CZ2016220A3 - A polymer composite with a particulate filler of plant origin - Google Patents

A polymer composite with a particulate filler of plant origin Download PDF

Info

Publication number
CZ2016220A3
CZ2016220A3 CZ2016-220A CZ2016220A CZ2016220A3 CZ 2016220 A3 CZ2016220 A3 CZ 2016220A3 CZ 2016220 A CZ2016220 A CZ 2016220A CZ 2016220 A3 CZ2016220 A3 CZ 2016220A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
weight
particulate filler
composite
component
polymer composite
Prior art date
Application number
CZ2016-220A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ307809B6 (en
Inventor
Jiří Habr
Martin Seidl
Jiří Bobek
Original Assignee
Technická univerzita v Liberci, Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace, Odd. progresivních technologií
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technická univerzita v Liberci, Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace, Odd. progresivních technologií filed Critical Technická univerzita v Liberci, Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace, Odd. progresivních technologií
Priority to CZ2016-220A priority Critical patent/CZ307809B6/en
Publication of CZ2016220A3 publication Critical patent/CZ2016220A3/en
Publication of CZ307809B6 publication Critical patent/CZ307809B6/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12Polypropene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

Polymerní kompozit s částkovým plnivem rostlinného původuPolymer composite with a partial filler of vegetable origin

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká složení polymemího kompozitu s částicovým plnivem rostlinného původu pro výrobu plastových dílů s vyššími užitnými vlastnostmi.The technical solution relates to the composition of a polymer composite with a particulate filler of plant origin for the production of plastic parts with higher utility properties.

Dosavadní stav technikyPrior art

Polymemí materiály a jejich kompozity patří k nej progresivněji se rozvíjejícím se materiálům, protože polymemí materiály představují nej významnější segment výroby a spotřeby podle objemu mezi všemi technickými materiály a nelze pochybovat o tom, že jsou klíčové pro moderní technickou společnost. Současný vývoj polymemích materiálů a jejich technologií zpracování bude pokračovat ve stále větším objemu a úspěch jednotlivých materiálů vyvinutých základním a aplikovaným výzkumem bude v rozhodující míře ovlivněn poměrem mezi cenou a užitnou hodnotou materiálu. Do této oblasti výzkumu patří i náhrada syntetických plniv, plnivy přírodními, které jsou z environmentálního hlediska předmětem zájmu polymemích zpracovatelů i koncových uživatelů. Aplikace přírodních plniv je významnou materiálovou obměnou, která tradičně směřuje nejenom do automobilového průmyslu, ale i do oblastí spotřebního průmyslu, zdravotnických aplikací, apod. Výhodou přírodních plniv, při srovnání s ostatními plnivy (používanými při výrobě kompozitů), je kromě původu z obnovitelných zdrojů jejich nízká hmotnost, nízká abraze (zabraňující opotřebení zpracovatelských strojů), spalitelnost, netoxičnost, biodegradabilita a především nízká cena, nezávislá na ceně ropy.Polymeric materials and their composites are among the most progressively evolving materials, because polymeric materials represent the most important segment of production and consumption by volume among all technical materials and there can be no doubt that they are key to modern technical society. The current development of polymeric materials and their processing technologies will continue in an ever-increasing volume and the success of individual materials developed by basic and applied research will be decisively influenced by the ratio between price and utility value of material. This area of research also includes the replacement of synthetic fillers, natural fillers, which are of environmental interest to polymer processors and end users. The application of natural fillers is a significant material change, which traditionally goes not only to the automotive industry, but also to consumer industry, medical applications, etc. The advantage of natural fillers, compared to other fillers (used in the production of composites), is in addition to originating from renewable sources their low weight, low abrasion (preventing wear of processing machines), combustibility, non-toxicity, biodegradability and above all low price, independent of the price of oil.

Přírodní plniva jsou v průmyslu používána převážně ve formě vláken jako výztuž tvarovaných velkoplošných dílů, např. dřevěné piliny, obsahující vlákna celulózy a netkané lnové materiály s polypropylenem. Je však třeba zdůraznit, že se jedná prakticky pouze o výrobky vzniklé lisováním, nikoliv mnohem rozšířenější zpracovatelskou technologií vstřikováním, kde jsou kladeny vysoké nároky na kvalitu, rozměrovou a tvarovou přesnost vyráběných dílů. Vstřikování syntetických kompozitů s přírodními plnivy je doposud málo prozkoumanou oblastí s velkými možnostmi a potenciálem i předpokladem značného růstu a do této oblasti také směřuje předkládané technické řešení.Natural fillers are used in industry mainly in the form of fibers as reinforcement of shaped large-area parts, eg wood sawdust, containing cellulose fibers and non-woven linen materials with polypropylene. However, it should be emphasized that these are practically only products created by pressing, not a much more widespread processing technology by injection, where high demands are placed on the quality, dimensional and shape accuracy of manufactured parts. Injection molding of synthetic composites with natural fillers is a hitherto little-explored area with great possibilities and potential and a precondition for significant growth, and the presented technical solution is also directed to this area.

Z historického hlediska lze aplikaci kompozitů datovat od roku 1908, kdy bylo poprvé použito kompozitního materiálu na bázi fenolické pryskyřice zpevněné dřevěnou moučkou (L. Baekeland), avšak teprve v posledních dvaceti letech dochází k rozšiřování polymemích kompozitů obsahující složku přírodního původu. Podíl zpracovaných biokompozitů jakožto jedné ze složek polymemích materiálů, sice každoročně narůstá, ale technických řešení a aplikací je stále velmi málo. Nej používanějšími přírodními plnivy jsou především vlákna konopí, juty, lnu, bavlny, sisalu a dřeva. Známými aplikacemi jsou díly v Mercedesu třídy C, Daimler AG. (např. výplně dveří a zvukové izolace), zadní kryt motoru autobusu vyrobený z rohože přírodních vláken, apod. Vláknitá plniva a v současnosti rozšířenější částicová plniva však mají určité nevýhody, které omezují jejich aplikační možnosti. Mezi největší nevýhody patří nízká tekutost, degradace přírodního plniva, anizotropie vlastností, atd.Historically, the application of composites can be dated back to 1908, when a composite material based on phenolic resin reinforced with wood flour (L. Baekeland) was first used, but only in the last twenty years has polymer composites containing a component of natural origin spread. The share of processed biocomposites as one of the components of polymeric materials is growing every year, but there are still very few technical solutions and applications. The most commonly used natural fillers are mainly hemp, jute, flax, cotton, sisal and wood fibers. Well-known applications are parts in the Mercedes C-Class, Daimler AG. (eg door panels and sound insulation), the rear cover of a bus engine made of a mat of natural fibers, etc. However, fibrous fillers and currently more widespread particulate fillers have certain disadvantages which limit their application possibilities. The biggest disadvantages include low fluidity, degradation of the natural filler, anisotropy of properties, etc.

Navržené technické řešení reaguje na vzrůstající poptávku a požadavky na tyto materiály, které jsou však v České republice doposud velmi málo rozšířené. Tlak na aplikace takovýchto materiálů neustále vzrůstá, a to nejenom v důsledku ekonomické situace (cena ropy se nejenom neustále mění, ale hlavně roste) a v důsledku možností ovlivnění konečných a užitných vlastností výrobků, ale i z hlediska klimatických změn (téměř neřešená recyklace současných dílů ze syntetických plastů, spalování syntetických plastů, skládkování).The proposed technical solution responds to the growing demand and requirements for these materials, which are, however, very widespread in the Czech Republic. The pressure on the application of such materials is constantly increasing, not only due to the economic situation (the price of oil is not only constantly changing, but mainly growing) and due to the possibility of influencing the final and useful properties of products, but also in terms of climate change (almost unresolved recycling of current parts from synthetic plastics, incineration of synthetic plastics, landfilling).

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Technické řešení si dává za cíl vytvoření nového polymemího kompozitu s cíleným složením matrice, aditiva a rostlinného částicového plniva na bázi jemně drcených obalů plodů stromu Juglans regia, pro zlepšení konečných a užitných vlastností plastových dílů s vyšší přidanou hodnotou a ekologicky mnohem nižším dopadem oproti 100% syntetickým produktům (environmentální výhody). Podstata technického řešení spočívá v tom, že kompozit obsahuje od 62,5 do 91 hmotnostních % syntetické matrice polypropylenu (PP), 5 až 30 hmotnostních % speciálně upraveného částicového plniva (jemně drcené obaly plodů - Juglans regia) a 4 až 7,5 hmotnostní % aditiva na bázi maleinanhydridu. Pro dosažení optimálních vlastností tohoto kompozitu, dochází při splnění podmínek:The technical solution aims to create a new polymer composite with a targeted composition of matrix, additive and vegetable particulate filler based on finely ground coatings of Juglans regia tree, to improve the final and useful properties of plastic parts with higher added value and much lower environmental impact compared to 100% synthetic products (environmental benefits). The essence of the technical solution lies in the fact that the composite contains from 62.5 to 91% by weight of a synthetic matrix of polypropylene (PP), 5 to 30% by weight of specially treated particulate filler (finely crushed fruit wrappers - Juglans regia) and 4 to 7.5% by weight. % maleic anhydride additive. To achieve the optimal properties of this composite, the following occurs when the following conditions are met:

Částicové plnivo musí být před granulací alkalicky upraveno za následných podmínek:Prior to granulation, the particulate filler must be alkali treated under the following conditions:

Plnivo musí být máčeno ve vodném roztoku NaOH o koncentraci 10-20 % po dobu 2 až 4 hodiny. Poté musejí být částice důkladně propláchnuty destilovanou vodou.The filler must be soaked in a 10-20% aqueous NaOH solution for 2 to 4 hours. The particles must then be thoroughly rinsed with distilled water.

2.2.

3.3.

Kde:Where:

NPNP

AAND

Velikost částic musí být v rozsahu od 0,1 mm do 0,6 mm a to v následující distribuci největšího rozměru:The particle size must be in the range 0,1 mm to 0,6 mm in the following largest dimensional distribution:

hm. % -19 hm. % z celkového hmotnostního obsahu částic - největší rozměr částic 0,1 mm - 0,3 mm hm. % - 63 hm. % z celkového hmotnostního obsahu částic - největší rozměr částic 0,3 mm - 0,5 mm hm. % - 50 hm. % z celkového hmotnostního obsahu částic - největší rozměr částic 0,5 mm - 0,6 mmhm. % -19 wt. % of the total weight content of particles - the largest particle size 0.1 mm - 0.3 mm wt. % - 63 wt. % of the total weight content of particles - the largest particle size 0.3 mm - 0.5 mm wt. % - 50 wt. % of the total mass content of particles - the largest particle size 0.5 mm - 0.6 mm

Hmotnostní obsah aditiva v kompozitu musí úměrně růst s rostoucím hmotnostním obsahem rostlinných částic dle následujícího pravidla:The weight content of the additive in the composite must increase in proportion to the increasing weight content of the plant particles according to the following rule:

3,35 + (NP · 0,133) =A [%]3.35 + (BS · 0.133) = A [%]

... hmotnostní procentuální obsah rostlinného částicového plniva v kompozitu... weight percentage of vegetable particulate filler in the composite

... hmotnostní procentuální obsah aditiva na bázi maleinanhydridu... weight percentage of maleic anhydride additive

Takto připravený kompozit může být dle požadavků na konečné a užitné vlastnosti dílů a polotovarů nebo dle požadavků procesu doplněn dalšími přísadami, jako jsou maziva, anorganická plniva, barviva, UV stabilizátory, retardéry hoření, pigmenty, antistatika, nukleací činidla, apod. Toto procentuální doplnění může být provedeno z hlediska snížení hmotnostních % přírodních částic anebo z hlediska snížení hmotnostních % polypropylenové matrice.The composite prepared in this way can be supplemented with other additives, such as lubricants, inorganic fillers, dyes, UV stabilizers, flame retardants, pigments, antistatics, nucleating agents, etc., according to the requirements for the final and useful properties of parts and semi-finished products or process requirements. it can be made in terms of reducing the weight% of natural particles or in terms of reducing the weight of the polypropylene matrix.

-1 i «-1 i «

Základem kompozitu jsou částice z drcených obalů plodů stromu Juglans regia potřebné definované kvality z hlediska dopadů a účinků teplot a namáhání během procesu přípravy částic, procesu granulace a dalšího postupného zpracování, např. vstřikování. Získaný kompozit je standardně dodáván ve formě granulí z hlediska dobré sypné hmotnosti a snížení prašnosti a je určen výhradně pro technologické procesy vstřikování.The composite is based on particles from the crushed fruit casings of the Juglans regia tree of the required defined quality in terms of impacts and effects of temperatures and stresses during the particle preparation process, granulation process and other gradual processing, eg injection. The obtained composite is standardly supplied in the form of granules in terms of good bulk density and reduction of dust and is intended exclusively for technological injection molding processes.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solutions

Polymemí kompozit se syntetickou polymemí matricí a částicovým plnivem rostlinného původu je následně popsán na následujících příkladech včetně uvedení vhodné aplikace, přičemž složku A tvoří syntetická matrice polypropylenu (PP), složku B částicové plnivo rostlinného původu (o velikosti od 0,1 do 0,6 mm), složku C aditivum na bázi maleinanhydridu.The polymer composite with a synthetic polymer matrix and a particulate filler of vegetable origin is subsequently described in the following examples, including the indication of a suitable application, component A being a synthetic polypropylene matrix (PP), component B a particulate filler of vegetable origin (0.1 to 0.6 mm), component C maleic anhydride additive.

Příklady variant bez přísad:Examples of variants without additives:

V arianta 1:V arianta 1:

Složka A: 74 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 74% by weight of polypropylene

Složka B: 20 hmotnostních % částicového plniva rostlinného původuComponent B: 20% by weight of a particulate filler of vegetable origin

Složka C: 6 hmotnostních % aditiva na bázi maleinanhydriduComponent C: 6% by weight of a maleic anhydride additive

Varianta 2:Option 2:

Složka A: 87,6 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 87.6% by weight of polypropylene

Složka B: 8 hmotnostních % částicového plniva rostlinného původuComponent B: 8% by weight of a particulate filler of vegetable origin

Složka C: 4,4 hmotnostních % aditiva na bázi maleinanhydriduComponent C: 4.4% by weight of a maleic anhydride additive

Příklady variant s použitím přísad:Examples of variants using additives:

Varianta 3:Option 3:

Složka A: 60,6 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 60.6% by weight of polypropylene

Složka B: 30 hmotnostních % částicového plniva rostlinného původuComponent B: 30% by weight of a particulate filler of vegetable origin

Složka C: 7,4 hmotnostních % aditiva na bázi maleinanhydriduComponent C: 7.4% by weight of a maleic anhydride additive

Složka D: 2 hmotnostní % dalších přísad (pigmenty)Component D: 2% by weight of other additives (pigments)

Varianta 4:Option 4:

Složka A: 89 hmotnostních % polypropylenuComponent A: 89% by weight of polypropylene

Složka B: 5 hmotnostních % částicového plniva rostlinného původuComponent B: 5% by weight of a particulate filler of vegetable origin

Složka C: 4 hmotnostních % aditiva na bázi maleinanhydriduComponent C: 4% by weight of a maleic anhydride additive

Složka D: 2 hmotnostní % dalších přísad (pigmenty)Component D: 2% by weight of other additives (pigments)

Polymemí kompozit se syntetickou polymemí matricí a částicovým plnivem rostlinného původu je unikátní materiál, který lze s výhodou využít pro výrobu vstřikovaných dílů imitujících přírodní vzhled. Tento materiál lze oproti vláknitým kompozitům s výhodou použít pro vstřikování tvarově složitých dílů, neboť má výborné tokové vlastnosti. Další výhodou jsou výrazně zvýšené tepelně izolační vlastnosti. V neposlední řadě materiál přináší výhodné environmentální aspekty a ekonomickou úsporu při výrobě (zkrácení výrobního cyklu).The polymer composite with a synthetic polymer matrix and a particulate filler of plant origin is a unique material that can be advantageously used for the production of injection molded parts imitating a natural appearance. Compared to fibrous composites, this material can be advantageously used for injection molding of complex parts, as it has excellent flow properties. Another advantage is the significantly increased thermal insulation properties. Last but not least, the material brings advantageous environmental aspects and economic savings in production (shortening the production cycle).

Průmyslová využitelnost:Industrial applicability:

Polymemí kompozit se syntetickou polymemí matricí a částicovým plnivem rostlinného původu podle předloženého technického řešení je vhodný výhradně pro výrobu vstřikovaných plastových dílů.The polymer composite with a synthetic polymer matrix and a particulate filler of plant origin according to the present technical solution is suitable exclusively for the production of injection-molded plastic parts.

Claims (2)

R4ÁR0KY NA OCHRANĚ f/VTEPWV g1 R4ÁR0KY ON PROTECTION f / VTEPWV g 1 1. Polymemí kompozit se syntetickou polymemí matricí a částicovým plnivem rostlinného původu pro výrobu plastových dílů, vyznačující se tím, že kompozit obsahuje od 62,5 do 91 hmotnostních % polypropylenu (PP), 5 až 30 hmotnostních % částicového plniva rostlinného původu (o velikosti od 0,1 do 0,6 mm dle výše popsané distribuce) a 4 až 7,5 hmotnostních % aditiva na bázi maleinanhydridu, jehož dávkování musí splňovat pravidlo 3,35 + (NP · 0,133) = A [%] kde „NP“ je hmotnostní procentuální obsah rostlinného částicového plniva v kompozitu a „A“ znamená hmotnostní procentuální obsah aditiva na bázi maleinanhydridu.A polymeric composite with a synthetic polymeric matrix and a particulate filler of vegetable origin for the production of plastic parts, characterized in that the composite contains from 62.5 to 91% by weight of polypropylene (PP), 5 to 30% by weight of particulate filler of vegetable origin from 0.1 to 0.6 mm according to the distribution described above) and 4 to 7.5% by weight of a maleic anhydride-based additive, the dosage of which must comply with the rule of 3.35 + (NP · 0.133) = A [%] where "NP" is the weight percentage of vegetable particulate filler in the composite and "A" means the weight percentage of maleic anhydride additive. 2. Polymemí kompozit se syntetickou polymemí matricí a částicovým plnivem rostlinného původu pro výrobu plastových dílů podle nároku 1 vyznačující se tím, že kompozit je doplněn dalšími přísadami, jako jsou maziva, anorganická plniva, barviva, UV stabilizátory, retardéry hoření, antistatika, nukleací činidla, apod. kdy toto procentuální doplnění je provedeno z hlediska snížení hmotnostních % částicového plniva rostlinného původu a/nebo z hlediska snížení hmotnostních % polypropylenové matrice.Polymer composite with a synthetic polymer matrix and a particulate filler of vegetable origin for the production of plastic parts according to claim 1, characterized in that the composite is supplemented with further additives such as lubricants, inorganic fillers, dyes, UV stabilizers, flame retardants, antistatics, nucleating agents , etc., when this percentage replenishment is performed in terms of reducing the weight% of the particulate filler of plant origin and / or in terms of reducing the weight% of the polypropylene matrix.
CZ2016-220A 2016-04-15 2016-04-15 Polymer composite with vegetable origin particulate filler CZ307809B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-220A CZ307809B6 (en) 2016-04-15 2016-04-15 Polymer composite with vegetable origin particulate filler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-220A CZ307809B6 (en) 2016-04-15 2016-04-15 Polymer composite with vegetable origin particulate filler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2016220A3 true CZ2016220A3 (en) 2017-10-25
CZ307809B6 CZ307809B6 (en) 2019-05-22

Family

ID=60084156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2016-220A CZ307809B6 (en) 2016-04-15 2016-04-15 Polymer composite with vegetable origin particulate filler

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ307809B6 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103865178B (en) * 2014-03-28 2016-03-23 上海瀚氏模具成型有限公司 Automotive upholstery toughness reinforcing damage resistant PP/HDPE plastics and preparation method thereof
CN105062110A (en) * 2015-07-31 2015-11-18 桂林理工大学 Method for preparation of polypropylene based wood plastic composite material from walnut shell powder

Also Published As

Publication number Publication date
CZ307809B6 (en) 2019-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
La Mantia et al. Green composites: A brief review
CN101033339B (en) Wood-plastic material and its preparation method
CN101544821A (en) High performance nylon composite for railway fastener gauge apron and its preparation method
Haque et al. Coir fiber reinforced polypropylene composites: physical and mechanical properties
CZ2016220A3 (en) A polymer composite with a particulate filler of plant origin
CZ306879B6 (en) A biocomposite with a PLA matrix and banana fibres
CZ307081B6 (en) A hybrid composite material with a synthetic polymeric matrix, hemp fibres and small hollow glass spheres
EP3046954A1 (en) Composite with polyolefinic thermoplastic matrix and fibers of coconut for extrusion processes
CZ23866U1 (en) Composite material with natural fiber fillers based on cellulose for manufacture of plastic parts
Tech et al. Material and Technological Development of Natural Fiber Reinforced Cellulose Acetate Butyrate.
CZ2012548A3 (en) Composite with thermoplastic polyolefin matrix and coir for extrusion processes
CZ2013420A3 (en) Composite material with synthetic polymeric matrix and banana tree fibrous material
CZ23867U1 (en) Composite material with natural fiber fillers based on hemp for manufacture of plastic parts
WO2013091586A1 (en) Composite with synthetic polymeric matrix and cellulose in the form of natural fibre fillers
CZ2011853A3 (en) Composite material with natural fibrous filling agents based on cellulose for producing plastic components
CZ25823U1 (en) Composite material with synthetic polymeric mat and fibers of banana tree
CZ306882B6 (en) A polymer composite with natural fibres and a light-weight matrix
CZ2015866A3 (en) A hybrid polymeric composite with natural and glass fibres
CZ23865U1 (en) Composite with synthetic polymeric matrix and cellulose in the form of natural fiber fillers
CZ29734U1 (en) Hybrid polymeric composite with natural and glass fibers
Mekap et al. Secondary fiber/recycled polypropylene composites
CZ29526U1 (en) Polymeric composite with natural fibers and expanded matrix
CZ24040U1 (en) Composite material with natural fibrous fillers based on coconut for producing plastic parts
CZ24915U1 (en) Composite with thermoplastic polyolefin matrix and coconut fibers for extrusion processes
CZ2011854A3 (en) Comosite material with natural fibrous filling agents based on coconut for producing plastic components

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20220415