STEPINA, Candidate of Sciences (Engineering),
M. SODOMON, Engineer (Graduate student)

National Research Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoye Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)

1. Покровская Е.Н., Портнов Ф.А. Мягкое поверхностное химическое модифицирование – метод создания долговечных огнезащитных материалов. Современные пожаробезопасные материалы и технологии: Сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной году гражданской обороны. Иваново. 20–21 сентября 2017 г. С. 119–122.
1. Pokrovskaya E.N., Portnov F.A. Soft surface chemical modification – a method for creating durable fireproof materials. Modern fireproof materials and technologies: Collection of materials of the International scientific and practical conference dedicated to the Year of Civil Defense. Ivanovo. September 20–21, 2017, pp. 119–122. (In Russian).
2. Broda M. Natural compounds for wood protection against fungi-A review. Molecules. 2020. Vol. 25. No. 15. DOI 10.3390/molecules25153538.
3. Schmidt O. Wood and tree fungi: Biology, damage, protection, and use. Springer-Verlag. 2006. 336 p. DOI: 10.1007/3-540-32139-X
4. Husaini A.A. Sing N.N., Fun C.S. [et al.] Smart polymer composites for wood protection. Smart Polymer Nanocomposites. Biomedical and Environmental Applications. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering. 2021, pp. 377–397. DOI: 10.1016/B978-0-12-819961-9.00014-1
5. Zhu Y. Surface protection of wood with metal acetylacetonates. Coatings. 2021. Vol. 11. No. 8. DOI: 10.3390/coatings11080916
6. Бруяко М.Г., Бессонов И.В., Горбунова Э.А., Говряков И.С. Сорбционные свойства модифицированного борщевика Сосновского // Строительные материалы. 2021. № 10. С. 54–59. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-796-10-54-59
6. Bruyako M.G., Bessonov I.V., Gorbunova E.A., Govryakov I.S. Sorption properties of modified Sosnovsky’s hogweed. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 10, pp. 54–59. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-796-10-54-59
7. Тагер А.А., Бессонов Ю.С., Сивкова Е.Я., Ануфриев В.А., Выгодский Я.С., Салазкин С.Н. Теплоты растворения кардовых полигетероариленов и вклады в них отдельных группирововк макромолекул // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1979. Т. 21. № 9. С. 2136–2141. http://polymsci.ru/static/Archive/1979/VMS_1979_T21_9/VMS_1979_T21_9_2136-2141.pdf
7. Tager A.A., Bessonov Yu.S., Sivkova E.Ya., Anufriev V.A., Vygodsky Ya.S., Salazkin S.N. Heats of dissolution of carded polyheteroarylenes and the contributions of individual groupings of macromolecules to them. Vysokomolekulyarnyye soyedineniya. Series A. 1979. Vol. 21. No. 9, pp. 2136–2141. http://polymsci.ru/static/Archive/1979/VMS_1979_T21_9/VMS_1979_T21_9_2136-2141.pdf (In Russian).
8. Аскадский А.А., Матвеев Ю.И., Матевосян М.С. О предсказании растворимости полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1990. Т. 32. № 10. С. 2157–2166.
8. Askadsky A.A., Matveev Yu.I., Matevosyan M.S. On the prediction of the solubility of polymers. Vysokomolekulyarnyye soyedineniya. Series A. 1990. Vol. 32. No. 10, pp. 2157–2166. (In Russian).
9. Аскадский А.А., Болобова А.В., Кондращенко В.И., Щербухин В.Д. Расчетная оценка физических характеристик ряда природных полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2000. Т. 42. № 3. С. 517–529.
9. Askadskii A.A., Bolobova A.V., Kondrashchenko V.I., Shcherbukhin V.D. Estimation of the physical characteristics of some natural compounds. Vysokomolekulyarnyye soyedineniya. Series A. 2000. Vol. 42. No. 3, pp. 517–529.
10. Белоусов В.П., Морачевский А.Г. Теплоты смешения жидкостей. Л.: Химия, 1999. С. 30.
10. Belousov V.P., Morachevsky A.G. [Heats of mixing of liquids]. Leningrad: Khimiya. 1999, p. 30.
11. Olabisi O. Polymer compatibility by gas-liquid chromatography. Macromolecules. 1975. Vol. 8, pp. 316–322.
12. Walsh D.J., McKeown J. G. Compatibility of polyacrylates and polymethacrylates with poly(vinyl chloride): 1. Compatibility and temperature variation. Polymer. 1980. Vol. 21. Iss. 11, pp. 1330–1334. https://doi.org/10.1016/0032-3861(80)90203-7
13. Wahrmund D.C., Bernstein R.E., Barlow J.W., Paul D.R. Polymer blends containing poly(vinylidene fluoride). Part IV: Thermodynamic interpretations. Polymer Engineering & Science. 1988. Vol. 18, pp. 677. https://doi.org/10.1002/pen.760181607
14. Cruz C.A., Barlow J.W., Paul D.R. The basis for miscibility in polyester- polycarbonate blends. Macromolecules. 1979. Vol. 12. No. 4, pp. 726–731.
15. Askadskii A.A. Computational Materials Science of Polymers. Cambridge, Cambridge International Science Publishing Ltd. 2003. 695 p.
16. Аскадский А.А., Попова М.Н., Кондращенко В.И. Физико-химия полимерных материалов и методы их исследования: Учебное издание. М.: Издательство АСВ, 2015. 408 c.
16. Askadsky A.A., Popova M.N., Kondrashchenko V.I. Fiziko-khimiya polimernykh materialov i metody ikh issledovaniya: Uchebnoye izdaniye [Physical chemistry of polymeric materials and methods for their research: educational edition]. Moscow: ASV. 2015. 408 p.
17. Rowell R. Chemical modification of wood to produce stable and durable composites. Cellulose Chemistry and Technology. 2012. Vol. 46 (7–8), pp. 443–448.
18. Mohamed A.L., Hassabo A.G. Flame Retardant of Cellulosic Materials and Their Composites. 2015. In: Visakh P., Arao Y. (eds) Flame Retardants. Engineering Materials. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-03467-6_10
19. Kuzub L.I., Irzhak V.I. Kinetics and mechanism of the late stage of microphase separation induced by curing. Colloid Journal. 2000. Vol. 63. Iss. 1, pp. 86–91.
20. Stepina I., Sodomon M., Semenov V. et al. Modifying heracleum sosnowskyi stems with monoethanolamine(N→B)-trihydroxyborate for manufacturing biopositive building materials. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. Vol. 170, pp. 45–52. DOI: 10.1007/978-3-030-79983-0_5
21. Степина И.В., Содомон М., Семенов В.С. и др. Повышение биостойкости стеблей борщевика Сосновского в качестве сырья для производства строительных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2021. № 2 (746). С. 79–91. DOI: 10.32683/0536-1052-2021-746-2-79-91.
21. Stepina I.V., Sodomon M., Semenov V.S. et al. Improving the biostability of Sosnovsky’s hogweed stems as a raw material for the production of building materials. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel’stvo. 2021. No. 2 (746), pp. 79–91. (In Russian). DOI: 10.32683/0536-1052-2021-746-2-79-91