BG3354U1 - Целулозен мастербач като пълнител за полимерни композити - Google Patents

Abstract

Полезният модел - целулозен мастербач, във вид на пелети, представлява концентриран пълнител за полимерни композитни материали. Състои се от смлени целулозни отпадъци и функционални добавки. Целулозните отпадъци могат да бъдат дървесни или от селскостопански продукти. Функционалните добавки подобряват адхезията между целулозните материали и полимера, както и свойствата на получаваните изделия. Пелетите се смесват директно в бункера на пластмасопреработваща машина заедно с термопластичен полимер, който може да бъде първичен или рециклиран. Съотношението целулозен мастербач / пластмаса в композита не е предварително зададен, както и вида на пластмасата. Ползвателят на мастербача има свободата да променя съотношението и вида на пластмасата според желанието си и изискванията към произвежданото изделие. Срязващите усилия, генерирани от въртенето на шнека в цилиндъра на машината дезинтегрират пелетите, чиито частици равномерно се диспергират в полимерната стопилка. Стопилката се формова в шприцформа до крайно изделие, или се екструдира чрез формоваща глава до профил с желано напречно сечение.

Description

Заявеният за регистрация полезен модел, Целулозен мастербач, е пълнител към полимерни композити и има приложение в пластмасопреработвателната индустрия за производството на изделия чрез леене под налягане и/или екструзия.

Целулозният мастербач се състои от смес на смлени целулозни отпадъци и функционални добавки.

Целулозните отпадъци могат да бъдат дървесни и/или селскостопански и други от растителен произход.

Добавките могат да бъдат органични и/или неорганични продукти, които придават допълнителни свойства на композита и крайното изделие. Те се внасят поотделно или в комбинация към целулозните отпадъци в зависимост от изискванията и предназначението на полимерния композит. Добавките за съвместимост осъществяват химическа връзка между молекули на целулозната маса и такива на полимерния материал, използван за създаването на полимерен композит. Други добавки подобряват устойчивост на плесени, подобряване устойчивост на ултравиолетови лъчи, придаване на горимост, пенообразуване, смазки, улесняващи преработването в изделия, оцветител и други свойства на полимерния композит.

Сместа се агломерира (пелетизира) на студено под налягане през дюзи. В този случай добавките служат и като смазка и свързващо вещество на целулозните частици при тяхното агломериране. Формата и размерите на пелетите зависят от геометрията на шнека в захранващата зона на пластмасопреработващата машина. Обикновено те са е цилиндрична форма и размери: диаметър от 2 до 8 шш; дължина от 2 до 15 шш.

Пелетите агломерираната смес - мастербач е готова за смесване заедно е термопластичен полимер за получаването на композит.

Полимерът в композита може да бъде полиетилен висока или ниска плътност, полипропилен, поливинил хлорид и други термопласти - първични или рециклирани. Смесването става директно в захранващия бункер на пластмасопреработваща машина.

Предшестващо състояние на техниката

Известно е използването на целулозни материали, най-вече дървесно брашно, като пълнители за пластмаси. Такива смеси и изделия на тяхна основа носят общото наименование дървопласти. В световната теория и практика те са извести като WPC (wood plastic composite). Получаването им включва смилане на целулозните материали, подсушаване, смесване в определени съотношения е полимерния материал във високо интензивен миксер и гранулиране в гранулатори от екструзионен тип, снабден е нагревателен цилиндър. Гранулираната смес се преработва в изделия чрез леене под налягане или екструзия. В случай, че полимерът е в прахообразен вид, например поливинилхлоридна суха смес (dray blend), гранулирането може да отпадне.

Недостатък на този процес е необходимостта от сложно и скъпоструващо технологично оборудване, включващо двушнекови конични или цилиндрични екструдери. Друг недостатък е, че съотношението полимер/целулоза в композита е такова каквото предварително е зададено при неговото изготвяне. Това съотношение не може да бъде променено и остава такова в произведените изделия. Вида на полимера също е предварително определен, което изключва замяната му е друг вид. Гранулиращият процес, при който сместа се довежда до вискозно течно състояние (разтопява се) води до частична загуба на физико-механичните свойства на полимера-носител. Тези недостатъци ограничават пластмасопреработващи фирми от възможността гъвкаво да реагират на пазара на пластмасови композитни изделия по отношение на полимера, от който са изготвени, количеството целулозен пълнител и функционалните и експлоатационни свойства, които е необходимо да притежават.

Техническа същност на полезния модел

Техническата същност на полезния модел се състои в следното. Целулозният мастербач се приготвя чрез смесване на смляна целулозна маса е функционалните добавки в съотношение - целулоза

4578 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 01.1/15.01.2020 от 85% до 99% и добавки от 1% до 15%. Добавките за съвместимост осъществяват химическа връзка между молекулите на целулозната маса и полимерния материал, който ще се използва за създаването на полимерен композит. Други добавки имат за цел подобряване устойчивост на плесени, подобряват устойчивост на ултравиолетови лъчи, придават негоримост, пенообразуване, смазки, улесняващи преработването в изделия, оцветител и други свойства на полимерния композит.

Добавките се внасят поотделно или в комбинация в зависимост от изискванията и предназначението на полимерния композит. Приготвената смес се пелетизира на студено. Пелетите са е размери: дължина от 2 до 15 mm и диаметър от 2 до 8 mm. Полимерният композит се получава чрез смесване на получения мастербач и термопластичен полимер в съотношение от 1% до 80% мастербач и от 20% до 99% термопластичен полимер. Смесването се извършва директно в захранващия бункер на пластмасопреработващата машина - екструдер или машина за леене под налягане. Срязващите сили, генерирани от въртенето на шнека и вътрешната повърхност на цилиндъра, дезинтегрират агломерираните - пелетизирани частици целулозен мастербач. Успоредно е механичната дезинтеграция на пелетите целулозен мастербач, полимерът преминава във вискозно-течно състояние под действието на топлината от нагревателния цилиндър и вътрешното триене. Така дезинтегрираният целулозния мастербач се диспергира равномерно в полимерната стопилка. Стопилката се формова в шприц форма до крайно изделие, или се екструдира чрез формоваща глава до профил е желано напречно сечение. Технологичният брак, както и получаваните изделия след употреба могат да бъдат рециклирани отново до изделия.

Примерно изпълнение на полезния модел

1. Едросмлени дървесни частици е неправилна форма и размери от порядъка от 10 до 20 mm дължина, от 2 до 3 mm широчина и от 0.3 до 0.8 mm дебелина се смесват е добавка за подобряване на съвместимостта е полиетилен в съотношение 96% към 4%. Приготвената смес се формова на студено във вид на пелети е размери: диаметър 5 mm и дължина от 5 mm до 15 mm. Така получените пелети мастербач, се смесва е рециклиран полиетилен ниска плътност в съотношение 40% мастербач и 60% полиетилен ниска плътност директно в захранващия бункер на екструдер е диаметър на шнека 35 mm. Цилиндърът на екструдера е загрят до температура от 180°С и обороти на шнека 30 об./min. Излизащата от екструдера стопилка се поставя в рамка е размери 210x160x4 mm между плочите на преса загрети до 150°С и се пресова и охлажда за изваждане на пресованата плоча. Плочата се характеризира е равномерно разпределени дървесни частици и повишена коравина в сравнение е плоча, получена при същите условия, но несъдържаща целулозен мастербач.

2. Дървесно брашно е едрина на частиците около 250 микрона се смесва е добавка за съвместимост е полиетилен в съотношение 96% към 4%. Сместа се пелетизира съгласно описанието в пример 1. Така получените пелети - мастербач, се смесва е рециклиран полиетилен ниска плътност в съотношение 20% мастербач и 80% полиетилен ниска плътност директно в захранващия бункер на екструдер е диаметър на шнека 35 mm. Цилиндърът на екструдера е загрят до температура от 180°С и обороти на шнека 30 об./min. Излизащата от екструдера стопилка се поставя в рамка е размери 210x160x4 mm между плочите на преса загрети до 150°С и се пресова и охлажда за изваждане на пресованата плоча. Плочата се характеризира е равномерно разпределени частици дървесно брашно и повишена коравина в сравнение е плоча, получена при същите условия, но несъдържаща целулозен мастербач.

Приложение на полезния модел

Целулозният мастербач има промишлена приложимост в пластмасопреработвателната индустрия като пълнител за получаване на пластмасови композитни материали и изделия на тяхна основа. Чрез него се разширяват възможностите за оползотворяване на отпадъчни целулозни продукти и рециклирани пластмаси за производство на изделия от композитни материали. Мастербач във вид на пелети се добавя към пластмасовия материал директно в захранващия бункер на пластмасопреработващата машина. Така могат да се получават изделия чрез леене под налягане, екструзия и други, при които се използва нагревателен цилиндър е шнек/бутало, матрица (шприц форма) или формираща дюза.

Предлаганият полезен модел дава възможност малки и средно големи фирми от пластмасопреработвателната промишленост по-масово да оползотворяват смеси от целулозни и пластмасови отпадъци

4579 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 01.1/15.01.2020 с налично, конвенционално оборудване.

Предимствата на предлагания полезен модел се изразяват в следното:

1. Целулозният пълнител е висококонцентриран мастербач под формата на пелети.

2. Отпада необходимостта от предварително гранулиране на полимерно-целулозната смес, за което се използва скъпоструващо оборудване и енергия.

3. С отпадане необходимостта от предварително гранулиране на целулозно-полимерната смес, полимерът запазва в по-голяма степен физико-механични и експлоатационни свойства на получаваните изделия, тъй като е подложен на по-малко термомеханично въздействие.

4. Съотношението целулозен мастербач/пластмаса в композита не е предварително зададен. Това е избор на потребителя в зависимост от предназначението на композита и изискванията към крайното изделие.

5. Видът на пластмасата в композита не е предварително зададен. Това е избор на потребителя в зависимост от предназначението на композита и изискванията към крайното изделие.

6. Агломерираната смес във вид на пелети може да се смесва с пластмасата директно в захранващия бункер на пластмасопреработващата машина.

7. Предлаганият полезен модел дава възможност за създаване на нов вид бизнес - производство на целулозен мастербач за получаване на полимерни композитни материали, предназначен за пластмасопреработвателната индустрия.

Claims (7)

1. Претенции

   1. Целулозен мастербач, състоящ се от смес от смляна целулозна маса и добавки от органичен и/или неорганичен произход, където целулозна маса е от 85% до 99% и добавките от 1% до 15%.
2. 2. Целулозен мастербач съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че целулозната маса е дървесни и/или селскостопански и други растителни отпадъци.
3. 3. Целулозен мастербач съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че добавките са следните: за подобряване съвместимостта на целулозната маса с полимерната матрица; за улесняване течението на полимерната стопилка в шриц формата или формуващата глава; за повишаване устойчивостта на ултравиолетовите лъчи; за подобряване устойчивостта на плесени; за порообразуване при изготвяне на разпенени изделия; за оцветител.
4. 4. Целулозен мастербач съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че е агломериран във вид на пелети с размери: дължина от 2 до 15 mm и диаметър от 2 до 8 mm.
5. 5. Полимерен композит, състоящ се от смес от целулозен мастербач и термопластичен полимер, където съдържанието на целулозния мастербач е от 1% до 80%, а на термопластичния полимер от 20% до 99%.
6. 6. Полимерен композит съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че термопластичният полимер може да бъде полиетилен с ниска плътност, полиетилен с висока плътност, полипропилен, поливинилхлорид, акрилонитрил бутадиен-стирол, удароустойчив полистирол.
7. 7. Полимерен композит съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че термопластичният полимер може да бъде първичен или рециклиран.