CZ2000699A3 - Složený materiál - Google Patents

Abstract

Složený materiál, který obsahuje pryskyřici a papír s povlakem polymeru, přičemž určitý podíl papíru s povlakem polymeruje texturován tak, že se jeho vnitřní vlákna dostávají na povrch. Způsob výroby složeného materiálu, který spočívá ve zpracování papíru s povlakem polymeru s vnitřními vlákny tak, že vnitřní vláknajsou v podstatě exponována na povrchu materiálu.

Description

Složený materiál

Oblast techniky

Vynález se týká složeného materiálu, obsahujícího papír s povlakem polymeru a pryskyřici.

Dosavadní stav techniky

Papír, opatřený povlakem polymeru se užívá pro řadu účelů. Z tohoto typu materiálu se např. vyrábějí obaly na potraviny vč. kartonů pro ovocné šťávy a krabiček pro mražené potraviny.

Pryskyřice se rovněž užívají pro řadu účelů, např. pro balení potravin. Obaly, vyrobené z papíru s povlakem polymeru nebo pryskyřice jsou obvykle určeny pro jediné použití a pak tvoří odpad. V důsledku toho je k dispozici stále větší počet odpadních materiálů uvedeného typu.

Vynález si klade za úkol navrhnout další zpracování uvedených odpadních materiálů.

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří složený materiál, který obsahuje nejméně 2 % hmotnostní, s výhodou nejméně 5 % hmotnostních texturovaného papíru s povlakem polymeru a pryskyřici, např. thermoplastickou pryskyřici. Složený materiál může mimo to obsahovat celulózová nebo lignocelulózová vlákna.

Vynález zahrnuje také složený materiál, který obsahuje polyethylen a nejméně 50 % hmotnostních texturovaného papíru s povlakem polymeru.

V jednom z možných provedení obsahuje složený materiál papír s povlakem polymeru a pryskyřici a jeho pevnost v ohybu je nejméně 21 MPa nebo jeho pevnost v tahu je nejméně 21 MPa.

Součást podstaty vynálezu tvoří rovněž způsob výroby složeného materiálu, který spočívá v tom, že se papír, opatřený

··· · povlakem polymeru zpracuje na texturovaný papír, který se pak mísí s pryskyřicí. Výhodným postupem je zpracování papíru s povlakem polymeru pomocí řezacího zařízení s otočným nožem. Součást podstaty vynálezu tvoří také způsob výroby složeného materiálu, který zahrnuje nařezání papíru s obsahem polymerů a jeho smísení s pryskyřicí.

Pod pojmem „texturovaný papír s povlakem polymeru“ se rozumí, že papír byl nastříhán do té míry, že se dostávají na povrch vnitřní vlákna papíru. Nejméně 50, s výhodou nejméně 70 % těchto vláken a také zevně uložená vlákna polymeru mají poměr délky a průměru L/D nejméně 10, s výhodou nejméně 25 nebo nejméně 50. Příklad texturovaného papíru s povlakem polymeru je znázorněn na obr. 1.

Složené materiály podle vynálezu jsou pevné, lehké a levné. Suroviny pro výrobu těchto složených materiálů jsou snadno dostupné, k jejich výrobě je např. možno použít odpadní krabičky z pryskyřice a odpadní obaly z papíru s povlakem polymeru.

Papír s povlakem polymeru je obvykle obtížně recyklovatelný vzhledem k tomu, že pro řadu použití je nutno od sebe oddělit papír a vrstvu polymeru. Při provádění způsobu podle vynálezu je však možno využít papír i polymérní povlak současně a není zapotřebí jednotlivé vrstvy od sebe oddělovat. I z tohoto hlediska je způsob podle vynálezu velmi výhodný vzhledem k tomu, že z odpadu je možno získat snadným způsobem užitečný materiál.

Další vlastnosti a výhody složeného materiálu podle vynálezu budou zřejmé z dalšího popisu a v souvislosti s přiloženým výkresem.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněna fotografie texturovaného papíru s povlakem polymeru v 50násobném zvětšení.

Dále budou popsána výhodná provedení složeného materiálu podle vynálezu.

·· • · · ·

Výhodný složený materiál obsahuje texturovaný papír s povlakem polymeru a pryskyřici.

Texturovaný papír s povlakem polymeru dodává složenému materiálu pevnost. Složený materiál může obsahovat 30 až 90, s výhodou 50 až 70 % hmotnostních texturovaného papíru s povlakem polymeru. Jde o materiály, obsahující vrstvu polymeru a vrstvu papíru nebo také o materiály, které obsahují vrstvu polymeru, vrstvu papíru a vrstvu hliníku. S výhodou však materiál obsahuje pouze vrstvu papíru a vrstvu polymeru.

Papír s povlakem polymeru je dostupný v řadě typů. Je např. možno získat pásy papíru s povlakem polymeru (International Paper, New York). Je také možno získat odřezky papíru od téhož výrobce nebo od jiných výrobců. Stejně dobře je však možno použít i odpadový papír z použitých obalů na potraviny nebo nápoje. V případě, že se zpracovává použitý papír s povlakem polymeru, je nutno jej před použitím důkladně očistit. Nejvýhodnější jsou odřezky papíru s povlakem polymeru, které jsou levnější než celé pásy.

Pryskyřice slouží k zapouzdření papíru s povlakem polymeru a napomáhá zpracování složeného materiálu na požadovaný tvar. Pryskyřice také přenáší zatížení a chrání papír s povlakem polymeru před poškozením. Výhodné složené materiály obsahují 20 až 60, s výhodou 30 až 50 % hmotnostních pryskyřice.

Jako příklad použitelné pryskyřice je možno uvést polyethylen, např. včetně polyethylenu s nízkou hustotou a s vysokou hustotou, polypropylen, polystyren, polykarbonát, polybutylen, thermoplastické polyestery, polyethery, thermoplastický polyurethan, PVC, nylon a jiné pryskyřice. Je výhodné využít pryskyřice s nízkým indexem toku taveniny. Výhodnými pryskyřicemi jsou polyethylen a polypropylen s indexem toku taveniny nižším než 3 g/10 min a s výhodou nižším než 1 g/10 min.

Pryskyřice je možno použít v čistém stavu nebo jako odřezky nebo odpadní materiály, obvykle se dodávají v peletované formě. S • ·· *··· výhodou jde o odřezky nebo odpady vzhledem k nižším nákladům na tyto materiály. Výhodným zdrojem pryskyřice jsou použité polyethylenové lahve na mléko.

Složené materiály mohou obsahovat také vazná činidla, která napomáhají vázat hydrofilní vlákna papíru s povlakem polymeru k hydrofóbní pryskyřici. Jako příklad těchto činidel je možno uvést polyethyleny, modifikované anhydridem kyseliny maleinové, dodávané např. pod názvem Fusabond^R (Dupont, Delaware) a Polybond^R (Uniroyal Chemical, Connecticut). Výhodným činidlem tohoto typu je polyethylen s vysokou hustotou, modifikovaný anhydridem kyseliny maleinové, např. Fusabond^R MB 100D.

Složený materiál může také obsahovat celulózová nebo lignocelulózová vlákna. Tato vlákna se užívají pro zpevnění a vyztužení složeného materiálu. Množství vláken, které se zařadí do složeného materiálu se může měnit v závislosti na požadovaných fyzikálních a mechanických vlastnostech výsledného produktu. Výhodné složené materiály obsahují 5 až 50, s výhodou 10 až 30 % hmotnostních celulózových nebo lignocelulózových vláken. Příkladem těchto vláken mohou být papír a produkty z papíru, dřevo, dřevitá vlákna a podobné materiály a také materiály na bázi kenafu, travin, rýžových plev, bagassu, bavlny, juty a dalších celulózových nebo lignocelulózových materiálů. Výhodná jsou vlákna z juty a kenafu. Tato vlákna mohou mít poměr L/D např. nejméně 10 nebo nejméně 25 nebo 50.

Složené materiály mohou také obsahovat obvyklé další přísady, např. změkčovadla, kluzné látky, antioxidační činidla, stabilizátory proti působení tepla, barviva, modifikátory nárazu, stabilizátory proti působení světla, žáruvzdorné látky, biocidní a antistatické látky.

Příprava výchozích látek

V případě, že se užívají odřezky papíru s povlakem polymeru, je nutno tento materiál vyčistit a usušit. Pak je nutno materiál před • · · · • · smísením s pryskyřicí nastříhat. Texturování materiálu je možno dosáhnout kromě stříhání jakýmkoliv jiným mechanickým zpracováním nebo kombinací těchto zpracování. V jeho průběhu dochází k odstranění polymerní vrstvy, takže se na povrch dostanou vlákna papíru. Výhodný postup spočívá v tom, že se papír s povlakem polymeru nejprve nařeže na běžném řezacím zařízení na části s rozměrem 0,6 až 1,2 cm. Tyto části papíru se pak vloží do zařízení s otočným nožem (Sprout, Waldron Companies), zařízení bylo popsáno v publikaci Perry’s Chem. Eng. Handbook, 6. vydání, str. 8 - 29, 1984. Texturovaný materiál se pak nechá projít sítem s rozměry ok 2 mm. Takto zpracovaný papír se pak skladuje v zatavených pytlích. Před uložením se suší 4 až 18 hodin při teplotě 105 °C nebo tak dlouho až obsah vody je nižší než 0,5 %. Sušení je možno uskutečnit také těsně před použitím. Na přiloženém výkresu je znázorněna fotografie takto zpracovaného texturovaného papíru s povlakem polymeru v elektronovém mikroskopu.

Pryskyřice se běžně dodává v peletované nebo granulované formě a užije se bez dalšího čištění nebo sušení. V případě povrchové vlhkosti na peletovaném nebo granulovaném materiálu je však nutno pryskyřici před použitím usušit.

V případě použití celulózových nebo lignocelulózových vláken mohou být tato vlákna texturována svrchu uvedeným způsobem.

Příprava složeného materiálu

Složené materiály je možno připravit následujícím způsobem. Běžný dvouválcový mlýn se zahřeje na teplotu 325 až 400 °C. Do horkého mlýnu se vloží pryskyřice, obvykle ve formě pelet nebo granulátu. Po přibližně 10 minutách se přidá vazné činidlo. Po dalších 5 minutách se přidá texturovaný papír s povlakem polymeru do roztavené směsi pryskyřice a vazného činidla. Papír se přidává v průběhu 10 minut.

• ft ftft • ftft · • · · · • · ftft ft • · · · • ft ··

Výsledný materiál se vyjme z válcového mlýnu, rozřeže se a nechá se zchladnout na teplotu místnosti. Pak se lisuje pod tlakem na požadované útvary běžným způsobem.

Je také možno postupovat tak, že se všechny složky uloží do mísícího zařízení, např. typu Banbury. Po promíchání při teplotě nižší než 190 °C je pak možno materiál lisovat.

Podle dalšího alternativního provedení je možno složky mísit ve vytlačovacím mísícím zařízení, např. v zařízení Maris (Turín) TM 85, opatřeném současně se otáčejícími šneky. Pryskyřice a vazné činidlo se přivádějí do přívodní části vytlačovacího zařízení, papír s povlakem polymeru a popř. celulózová nebo lignocelulózová vlákna v případě jejich použití se přivádějí do roztavené pryskyřice přibližně do 1/3 délky vytlačovacího zařízení. Vnitřní teplota zařízení se udržuje na hodnotě nižší než 190 °C. Na výstupu ze zařízení se složený materiál zpracovává na pelety rozřezáním chladného materiálu.

Je také možno postupovat tak, že se nejprve připraví výsledná směs v mísícím zařízení a tato směs se pak přenese do vytlačovacího zařízení pro vytlačování a zpracování na pelety.

Podle dalšího provedení je možno zpracovat složený materiál na vlákna, určená pro tkaní, pletení, vyšívání a výrobu netkaných textilií. Podle dalšího provedení je možno získaný složený materiál zpracovávat na filmy.

Vlastnosti složeného materiálu

Výsledný složený materiál obsahuje síť vláken, zapouzdřenou do pryskyřičné matrice. Tato vlákna vyztužují složený materiál a dodávají mu pevnost. Vzhledem k tomu, že papír s povlakem polymeru je texturován, zvyšuje se povrch pro vazbu s pryskyřicí ve srovnání se složenými materiály, vyrobenými z netexturovaného papíru s povlakem polymeru. Pryskyřice se váže na povrch exponovaných vláken, čímž dochází ke spojení sítě vláken a pryskyřičné matrice. Tím současně • 9 • ·· · · ··· dochází k dalšímu zpevnění složeného materiálu. Mimo to je pro další zpevnění možno přidat ještě celulózová nebo lignocelulózová vlákna.

·· • ·· · • · ·

9 · · • 9 · ·

Použití

Složený materiál z papíru s povlakem polymeru a pryskyřice má řadu použití. Tyto materiály jsou pevné a současně lehké, takže je možno je použít např. jako náhražky dřeva. Materiály jsou vhodné pro výrobu palet, uložených delší dobu na volném prostranství. Další možné použití uvedených materiálů předpokládá výrobu obkladových materiálů z těchto složených materiálů. Mimo to je tyto materiály možno zpracovávat na povrchu, takže povrch může být různě tvarován, potištěn, je možno v něm vytvořit žlábky nebo otvory a je možno jej lakovat. Povrch výsledných výrobků může být hladký nebo drsný.

Praktické provedení vynálezu bude osvětleno následujícími příklady, které však nemají sloužit k omezení jeho rozsahu.

Příklady provedení vynálezu

Materiál z následujících příkladů byl připraven tak, že běžný dvouválcový mlýn pro pryže nebo plastické hmoty byl zahřát na 325 až 400 °C. Pak byla přidána pryskyřice, obvykle ve formě pelet nebo granulátu. Po 10 minutách došlo k roztavení pryskyřice, po této době bylo přidáno vazné činidlo. Po dalších 5 minutách byl přidán papír s povlakem polymeru přímo do roztavené směsi pryskyřice a vazného činidla. Papír s povlakem polymeru byl přidán v průběhu 10 minut.

Složený materiál byl pak vyjmut z válcového mlýnu, rozřezán a ponechán zchladnout na teplotu místnosti. Vzorky s hmotností přibližně 80 g byly vylisovány na destičky s rozměrem 15 x 15 x 0,31 cm běžným lisováním.

Dále budou uvedeny jednotlivé takto získané materiály a jejich vlastnosti.

44 4 • 44 •4 44 • · · 4 ► 4 4 <

Materiál č. 1

Složka množství g

Polyethylen s vysokou hustotou¹ 160

Papír s povlakem polymeru² 240

Vazné činidlo³ 8 ¹Marlex 6007, index toku taveniny 0,65 g/10 min (Phillips) ²Texturování bylo prováděno řezacím zařízením s otočným nožem (2 mm) ³Polybond^R 3009 (Uniroyal Chemical)

Destičky byly zpracovány na příslušné zkušební vzorky a podrobeny zkouškám způsobem, uvedeným v příslušných normách. Pro každou vlastnosti byly použity tři odlišné vzorky a byl vypočítán průměr ze získaných hodnot. Výsledky jsou následující:

0,0605 MPa (ASTM D638) 47,7 MPa (ASTM D638) < 5 (ASTM D638)

85,400 MPa (ASTM D790) 0,0425 MPa (ASTM D790) množství g 160 240 8

Mez pevnosti v tahu Pevnost při lomu Tažnost %

Mez pevnosti v ohybu Modul v ohybu Materiál č. 2 Složka

Polyethylen s vysokou hustotou¹ Papír s povlakem polymeru² Vazné činidlo^{3 1} Části lahví na mléko, index toku taveniny přibližně 0,8 g/10 min ²Texturování pomocí řezacího zařízení s otočným nožem (2 mm) ³Polybond^R 3009.

Takto připravený materiál měl následující vlastnosti:

Mez pevnosti v tahu 0,0516 MPa (ASTM D638)

Pevnost při lomu 45,5 MPa (ASTM D638)

Tažnost % < 5 (ASTM D638)

Mez pevnosti v. ohybu 83,3 MPa (ASTM D790)

Modul v ohybu 0,045 MPa (ASTM D790) • · · « • »·

Materiál č. 3 Složka

Polyethylen s vysokou hustotou

Papír s povlakem polymeru² .3 množství g 160 240

Vazné činidlo⁰ 8 ¹Části lahví na mléko, index toku taveniny přibližně 0,8 g/10 min ²Texturování pomocí řezacího zařízení s otočným nožem, 2 mm ³Fusabond^R MB 100D (DuPont)

Materiál měl následující vlastnosti:

Mez pevnosti v tahu Pevnost při lomu Tažnost

Mez pevnosti v ohybu Modul v ohybu

0,049 MPa (ASTM D638) 43,5 MPa (ASTM D638) < 5 (ASTM D638)

71,4 MPa (ASTM D790) 0,040 MPa (ASTM D790)

Materiál č. 4

Složka množství g

Polyethylen s vysokou hustotou¹ 160

Papír s povlakem polymeru² 240

Vazné činidlo³ 8 ¹Marlex 6007, index toku taveniny 0,65 g/10 min ²Texturování při použití řezacího zařízení s otočným nožem, 2 mm ³Fusabond^R MB 100D

Materiál měl následující vlastnosti:

Mez pevnosti v tahu Pevnost při lomu Tažnost %

Mez v pevnosti v ohybu Modul v ohybu

0,050 MPa (ASTM D638) 47,9 MPa (ASTM D638) < 5 (ASTM D638)

85,4 MPa (ASTM D790) 0,52 MPa (ASTM D790)

Claims (32)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Složený materiál vyznačující se tím, že obsahuje pryskyřici, vyztuženou nejméně 2 % papíru s povlakem polymeru, zpracovaného tak, že vnitřní vlákna jsou v podstatě exponována.
2. 2. Složený materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že nejméně 5 % hmotnostních papíru s povlakem polymeru je texturováno.
3. 3. Složený materiál podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se tím, že papír s povlakem polymeru je tvořen papírem a polyethylenem.
4. 4. Složený materiál podle nároku 3, vyznačující se tím, že papír s povlakem polymeru dále obsahuje hliník.
5. 5. Složený materiál podle nároku T, v y z n a č u j í c í se tím, že jako pryskyřici obsahuje thermoplastickou pryskyřici.
6. 6. Složený materiál podle nároku 5, vyznačující se tím, že jako thermoplastickou pryskyřici obsahuje polyethylen.
7. 7. Složený materiál podle nároku 5, vyznačující se tím, že jako thermoplastickou pryskyřici obsahuje polyprophylen.
8. 8. Složený materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že je tvořen přibližně 50 až 70 % hmotnostními papíru s povlakem polymeru a přibližně 30 až 50 % hmotnostními pryskyřice.
9. 9. Složený materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že dále obsahuje lignocelulózová vlákna.
10. 10. Složený materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že dále obsahuje celulózová vlákna.
11. 11. Složený materiál, v y z n a č u j í c í se t í m, že je tvořen polyethylenem, vyztuženým nejméně 2 % papíru s povlakem polymeru, přičemž nejméně 50 % hmotnostních papíru s povlakem polymeru je zpracováno tak, že vnitřní vlákna jsou v podstatě exponována na povrchu.
12. 12. Složený materiál, vyznačující se tím, že je tvořen pryskyřicí, vyztuženou nejméně 2 % papíru s povlakem polymeru, «·9 · přičemž papír s povlakem polymeru je zpracován tak, že se vnitřní vlákna exponují na povrchu, přičemž mez pevnosti v ohybu tohoto materiálu je nejméně 21 MPa.
13. 13. Složený materiál podle nároku 12, vyznačující se tím, že jeho mez pevnosti v ohybu je nejméně 42 MPa.
14. 14. Složený materiál podle nároku 12, vyznačující se tím, že jeho mez pevnosti v ohybu je nejméně 70 MPa.
15. 15. Složený materiál, vyznačující se t í m, že je tvořen pryskyřicí, vyztuženou nejméně 2 % hmotnostními papíru s povlakem polymeru, přičemž tento papír byl zpracován tak, že vnitřní vlákna jsou v podstatě exponována na povrchu, přičemž mez pevnosti v tahu pro tento materiál je nejméně 21 MPa.
16. 16. Složený materiál podle nároku 12, v y z n a č u j í c í se tím, že jeho mez pevnosti v tahu je nejméně 35 MPa.
17. 17. Složený materiál podle nároku 15, vyznačující se tím, že jeho mez pevnosti v tahu je nejméně 42 MPa.
18. 18. Způsob výroby složeného materiálu, vyznačující se t í m, že se papír s povlakem polymeru zpracovává tak, že jeho vnitřní vlákna jsou v podstatě exponována na povrchu za vzniku texturovaného papíru s povlakem polymeru a takto zpracovaný papír se smísí s pryskyřicí.
19. 19. Způsob podle nároku 18, v y z n a č u j í c í se t í m, že se jako pryskyřice užije thermoplastická pryskyřice.
20. 20. Způsob podle nároku 18, v y z n a č u j í c í se t í m, že se papír s povlakem polymeru zpracovává rozřezáním řezacím zařízením s otočným nožem.
21. 21. Způsob výroby texturovaného vláknitého materiálu, vyznačující se tím, že se zpracovává papír s povlakem polymeru s vnitřními vlákny tak, že vnitřní vlákna jsou vpodstatě exponována na povrchu za získání texturovaného vláknitého materiálu.

    «»· ··· »

    φφφ

    9 Φ φφ • * Φ · • · * « • · · · • · · · *Φ 99
22. 22. Způsob podle nároků 18 až 21, v y z n a č u j í c í se t í m, že papír s povlakem polymeru je tvořen polyethylenem a papírem.
23. 23. Způsob podle nároku 22, v y z n a č u j í c í se t í m, že papír s povlakem polymeru dále obsahuje nejméně jednu vrstvu hliníku.
24. 24. Způsob podle nároků 18 až 23, v y z n a č u j í c í se t í m, že nejméně 50 % vláken má poměr délky k průměru nejméně 10.
25. 25. Způsob podle nároků 18 až 23, v y z n a č u j i c í se t í m, že nejméně 50 % vláken má poměr délky k průměru nejméně 25.
26. 26. Způsob podle nároků 18 až 23, v y z n a č u j í c í se t í m, že nejméně 50 % vláken má poměr délky k průměru nejméně 50.
27. 27. Texturovaný vláknitý materiál, vyznačující se tím, že je tvořen papírem s povlakem polymeru s vnitřními vlákny, přičemž papír s povlakem polymeru je zpracován tak, že vnitřní vlákna jsou v podstatě exponována na povrchu.
28. 28. Složený materiál podle nároků 1 až 5 a 8 až 17, vyznačující se t í m, že se pryskyřice volí ze skupiny polyethylen, polyprophylen, polystyren, polykarbonát, poiybuthylen, thermoplastické polyestery, polyethery, thermoplastické polyurethany, polyvinylchlorid a polyamidy.
29. 29. Složený materiál podle nároků 1 až 17 a 28, v y z n a č u j í c í se t í m, že nejméně 50 % vnitřních vláken, exponovaných na povrchu má poměr délky k průměru nejméně 10.
30. 30. Složený materiál podle nároků 1 až 17 a 28, v y z n a č u j i c í se t í m, že nejméně 50 % vnitřních vláken, exponovaných na povrchu má poměr délky k průměru nejméně 25.
31. 31. Složený materiál podle nároků 1 až 17 a 28, vyznačující se t i m, že nejméně 50 % vnitřních vláken, exponovaných na povrchu má poměr délky k průměru nejméně 50.
32. 32. Složený materiál podle nároků 1 až 17 a 28, v y z n a č u j í c i se t í m, že nejméně 70 % vnitřních vláken, exponovaných na povrchu má poměr délky k průměru nejméně 50.