PL245089B1 - Kompozyt polimerowy oraz sposób wytwarzania kompozytu polimerowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest kompozyt polimerowy który zawiera napełniacz rozproszony w matrycy polimerowej mającej postać kwasu poli(3-hydroksymasłowego), przy czym napełniaczem jest alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, który stosowany jest w masie kompozytu w ilości od 2,5% mas. do 20% mas. Zgłoszenie zawiera także sposób wytwarzania kompozytu polimerowego który prowadzi się tak, że homogenizuje się od 80% mas. do 97,5% mas. kwasu poli(3-hydroksymasłowego) oraz od 2,5% mas. do 20% mas. alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego stosowanego jako napełniacz. Zhomogenizowaną mieszaninę wprowadza się do wytłaczarki i prowadzi się jej wytłaczanie z prędkością od 300 do 450 obrotów/minutę, przy czym podczas wytłaczania, poszczególne strefy wytłaczarki utrzymuję się w temperaturach takich, że jej zasobnik utrzymuje się w temperaturze od 20°C do 36°C, jej I strefę utrzymuje się w temperaturze od 123°C do 127°C, jej II strefę utrzymuje się w temperaturze od 133°C do 167°C, jej III strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 137°C, jej IV strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 136°C, jej V strefę utrzymuje się w temperaturze od 145°C do 151°C, jej VI strefę utrzymuje się w temperaturze od 145°C do 157°C, jej VII strefę utrzymuje się w temperaturze od 148°C do 163°C, jej VIII strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 155°C, zaś jej głowicę utrzymuje się w temperaturze od 158°C do 170°C. Przedmiotem zgłoszenia jest również zastosowanie kompozytu polimerowego do produkcji jednorazowych opakowań biodegradowalnych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt polimerowy oraz sposób wytwarzania tego kompozytu polimerowego.

Poliuretany stanowią grupę polimerów, w których powtarzające się jednostki - mery - zawierają ugrupowanie uretanowe. Poliuretany liniowe są związkami nietworzącymi rozgałęzień i otrzymywane są one głównie w reakcji dwuizocyjanianu ze związkami dwufunkcyjnymi, które zawierają zazwyczaj grupy hydroksylowe. Właściwości poliuretanów można modyfikować poprzez wytwarzanie, z ich udziałem, kompozytów polimerowych, które są kombinacją dwóch lub więcej faz, po połączeniu których powstaje materiał o innych właściwościach niż składniki wyjściowe. Kompozyty polimerowe składają się z osnowy - polimeru oraz napełniacza, którego niewielki dodatek modyfikuje właściwości tego polimeru. Kompozyty wytwarzane z udziałem poliuretanów są zwykle uzyskiwane z udziałem poliuretanów jako osnowy. Osnowa ta może być w postaci spienionej lub litej.

Z opisu patentowego US4683246A znana jest kompozytowa pianka poliuretanowa, będąca elastyczną pianką poliuretanową, która powstała przez jednorodne zmieszanie poliolu i izocyjanianu z materiałem włóknistym. W opisie zgłoszeniowym wynalazku KR20200013449A został ujawniony spieniony kompozyt poliuretanowy mający postać antybakteryjnej pianki poliuretanowej zawierającej węgiel aktywowany srebrem. Natomiast z opisu zgłoszeniowego AU2018340584A1 znany jest lity kompozyt poliuretanowy zawierający izocyjanian i związek reaktywny w stosunku do tego izocyjanianu. Izocyjanian zawiera diizocyjanian 2,2’-difenylometanu i diizocyjanian 2,4’-difenylometanu oraz materiał wzmacniający - napełniacz. Z opisu zgłoszeniowego US2016369080A1 znany jest natomiast materiał kompozytowy mogący zawierać poliuretan i od 35% do 90% wag., w przeliczeniu na całkowitą masę kompozytu, zdyspergowanego w poliuretanie wypełniacza w postaci cząstek. W opisie zgłoszeniowym wynalazku US2020010647A1 został ujawniony kompozyt poliuretanowy zawierający włókna szklane niepoddane obróbce silanem oraz sposobu jego wytwarzania. Te znane kompozyty poliuretanowe mogą obejmować: poliuretan utworzony w reakcji jednego lub więcej izocyjanianów wybranych z grupy obejmującej diizocyjaniany, poliizocyjaniany i ich mieszaniny, oraz jeden lub więcej polioli, wypełniacz oraz włókna szklane niepoddane obróbce silanem.

Również z opisów zgłoszeniowych wynalazków US2019225800A1 oraz US2018319942A1 znane są kompozyty poliuretanowe i sposoby ich wytwarzania. Z opisu zgłoszeniowego wynalazku US2019225800A1 znany jest kompozyt poliuretanowy o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej i lepszym współczynniku rozszerzalności cieplnej oraz sposób jego wytwarzania. Te znane kompozyty obejmują: poliuretan wytworzony w reakcji jednego lub więcej izocyjanianów wybranych z grupy obejmującej diizocyjaniany, poliizocyjaniany i ich mieszaniny oraz jeden lub więcej polioli, wypełniacz w ilości od ponad 50% do 90% masy, w przeliczeniu na całkowitą masę kompozytu poliuretanowego, od 0,25% do 10% masy włókien szklanych oraz od 0,025% do 5% wagowych włókien poliestrowych. Natomiast z opisu zgłoszeniowego wynalazku US 2018319942A1 znane są kompozyty poliuretanowe, które mogą zawierać: poliuretan utworzony w reakcji jednego lub więcej izocyjanianów wybranych z grupy obejmującej diizocyjaniany, poliizocyjaniany i ich mieszaniny oraz jeden lub więcej polioli, nieorganiczny wypełniacz, włókno nieorganiczne i włókno organiczne, w tym włókna poliestrowe. Stosunek wagowy włókna nieorganicznego do włókna organicznego może wynosić od 1:1 do 20:1.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku US4695509A znane są natomiast termoutwardzalne kompozyty poliuretanowe wzmacniane włóknem poliamidowym, wykazujące zwiększoną udarność.

Z opisu patentowego US3669920A znane są kompozyty z żywicy syntetycznej wzmocnione włóknem karbonizowanym, przy czym żywica jest produktem utwardzania prepolimeru, zakończonego grupami izocyjanianowymi, otrzymanym w reakcji poliizocyjanianu z poliolem, z którego co najmniej jeden zawiera grupę cykliczną w łańcuchu pomiędzy dwiema grupami funkcyjnymi - hydroksylową lub izocyjanianową, i ma temperaturę odkształcenia cieplnego co najmniej 50°C, a włókna stanowią od 20 do 75% wag. kompozytu.

W opisie zgłoszeniowym wynalazku US2018305259A1 został ujawniony kompozyt poliuretanowy, który zawiera poliuretan utworzony w reakcji jednego lub więcej izocyjanianów wybranych z grupy obejmującej diizocyjaniany, poliizocyjaniany i ich mieszaniny oraz jeden lub więcej polioli, popiół lotny zawierający 50% wag. lub więcej cząstek popiołu lotnego o wielkości od 0,2 mikrona do 100 mikronów i gruboziarnisty materiał wypełniający zawierający 80% wag. lub więcej cząstek wypełniacza o wielkości od ponad 250 mikronów do 10 mm. Gruboziarnisty materiał wypełniający może być obecny w kompozycie w ilości od 1 do 40% wag. w przeliczeniu na całkowitą masę kompozytu. Stosunek wagowy popiołu lotnego do gruboziarnistego materiału może wynosić od 9:1 do 200:1.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku CA2770914A1 znane są materiały kompozytowe obejmujące poliuretan powstały w wyniku reakcji izocyjanianu i mieszaniny polioli oraz popiołu węglowego. Mieszanina polioli zawiera co najmniej dwa poliole, w tym poliol o wysokiej liczbie hydroksylowej, mający liczbę hydroksylową większą niż 250 mg KOH/g w ilości od około 1% do około 25% wag. całkowitej zawartości poliolu użytego do wytworzenia poliuretanu oraz poliol o liczbie hydroksylowej 250 mg KOH/g lub niższej. Popiół węglowy występuje w ilości od około 40% do około 90% wag. materiału kompozytowego.

W opisie zgłoszeniowym wynalazku US2017114211A1 został natomiast ujawniony kompozyt poliuretanowy wchodzący w skład materiałów budowlanych mogący zawierać poliuretan utworzony w reakcji jednego lub więcej izocyjanianów wybranych z grupy obejmującej diizocyjaniany, poliizocyjaniany i ich mieszaniny oraz jeden lub więcej polioli, cząstki stałe - wypełniacz o gęstości nasypowej 1 g/cm³ lub większej, opcjonalnie materiał włóknisty i lekki wypełniacz o gęstości nasypowej od 0,01 g/cm³ do mniej niż 1 g/cm³. Lekki wypełniacz spośród ekspandowanego perlitu, ekspandowanej gliny, spienionego szkła i ich kombinacji.

W opisie patentowym EP1739120B1 został ujawniony materiał kompozytowy poliuretan-tlenek grafitu, sposób jego wytwarzania i zastosowanie. Natomiast w opisie zgłoszeniowym CN109912962A został ujawniony odporny na wysoką temperaturę kompozyt poliuretanowy z tlenkiem glinu i tlenkiem grafenu oraz sposób jego wytwarzania. Ten znany kompozyt ma lepsze właściwości mechaniczne i stabilność termiczną niż kompozyty poliuretanu z tlenkiem grafenu. Ponadto w opisie zgłoszeniowym wynalazku CN109824846A został ujawniony kompozyt poliuretanowy wytwarzany z udziałem poliolu polieterowego modyfikowanego epoksydami i diizocyjanianu toluenu oraz TiO2, który jest przyjaznym dla środowiska materiałem makrocząsteczkowym o doskonałej odporności na promieniowanie ultrafioletowe. Z opisu zgłoszeniowego wynalazku WO2019117952A1 znane są kompozyty poliuretanowe o ulepszonej stabilności wymiarowej i sposoby ich wytwarzania. Kompozyty te mogą obejmować poliuretan wytworzony w reakcji jednego lub więcej izocyjanianów wybranych w grupy obejmującej diizocyjaniany, poliizocyjaniany i ich mieszaniny oraz jeden lub więcej polioli w obecności kwasu tłuszczowego lub soli kwasu tłuszczowego lub ich połączenia w ilości od 0,05% do 10% wag. i nieorganiczny wypełniacz w ilości od 50% do 90% wag. w przeliczeniu na całkowitą masę kompozytu poliuretanowego.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku EP3251827A1 znany jest sposób wytwarzania kompozytów poliuretanowych na bazie oleju roślinnego, modyfikowanych dwuwarstwowym silseskwioksanem typu klatkowego. Wykorzystany poliuretan na bazie oleju roślinnego jest syntezowany z alkoholem wielowodorotlenowym na bazie oleju roślinnego i diizocyjanianem izoforonu. Znana z opisu zgłoszeniowego wynalazku modyfikacja, polepsza właściwości termiczne, właściwości mechaniczne i wodoodporność poliuretanów. W porównaniu ze zwykłym poliuretanem na bazie oleju roślinnego początkowa temperatura rozkładu kompozytów wzrasta o 31°C, a wytrzymałość na rozciąganie poprawia się prawie czterokrotnie.

Z opisu patentowego KR101465611B1 znany jest poliuretanowy materiał kompozytowy wzmocniony wielościennymi oligomerycznymi silseskwioksanami - POSS i nieorganicznym środkiem zmniejszającym palność, posiadającym co najmniej dwie grupy hydroksylowe na końcu, a przy tym charakteryzuje się wysoką odpornością na ciepło i odpornością na ścieranie.

Innym rodzajem znanych kompozytów są laminaty. W opisie zgłoszeniowym wzoru użytkowego CN210190813U została ujawniona płyta kompozytowa z polipropylenu wzmocnionego włóknem szklanym o wysokiej wytrzymałości, która składa się z dolnej warstwy poliuretanu, dolnej płyty z polipropylenu z włókna szklanego, poliuretanowej warstwy wypełniającej, górnej płyty z polipropylenu z włókna szklanego i górnej warstwy z poliuretanu, które są kolejno ułożone od dołu do góry i poddane prasowaniu na gorąco, przy czym poliuretanowa warstwa wypełniająca jest wykonana ze sztywnej pianki poliuretanowej, a dolna warstwa włókniny jest umieszczona pomiędzy poliuretanową warstwą wypełniającą a dolną płytą z polipropylenu z włókna szklanego. Ta znana płyta kompozytowa ma korzystne działanie polegające na tym, że górna warstwa poliuretanu i dolna warstwa poliuretanu są połączone odpowiednio na przedniej powierzchni i tylnej powierzchni płyty, dzięki czemu można poprawić odporność powierzchni płyty na ścieranie, izolacyjność cieplną i izolację akustyczną płyty, zmniejszyć wagę płyty, a jednocześnie zwiększyć lekkość płyty.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku WO2017180154A1 znany jest kompozyt poliuretanowy mający pierwszą powierzchnię i drugą, przeciwległą do pierwszej powierzchnię, przy czym ta pierwsza powierzchnia styka się z pierwszym wzmocnieniem włóknistym oraz posiada materiał cementowy przylegający do pierwszego wzmocnienia włóknistego naprzeciw kompozytu poliuretanowego. W opisie zgłoszeniowym wynalazku KR20140007669A został ujawniony kuloodporny kompozyt zawierający powlekaną warstwę składającą się z roztworu powlekającego zawierającego ester winylowy i poliuretan na tkaninie polietylenowej pokrytej estrem winylowym oraz tkaniny polietylenowej pokrytej poliuretanem.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku WO03101719A2 znane są kompozyty, mające sztywny rdzeń pokryty co najmniej z jednej strony materiałem wzmacniającym włókna, który impregnowany jest aromatyczną lub alifatyczną żywicą poliuretanową, utwardzaną w taki sposób, że materiał wzmacniający i żywica tworzą warstwę przylegającą do sztywnego rdzenia.

W większości znanych kompozytów poliuretany stanowią matrycę polimerową. Z opisu zgłoszeniowego wynalazku KR20060105376A znany jest kompozyt, który posiada hybrydowy napełniacz mający postać recyklatu sproszkowanego poliuretanu i związku zmniejszającego palność. Natomiast z opisu patentowego nr IE42432B1 znany jest kompozyt na osnowie spienionego polietylenu z udziałem napełniacza poliuretanowego.

Celem wynalazku jest wytworzenie nowego kompozytu z kwasu poli(3-hydroksymasłowego), który będzie kompozytem biodegradowalnym i będzie charakteryzował się lepszymi właściwościami termicznymi i lepszymi parametrami przetwórczymi oraz lepszymi właściwościami mechanicznymi, niż sam kwas poli(3-hydroksymasłowy), a jednocześnie sposób jego otrzymywania będzie łatwy i tani w zastosowaniu.

Kompozyt polimerowy zawierający napełniacz rozproszony w matrycy polimerowej mającej postać kwasu poli(3-hydroksymasłowego), według wynalazku charakteryzuje się tym, że napełniaczem jest alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, który stosowany jest w masie kompozytu w ilości od 2,5% mas. do 20% mas.

Korzystnie alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy w masie kompozytu stosowany jest w ilości od 7,5% mas. do 15% mas., przy czym alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy stosowany jako napełniacz uzyskiwany jest w reakcji równomolowej ilości 1,6-diizocyjanianu heksametylenu i glikolu polipropylenowego, korzystnie glikol polipropylenowy stosowany jest o masie molowej 400 g/mol albo 1000 g/mol.

Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że homogenizuje się od 80% mas. do 97,5% mas. kwasu poli(3-hydroksymasłowego) oraz od 2,5% mas. do 20% mas. alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego stosowanego jako napełniacz, po czym zhomogenizowaną mieszaninę wprowadza się do wytłaczarki i prowadzi się jej wytłaczanie z prędkością od 300 do 450 obrotów/minutę, przy czym podczas wytłaczania, poszczególne strefy wytłaczarki utrzymuje się w temperaturach takich, że jej zasobnik utrzymuje się w temperaturze od 20°C do 36°C, jej I strefę utrzymuje się w temperaturze od 123°C do 127°C, jej II strefę utrzymuje się w temperaturze od 133°C do 167°C, jej III strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 137°C, jej IV strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 136°C, jej V strefę utrzymuje się w temperaturze od 145°C do 151°C, jej VI strefę utrzymuje się w temperaturze od 145°C do 157°C, jej VII strefę utrzymuje się w temperaturze od 148°C do 163°C, jej VIII strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 155°C, zaś jej głowicę utrzymuje się w temperaturze od 158°C do 170°C.

Korzystnie mieszanie kwasu poli(3-hydroksymasłowego) oraz alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego prowadzi się w mieszalniku bębnowym, przy czym mieszanie kwasu poli(3-hydroksymasłowego) z alifatycznym rozgałęzionym poliuretanem łańcuchowym prowadzi się przez 20 minut w temperaturze pokojowej, a ponadto do prowadzenia wytłaczania zhomogenizowanej mieszaniny stosuje się wytłaczarkę dwuślimakową.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, stosowany jako napełniacz, uzyskuje się w reakcji równomolowej ilości 1,6-diizocyjanianu heksametylenu i glikolu polipropylenowego o masie molowej 400 g/mol, przy czym alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, przed homogenizacją z kwasem poli(3-hydroksymasłowym) rozpuszcza się w acetonie, przy czym alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy w acetonie rozpuszcza się w stosunku masowym 5 cz. mas. alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego na 1 cz. mas. acetonu, a ponadto rozpuszczanie alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego w acetonie prowadzi się w temperaturze 50°C, korzystnie rozpuszczony w acetonie alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, mieszany z kwasem poli(3-hydroksymasłowym), stosuje się w ilości od 10% mas. do 15% mas., zaś wytłaczanie zhomogenizowanej mieszaniny prowadzi się z prędkością 320 obrotów/minutę, a poszcze gólne strefy wytłaczarki utrzymuje się w temperaturach takich, że jej zasobnik utrzymuje się w temperaturze od 20°C do 23°C, jej I strefę utrzymuje się w temperaturze od 125°C do 127°C, jej II strefę utrzymuje się w temperaturze od 150°C do 167°C, jej III strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 137°C, jej IV strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 136°C, jej V strefę utrzymuje się w temperaturze od 147°C do 151°C, jej VI strefę utrzymuje się w temperaturze od 148°C do 157°C, jej VII strefę utrzymuje się w temperaturze od 153°C do 155°C, jej VIII strefę utrzymuje się w temperaturze od 154°C do 155°C, zaś jej głowicę utrzymuje się w temperaturze od 162°C do 170°C.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeżeli alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, stosowany jako napełniacz, uzyskuje się w reakcji równomolowej ilości 1,6-diizocyjanianu heksametylenu i glikolu polipropylenowego o masie molowej 1000 g/mol, przy czym alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, przed homogenizacją z kwasem poli(3-hydroksymasłowym), podgrzewa się do temperatury 60°C, zaś wytłaczanie zhomogenizowanej mieszaniny prowadzi się z prędkością od 300 do 450 obrotów/minutę, a poszczególne strefy wytłaczarki utrzymuje się w temperaturach takich, że jej zasobnik utrzymuje się w temperaturze od 20°C do 36°C, jej I strefę utrzymuje się w temperaturze od 122°C do 126°C, jej II strefę utrzymuje się w temperaturze od 133°C do 151°C, jej III strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 136°C, jej IV strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 136°C, jej V strefę utrzymuje się w temperaturze od 145°C do 151°C, jej VI strefę utrzymuje się w temperaturze od 145°C do 155°C, jej VII strefę utrzymuje się w temperaturze od 148°C do 163°C, jej VIII strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 155°C, zaś jej głowicę utrzymuje się w temperaturze od 158°C do 170°C.

Nowy kompozyt polimerowy wytworzony z kwasu poli(3-hydroksymasłowego) i alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego, uzyskany nowym sposobem według wynalazku, jest kompozytem biodegradowalnym, a jednocześnie posiada lepsze właściwości mechaniczne, termiczne i lepsze parametry przetwórcze niż kwas poli(3-hydroksymasłowy). Sposób wytwarzania tego nowego kompozytu polimerowego jest natomiast łatwy w realizacji, przebiega przy wykorzystaniu łatwo dostępnych urządzeń i nie wymaga stosowania drogich odczynników.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania.

Kompozyt polimerowy, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania zawiera matrycę polimerową w postaci kwasu poli(3-hydroksymasłowego) oraz napełniacz w postaci alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego, który został uzyskany w reakcji równomolowych ilości 1,6-diizocyjanianu heksametylenu i glikolu polipropylenowego o masie molowej 400 g/mol. Alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy stanowi 10% mas. kompozytu polimerowego.

Kompozyt polimerowy, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania, taki jak w przykładzie pierwszym, z tym, że alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy stanowi 15% mas. kompozytu polimerowego.

Kompozyt polimerowy, według wynalazku, w trzecim przykładzie wykonania zawiera matrycę polimerową w postaci kwasu poli(3-hydroksymasłowego) oraz napełniacz w postaci alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego, który został uzyskany w reakcji równomolowych ilości 1,6-diizocyjanianu heksametylenu i glikolu polipropylenowego o masie molowej 1000 g/mol. Alifatyczny poliuretan liniowy stanowi 7,5% mas. kompozytu polimerowego.

Kompozyt polimerowy, według wynalazku, w czwartym przykładzie wykonania, taki jak w przykładzie trzecim, z tym, że alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy stanowi 10% mas. kompozytu polimerowego.

Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego, według wynalazku, w pierwszym przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że w pierwszej kolejności wytwarza się alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, przy czym w trójszyjnej kolbie okrągłodennej, zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne i termometr umieszcza się 0,25 mola bezwodnego glikolu polipropylenowego o masie molowej 400 g/mol, 100 cm³ wysuszonego acetonu oraz 0,4 cm³ dilaurynianu dibutylocyny (IV) (DBTL). Do tego roztworu wkrapla się taką ilość 1,6-diizocyjanianu heksametylenu (HDI), aby stosunek molowy grup izocyjanianowych do hydroksylowych glikolu wynosił 1:1,08. Szybkość wkraplania reguluje się tak, aby utrzymać temperaturę mieszaniny reakcyjnej poniżej 30°C. Reakcję prowadzi się w atmosferze azotu do zaniku efektu egzotermicznego, gdy temperatura osiąga wartość 45°C, co ma miejsce po upływie co najwyżej 6 godzin. Syntezę zakańcza się na podstawie wzrostu lepkości mieszaniny reakcyjnej i oznaczenia liczby izocyjanianowej, według PN-EN 1242.2006. Następnie poliuretan przenosi się do naczynia o dużej powierzchni i usuwa się z niego aceton, uzyskując stałą masę produktu końcowego po ekspo zycji w suszarce próżniowej w temperaturze 40-100°C. Następnie 5 cz. mas. tego alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego rozpuszcza się w 1 cz. mas. acetonu w temperaturze 50°C. Następnie, przez 20 minut, w temperaturze pokojowej, w mieszalniku bębnowym, 90% mas. kwasu poli(3-hydroksymasłowego) homogenizuje się z 10% mas., rozpuszczonego w acetonie, alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego. W dalszej kolejności zhomogenizowaną mieszaninę wprowadza się do wytłaczarki i prowadzi się wytłaczanie kompozytu polimerowego z prędkością 320 obrotów/minutę. Poszczególne strefy tej wytłaczarki, podczas prowadzenia wytłaczania kompozytu, utrzymuje się w następujących temperaturach: zasobnik - temperatura 20°C, I strefa - temperatura 127°C, II strefa temperatura 151°C, III strefa - temperatura 134°C, IV strefa - temperatura 134°C, V strefa - temperatura 147°C, VI strefa - temperatura 152°C, VII strefa - temperatura 155°C, VIII strefa - temperatura 154°C, zaś głowica - temperatura 164°C.

Otrzymany kompozyt polimerowy posiada homogeniczną strukturę, co potwierdzono za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej - SEM. Ponadto charakteryzuje się on następującymi właści wościami:

- wytrzymałość na rozciąganie - 30 MPa,

- wydłużenie względne przy zerwaniu - 3,3%,

- twardość Brinella - 97,6 N/mm²,

- udarność Charpyego - 5,8 kJ/m³,

- temperatura rozkładu - 265°C,

- temperatura topnienia - 161 °C,

- temperatura zeszklenia - 2,08°C,

- zawartość fazy amorficznej - 65%,

- zawartość fazy krystalicznej - 18%.

Czysty kwas poIi(3-hydroksymasłowy) natomiast, charakteryzuje się następującymi właściwościami:

- wytrzymałość na rozciąganie - 36 MPa,

- wydłużenie względne przy zerwaniu - 2,4%,

- twardość Brinella - 136,7 N/mm²,

- udarność Charpyego - 5,6 kJ/m³,

- temperatura rozkładu - 236°C,

- temperatura topnienia - 160°C,

- temperatura zeszklenia - 7,69°C,

- zawartość fazy amorficznej - 37%,

- zawartość fazy krystalicznej - 63%.

Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego, według wynalazku, w drugim przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym, przy czym ten alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy stosuje się w ilości 15% mas., zaś poszczególne strefy tej wytłaczarki, podczas prowadzenia wytłaczania kompozytu, utrzymuje się w następujących temperaturach: zasobnik - temperatura 22°C, I strefa temperatura 126°C, II strefa - temperatura 151°C, III strefa - temperatura 137°C, IV strefa - temperatura 135°C, V strefa - temperatura 150°C, VI strefa - temperatura 148°C, VII strefa - temperatura 153°C, VIII strefa - temperatura 155°C, zaś głowica - temperatura 168°C, a uzyskany kompozyt polimerowy charakteryzuje się następującymi właściwościami:

- wytrzymałość na rozciąganie - 26 MPa,

- wydłużenie względne przy zerwaniu - 3,3%,

- twardość Brinella - 64,9 N/mm²,

- udarność Charpyego - 7,1 kJ/m³,

- temperatura rozkładu - 264°C,

- temperatura topnienia - 162°C,

- temperatura zeszklenia - 0,32°C,

- zawartość fazy amorficznej - 76,1%,

- zawartość fazy krystalicznej - 23,9%.

Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego, według wynalazku, w trzecim przykładzie realizacji, prowadzi się tak, że w pierwszej kolejności wytwarza się alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, przy czym w trójszyjnej kolbie okrągłodennej, zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne i termometr umieszcza się 0,25 mola bezwodnego glikolu polipropylenowego o masie molowej 1000 g/mol, 100 cm³ wysuszonego acetonu oraz 0,6 cm³ dilaurynianu dibutylocyny (IV) (DBTL). Do tego roztworu wkrapla się taką ilość 1,6-diizocyjanianu heksametylenu (HDI), aby stosunek molowy grup izocyjanianowych do hydroksylowych glikolu wynosił 1:1,08. Szybkość wkraplania reguluje się tak, aby utrzymać temperaturę mieszaniny reakcyjnej poniżej 30°C. Reakcję prowadzi się w atmosferze azotu do zaniku efektu egzotermicznego, gdy temperatura osiąga wartość 45°C, co ma miejsce po upływie co najwyżej 6 godzin. Syntezę zakańcza się na podstawie wzrostu lepkości mieszaniny reakcyjnej i oznaczenia liczby izocyjanianowej, według PN-EN 1242.2006. Następnie poliuretan przenosi się do naczynia o dużej powierzchni i usuwa się z niego aceton, uzyskując stałą masę produktu końcowego po ekspozycji w suszarce próżniowej w temperaturze 40-100°C. Następnie alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy podgrzewa się do temperatury 60°C, po czym, w mieszalniku bębnowym, w temperaturze pokojowej, przez 20 minut, 90% mas. kwasu poli(3-hydroksymasłowego) homogenizuje się z 7,5% mas. alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego. W dalszej kolejności zhomogenizowaną mieszaninę wprowadza się do wytłaczarki dwuślimakowej i prowadzi się wytłaczanie kompozytu polimerowego z prędkością 300 obrotów/minutę. Poszczególne strefy tej wytłaczarki, podczas prowadzenia wytłaczania kompozytu, utrzymuje się w następujących temperaturach: zasobnik - temperatura 33°C, I strefa - temperatura 124°C, II strefa - temperatura 145°C, III strefa - temperatura 135°C, IV strefa temperatura 135°C, V strefa - temperatura 146°C, VI strefa - temperatura 146°C, VII strefa - temperatura 163°C, VIII strefa - temperatura 134°C, zaś głowica - temperatura 170°C.

Otrzymany kompozyt polimerowy posiada homogeniczną strukturę, co potwierdzono za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej - SEM. Ponadto charakteryzuje się on następującymi właściwościami:

- wytrzymałość na rozciąganie - 31 MPa,

- wydłużenie względne przy zerwaniu - 2,8%,

- twardość Brinella - 95 N/mm²,

- udarność Charpyego - 6,1 kJ/m³,

- temperatura rozkładu - 254°C,

- temperatura topnienia - 160,4°C,

- temperatura zeszklenia - -0,22°C,

- zawartość fazy amorficznej - 68,4%,

- zawartość fazy krystalicznej - 27,0%.

Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego, według wynalazku, w czwartym przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie trzecim, z tym, że alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy stosuje się w ilości 10% mas., zaś poszczególne strefy tej wytłaczarki, podczas prowadzenia wytłaczania kompozytu, utrzymuje się w następujących temperaturach: zasobnik - temperatura 20°C, I strefa - temperatura 124°C, II strefa - temperatura 151°C, III strefa - temperatura 135°C, IV strefa - temperatura 135°C, V strefa - temperatura 150°C, VI strefa - temperatura 155°C, VII strefa - temperatura 155°C, VIII strefa - temperatura 155°C, zaś głowica - temperatura 165°C, a uzyskany kompozyt polimerowy charakteryzuje się następującymi właściwościami:

- wytrzymałość na rozciąganie - 27 MPa,

- wydłużenie względne przy zerwaniu - 2,6%,

- twardość Brinella - 83,6 N/mm²,

- udarność Charpyego - 8,0 kJ/m³,

- temperatura rozkładu - 270°C,

- temperatura topnienia - 160,5°C,

- temperatura zeszklenia - 0,43°C,

- zawartość fazy amorficznej - 26,4%,

- zawartość fazy krystalicznej - 23,9%.

Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego, według wynalazku, w piątym przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie trzecim, z tym, że alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy stosuje się w ilości 12,5% mas., zaś poszczególne strefy tej wytłaczarki, podczas prowadzenia wytłaczania kompozytu, utrzymuje się w następujących temperaturach: zasobnik - temperatura 34°C, I strefa - temperatura 125°C, II strefa - temperatura 143°C, III strefa - temperatura 134°C, IV strefa - temperatura 134°C, V strefa - temperatura 145°C, VI strefa - temperatura 146°C, VII strefa - temperatura 163°C, VIII strefa - temperatura 137°C, zaś głowica - temperatura 169°C, a uzyskany kompozyt polimerowy charakteryzuje się następującymi właściwościami:

- wytrzymałość na rozciąganie - 25 MPa,

- wydłużenie względne przy zerwaniu - 2,2%,

- twardość Brinella - 76 N/mm²,

- udarność Charpyego - 5,9 kJ/m³,

- temperatura rozkładu - 259°C,

- temperatura topnienia - 160,0°C,

- temperatura zeszklenia - 0,84°C,

- zawartość fazy amorficznej - 70,2%,

- zawartość fazy krystalicznej - 23,1 %.

Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego, według wynalazku, w szóstym przykładzie realizacji, laki jak w przykładzie trzecim, z tym, że alifatyczny rozgałęziony, poliuretan łańcuchowy stosuje się w ilości 15% mas., zaś uzyskany kompozyt polimerowy charakteryzuje się następującymi właściwościami:

- wytrzymałość na rozciąganie - 21 MPa,

- wydłużenie względne przy zerwaniu - 2,8%,

- twardość Brinella - 57,0 N/mm²,

- udarność Charpyego - 6,9 kJ/m³,

- temperatura rozkładu - 263°C,

- temperatura topnienia - 160°C,

- temperatura zeszklenia - -1,15°C,

- zawartość fazy amorficznej - 76,5%,

- zawartość fazy krystalicznej - 19,8%.

Nowy kompozyt polimerowy stosowany jest do produkcji jednorazowych opakowań biodegradowalnych.

Claims (6)

1. Kompozyt polimerowy zawierający napełniacz rozproszony w matrycy polimerowej mającej postać kwasu poli(3-hydroksymasłowego), znamienny tym, że napełniaczem jest alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy, który stosowany jest w masie kompozytu w ilości od 2,5% mas. do 20% mas., przy czym alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy uzyskiwany jest w reakcji równomolowej ilości 1,6-diizocyjanianu heksametylenu i glikolu polipropylenowego.

2. Kompozyt polimerowy według zastrz. 1, znamienny tym, że alifatyczny rozgałęziony poliuretan łańcuchowy w masie kompozytu stosowany jest w ilości od 7,5% mas. do 15% mas.

3. Kompozyt polimerowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że glikol polipropylenowy stosowany jest o masie molowej 400 g/mol.

4. Kompozyt polimerowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że glikol polipropylenowy stosowany jest o masie molowej 1000 g/mol.

5. Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego określonego w zastrz. 1, znamienny tym, że homogenizuje się od 80% mas. do 97,5% mas. kwasu poli(3-hydroksymasłowego) oraz od 2,5% mas. do 20% mas. alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego stosowanego jako napełniacz, który uzyskuje się w reakcji równomolowej ilości 1,6-diizocyjanianu heksametylenu i glikolu polipropylenowego, po czym zhomogenizowaną mieszaninę wprowadza się do wytłaczarki i prowadzi się jej wytłaczanie z prędkością od 300 do 450 obrotów/minutę, przy czym podczas wytłaczania, poszczególne strefy wytłaczarki utrzymuje się w temperaturach takich, że jej zasobnik utrzymuje się w temperaturze od 20°C do 36°C, jej I strefę utrzymuje się w temperaturze od 123°C do 127°C, jej II strefę utrzymuje się w temperaturze od 133°C do 167°C, jej III strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 137°C, jej IV strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 136°C, jej V strefę utrzymuje się w temperaturze od 145°C do 151°C, jej VI strefę utrzymuje się w temperaturze od 145°C do 157°C, jej VII strefę utrzymuje się w temperaturze od 148°C do 163°C, jej VIII strefę utrzymuje się w temperaturze od 134°C do 155°C, zaś jej głowicę utrzymuje się w temperaturze od 158°C do 170°C.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że mieszanie kwasu poli(3-hydroksymasłowego) oraz alifatycznego rozgałęzionego poliuretanu łańcuchowego prowadzi się w mieszalniku bębnowym.