BG3354U1

BG3354U1 - Cellulose masterbatch as a filler for polymer composites

Info

Publication number: BG3354U1
Application number: BG4397U
Authority: BG
Inventors: Георги Иванов; Кирилов Иванов Георги
Original assignee: Кирилов Иванов Георги
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2019-12-16

Abstract

The utility model - cellulose masterbatch- in the form of pellets, is a concentrated filler for polymer composite materials. It consists of ground cellulose waste and functional additives. The cellulose waste can be of wood or agricultural products. The functional additives improve the adhesion between the cellulosic materials and the polymer, as well as the properties of the products obtained. The pellets are mixed directly into the hopper of a plastic processing machine together with a thermoplastic polymer, which can be either primary or recycled. The cellulose masterbatch / plastic ratio in the composite is not predetermined, neither is the type of plastic. The user of the masterbatcher has the freedom to change the ratio and type of plastic according to their wishes and requirements for the product to be manufactured. The shear forces generated by the rotation of the auger in the cylinder of the machine disintegrate the pellets, the particles of which are evenly dispersed in the polymer melt. The melt is molded into a finished product, or extruded through a molding head to a profile with a desired cross section.

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.The registered utility model, Cellulose Masterbach, is a filler for polymer composites and has application in the plastics processing industry for the production of products by injection molding and / or extrusion.

Целулозният мастербач се състои от смес на смлени целулозни отпадъци и функционални добавки.The cellulose masterbatch consists of a mixture of ground cellulose waste and functional additives.

Целулозните отпадъци могат да бъдат дървесни и/или селскостопански и други от растителен произход.Cellulose waste can be wood and / or agricultural and other of vegetable origin.

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.The additives can be organic and / or inorganic products, which give additional properties to the composite and the final product. They are imported individually or in combination to the cellulose waste depending on the requirements and purpose of the polymer composite. Compatibility additives make a chemical bond between the pulp molecules and those of the polymeric material used to create the polymer composite. Other additives improve the resistance to mold, improve resistance to ultraviolet rays, flammability, foaming, lubricants, facilitating processing into products, colorant and other properties of the polymer composite.

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.The mixture is agglomerated (pelleted) in the cold under pressure through nozzles. In this case, the additives also serve as a lubricant and binder for the cellulose particles during their agglomeration. The shape and dimensions of the pellets depend on the geometry of the auger in the feed area of the plastic processing machine. They are usually cylindrical in shape and size: 2 to 8 mm in diameter; length from 2 to 15 mm.

Пелетите агломерираната смес - мастербач е готова за смесване заедно е термопластичен полимер за получаването на композит.The pellets agglomerated mixture - masterbatch is ready for mixing together is a thermoplastic polymer to obtain a composite.

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.The polymer in the composite can be high or low density polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride and other thermoplastics - primary or recycled. The mixing takes place directly in the feed hopper of a plastic processing machine.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

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.The use of cellulosic materials, especially wood flour, as fillers for plastics is well known. Such mixtures and products based on them have the general name of plastics. In world theory and practice, they are known as WPC (wood plastic composite). Their preparation includes grinding of the cellulosic materials, drying, mixing in certain proportions is the polymeric material in a high-intensity mixer and granulation in granulators of extrusion type, a heating cylinder is provided. The granular mixture is processed into articles by injection molding or extrusion. In case the polymer is in powder form, for example polyvinyl chloride dry blend, granulation may be omitted.

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.The disadvantage of this process is the need for complex and expensive technological equipment, including twin-screw conical or cylindrical extruders. Another disadvantage is that the polymer / cellulose ratio in the composite is as predetermined in its preparation. This ratio cannot be changed and remains so in the manufactured products. The type of polymer is also predetermined, which precludes its replacement is another type. The granulation process in which the mixture is brought to a viscous liquid state (melts) results in a partial loss of the physico-mechanical properties of the carrier polymer. These disadvantages limit plastics processing companies from being able to react flexibly to the plastic composite products market with regard to the polymer from which they are made, the amount of cellulose filler and the functional and operational properties they need to possess.

Техническа същност на полезния моделTechnical essence of the utility model

Техническата същност на полезния модел се състои в следното. Целулозният мастербач се приготвя чрез смесване на смляна целулозна маса е функционалните добавки в съотношение - целулозаThe technical essence of the utility model is as follows. The cellulose masterbatch is prepared by mixing ground cellulose mass and the functional additives in the ratio - cellulose

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.4578 Descriptions to utility registration certificates № 01.1 / 15.01.2020 from 85% to 99% and supplements from 1% to 15%. Compatibility additives make a chemical bond between the pulp molecules and the polymeric material that will be used to create the polymer composite. Other additives aim to improve the resistance of molds, improve the resistance to ultraviolet rays, impart flammability, foaming, lubricants, facilitating processing into products, colorant and other properties of the polymer composite.

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.The additives are imported individually or in combination depending on the requirements and purpose of the polymer composite. The prepared mixture is pelleted cold. The pellets have dimensions: length from 2 to 15 mm and diameter from 2 to 8 mm. The polymer composite is prepared by mixing the resulting masterbatch and thermoplastic polymer in a ratio of 1% to 80% masterbatch and 20% to 99% thermoplastic polymer. The mixing is performed directly in the feed hopper of the plastic processing machine - extruder or injection molding machine. The shear forces generated by the rotation of the auger and the inner surface of the cylinder disintegrate the agglomerated - pelletized particles of cellulose masterbatch. In parallel is the mechanical disintegration of the pellets cellulose masterbatch, the polymer passes into a viscous-liquid state under the action of heat from the heating cylinder and internal friction. The disintegrated cellulose masterbatch is thus dispersed evenly in the polymer melt. The melt is molded into a syringe to a finished product, or extruded through a molding head to a profile of the desired cross section. Technological waste as well as the products received after use can be recycled again to products.

Примерно изпълнение на полезния моделExemplary implementation of the utility model

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.1. Coarsely ground wood particles are irregular in shape and size of the order of 10 to 20 mm in length, 2 to 3 mm in width and 0.3 to 0.8 mm in thickness are mixed is an additive to improve the compatibility of polyethylene in a ratio of 96% to 4%. The prepared mixture is cold formed in the form of pellets is dimensions: diameter 5 mm and length from 5 mm to 15 mm. Thus obtained pellets masterbatch, mixed is recycled low density polyethylene in a ratio of 40% masterbatch and 60% low density polyethylene directly in the feed hopper of the extruder has a screw diameter of 35 mm. The cylinder of the extruder is heated to a temperature of 180 ° C and an auger speed of 30 rpm. The melt coming out of the extruder is placed in a frame measuring 210x160x4 mm between the plates of the press heated to 150 ° C and pressed and cooled to remove the pressed plate. The board is characterized by evenly distributed wood particles and increased stiffness compared to a board obtained under the same conditions, but not containing cellulose masterbatch.

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.2. Wood flour has a particle size of about 250 microns is mixed is a compatibility additive is polyethylene in a ratio of 96% to 4%. The mixture was pelleted as described in Example 1. The masterbatch pellets thus obtained were mixed with recycled low density polyethylene in a ratio of 20% masterbatch and 80% low density polyethylene directly into the feed hopper of an extruder with a screw diameter of 35 mm. The cylinder of the extruder is heated to a temperature of 180 ° C and an auger speed of 30 rpm. The melt coming out of the extruder is placed in a frame measuring 210x160x4 mm between the plates of the press heated to 150 ° C and pressed and cooled to remove the pressed plate. The board is characterized by evenly distributed particles of wood flour and increased stiffness compared to a board obtained under the same conditions, but not containing cellulose masterbatch.

Приложение на полезния моделApplication of the utility model

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.The cellulose masterbatch has industrial applicability in the plastics processing industry as a filler for the production of plastic composite materials and products based on them. It expands the possibilities for utilization of waste cellulose products and recycled plastics for the production of composite products. A masterbatch in the form of pellets is added to the plastic material directly in the feed hopper of the plastic processing machine. Thus, products can be obtained by injection molding, extrusion and others, in which a heating cylinder is used is an auger / piston, a die (syringe form) or a forming nozzle.

Предлаганият полезен модел дава възможност малки и средно големи фирми от пластмасопреработвателната промишленост по-масово да оползотворяват смеси от целулозни и пластмасови отпадъциThe proposed utility model enables small and medium-sized companies from the plastics processing industry to utilize mixtures of cellulose and plastic waste on a larger scale.

4579 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 01.1/15.01.2020 с налично, конвенционално оборудване.4579 Descriptions to utility registration certificates № 01.1 / 15.01.2020 with available, conventional equipment.

Предимствата на предлагания полезен модел се изразяват в следното:The advantages of the proposed utility model are the following:

1. Целулозният пълнител е висококонцентриран мастербач под формата на пелети.1. The cellulose filler is a highly concentrated masterbatch in the form of pellets.

2. Отпада необходимостта от предварително гранулиране на полимерно-целулозната смес, за което се използва скъпоструващо оборудване и енергия.2. There is no need for pre-granulation of the polymer-cellulose mixture, for which expensive equipment and energy are used.

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.3. With the elimination of the need for pre-granulation of the cellulose-polymer mixture, the polymer retains to a greater extent the physical-mechanical and operational properties of the obtained products, as it is subjected to less thermomechanical impact.

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.4. The cellulose masterbatch / plastic ratio in the composite is not predetermined. This is a choice of the user depending on the purpose of the composite and the requirements for the final product.

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.5. The type of plastic in the composite is not predefined. This is a choice of the user depending on the purpose of the composite and the requirements for the final product.

6. Агломерираната смес във вид на пелети може да се смесва с пластмасата директно в захранващия бункер на пластмасопреработващата машина.6. The agglomerated mixture in the form of pellets can be mixed with the plastic directly in the feed hopper of the plastic processing machine.

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.7. The proposed utility model allows for the creation of a new type of business - production of cellulose masterbatch for the production of polymer composite materials, intended for the plastics processing industry.

Claims

A cellulosic masterbatch consisting of a mixture of ground pulp and additives of organic and / or inorganic origin, wherein the pulp is from 85% to 99% and the additives from 1% to 15%.

Cellulose masterbatch according to Claim 1, characterized in that the pulp is wood and / or agricultural and other vegetable waste.

Cellulose masterbatch according to claim 1, characterized in that the additives are the following: to improve the compatibility of the cellulose mass with the polymer matrix; to facilitate the flow of the polymer melt in the mold or molding head; to increase the resistance to ultraviolet rays; to improve the resistance of molds; for pore formation in the manufacture of foamed articles; for colorant.

Cellulose masterbatch according to Claim 1, characterized in that it is agglomerated in the form of pellets with dimensions: length from 2 to 15 mm and diameter from 2 to 8 mm.

A polymer composite consisting of a mixture of a cellulose masterbatch and a thermoplastic polymer, wherein the content of the cellulose masterbatch is from 1% to 80% and of the thermoplastic polymer from 20% to 99%.

Polymer composite according to claim 5, characterized in that the thermoplastic polymer can be low density polyethylene, high density polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, acrylonitrile butadiene-styrene, impact-resistant polystyrene.

Polymer composite according to claim 5, characterized in that the thermoplastic polymer can be primary or recycled.