PL218146B1 - Kompozycja termoplastyczna zawierająca napełniacz naturalny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja termoplastyczna zawierająca napełniacz naturalny.

Znane są kompozycje termoplastyczne zawierające napełniacze w postaci rozdrobnionych materiałów naturalnych, zawierających celulozę (materiały lignocelulozowe). Najczęściej są to materiały pochodzące z roślin wieloletnich (materiały drzewne), ale wykorzystywane są również materiały wytwarzane z roślin jednorocznych (juta, len, konopie). Znane jest również wykorzystanie rozdrobnionej słomy rzepakowej, pszennej i ryżowej.

Przedstawione w opisie patentowym PL 195047 zastosowanie mączek drzewnych w ilości 70 - 100 cz. wag. na 100 cz. wag. PVC służy do otrzymywania nośnych, spodnich warstw wykładzin podłogowych. W opisach CN 1292398 i CN 1603088 plastyfikowane kompozycje PVC z mączkami drzewnymi są wykorzystywane jako niepalne dekoracyjne wyroby drewnopodobne. Mączki drzewne są stosowane w ilości 30-70% wag. Stosowanie włókien naturalnych (len, konopie, sizal, juta) do wykładzin podłogowych PVC opisano w dokumencie GB 1279497 i JP 57108161. Jako napełniacz stosowana jest także rozdrobniona słoma ryżowa, jak to przedstawiono w opisach patentowych CN 1281875, CN 1536028, CN 1629217, CN 1830876, CN 101298189, CN 101544837, CN 101955611 oraz CN 102086306.

Z opisu patentowego PL 186577 znane są kompozyty na bazie włókien naturalnych (lnu, konopi). Sposób wytwarzania kompozytu z polimeru termoplastycznego i włókien przez mieszanie polimeru przed jego wytłoczeniem z pociętymi włóknami polega na tym, że do polimeru termoplastycznego dodaje się włókna naturalne o długości od 0,5 mm do 3 mm w ilości do 25 cz. wag. na 100 cz. wag. polimeru miesza się i wytłacza w dolnym zakresie temperatury topnienia polimeru, przy czym czas przebywania mieszaniny w strefie grzejnej wytłaczarki wynosi od 20 do 30 sekund, a następnie otrzymany kompozyt granuluje się.

Znany jest z opisu patentowego PL 202219 sposób otrzymywania kompozytu poprzez łączenie polimerów termoplastycznych oraz słomy rzepakowej polegający na tym, że z materiału lignocelulozowego, którym jest słoma rzepakowa, usuwa się wilgoć, następnie rozdziela na fragmenty o długości do 5 mm i łączy się z polimerem termoplastycznym, korzystnie polietylenem i/lub polipropylenem w ilości do 80% wagowych słomy, z kolei mieszaninę podgrzewa się do temp. 393-493 K i poddaje procesowi wytłaczania, a następnie chłodzenia i granulacji. Otrzymany kompozyt według wynalazku ma zastosowanie w przemyśle budowlanym i motoryzacyjnym.

Z opisu patentowego PL 208723 znana jest kompozycja polichlorowinylowa z naturalnym napełniaczem, zawierająca pierwotny lub wtórny poli(chlorek winylu), napełniacz naturalny i ewentualnie środki pomocnicze, charakteryzująca się tym, że jako napełniacz naturalny zawiera rozdrobnioną, wysuszoną słomę rzepakową, w ilości 5 - 60% wagowych w stosunku do polimeru. Napełniacz stosowany w tej kompozycji otrzymuje się przez rozdrobnienie wysuszonej słomy rzepakowej w młynie nożowym, udarowym lub innym, z wymiennym sitem o różnej wielkości oczek (w zakresie od 0,1 - 5 nm). Kompozycję wytwarza się przez zmieszanie fizyczne odpadowego lub pierwotnego PVC z napełniaczem lignocelulozowym uzyskanym ze słomy rzepakowej, a następnie granulację kompozycji na linii wytłaczarkowej z wytłaczarką jedno lub dwuślimakową, lub poprzez walcowanie PVC z napełniaczem, a następnie granulację w młynie nożowym. Uzyskane kompozycje przetwarza się dalej standardowymi metodami takimi jak wtryskiwanie lub prasowanie. Kompozycję można także wytłaczać bezpośrednio (z pominięciem procesu granulacji) np.: na profile lub rury. Stwierdzono, że polichlorowinylowa kompozycja termoplastyczna, w której jako napełniacz zastosowano rozdrobnioną słomę rzepakową charakteryzuje się właściwościami mechanicznymi zbliżonymi do kompozycji, w których jako napełniacz stosuje się mączki i pyły drzewne lub napełniacze mineralne. Kompozycja ta jest odporna na starzenie w warunkach atmosferycznych, a więc nie jest biodegradowalna.

Średnia roczna produkcja słomy w Polsce przekracza 30 min ton z tego ok. 1/3 startowi nadwyżkę nie wykorzystywaną na paszę lub ściółkę dla zwierząt. Biorąc to pod uwagę, zasadne wydaje się wykorzystanie tego surowca jako napełniacza kompozycji polimerowych.

Kompozycja z napełniaczem naturalnym według wynalazku zawierająca napełniacz naturalny, pierwotny lub wtórny polietylen małej lub dużej gęstości, pierwotny lub wtórny polipropylen lub aglomerat polipropylenu i polietylenu, pierwotny lub wtórny poli(chlorek winylu) ewentualnie środki pomocnicze, charakteryzuje się tym, że jako napełniacz naturalny zawiera rozdrobnioną słomę żytnią, jęczmienną lub owsianą o cząstkach, których największy wymiar wynosi 0,25 - 1,5 mm w ilości 5 - 40% wagowych w stosunku do polimeru.

PL 218 146 B1

Korzystnie kompozycja według wynalazku zawiera napełniacz w ilości 10 - 30% wagowych w stosunku do polimeru.

Korzystnie kompozycja według wynalazku zawiera dodatek kompatybilizatora do poliolefin w ilości do 5% wagowych w stosunku do polimeru. Jako kompatybilizatory kompozycja zawiera zwłaszcza polipropylen modyfikowany bezwodnikiem maleinowym lub polietylen modyfikowany bezwodnikiem maleinowym.

Kompozycje według wynalazku otrzymuje się przez fizyczne zmieszanie wybranej osnowy polimerowej z napełniaczem i środkami pomocniczymi na walcach kalandra lub w wytłaczarce jedno lub dwu ślimakowej w temperaturze nie przekraczającej temperatury degradacji napełniacza naturalnego, a następnie rozdrabnia lub granuluje w znany sposób. Korzystnie stosuje wytłaczarkę zaopatrzoną w system odgazowania i w system oddzielnych dozowników, oddzielny dozownik do każdego surowca. Do wytłaczarki korzystnie wprowadza się napełniacz do strefy zawierającej już uplastyczniony polimer z ewentualnym kompatybilizatorem.

Uzyskana według wynalazku kompozycja może być przetwarzana przez wytłaczanie, wtrysk, prasowanie.

Kompozycja termoplastyczna zawierająca napełniacz naturalny według wynalazku może znaleźć zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, meblowym, budowlanym, w ogrodnictwie a także do wyrobu opakowań.

Dzięki małej zdolności do absorbowania wody (poniżej 1%) mogą znaleźć zastosowanie do aplikacji zewnętrznych: wiadra, kontenery, pojemniki, doniczki, elementy architektury ogrodowej itp., także do zastosowań wewnętrznych np.: w przemyśle samochodowym. Kompozycje charakteryzują się dobrymi właściwościami użytkowymi i z powodzeniem mogą stanowić substytut drewna oraz kompozyty polimerowo-drzewne (WPC), a dzięki zastosowaniu odpadowych materiałów są tanie.

Kompozycje z materiałem lignocelulozowym łatwo można poddać poużytkowej utylizacji termicznej wyrobów, poprzez spalenie z odzyskiem energii.

Kompozycje polimerowe na osnowie termoplastów wzmacniane włóknami naturalnymi są produktami konkurencyjnymi w stosunku do tradycyjnych materiałów polimerowych napełnianych włóknem szklanym czy mineralnym, i płyt pilśniowych. Przyczyniają się do obniżenia kosztów wytwarzania.

Otrzymane kompozyty charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi. Moduły sprężystości przy zginaniu i rozciąganiu są od kilku do kilkunastu razy większe w porównaniu do czystej osnowy polimerowej (bez napełniacza). Dzięki wynalazkowi można otrzymać materiały o poprawionej wytrzymałości na zginanie, rozciąganie lub udarności.

Kompozycje według wynalazku przedstawiono w przykładach i zestawiono w tabeli ich właściwości.

P r z y k ł a d I.

Polietylen w postaci granulatu, pociętą słomę jęczmienną o rozdrobnieniu 0,75 mm w ilości 30% wagowych w stosunku do polimeru podaje się na wytłaczarkę i wytłacza przy prędkości obrotowej ślimaków 200 obrotów na minutę w temperaturze 180°C. Tworzywo po wyjściu z głowicy wytłaczarskiej chłodzi się i granuluje, a następnie przetwarza metodą wtrysku w celu otrzymania kształtek do badań fizyko-mechanicznych.

P r z y k ł a d II.

Polietylen w postaci granulatu, pociętą słomę jęczmienną o rozdrobnieniu 0,75 mm w ilości 30% wagowych w stosunku do polimeru oraz kompatybilizator w postaci polietylenu, modyfikowanego bezwodnikiem maleinowym w ilości 5% wagowych w stosunku do polimeru, podaje się na wytłaczarkę i wytłacza przy prędkości obrotowej ślimaków 200 obrotów na minutę w temperaturze 180°C. Tworzywo po wyjściu z głowicy wytłaczarskiej chłodzi się i granuluje, a następnie przetwarza metodą wtrysku w celu otrzymania kształtek do badań fizyko-mechanicznych.

P r z y k ł a d III.

Poli(chlorek winylu) stanowiący odpad z produkcji kabli i słomę owsianą o rozdrobnieniu 0,75 mm w ilości 40% wagowych w stosunku do polimeru podaje się na wytłaczarkę i wytłacza przy prędkości obrotowej ślimaków 100 obrotów na minutę w temperaturze 170°C. Tworzywo po wyjściu z głowicy wytłaczarskiej chłodzi się i granuluje, a następnie przetwarza metodą wtrysku w celu otrzymania kształtek do badań fizyko-mechanicznych.

PL 218 146 B1

P r z y k ł a d IV.

Polipropylen stanowiący odpad folii opakowaniowej i pociętą słomę żytnią o rozdrobnieniu 0,75 mm w ilości 10% wagowych w stosunku do polimeru podaje się na wytłaczarkę i wytłacza przy prędkości obrotowej ślimaków 200 obrotów na minutę w temperaturze 190°C. Tworzywo po wyjściu z głowicy wytłaczarskiej chłodzi się i granuluje, a następnie przetwarza metodą wtrysku w celu otrzymania kształtek do badań fizyko-mechanicznych.

P r z y k ł a d V.

Polipropylen stanowiący odpad folii opakowaniowej i pociętą słomę żytnią o rozdrobnieniu 0,75 mm w ilości 20% wagowych w stosunku do polimeru podaje się na wytłaczarkę i wytłacza przy prędkości obrotowej ślimaków 200 obrotów na minutę w temperaturze 190°C. Tworzywo po wyjściu z głowicy wytłaczarskiej chłodzi się i granuluje, a następnie przetwarza metodą wtrysku w celu otrzymania kształtek do badań fizyko-mechanicznych.

P r z y k ł a d VI.

Polipropylen stanowiący odpad folii opakowaniowej i pociętą słomę żytnią o rozdrobnieniu 0,75 mm w ilości 30% wagowych w stosunku do polimeru podaje się na wytłaczarkę i wytłacza przy prędkości obrotowej ślimaków 200 obrotów na minutę w temperaturze 190°C. Tworzywo po wyjściu z głowicy wytłaczarskiej chłodzi się i granuluje, a następnie przetwarza metodą wtrysku w celu otrzymania kształtek do badań fizyko-mechanicznych.

P r z y k ł a d VII.

Polipropylen stanowiący odpad folii opakowaniowej i pociętą słomę żytnią o rozdrobnieniu 0,75 mm w ilości 40% wagowych w stosunku do polimeru podaje się na wytłaczarkę i wytłacza przy prędkości obrotowej ślimaków 200 obrotów na minutę w temperaturze 190°C. Tworzywo po wyjściu z głowicy wytłaczarskiej chłodzi się i granuluje, a następnie przetwarza metodą wtrysku w celu otrzymania kształtek do badań fizyko-mechanicznych.

P r z y k ł a d VIII.

Polipropylen stanowiący odpad folii opakowaniowej i pociętą słomę żytnią o rozdrobnieniu 0,75 mm w ilości 30% wagowych w stosunku do polimeru oraz kompatybilizator w postaci polipropylenu, modyfikowanego bezwodnikiem maleinowym w ilości 5% wagowych w stosunku do polimeru, podaje się na wytłaczarkę i wytłacza przy prędkości obrotowej ślimaków 100 obrotów na minutę w temperaturze 190°C. Tworzywo po wyjściu z głowicy wytłaczarskiej chłodzi się i granuluje, a następnie przetwarza metodą wtrysku w celu otrzymania kształtek do badań fizyko-mechanicznych.

Właściwości otrzymanych kompozytów z przykładów I-VIII przedstawiono w tabeli. Dla porównania w tabeli umieszczono również właściwości mechaniczne polimeru bez napełniacza.

Tabela

Właściwości mechaniczne kompozytów z przykładów I-VIII

Numer przykładu	Rozciąganie	Zginanie	Udamość Charpy z karbem
	Wydłużenie przy zerwaniu	Wytrzymałość na zerwanie	Granica plastyczności	Moduł przy rozciąganiu	Strzałka ugięcia	Wytrzymałość na zginanie	Moduł przy zginaniu
	%	MPa	MPa	MPa	mm	MPa	MPa	kJ/mJ
PE	31	35	35	1836	10	44	1515	5
PP	107	13	13	269	10	7	158	64
1	13	10	10	1164	10	14	627	12
Π	6	15	15	1275	10	20	750	8
PVC	185	16	16	98	10	1	31	48
III	6	15	15	1010	10	15	527	9
PP odpadowy	390,35	10	10	1012	10	21	765	8
IV	12	15	15	1466	10	21	1104	6
V	6	15	15	2140	9	23	1591	6
VI	3	15	15	2591	6	23	2213	5
VII	2	14	14	3279	4	24	2735	4
VIII	3	26	26	2818	7	38	2423	5

PE, PP, PVC - osnowa polimerowa bez napełniacza i kompatybilizatora

Claims (4)

1. Kompozycja termoplastyczna zawierająca napełniacz naturalny, pierwotny lub wtórny polietylen małej lub dużej gęstości, pierwotny lub wtórny polipropylen lub aglomerat polipropylenu i polietylenu, pierwotny lub wtórny poli(chlorek winylu), ewentualnie środki pomocnicze, znamienna tym, że jako napełniacz naturalny zawiera rozdrobnioną słomę żytnią, jęczmienną lub owsianą o cząstkach, których największy wymiar wynosi 0,25 - 1,5 mm w ilości 5 - 40% wagowych w stosunku do polimeru.

2. Kompozycja termoplastyczna zawierająca napełniacz naturalny według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera napełniacz w ilości 10-30% wagowych w stosunku do polimeru.

3. Kompozycja termoplastyczna zawierająca napełniacz naturalny według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera dodatek kompatybilizujący poliolefinę z napełniaczem w ilości do 5% wagowych w stosunku do polimeru.

4. Kompozycja termoplastyczna zawierająca napełniacz naturalny według zastrz. 1 albo 4, znamienna tym, że jako dodatek kompatybilizujący poliolefinę z napełniaczem zawiera polipropylen modyfikowany bezwodnikiem maleinowym lub polietylen modyfikowany bezwodnikiem maleinowym.