PL229811B1 - Kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny i sposób jego wytwarzania - Google Patents

Abstract

Kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny, otrzymywany w procesie współwytłaczania mikroporującego charakteryzuje się tym, że składa się z dwóch warstw: warstwy (1) zewnętrznej litej i warstwy (2) wewnętrznej mikroporowatej, z których warstwa (1) zewnętrzna lita wytworzona jest z poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego i mączki (3) drzewnej. Warstwa (2) wewnętrzna mikroporowata wytworzona jest z poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego i mikrosfer (4) polimerowych. Sposób wytwarzania kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego, charakteryzuje się tym, że do dwóch układów uplastyczniających wytłaczarek posiadających cztery strefy grzejne, połączonych z głowicą wytłaczarską, dostarcza się tworzywo, przy czym do układu pierwszego zasypuje się poli(chlorek winylu) nieplastyfikowany i mączkę drzewną, zaś do układu drugiego zasypuje się poli(chlorek winylu) nieplastyfikowany i mikrosfery polimerowe.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny i sposób jego wytwarzania, otrzymywany w procesie współwytłaczania mikroporującego, zawierający mikrosfery polimerowe i mączkę drzewną.

Otrzymywanie wytworów mikroporowatych wiąże się z dodaniem do tworzywa przetwarzanego środka mikroporującego, który w odpowiednich warunkach procesu nadaje mu strukturę mikroporowatą. Ważne jest aby mikroporowata struktura wytworu była jednorodna w całym przekroju wytworu o bardzo małych i równomiernie rozłożonych mikroporach, co opisano w książce M. Bielińskiego pod tytułem „Techniki porowania tworzyw termoplastycznych” wydanej przez Wydawnictwa Uczelniane Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy 2004, s. 110-124. Wytwarzanie rur wielowarstwowych z litych tworzyw termoplastycznych odbywa się w procesie współwytłaczania klasycznego. W przypadku modyfikacji tworzywa środkiem mikroporującym konieczne staje się zastąpienie tego procesu współwytłaczaniem mikroporującym. Dodawany w procesie środek mikroporujący może być w postaci gazu, cieczy lub ciała stałego i jest zwykle dodawany do tworzywa w trakcie procesu wytłaczania.

Znany jest, z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr 5938994 sposób wytwarzania włókien polimerowo-drzewnych w procesie wytłaczania dwuślimakowego. Otrzymany w procesie wytwór jednowarstwowy jest w postaci granulatu, który jest mieszaniną tworzywa, drzewa, węglany wapnia i talku, zaś nie zawiera środka mikroporującego.

W amerykańskim zgłoszeniu patentowym nr 2002042452 zaprezentowano sposób wytwarzania elementów konstrukcyjnych z porowatej kompozycji zawierającej mączkę drzewną. Zgodnie z prezentowanym rozwiązaniem elementy są jednowarstwowe i wytwarza się je w procesie wytłaczania konwencjonalnego. Opracowana kompozycja składa się z PVC w postaci proszku z dodatkiem środka porującego, mączki drzewnej, środka żelującego oraz stabilizatora cieplnego.

Znany jest z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr 5847016 sposób wytłaczania kompozytu polimerowego z mączka drzewną. Opracowana metoda dotyczy wytłaczania konwencjonalnego porowatego poli(chlorku winylu) lub polistyrenu zawierającego napełniacz w postaci mączki drzewnej lub włókien drzewnych. W prezentowanym rozwiązaniu proces wytłaczania prowadzony jest z użyciem jednej wytłaczarki i jednaj głowicy wytłaczarskiej, w wyniku czego następuje porowanie kształtownika w całym przekroju.

W zgłoszeniu patentowym nr WO08117947 przedstawiono dwuwarstwowy wytłaczany kształtownik otrzymywany z odpadów z tworzyw polimerowych. Otrzymany wytwór w postaci płyty z mieszaniny: 50-70% wag. proszku odpadów foliowych z tworzyw, 10-20% wag. proszku drewna, 10-20% wag. włókna szklanego, 9,8% wag. wermikulitu i 0,1-0,2% wag. środka porującego. W prezentowanym rozwiązaniu wszystkie składniki kompozycji znajdują się w całym przekroju wytworu i są przetworzone w procesie wytłaczania konwencjonalnego.

Istotą kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego, otrzymywanego w procesie współwytłaczania mikroporującego, jest to, że składa się z dwóch warstw, warstwy zewnętrznej litej i warstwy wewnętrznej mikroporowatej, z których warstwa zewnętrzna lita wytworzona jest z poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości od 60% do 30% wag. i mączki drzewnej w ilości od 40% do 70% wag., zaś warstwa wewnętrzna mikroporowata wytworzona jest z poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości od 98,5% do 99,5% wag., korzystnie 99% wag. i mikrosfer polimerowych w ilości od 0,5% do 1,5% wag., korzystnie 1,0% wag. Stosunek grubości warstwy zewnętrznej litej do grubości warstwy wewnętrznej mikroporowatej wynosi 1:2. Warstwa wewnętrzna mikroporowata posiada otwór przelotowy wzdłuż osi kształtownika. W warstwie wewnętrznej mikroporowatej średnica mikroporów zawiera się w przedziale od 60 μm do 120 μm, korzystnie 80 μm, powierzchnia jednostkowa mikroporów zawiera się w przedziale od 5030 μm² do 9200 μm², korzystnie 8100 μm², zaś udział powierzchniowy mikroporów zawiera się w przedziale od 34% do 55%, korzystnie 40%.

Istotą sposobu wytwarzania kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego jest to, że do dwóch układów uplastyczniających wytłaczarek: pierwszego i drugiego, posiadających cztery strefy grzejne: strefę pierwszą układu uplastyczniającego pierwszego, strefę drugą układu uplastyczniającego pierwszego, strefę trzecią układu uplastyczniającego pierwszego, strefę czwartą układu uplastyczniającego pierwszego, strefę pierwszą układu uplastyczniającego drugiego, strefę drugą układu uplastyczniającego drugiego, strefę trzecią układu uplastyczniającego drugiego, strefę czwartą układu uplastyczniającego drugiego, połączonych z głowicą wytłaczarską, dostarcza się tworzywo, przy czym do układu pierwszego zasypuje się poli(chlorek winylu) nieplastyfikowany w ilości od 60 do 30% wag.

PL 229 811 B1 i mączkę drzewną w ilości od 40 do 70% wag., zaś do układu drugiego zasypuje się poli(chlorek winylu) nieplastyfikowany w ilości od 98,5% do 99,5% wag., korzystnie 99% wag. i mikrosfery polimerowe w ilości od 0,5% do 1,5% wag., korzystnie 1,0% wag., po czym nagrzewa się tworzywo w układzie pierwszym do temperatury w strefie pierwszej od 100 do 115°C, w strefie drugiej od 115 do 125°C, w strefie trzeciej od 125 do 135°C, w strefie czwartej od 135 do 145°C a w układzie drugim do temperatury w strefie pierwszej od 115 do 125°C, w strefie drugiej od 125 do 135°C, w strefie trzeciej od 145 do 155°C, w strefie czwartej od 155 do 165°C, zaś temperatura w głowicy wytłaczarskiej wynosi od 160 do 165°C, po ukształtowaniu kształtownika w głowicy wytłaczarskiej następuje chłodzenie w temperaturze 15°C, zaś prędkość odbioru kształtownika wynosi 10 m/min.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest specyficzna struktura trójfazowa kształtownika, składającego się z tworzywa polimerowego, napełniacza w postaci mączki drzewnej oraz środka mikroporującego w postaci mikrosfer polimerowych. Dodanie mikrosfer skutkuje znacznym zmniejszeniem ciężaru kształtownika, nawet do 50%, zaś dodanie mączki drzewnej nadaje strukturę drewna naturalnego przy jednoczesnym zachowaniu wyglądu zewnętrznego kształtownika litego o gładkiej i błyszczącej powierzchni. Kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny charakteryzuje się zmienionymi właściwościami fizycznymi i użytkowymi w odniesieniu do kształtowników litych, takimi jak gęstość, twardość czy udarność. Warstwa wewnętrzna mikroporowata wykonana jest z poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego zawierającego środek mikroporujący, co powoduje zmniejszenie gęstości termoplastycznego tworzywa polimerowego oraz zwiększenie jej elastyczności. Warstwa zewnętrzna lita wykonana z poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego i mączki drzewnej jest odporna na ścieranie, zarysowania i uszkodzenia mechaniczne oraz pozostawia kształtownik sztywnym.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia przykład kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewny w przekroju poprzecznym zaś, fig. 1a - szczegół A przekroju poprzecznego kształtownika, fig. 2 - schemat fragmentu linii technologicznej współwytłaczania mikroporującego w widoku z góry.

Kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny składa się z dwóch warstw, warstwy 1 zewnętrznej litej i warstwy 2 wewnętrznej mikroporowatej, z których warstwa 1 zewnętrzna stanowi powłokę ochronną i wytworzona jest z litego poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości od 60% do 30% wag. i mączki 3 drzewnej w ilości od 40% do 70% wag., zaś warstwę 2 wewnętrzną mikroporowatą stanowi poli(chlorek winylu) nieplastyfikowany w ilości od 98,5% do 99,5% wag., korzystnie 99% wag. i mikrosfery 4 polimerowe w ilości od 0,5% do 1,5% wag., korzystnie 1,0% wag. Stosunek grubości h warstwy 1 zewnętrznej litej do grubości warstwy 2 wewnętrznej mikroporowatej wynosi 1:2. Warstwa 2 wewnętrzna mikroporowata ma otwór 5 przelotowy wzdłuż osi kształtownika. W warstwie 2 wewnętrznej mikroporowatej średnica mikroporów zawiera się w przedziale od 60 pm do 120 pm, korzystnie 80 pm, powierzchnia jednostkowa mikroporów zawiera się w przedziale od 5030 pm² do 9200 pm², korzystnie 8100 pm², zaś udział powierzchniowy mikroporów zawiera się w przedziale od 34% do 55%, korzystnie 40%.

P r z y k ł a d 1

Kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny został wykonany w procesie współwytłaczania mikroporującego, przy wykorzystaniu dwóch układów uplastyczniających wytłaczarek: pierwszego układu A i drugiego układu B i jednej głowicy D wytłaczarskiej do współwytłaczania. Warstwę 1 zewnętrzną kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego wytworzono z litego poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości 60% wag., gęstości 1420 kg/m³ i mączki 3 drzewnej w ilości 40% wag., dostarczanych do głowicy D wytłaczarskiej z układu A uplastyczniającego pierwszego wytłaczarki. Warstwę 2 wewnętrzną kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego wytworzono z uprzednio wykonanej mieszaniny poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości 99,5% wag., o gęstości 1420 kg/m³ ze środkiem mikroporującym o endotermicznym charakterze rozkładu dostarczano do głowicy D wytłaczarskiej z układu B uplastyczniającego drugiego wytłaczarki. Wykorzystany w procesie środek mikroporujący stanowił mieszaninę 65% mikrosfer w kopolimerze etylen/octan winylu. Środek ten dozowano w ilości 0,5% w stosunku do masy poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego. Proces współwytłaczania mikroporującego prowadzono przy zmienionych parametrach procesu. Temperatura stref układu A uplastyczniającego pierwszego wynosiła odpowiednio: w strefie ]a pierwszej - 100°C, w strefie ]Ia drugiej - 115°C, w strefie IIIa trzeciej - 125°C, w strefie IVa czwartej - 135°C. Temperatura stref układu B uplastyczniającego drugiego wynosiła odpowiednio: w strefie Ib pierwszej - 115°C, w strefie Ib drugiej - 125°C, w strefie IIIb trzeciej - 145°C, w strefie IVb czwartej - 155°C.

PL 229 811 B1

Temperatura strefy głowicy D wytłaczarskiej wynosiła 160°C. Temperatura czynnika chłodzącego wynosiła 15°C. Proces prowadzono przy prędkości odbioru kształtownika równej 10 m/min. Otrzymano kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny, składający się z litej warstwy 1 zewnętrznej o grubości 3,0 mm oraz warstwy 2 wewnętrznej mikroporowatej, stanowiącej wypełnienie kształtownika o grubości 6,0 mm. Średnia średnica mikroporów 4 w warstwie 2 wewnętrznej mikroporowatej wyniosła 60 μm, średnia powierzchnia jednostkowa mikroporów wyniosła 5030 μm² w przekroju poprzecznym kształtownika, zaś udział powierzchniowy mikroporów w przekroju poprzecznym kształtownika wyniósł 34%. Otrzymany kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny charakteryzował się gęstością pozorną równą 940 kg/m³, twardością warstwy wierzchniej równą 84°Sh oraz temperaturą mięknienia VST równą 60°C.

P r z y k ł a d 2

Kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny został wykonany w procesie współwytłaczania mikroporującego, przy wykorzystaniu dwóch układów uplastyczniających wytłaczarek: pierwszego układu A i drugiego układu B i jednej głowicy D wytłaczarskiej do współwytłaczania. Warstwę 1 zewnętrzną kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego wytworzono z litego poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości 30% wag., gęstości 1420 kg/m³ i mączki 3 drzewnej w ilości 70% wag., dostarczanych do głowicy wytłaczarskiej z układu A uplastyczniającego pierwszego wytłaczarki. Warstwę 2 wewnętrzną kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego wytworzono z uprzednio wykonanej mieszaniny poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości 98,5% wag., o gęstości 1420 kg/m³ ze środkiem mikroporującym o endotermicznym charakterze rozkładu dostarczano do głowicy D wytłaczarskiej z układu B uplastyczniającego drugiego wytłaczarki. Wykorzystany w procesie środek mikroporujący stanowił mieszaninę 65% mikrosfer w kopolimerze etylen/octan winylu. Środek ten dozowano w ilości 1,5% w stosunku do ma sy poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego. Proces współwytłaczania mikroporującego prowadzono przy zmienionych parametrach procesu. Temperatura stref układu A uplastyczniającego pierwszego wynosiła odpowiednio: w strefie Ja pierwszej

- 115°C, w strefie IIa drugiej - 125°C, w strefie IIIa trzeciej - 135°C, w strefie IVa czwartej - 145°C. Temperatura stref układu B uplastyczniającego drugiego wynosiła odpowiednio: w strefie Jb pierwszej

- 125°C, w strefie IIB drugiej - 135°C, w strefie IIIb trzeciej - 155°C, w strefie IVb czwartej - 165°C. Temperatura strefy głowicy D wytłaczarskiej wynosiła 165°C. Temperatura czynnika chłodzącego wynosiła 15°C. Proces prowadzono przy prędkości odbioru kształtownika równej 10 m/min. Otrzymano kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny, składający się z litej warstwy 1 zewnętrznej o grubości 5,0 mm oraz warstwy 2 wewnętrznej mikroporowatej, stanowiącej wypełnienie kształtownika o grubości 10,0 mm. Średnia średnica mikroporów 4 w warstwie 2 wewnętrznej mikroporowatej wyniosła 120 μm, średnia powierzchnia jednostkowa mikroporów wyniosła 9200 μm² w przekroju poprzecznym kształtownika, zaś udział powierzchniowy mikroporów w przekroju poprzecznym kształtownika wyniósł 55%. Otrzymany kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny charakteryzował się gęstością pozorną równą 639 kg/m³, twardością równą 80°Sh oraz temperaturą mięknienia VST równą 55°C.

P r z y k ł a d 3

Kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny został wykonany w procesie współwytłaczania mikroporującego, przy wykorzystaniu dwóch układów uplastyczniających wytłaczarek: pierwszego układu A i drugiego układu B i jednej głowicy D wytłaczarskiej do współwytłaczania. Warstwę 1 zewnętrzną kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego wytworzono z litego poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości 40% wag., gęstości 1420 kg/m³ i mączki 3 drzewnej w ilości 60% wag., dostarczanych do głowicy wytłaczarskiej z układu _A uplastyczniającego pierwszego wytłaczarki. Warstwę 2 wewnętrzną kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego wytworzono z uprzednio wykonanej mieszaniny poli(chlorku winylu) o nieplastyfikowanego w ilości 99% wag., o gęstośc 1420 kg/m³ ze środkiem mikroporującym o endotermicznym charakterze rozkładu dostarczano do głowicy D wytłaczarskiej z układu B uplastyczniającego drugiego wytłaczarki. Wykorzystany w procesie środek mikroporujący stanowił mieszaninę 65% mikrosfer w kopolimerze etylen/octan winylu. Środek ten dozowano w ilości 1,0% w stosunku do masy poli (chlorku winylu) nieplastyfikowanego. Proces współwytłaczania mikroporującego prowadzono przy zmienionych parametrach procesu. Temperatura stref układu A uplastyczniającego pierwszego wynosiła odpowiednio: w strefie IA pierwszej

- 105°C, w strefie IIa drugiej - 110°C, w strefie IIIa trzeciej - 120°C, w strefie IVa czwartej - 130°C. Temperatura stref układu B uplastyczniającego drugiego wynosiła odpowiednio: w strefie Jb pierwszej

- 120°C, w strefie IIB drugiej - 130°C, w strefie IIIb trzeciej - 150°C, w strefie IIIb czwartej - 160°C.

PL 229 811 B1

Temperatura strefy głowicy D wytłaczarskiej wynosiła 162°C. Temperatura czynnika chłodzącego wynosiła 15°C. Proces prowadzono przy prędkości odbioru kształtownika równej 10 m/min. Otrzymano kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny, składający się z litej warstwy i zewnętrznej o grubości 4,0 mm oraz warstwy 2 wewnętrznej 5 mikroporowatej, stanowiącej wypełnienie kształtownika o grubości mm. Średnia średnica mikroporów 4 w warstwie 2 wewnętrznej mikroporowatej wyniosła 80 μm, średnia powierzchnia jednostkowa mikroporów wyniosła 8100 μm², zaś udział powierzchniowy mikroporów wyniósł 40%. Otrzymany kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny charakteryzował się gęstością pozorną równą 850 kg/m³, twardością równą 82°Sh oraz temperaturą mięknienia VST równą 60°C.

Claims (5)

1. Kształtownik dwuwarstwowy polimerowo-drzewny, otrzymywany w procesie współwytłaczania mikroporującego, znamienny tym, że składa się z dwóch warstw, warstwy (1) zewnętrznej litej i warstwy (2) wewnętrznej mikroporowatej, z których warstwa (1) zewnętrzna lita wytworzona jest z poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości od 30% do 60% wag. i mączki (3) drzewnej w ilości od 40 do 70% wag., zaś warstwa (2) wewnętrzna mikroporowata wytworzona jest z poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego w ilości od 98,5% do 99,5% wag., korzystnie 99% wag. i mikrosfer (4) polimerowych w ilości od 0,5% do 1,5% wag., korzystnie 1,0% wag.

2. Kształtownik, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek grubości (h1) warstwy (1) zewnętrznej litej do grubości (h₂) warstwy (2) wewnętrznej mikroporowatej wynosi 1:2.

3. Kształtownik, według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa (2) wewnętrzna mikroporowata ma otwór (5) przelotowy wzdłuż osi kształtownika.

4. Kształtownik, według zastrz. 1, znamienny tym, że w warstwie (2) wewnętrznej mikroporowatej średnica mikroporów zawiera się w przedziale od 60 μm do 120 μm, korzystnie 80 μm, powierzchnia jednostkowa mikroporów zawiera się w przedziale od 5030 μm² do 9200 μm², korzystnie 8100 μm², zaś udział powierzchniowy mikroporów zawiera się w przedziale od 34% do 55%, korzystnie 40%.

5. Sposób wytwarzania kształtownika dwuwarstwowego polimerowo-drzewnego, znamienny tym, że do dwóch układów uplastyczniających wytłaczarek:

pierwszego układu (A) uplastyczniającego i drugiego układu (B) uplastyczniającego, posiadających po cztery strefy grzejne: strefę (Ia) pierwszą układu (A) uplastyczniającego pierwszego, strefę (IIa) drugą układu (A) uplastyczniającego pierwszego, strefę (IIIa) trzecią układu (A) uplastyczniającego pierwszego, strefę (IVa) czwartą układu (A) uplastyczniającego pierwszego, strefę (Ib) pierwszą układu (B) uplastyczniającego drugiego, strefę (IIB) drugą układu (B) uplastyczniającego drugiego, strefę (IIIb) trzecią układu (B) uplastyczniającego drugiego, strefę (IVb) czwartą układu (B) uplastyczniającego drugiego, połączonych z głowicą (D) wytłaczarską, dostarcza się tworzywo, przy czym do układu (A) pierwszego zasypuje się poli(chlorek winylu) nieplastyfikowany w ilości od 60 do 30% wag. i mączkę (3) drzewną w ilości od 40 do 70% wag., zaś do układu (B) drugiego zasypuje się poli(chlorek winylu) nieplastyfikowany w ilości od 98,5 do do 99,5% wag., korzystnie 99% wag. wraz ze środkiem mikroporującym w postaci mikrosfer (4) w ilości od 0,5% do 1,5% wag., korzystnie 1,0% wag., po czym nagrzewa się tworzywo w układzie (A) pierwszym do temperatury w strefie (Ia) pierwszej od 100 do 115°C, w strefie (IIa) drugiej od 115 do 125°C, w strefie (IIIa) trzeciej od 125 do 135°C, w strefie (IVa) czwartej od 135 do 145°C, a w układzie (B) drugim do temperatury w strefie (Ib) pierwszej od 115 do 125°C, w strefie (IIb) drugiej od 125 do 135°C, w strefie (IIIb) trzeciej od 145 do 155°C, w strefie (IVb) czwartej od 155 do 165°C, zaś temperatura w głowicy (D) wytłaczarskiej wynosi od 160 do 165°C, po ukształtowaniu kształtownika w głowicy (D) wytłaczarskiej następuje chłodzenie w temperaturze 15°C, zaś prędkość odbioru kształtownika wynosi 10 m/min