PL232240B1

PL232240B1 - Kompozyty na bazie polipropylenu

Info

Publication number: PL232240B1
Application number: PL418493A
Authority: PL
Inventors: Mirosław Brańka; Piotr Sionkowski; Marcin Romanowski; Katarzyna Szpilska; Anna Pietruszka; Jolanta Grittner; Agata Krasuska; Stanisław Kudła
Original assignee: Branq Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia; Branq Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia; Inst Ciezkiej Syntezy Organicznej Blachownia; Instytut Ciezkiej Syntezy Organicznej Blachownia
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2019-05-31
Also published as: PL418493A1

Description

Przedmiotem wynalazku są kompozyty na bazie polipropylenu przeznaczone do wytwarzania w procesie bezpośredniego wtrysku pojemników kompozytowych, na przykład skrzynek transportowych.

Najbardziej rozpowszechnioną metodą wytwarzania elementów z termoplastycznych tworzyw sztucznych jest formowanie wtryskowe. Istota formowania wtryskowego polega na nagrzaniu porcji materiału wyjściowego, na ogół w postaci granulatu, do stanu plastycznego, a następnie wtryśnięciu go pod wysokim ciśnieniem do zamkniętej formy, której gniazdo odwzorowuje kształt wytwarzanego elementu. Po wtryśnięciu tworzywo zestala się na skutek spadku temperatury i gotowa kształtka jest usuwana z wnętrza formy wtryskowej.

Typowo proces wytwarzania pojemników kompozytowych składa się z dwóch etapów:

1. ) homogenizacja mieszanki przeznaczonej do wtrysku, najczęściej przeprowadzana poprzez wysokotemperaturowe uplastycznienie składników kompozytu metodą wytłaczania,

2. ) proces wtrysku kompozytu.

W takim procesie konieczne jest wykorzystanie co najmniej jednej niezależnej wytłaczarki najczęściej dwuślimakowej oraz wtryskarki. Należy zaznaczyć, że wytłaczarka jest urządzeniem bardzo drogim w zakupie i eksploatacji. W takim rozwiązaniu kompozyt jest dwukrotnie ogrzewany powyżej temperatury topnienia tworzywa (powyżej 130°C). Poza dodatkowym generowaniem kosztów dwuetapowy proces wtrysku wydłuża również czas produkcji gotowego wyrobu.

W celu zmniejszenia kosztów związanych z wielokrotnym ogrzewaniem tworzywa w bardziej zaawansowanych rozwiązaniach stosuje się linie, w których wytłaczarka jest sprzężona z wtryskarką, dzięki czemu wytłoczyna transportowana jest bezpośrednio do wtryskarki. W efekcie skraca się czas produkcji oraz zmniejsza się energochłonność procesu. Formowanie wtryskowe kompozytów poliolefinowych z udziałem nanonapełniaczy mineralnych według tego rozwiązania przedstawiono w książce pt. „Multi-Functionality of Polymer Composites: Challenges and New Solutions”, ISBN: 978-0-32326434-1. Znane są sposoby mające na celu skrócenie czasu i obniżenie kosztów formowania wtryskowego kompozytów polipropylenowych, zarówno poprzez optymalizację składu mieszanki wtryskowej, jak i warunków procesu wtrysku. W opisie patentowym CN103030883 ujawniono skład kompozytu polipropylenowego, który umożliwia skrócenie czasu cyklu wtrysku kształtek. Kompozyt zawierał 55-94% wagowych polipropylenu, 0,5-5% wagowych modyfikatora płynności, 0,1-1% środka przyspieszającego krystalizację, 5-30% wagowych napełniaczy mineralnych, 0-20% wagowych elastomerów, 0,1-2% wagowych stabilizatorów, 0-5% innych dodatków. W opisanym rozwiązaniu homogenizację kompozytu prowadzono dwuetapowo z wykorzystaniem, wytłaczarki dwuślimakowej. Z kolei w opisie patentowym CN 103802264 ujawniono sposób formowania wtryskowego kompozytów polipropylenowych, z talkiem, którego główną zaletą było skrócenie czasu cyklu wtrysku. Znane są również kompozyty polipropylenowe przeznaczone do wytwarzania metodą formowania wtryskowego pojemników o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej. W opisie patentowym CN105542375 ujawniono skład kompozytów polipropylenowych przeznaczonych na wyroby cienkościenne, cechujących się zwiększoną płynnością, sztywnością oraz odpornością na uderzenia. Skład kompozytów obejmował 40-70% wagowych polipropylenu, 15-25% wagowych napełniaczy mineralnych: talku, miki i wollastonitu, 5-25% wagowych elastomerów, na przykład kopolimerów etylenu z propylenem i/lub oktenem i/lub butenem, 0,1-2% wagowych stabilizatora, 0-5% wagowych innych dodatków. Przed etapem wtrysku wszystkie składniki kompozytu mieszano w szybkoobrotowym mieszalniku przez 3-15 minut, po czym tak przygotowaną mieszaninę homogenizowano przy użyciu wytłaczarki dwuślimakowej.

Celem wynalazku są kompozyty polipropylenowe, których skład umożliwia bezpośrednie wytwarzanie pojemników kompozytowych, bez stosowania wytłaczarki, w procesie formowania wtryskowego, odznaczających się korzystnymi właściwościami użytkowymi zwłaszcza właściwościami mechanicznymi, takimi jak odporność na uderzenie.

Okazało się, że kompozyty na bazie polipropylenu, zawierające granulaty i/lub regranulaty polipropylenowe o wskaźniku szybkości płynięcia nie mniejszym niż 50 g/10 minut, kopolimery etylenu z jednym bądź dwoma monomerami z grupy olefin C2-C8 i/lub ze styrenem, napełniacze mineralne o strukturze iglastej i sferycznej oraz środki poślizgowe, można wykorzystać do wytwarzania pojemników, odznaczających się korzystnymi właściwościami użytkowymi zwłaszcza właściwościami mechanicznymi takimi jak odporność na uderzenia, w procesie bezpośredniego formowania wtryskowego, z wykluczeniem typowo stosowanego, poprzedzającego etapu homogenizacji składników kompozytu w procesie wytłaczania.

PL 232 240 B1

Kompozyty według wynalazku zawierają:

• 83-97 części wagowych granulatów i/lub regranulatów polipropylenowych o wskaźniku szybkości płynięcia nie mniejszym niż 50 g/10 minut, • 0,5-5 części wagowych kopolimerów etylenu z jednym bądź dwoma monomerami z grupy olefin C2-C8 i/lub ze styrenem, przy czym proporcje wagowe kopolimerów etylenu z udziałem styrenu względem pozostałych kopolimerów wynoszą od 1:1 do 1:2, • 1,5-10 części wagowych napełniaczy mineralnych o strukturze sferycznej i iglastej o średnim wymiarze cząstek w zakresie 12-60 μm, których proporcje wagowe wynoszą od 1,8:1 do 2:1, a napełniacz o strukturze iglastej jest modyfikowany mieszaniną alkoholu polioksyetyleno-cetylo-stearylowego oraz oleju kokosowego, których proporcje wagowe wynoszą od 1:1 do 1:1,2, • 0,5-1 części wagowych etoksylowanego utwardzonego oleju rycynowego o liczbie jodowej < 2, • 0,5-1 części wagowych oleju parafinowego o gęstości od 854 do 868 kg/m³, ciężarze cząsteczkowym od 360 do 530 g/mol oraz o 20-28 atomów węgla po przedestylowaniu 5% oleju.

Korzystnie jest, jeżeli napełniaczem o strukturze sferycznej jest perlit.

Korzystnie jest, jeżeli napełniaczem o strukturze iglastej jest wollastonit.

Korzystnie jest, jeżeli napełniaczem o strukturze płytkowej jest montmorylonit.

Korzystnie jest, jeżeli mieszanina granulatów i/lub regranulatów polipropylenowych cechuje się wskaźnikiem szybkości płynięcia w zakresie od 60 do 73 g/10 minut.

Korzystnie jest, jeżeli proporcje wagowe kopolimerów etylenu z udziałem styrenu, względem pozostałych kopolimerów wynoszą od 1:1 do 1:1,1.

Korzystnie jest, jeżeli olej parafinowy posiada gęstość od 860 do 866 kg/m³, ciężar cząsteczkowy 385-490 g/mol oraz 21 do 23 atomów węgla po przedestylowaniu 5% oleju.

Skład kompozytów według wynalazku umożliwia wytwarzanie pojemników kompozytowych w ekonomicznym procesie bezpośredniego wtrysku kompozytu z pominięciem kosztownego etapu wysokotemperaturowej homogenizacji składników kompozytu w wytłaczarce. W kompozycie według wynalazku poszczególne składniki kompozytu z wyłączeniem granulatu i/lub regranulatu polipropylenowego homogenizowano w niskiej temperaturze (do 35°C) przy użyciu typowego odstojnika z mieszadłem, po czym uzyskaną mieszaninę kierowano do dozownika wtryskarki, natomiast homogenizację granulatu i/lub regranulatu polipropylenowego z tak uzyskaną mieszanką prowadzono bezpośrednio w układzie plastyfikującym wtryskarki.

P r z y k ł a d 1

Kompozyt zawiera:

• 97 części wagowych mieszaniny granulatu i regranulatu polipropylenowego o wskaźniku szybkości płynięcia 50 g/10 minut, • 0,5 części wagowych mieszaniny kopolimerów SEPS Kraton G 1701E i Engagae 8480 w stosunku wagowym 1:1, • 1,5 części wagowych mieszaniny perlitu EP 100 (d50 = 60 μm) i modyfikowanego wollastonitu (d50 = 12) w stosunku 2:1, • 0,5 części wagowych etoksylowanego utwardzonego oleju rycynowego PEG 40 HCO, • 0,5 części wagowych oleju parafinowego Ondina 917 o gęstości 854 kg/m³, ciężarze cząsteczkowym od 360 g/mol, o 20 atomach węgla po przedestylowaniu 5% oleju.

Kształtki o składzie według wynalazku cechują się równomierną barwą (brak przebarwień) oraz wytrzymałością na rozciąganie 19,9 MPa i modułem elastyczności 378 MPa. Nie obserwowano problemów podczas transportu mieszaniny z mieszalnika do dozownika wtryskarki.

P r z y k ł a d 2

Kompozyt zawiera:

• 83 części wagowych regranulatu polipropylenowego o wskaźniku szybkości płynięcia 50 g/10 minut, • 5 części wagowych mieszaniny kopolimerów SEPS Kraton G 1701E i Engagae 8480 w stosunku wagowymi 1:2, • 10 części wagowych mieszaniny perlitu EP 100 (d50 = 60 μm) i modyfikowanego wollastonitu (d50 = 12) w stosunku 2:1, • 1 część wagową etoksylowanego utwardzonego oleju rycynowego PEG 40 HCO,

PL 232 240 B1 • 1 część wagową oleju parafinowego Ondina 941 o gęstości od 868 kg/m³, ciężarze cząsteczkowym 530 g/mol, którego ilość atomów węgla po przedestylowaniu 5% oleju wynosi 28.

Kształtki cechują się równomierną barwą (brak przebarwień) oraz wytrzymałością na rozciąganie 17 MPa i modułem sprężystości 320 MPa.

P r z y k ł a d 3 - porównawczy

Kompozyt zawiera większą niż zastrzegana ilość regranulatu polipropylenowego.

Kompozyt zawiera:

• 98,4 części wagowych regranulatu polipropylenowego o wskaźniku szybkości płynięcia 50 g/10 minut, • 0,4 części wagowych mieszaniny kopolimerów SEPS Kraton G 1701E i Engagae 8480 w stosunku wagowym 1:1, • 0,4 części wagowych mieszaniny perlitu EP 100 (d50 = 60 pm) i wollastonitu (d50 = 12) w stosunku 2:1, • 0,4 części etoksylowanego utwardzonego oleju rycynowego PEG 40 HCO, • 0,4 części wagowych oleju parafinowego Ondina 17 o gęstości od 854 kg/m³, ciężarze cząsteczkowym 360 g/mol, którego ilość atomów węgla po przedestylowaniu 5% oleju wynosi 20.

Kształtki cechują się mniejszą wytrzymałością i większą podatnością na uszkodzenie w .wyniku działania siły. udarowej - wartość wytrzymałości na rozciąganie wynosi 16 MPa, a modułu sprężystości 395 MPa,

P r z y k ł a d 4 - porównawczy

Kompozyt zawiera większą niż zastrzegana ilość mieszaniny kopolimerów.

Kompozyt zawiera:

• 78 części wagowych regranulatu polipropylenowego o wskaźniku szybkości płynięcia 50 g/10 minut, • 6 części wagowych mieszaniny kopolimerów SEPS Kraton G 1701E i Engagae 8480 w stosunku wagowym 1:2, • 12 części wagowych mieszaniny perlitu EP 100 (d50 = 60 pm) i modyfikowanego wollastonitu (d50 = 12) w stosunku 2:1, • 2 części wagowe etoksylowanego utwardzonego oleju rycynowego, • 2 części wagowe oleju parafinowego - Ondina 941 o gęstości od 868 kg/m³, ciężarze, cząsteczkowym 530 g/mol, którego ilość atomów węgla po przedestylowaniu 5% oleju wynosi 28.

W czasie przetwarzania występują problemy podczas transportu z mieszalnika do dozownika wtryskarki - z uzyskanej mieszaniny oddzielają się składniki proszkowe.

P r z y k ł a d 5 - porównawczy

Kompozyt posiada skład jak w przykładzie 2, z tym że w składzie zamiast oleju parafinowego jest olej Ondina 913 o gęstości 839 kg/m³, ciężarze cząsteczkowym od 250 g/mol, którego ilość atomów węgla po przedestylowaniu 5% oleju wynosi 14. Kształtki cechują się równomierną barwą ale mniejszą wytrzymałością na rozciąganie wynoszącą 15,4 MPa.

P r z y k ł a d 6 - porównawczy

Kompozyt jak w przykładzie 2 z tym, że w składzie zmieniono proporcję wagową napełniaczy perlit/wollastonit na 1:2. Wytrzymałość na rozciąganie uzyskanych kształtek wynosi 15 MPa. Niekorzystnym efektem jest zwiększenie gęstości kompozytu z 0,990 na 0,999 g/cm³.

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Kompozyty na bazie polipropylenu, znamienne tym, że zawierają;

• 83-97 części wagowych granulatów i/lub regranulatów polipropylenowych o wskaźniku szybkości płynięcia nie mniejszym niż 50 g/10 minut, • 0,5-5 części wagowych kopolimerów etylenu z jednym bądź dwoma monomerami z grupy olefin C2-C8 i/lub ze styrenem, przy czym proporcje wagowe kopolimerów etylenu z udziałem styrenu względem pozostałych kopolimerów wynoszą od 1:1 do 1:2,

PL 232 240 B1 • 1,5-10 części wagowych napełniaczy mineralnych o strukturze sferycznej i iglastej o średnim wymiarze cząstek w zakresie 12-60 μm, których proporcje wagowe wynoszą od 1,8:1 do 2:1, a napełniacz o strukturze iglastej jest modyfikowany mieszaniną alkoholu polioksyetyleno-cetylo-stearylowego oraz oleju kokosowego, których proporcje wagowe wynoszą od 1:1 do 1:1,2, • 0,5-1 części wagowych etoksylowanego utwardzonego oleju rycynowego o liczbie jodowej < 2, • 0,5-1 części wagowych oleju parafinowego o gęstości od 854 do 868 kg/m³, ciężarze cząsteczkowym od 360 do 530 g/mol oraz o 20-28 atomów węgla po przedestylowaniu 5% oleju,

2. Kompozyty według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają perlit jako napełniacz o strukturze sferycznej.

3. Kompozyty według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają wollastonit jato napełniacz o strukturze iglastej.

4. Kompozyty według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają montmorylonit jako napełniacz o strukturze płytkowej.

5. Kompozyty, według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają mieszaninę granulatów i/lub regranulatów polipropylenowych o wskaźniku szybkości płynięcia od 60 do 73 g/10 minut.

6. Kompozyty według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają kopolimery etylenu z udziałem styrenu w proporcji do pozostałych kopolimerów jak 1:1 do 1:1,1.

7. Kompozyty według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają olej parafinowy o gęstości od 880 do 868 kg/m³, ciężar cząsteczkowy 385-490 g/mol oraz 21 do 23 atomów węgla po przedestylowaniu 5% oleju.