HU212122B - Polimer compositions containing waste rubber and/ore waste leather as filler - Google Patents

Description

A találmány tárgya hőre lágyuló polimerek (polietilén, polipropilén, etilén-vinilacetát kopolimer, polivinilklorid és kopolimerjei, poliuretán, poliamid, poliészter, polisztirol és sztirol kopolimerek, cellulózszármazékok, valamint egyéb hőre lágyuló műszaki anyagok) felhasználásával olyan kompozíciók összeállítása, melyekre jellemző, hogy a polimermátrixhoz képest viszonylag nagy mennyiségben (10-70 tömeg%) tartalmaznak társítóanyagként hulladék bőrt és/vagy hulladék gumit, egyéb modifikáló komponensek mellett, és ezek a kompozíciók a hőre lágyuló műanyagoknál szokásos technológiákkal feldolgozhatok.

A 368 446 sz. osztrák szabadalmi leírásból ismert poliuretán kötésű gumigranulátumból készült szőnyegek előállítására vonatkozó eljárás, melynek során 100 rész gumihoz 10-20 rész térhálósítandó poliuretánt alkalmaznak, és ezeket mechanikai úton (préseléssel) egyesítik.

A 355 291 sz. osztrák szabadalmi leírás eljárást ír le csíkokra vágott gépjárműgumik felhasználásával történő padlóborítások, szőnyegek előállítására, a csíkokra vágott gumi hulladékok tisztítás után nyomás alatt vulkanizáló anyaggal egymáshoz kötődnek.

A 339 797 sz. osztrák szabadalmi leírásbúi padlóborítás ismerhető meg, sportlétesítmények számára, a megoldásnál 6-20%, 1-10 mm-es szemcseméretű gumiőrleményt alkalmaznak, homok vagy kőzúzalékkal együtt, bitumen vagy latex kötőanyaggal.

A 370 168 sz. osztrák szabadalmi leírás használt gumiabroncsokból történő építőelemek és ezekből készített építőtestek előállítására irányuló eljárást ír le, a hivatkozott szabadalmi leírás az abroncs meghatározott alaki darabolásából nyert elemek, szelvények egymáshoz szerelésére és az építőelemek alakjára vonatkozik.

Vízáteresztő padlóborításl ismertet sportpályák, járófelületek és egyebek számára a 287 047 sz. osztrák szabadalmi leírás. A konkrét célnak megfelelően 0,1-4 mm szemcseméretű gumigranulátumot használnak fel, ragasztóanyaggal - pl. kaucsuk diszperzióval - kombinálva. A padlóborítás tulajdonságai a gumi szemcseméretén kívül azbesztliszt, homok és cement adalékokkal változtathatók és a termék színezhető.

A 3 409 015 sz. NSZK-beli szabadalmi leírás eljárást ismertet lemez- vagy tömbszerű formatestek előállítására. Az eljárás során 6 mm-nél kisebb szemcseméretű gumiőrleményt előhabosított polietilénnel összekevernek, és formában, nyomás alatt térhálósítják a keveréket.

A 601 567 sz. svájci szabadalmi leírásból olyan sporpályaburkolat vált ismertté, melynek felületi koptató rétege és az alsó csillapító rétege egyaránt használt gumiabroncs szeleteket és poliuretán kötőanyagot tartalmaz.

A 121 744 sz. NDK-beli szabadalmi leírás használt gumi granulátum alkalmazására ír le eljárást, különösen útépítési célra. Használt gumiabroncsok őrlésével nyert kb. 25 mm szemcseméretű gumigranulátum bedolgozását betonkeverőben cementtel, homokkal, vízzel végzik. így hőszigetelő vagy elasztikus réteget alakítanak ki, különösen útépítéshez. Kötőanyagként bitumen is használható a 121 744 sz. NDK szabadalmi leírás szerint.

A 252 945 sz. NDK-beli szabadalmi leírás eljárást ismertet hő- és hangszigetelő formatestek előállítására, melynek során őrölt használt gumiabroncsot, valamint fenol formaldehid gyanta kötőanyagot használnak szigetelő formatestek kialakítására.

Bőrnek polimerrel való társításáról tehát egyáltalán nem tartalmaz adatot az irodalom, a gumihulladék feldolgozására és társítására pedig igazán korszerű eljárás, melynek segítségével a társítóanyag a polimer mátrixba beágyazható lenne, nem ismerhető meg.

A találmány célja gumi-, bőr- és műanyag hulladékok fejlett technológiával és modern technikával nagy volumenben történő feldolgozása, széleskörű igényeknek megfelelő korszerű polimer keverékekké, illetve késztermékekké.

Ismeretes, hogy a társítóanyagokat azért keverik a különféle polimerekkel, hogy javítsanak különféle tulajdonságokat, vagy olcsóbbá tegyék a terméket, sok esetben akár egyéb, ugyancsak fontos tulajdonságok romlása árán is. Általában más-más típusú társítóanyagot használnak a mechanikai jellemzők, az elektromos tulajdonságok, a hang- és hőszigetelő képesség, a hőés vegyszerállóság, stb. javítása céljából.

A találmány szerinti kompozíciók társítóanyagként gumihulladékot és/vagy bőrhulladékot tartalmaznak.

Az ömledékállapotban társított polimer-rendszerekben a gumi- és a bőrszemcsék a polimermátrixhoz kellő mértékben tapadnak, ugyanakkor - mint rugalmas töltőanyagok - a polimerrendszer meglepően sajátos viselkedését eredményezik.

Makromolekuláris szerkezetük révén a gumi és a bőr társítóanyagok fizikai-kémiai szempontból is közel állnak a polimerekhez.

A bőr és a gumi fajlagos felülete az őrlési eljárásból adódóan, valamint finomszerkezetük következtében nagy, és óriásmolekula jellegüknél fogva a polimermátrix molekulával erősebb fizikai kölcsönhatás alakul ki, mint a hagyományos, kismolekulájú és nem polimer-jellegű társítóanyagokkal. Ezen túlmenően a polimer jellegű rugalmas gumi és bőr társítóanyag másodlagos kémiai erőkkel is vonzódik a polimermátrix molekuláihoz.

Ennek következtében a szokásos társítóanyagokhoz képest ezek nagy mennyiségben adagolhatok az alapanyagokhoz, anélkül, hogy a feldolgozási tulajdonságok akadályoznák a hőre lágyuló polimer alakadási műveletek megvalósítását, és emellett a feldolgozott termék tulajdonságai kedvezően változnak.

A kompozíciók tulajdonságait célirányosan széles körben változtathatjuk, elsődlegesen aszerint, hogy az alapvetően eltérő finomszerkezetű bőrt vagy gumit használjuk-e társítóanyagként széles koncentrációtartományban és különböző szemcseméretei oszlásban vagy ezek együttes alkalmazásával kívánunk-e különleges tulajdonságok kombinációit elérni. Másodlagos módosítási lehetőségként ismert modifikáló anyagok használhatók: égésgátlók, habosítószerek, nedvesség2

HU 212 122 Β megkötő szerek, hagyományos töltőanyagok, színezékek és pigmentek, csúsztató- és stabilizálószerek, térhálósítók, stb.

Vizsgálatokat végeztünk továbbá arra vonatkozóan, hogy egy polimer mennyi gumi, illetve bőr felvételére alkalmas. Megállapítottuk, hogy 10-70 tömeg% felvételére képes, a társított polimer fizikai és kémiai tulajdonságait a gumi-bőr illetve a polimer mennyiségével valamint a töltőanyag fajlagos felületével módosíthatjuk.

Ezek után vizsgálatokat végeztünk oly módon, hogy különböző polimereket különböző mértékben kevertünk össze, amelyben azok tulajdonságai összegződtek és ehhez a fent megállapított mennyiségű bőrés/vagy gumi társítóanyagot adagoltunk. Megállapítható volt, hogy az új polimer keverékek fizikai-kémiai tulajdonságai az előzőkhöz képest kedvezően változtathatók.

Ezen kísérletek alkalmával felfigyeltünk arra, hogy vinil-acetát tartalmú polimer (ÉVA) alkalmazása esetén (pl. ESCORINE UL 0-0220 CH 1) a polimerkeverék tulajdonságai rendkívül kedvezően változtak meg.

Ismeretes, hogy nagyon sok polimer tenzid-jellegű adalékot tartalmaz, ami csúsztató hatású, illetve a más polimerekkel történő elegyedést segíti elő, valamint elősegíti a rugalmas töltőanyag (gumi-bőr) közötti szekunder kötések jobb kialakítását is.

A fenti megállapítások után kutatást végeztünk arra vonatkozóan, hogy a különböző tenzidek hogyan befolyásolják a polimerkeverékek rugalmas töltőanyaghoz történő kapcsolódását. Ezért különböző mennyiségű polimer keverékekhez különböző típusú és mennyiségű (0,02-5 t%) tenzideket tettünk, és ehhez adagoltuk a gumi és/vagy bőr társítóanyagot. Az így készített töltött polimerkeverék rendkívül jó fizikai és kémiai tulajdonságú, széles skálán változtatható, sokrétű felhasználásra alkalmas anyagokat eredményezett.

Elektronmikroszkóppal megvizsgáltuk a töltött polimerkeverékek szerkezetét, s megállapítottuk, hogy a tenzideket tartalmazó töltött polimerkeverékeknél a töltőanyagot rendkívül kedvezően fogják be a polimerek, tapadásuk erős, az ebből készült tárgyak jobban viselik a deformációkat, kontaktus megszakadása nélkül.

A polimerekhez eddig használt töltőanyagok elsősorban szervetlen anyagok voltak, amelyek folytonossága a polimerkeverékekben megszakadtak, így kedvezőtlen tulajdonságokat eredményeztek.

Kísérleteink alapján megállapítható, hogy a bőr-gumi töltőanyag poláros részei a tenzid poláros csoportjaival kontaktust létesítenek, ezáltal a tenziddel bevont töltőanyag a tenzid apoláros végei miatt kifelé apoláros jelleget mutat. Az így apolárossá vált töltőanyag apoláros polimerekbe (pl. polietilén-polipropilén) keverve jól elegyedik. Tenzid hatására megnő az a felület, amelyben kedvező kontaktus alakul ki a töltőanyag és a polimerkeverék között.

A műszaki paraméterek (szakítószilárdság, rugalmassági modulus, hang- és hőszigetelő képesség, vegyszerállóság, lángállóság, sűrűség, stb.) kedvező alakulása mellett óriási gazdasági-környezetvédelmi előnynyel jár ezeknek a kompozícióknak a gyakorlati alkalmazása.

Ma már szerte a világon komoly gondot jelent a nagy mennyiségben felhalmozódó gumi- és bőrhulladékok környezetvédelmi szempontból is biztonságos megsemmisítése vagy gazdaságos újrafelhasználása.

Például a bőrhulladékok megsemmisítése csak zárt égetőkben történhet, amely nagy anyagi ráfordításokat igényel. Az égetőben keletkezett krómtartalmú hamut csak méregtemetőben lehet tárolni.

Magyarországon évente kb. 13 000-15 000 tonna krómcserzésű bőrhulladék és kb. 40 000 tonna gumiabroncs hulladék keletkezik.

A találmány szerinti kompozíciókhoz bőrgyárakban keletkezett növényi- és krómcserzésű bőrhulladékok, cipő- és ruhaipari bőrhulladékok, gumiipari hulladékok (elsősorban használt gumiabroncsok) használhatók őrölt, darált állapotban, de alkalmasak ezek mellett polimerhulladékok is (elsősorban polivinil-klorid és poliuretán).

A hulladékokból kétféle módon állítható elő finom őrlemény:

1. Hagyományos eljárás

Késes malmokkal állítunk elő bőrrostot vagy gumiőrleményt. Ezzel az eljárással az alábbi szemcsefinomságú anyag keletkezik:

0,50 mm alatti 15%

0,50-1,00 mm-ig 35%

1,00 mm feletti 50%

2. Hidegőrlés

Ismert, de valójában nem elterjedt eljárás. Ezt úgy alkalmazzuk, hogy a gumihulladékot -80 °C-ra ismert eljárással lehűtjük, majd speciális zúzóberendezésen engedjük keresztül, ahol a gép belső hőmérséklete -75 °C ennek eredményeként a következő finomságú frakciókat kapjuk:

0,50 mm alatti 60%

0,50-1,00 mm-ig 30%

1,00 mm feletti 10%

Az előállított bőrrostot és/vagy gumiőrleményt az egyes receptúráknak megfelelő polimerekkel és adalékanyagokkal az előkészítő műveletek után a polimer komponensek olvadása feletti hőmérsékleten szakaszos vagy folyamatos elegyítésével összekeverjük célszerűen a legnagyobb homogenitást biztosító keverőberendezésben.

Az egyes összetételekben rejlő jó tulajdonságok célgépeken történő feldolgozással aknázhatók ki maximálisan, de a meglévő, különböző polimerek feldolgozásához való berendezések többsége is alkalmas ezen kompozíciók gazdaságos és jó minőségű gyártására.

A keverékekből extrúziós eljárással granulátum készíthető, amelyből lemez, fólia és más profiltermékek extrudálhatók vagy fröccsöntéssel és préseléssel számtalan formájú termék gyártható.

Célirányosan kiválasztott összetételek alkalmasak olyan 0,5-5 mm vastag lemezek extrudálására, ame3

HU 212 122 Β lyek vákuumformázással, mélyhúzással, préslégformázással továbbá alakíthatók.

Hőre lágyuló jellegüknél fogva ezen kompozíciókból gyártott termékek anyagukban színezhetők, saját anyagukkal hegeszthetők. A tömör vagy habosított szerkezetű termékek felülete ismert anyagokkal (pl. hagyományos polimerből készült fólia és lemez, flíz, textil, bőr. műbőr, stb.) esztétikai és funkcionális okokból igény szerint széleskörűen változtatható.

Esetenként a termék értékét növelő hatása lehet a találmány szerinti kompozíciók jellegzetességének, hogy az eredeti bőr és gumi szagukat megőrzik, ezáltal is elősegítik a valódi bőr és gumi termékek helyettesíthetőségét.

A találmány szerinti kompozíciók egyrészt lehetővé teszik, hogy minél nagyobb részarányban feldolgozhatok legyenek bőr- és gumihulladékok, másrészt a feldolgozáskor és az elhasználódás után keletkező hulladékok ismételten feldolgozhatók. így minimálisra csökkenthető a végleg megsemmisítésre ítélt anyag, de ezen összetételek nagy polimertartalmuk révén már lényegesen kevesebb fűtőenergiát igényelnek, és kevésbé környezetszennyezőek, mint a kiindulási bőr- és gumi hulladékok.

A találmány szerinti kompozíciók előzőekben leírt kedvező tulajdonságai elsősorban az alábbi alkalmazási területeken kamatoztathatók:

A. Járófelületek (elsősorban égésgátló adalékokkal)

- metrók, vasúti szerelvények, repülőterek, és más tömegközlekedési eszközök felületeinek kialakítása.

B. Víz elleni szigetelések

- talajvizek elleni szigetelés,

- medencék burkolása, árvízvédelmi fóliák.

- tetőburkolatok.

- építőipari szigetelések.

A B pontban leírtak előnye, hogy a helyszínen saját anyagával hegeszthetők.

C. Járótalpak

- cipőipari késztermékek.

- cipőipari javítóhálózat.

D. Műszaki gumiáruk

- gépkocsiszőnyegek,

- szállítószalagok szöveterősítéssel,

- hevederszíjak szövetbetéttel,

- alátétek, tömítések,

- kertészeti takarófóliák többszöri felhasználásra, a fóliák javíthatóak.

A gyártott termékek bármikor visszadolgozhatók, a hulladékaik a termelés bizonyos fázisaiba visszavihetők.

A találmány szerinti megoldás gyakorlati kiviteli lehetőségeit az alábbi példák szemléltetik:

/. példa

Laboratóriumi, Werner-Pfleiderer gyártmányú belső keverőbe 30 t% bőrrostot, 30 t% ESCORENE UL (ESSO) 4028 típusú etilén-vinil-acetát kopolimert és 40 t% TIPELIN PS 380-09 típusú (TVK gyártmányú) lineáris polietilént 170 ”C-on 20 percig keverünk, majd az ömledéket hengerszéken 2 mm vastag lemezzé nyomva lehűtjük. A lehűlt anyagot lemezvágó ollóval csíkokra vágjuk és forgókéses darálóban megdaráljuk. A darálókból Viscosystem típusú laborextruderen lemezgyártó üzemmódban 180 °C-on lemezt extrudálunk. Az így gyártott lemez vákuumformázható.

2. példa

Az 1. példában leírt körülmények között 50 t% bőrrostot, 25 t% ESCORENE UL 4028 típusú etilénvinil-acetát kopolimert és 25 t% TIPELIN FS 340-02 TVK típusú polietilént tartalmazó keverékből készült darálékot BATTENFELD BSKM 30/50 típusú fröcscsöntógéppel feldolgozva 65 x 50 mm-es téglalap alakzatú, 1 és 3 mm vastagságú próbatest állítható elő.

3. példa

Az 1. példában leírt körülmények között darálékot készítünk, az alábbi összetétellel:

t% bőrrost (Pécsi Bőrgyár),

201% ESCORENE UL 4028 (ESSO) típusú etilén-vinil-acetát kopolimer, t% TIPOLEN FA 2210 TVK típusú polietilén,

401% alumínium-hidroxid.

Az ömledéket hengerszéken 2 mm-es lemezzé hengerelve olyan, lángállóság szempontjából kedvező anyagot kapunk, amelyet meggyújtva és a lángforrás eltávolítása után önmagától kioltódó lesz.

4. példa

Az 1. példában leírt körülmények között, de 150 °C-os belső keverő hőmérsékletet alkalmazva darálékot készítünk, az alábbi összetétellel:

301% bőrrost, t% ESCORENE UL 4028 (ESSO) típusú etilén-vinil-acetát kopolimer,

301% TIPELIN PS 380-09 (TVK) jelzésű polietilén, 10t% EVIPOR (Egyesült Vegyiművek) típusú azodikarbonamid.

Az így készült ömledéket lemezzé hengerelve olyan anyagot kapunk, amely 10 percig 180 °C-ra fűtött szárítószekrénybe helyezve felhabosodik, és lehűtés után habszerkezetét megőrzi, kiváló hő-, és hangszigetelő tulajdonságokkal rendelkezik.

5. példa

A 3. példában leírt körülmények között és azonos összetétellel hengerszéken 2 mm-es lemezt hengerlünk az ömledékből, oly módon, hogy az ömledék hengerek közé adagolásával egyidőben az ömledék és a henger közé polietilén flízt vezetünk be az ömledék egyik vagy mindkét oldalán. így olyan lemezt kapunk, amelyhez a polietilén flíz részleges megolvadása révén egyenletesen hozzátapad.

6. példa t% polietilént (TIPELIN PS 380-09, TVK), t% etilén-vinil-acetát kopolimert (ESCORENE UL

4028, ESSO) és

HU 212 122 Β

50t% 0,40 mm szemcseméretű gumiőrleményt egalizálunk.

A keverékből szélesrésű szerszámmal ellátott extruderen lemezt gyártunk 160-200 ’C hőmérsékleten. Az így gyártott lemez hajlékony és tömör szerkezetű.

7. példa

A 6. példa szerinti összetételhez 0,2-4 t% azidokarbonamid habosítószert keverünk, és a 6. példában ismertetett körülmények között lemezt gyártunk. Az így kapott tennék gumiszerűen hajlékony és habosított szerkezetű.

8. példa

A 7. példa szerint gyártott habosított ömledéket az extrudert követő kalandersoron lamináljuk 0,5 mm 1,5 mm vastagságú, tömör TIPELIN PS 380-09 (TVK) típusú polietilén réteggel. A gyártott lemez egyik felülete habosított szerkezetű, a másik pedig tömör és sima.

9. példa

Az előző példákban említett és ismertetett extruderen olyan égésgátolt lemezt extrudálunk 180 ’C-on az alábbi összetétellel, amelyet előzőleg 170 ’C-on belső keverővei keverve homogén keverékké alakítottunk, az ömledék keveréket kalandersor hengerei között 1 mm vastagságú lappá hengereljük, lemezollóval csíkokra vágjuk, majd megdaráljuk, a darálókból lemezt extrudálunk.

Az így készített égésgátolt lemez összetétele:

t% alumínium-hidroxid, t% polietilén (TIPELIN FE 600-04, TVK),

201% etilén-vinil-acetát kopolimer (EXCORENE UL

4028, ESSO).

t% gumió'rlemény (1,4 mm szemcseméretű).

10. példa

A 6. példában leírt körülmények között gyártunk lemezt az alábbi összetétellel:

501% etilén-vinil-acetát kopolimer (ESCORENE UL

4028. ESSO), t% gumiőrlemény (TAURUS) t% ismert módon szálasított bőrhulladék.

Az így kapott termék tulajdonságai a bőr és a gumi társítóanyagok kombinált hatása révén kedvezőbbek, mint a 6. példa szerinti összetétellel készült lemezéi.

11. példa

A 10. példában leírt körülmények között gyártunk lemezt azzal a különbséggel, hogy polimer komponensként 1 : 3 tömegarányban alkalmazunk TIPELIN PS 380-09 (TVK) típusú polietilént és EXCORENE UL 4028 (ESSO) jelű etilén-vinil-acetát kopolimert.

72. példa t% polietilént (TIPELIN PS 380-09, TVK), t% etilén-vinil-acetát kopolimert (ESCORENE

UL 0-0220 CH 1,ESSO), és 50 t% 1 mm szemcseméretű gumiőrleményt egalizálunk.

A keverékből szélesrésű szerszámmal ellátott extruderen lemezt gyártunk, 170-200 ’C hőmérsékleten. Az így gyártott lemez tömör szerkezetű, vákuumozható.

13. példa

501% 1 mm szemcseméretű gumiőrleményt (TAURUS), t% TIPELIN PS 380-09 típusú polietilént (TVK), t% glicerin-monosztearátot,

201% polipropilénnel hengerszéken ömledéket képezünk, majd gumilemezzé hengerlünk.

14. példa 45 t% bőrt, t% cink-sztearátot, t% ESCORENE UL 0-0220 CH 1-t (ESSO),

301% TIPELIN FE 600-04-t (TVK)

Wemer-Pfeiderer gyártmányú belső keverőben összekeverünk, majd 180 fokon lemezt extrudálunk belőle.

Az így kapott lemez vákuumformázható, színezhető.

Elektronmikroszkópos vizsgálatokat végeztünk a találmány szerinti termékek és az ismert termékek szerkezetére nézve. A vizsgálati eredmények alapján megállapítható, hogy a tenzidet tartalmazó polimer kompozíciók esetében a társítóanyag - vagyis a gumi illetve a bőr - a polimer mátrixban homogén módon, jól beágyazódva helyezkedik el, míg a tenzidet nem tartalmazó keverék-összetételek esetében agglomerált szerkezet, és a társítóanyag és a polimer mátrix között lényegesen kisebb érintkező felületek figyelhetők meg.

A találmány szerinti kompozíciókból készített termékek felülete a feldolgozási technológiától függően természetes vagy mesterséges flízzel vagy szőtt textíliákkal, merev anyagokkal társítható.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONT

   Társítóanyagot tartalmazó, hőre lágyuló műanyagfeldolgozási eljárásokkal megmunkálható polimer kompozíció, azzal jellemezve, hogy társítóanyagként 10-70 tömeg%, célszerűen 0,2-5 mm szemcseméretű aprított hulladék gumit és/vagy foszlatott hulladék bőrrostokat; valamint egy vagy több ismert tenzidet, és kívánt esetben a felhasználási területnek megfelelő ismert adalék- illetve segédanyagot, célszerűen égésgátlót, habosítószert, nedvességmegkötő szert, hagyományos töltőanyagot, színezéket és pigmentet, csúsztatóés stabilizálószert, térhálósítót tartalmaz.