PL248596B1 - Sposób wytwarzania gumowo-termoplastycznych recyklingowych izolatorów akustycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania izolatorów akustycznych kompozytowych na osnowie polimerowej, z napełniaczem w postaci rozdrobnionej gumy o określonej frakcji, z materiałów pochodzących z recyklingu.

Zaawansowane metody wytwarzania materiałów i technologie przetwórstwa, w tym procesy wtryskiwania, wytłaczania i prasowania kompozytów stwarzają możliwość różnych rozwiązań w zakresie unieszkodliwiania odpadów tworzyw sztucznych i recyklingu. Nowe zastosowania surowców wtórnych związane są z możliwością technologii umożliwiającej masowe wykorzystanie tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu w różnych gałęziach przemysłu. Najczęściej stosowany jest recykling mechaniczny, umożliwiający odzysk i segregację materiałów, a następnie wykorzystanie w technologiach przetwórstwa w obiegu zamkniętym. Rosnące zapotrzebowanie na materiały o specyficznych właściwościach oraz konieczność unieszkodliwiania odpadów tworzyw sztucznych stwarzają konieczność opracowywania nowych metod wytwarzania w przetwórstwie tworzyw sztucznych i kompozytów. Połączenie materiałów o różnych właściwościach i technologiach wytwarzania, np. gumy oraz polimerów termoplastycznych pochodzących z recyklingu, może prowadzić do uzyskania materiału o właściwościach niespotykanych w materiałach o strukturze jednorodnej lub też wytwarzanych w sposób konwencjonalny.

Znany jest z europejskiego opisu zgłoszenia patentowego EP3632973A1 sposób wytwarzania wulkanizowanego kompozytu gumowego, według którego w procesie produkcji na etapie mieszania dodaje się i miesza z gumą przyspieszacze wulkanizacji, w tym specyficzny środek ułatwiający przetwarzanie, jakim jest glikol polietylenowy, który należy dodać w pierwszym etapie mieszania. Jako napełniacz w drugim etapie mieszania stosuje się sadzę, nanorurki węglowe, grafit, grafen, krzemionkę, dwufazowy wypełniacz węglowo-krzemionkowy, glinę, węglan wapnia, węglan magnezu, ligninę, wypełniacze na bazie cząstek szklanych. Według sposobu wynalazku bardziej korzystnym jest napełniacz krzemionkowy, wybrany z grupy składającej się z krzemionki strącanej i krzemionki koloidalnej.

Z amerykańskiego opisu zgłoszenia patentowego US20090036596A1 znany jest sposób wytwarzania kompozytu guma-wypełniacz, w którym napełniacz jest równomiernie i drobno zdyspergowany, co poprawia niskie nagrzewanie, odporność zmęczeniową i przetwarzalność kompozycji gumowej. Kompozyt gumowo-wypełniający otrzymuje się przez napromieniowanie zawiesiny zawierającej napełniacz, taki jak sadza lub krzemionka, falami ultradźwiękowymi o dużej amplitudzie, w celu drobnego rozproszenia napełniacza w zawiesinie i zmieszanie zawiesiny napełniacza poddanego obróbce dyspersyjnej ze stężonym lateksem kauczuku naturalnego, prowadząc napromienianie falami ultradźwiękowymi o dużej amplitudzie, a następnie koagulując i susząc.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL216096 sposób wytwarzania kompozytów poliuretanowo-gumowych sieciowanych związkami nienasyconymi. Sposób otrzymywania kompozytów poliuretanowo-gumowych według wynalazku umożliwia wymieszanie recyklatu gumowego z nienasyconym prepolimerem uretanowym z zastosowaniem małocząsteczkowych monomerów winylowych. Poprzez proces sieciowania kompozytów, uzyskuje się wiązanie monomerów winylowych, co pozwala na trwałe powiązanie poliuretanowej osnowy z recyklatem gumowym i wpływa na polepszenie właściwości fizykomechanicznych kompozytów. W sposobie wytwarzania kompozytów poliuretanowo-gumowych według wynalazku miesza się recyklat gumowy w ilości od 5 do 95% z ciekłymi reaktywnymi mieszaninami uretanowymi w ilości od 4,6% do 94,9% masowych, nienasyconymi monomerami sieciującymi w ilości od 0,9 do 47,4% oraz inicjatorami i przyspieszaczami rodnikowej kopolimeryzacji sieciującej, odpowiednio od 0,1 do 0,5% masowych inicjatora i od 0,01 do 0,1% masowych przyspieszacza. Mieszanie prowadzi się przez 5-10 minut, a następnie mieszaninę umieszcza się w formie i utwardza przez 5-120 minut, w temperaturze od 20°C do 150°C pod ciśnieniem 1-20 MPa.

Z kolejnego polskiego opisu patentowego PL242108 znany jest sposób otrzymywania elastomerowego kompozytu o regulowanej sztywności, według którego granulat gumowy otrzymany z recyklingu opon samochodowych lub odpadów technologicznych przy ich produkcji spęcznia się w oleju popirolitycznym w stosunku masowym odpowiednio 1,0 granulatu do 0,1-0,8 oleju, a następnie dodaje się spoiwo w postaci reaktywnego poliuretanu (PUR) w ilości 5-15% masowych, składniki kompozytu miesza się, po czym formuje się wyrób.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszenia patentowego P.441893 sposób wytwarzania elastycznego kompozytu poliuretanowo-gumowego, zawierający miał gumowy pochodzący z poużytkowych opon samochodowych. W sposobie według wynalazku kompozyt charakteryzuje się tym, że zawiera matrycę elastyczną w postaci pianki poliuretanowej w ilości 83,50-95,50% wagowo w stosunku do całego kompozytu poliuretanowo-gumowego oraz miał gumowy w ilości 4,50-16,50% wagowo w stosunku do całego kompozytu.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL.236170 sposób wytwarzania kompozytu polimerowego na bazie polimerów z materiałów pochodzących z dywaników samochodowych, znamienny tym, że napełniacz w postaci granulatu o frakcji do 2 mm pochodzącego ze zużytych dywaników samochodowych w ilości 60% wag. miesza się z 40% wag. osnowy polimerowej w postaci polietylenu o dużej gęstości posiadającego temperaturę topnienia niższą niż temperatura topnienia napełniacza. Homogenizację składników prowadzi się w układzie uplastyczniającym posiadającym strefę zasilania o temperaturze 160°C oraz strefę dozowania o temperaturze 200°C, a uzyskany kompozyt wtryskuje się do gniazda formującego formy wtryskowej o temperaturze 50°C, przy czym ciśnienie wtrysku wynosi 70 MPa, ciśnienie docisku wynosi 40 MPa, natomiast czas wtrysku wynosi 0,7 sekund, a czas docisku wynosi 30 sekund. Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie wyrobów kompozytowych metodą wtryskiwania posiadających dobre właściwości izolacyjne, amortyzujące oraz mechaniczne.

Dotychczasowe rozwiązania nie pozwalają na wykorzystanie szeroko stosowanego, m.in. na opakowania, tworzywa termoplastycznego w postaci zastosowanego odpadu polimerowego w proszku, z napełniaczem w postaci rozdrobnionej gumy z opon samochodowych i przygotowanych według odpowiedniej procedury do procesu prasowania, przy czym według wynalazku otrzymuje się płyty kompozytowe o parametrach spełniających możliwość zastosowania jako materiał izolujący akustycznie.

Problemem technicznym rozwiązywanym przez wynalazek jest tłumienie akustyczne, które uzyskuje się poprzez sposób wytworzenia materiału pochodzącego z recyklingu odpadowego w postaci rozdrobnionej gumy, z dodatkiem osnowy w postaci materiału polimerowego termoplastycznego proszku.

Celem sposobu według wynalazku jest opracowanie procesu wytworzenia materiału przeznaczonego do zastosowań akustycznych i izolacyjnych z materiału pochodzącego z recyklingu, odpadowego w postaci rozdrobnionej gumy, z dodatkiem jako osnowy materiału polimerowego termoplastycznego w postaci proszku, umożliwiającego uzyskanie wyrobu o parametrach mechanicznych i termicznych, wskazujących na możliwe zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, wytwarzane metodą prasowania. Materiał stosowany do wytworzenia płyt kompozytowych stanowią guma i polimer pochodzące z firm zajmujących się składowaniem, utylizacją i recyklingiem materiałów odpadowych z przetwórstwa polimerów i przemysłu samochodowego. Opracowany sposób wytwarzania kompozytowych płyt zapewnia łatwe i tanie uzyskanie wyrobu o dowolnych parametrach geometrycznych, nadającego się do bezpośredniego zastosowania jako elementy izolujące akustycznie maszyn oraz urządzeń, w przemyśle maszynowym, motoryzacyjnym, zwłaszcza do wytwarzania elementów urządzeń AGD, sanitarnych, elektrotechnicznych, w zastosowaniach przemysłowych i urządzeń wykorzystywanych w różnych gałęziach przemysłu i przeznaczonych do różnego typu zastosowań. Ze względu na zastosowanie w sposobie według wynalazku rozdrobnionych odpadów gumowych, kompozytowe izolatory akustyczne należą do materiałów proekologicznych i mogą zostać wykorzystane do otrzymywania jakościowo nowych wyrobów o właściwościach zbliżonych do tradycyjnych materiałów gumowych i stosowanych w izolacji akustycznej o obniżonych materiałowych kosztach wytwarzania.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się niską temperaturą formowania, zmniejszającą nakłady energetyczne ponoszone na proces prasowania wyrobów kompozytowych oraz umożliwia związanie recyklatu gumowego z tworzywem termoplastycznym w sposób trwały.

W świetle opisanego stanu techniki celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie niedogodności związanych z wykorzystaniem recyklingowych materiałów i opracowanie procesu wytworzenia materiału przeznaczonego do izolacji akustycznej.

Sposób wytwarzania kompozytowych izolatorów akustycznych z napełniaczem w postaci rozdrobnionej gumy oraz osnowy polimerowej charakteryzuje się tym, że obejmuje etapy:

- miesza się napełniacz w postaci rozdrobnionej gumy z opon samochodowych oraz osnowę polimerową, przy czym napełniacz w postaci gumy ma frakcję od 1 do 2 mm, korzystnie 2 mm w ilości wagowej 93-95%, natomiast osnowa w postaci sproszkowanego tworzywa sztucznego LDPE o frakcji 150-250 μm w ilości wagowej odpowiednio do napełniacza 5-7%, przy czym osnowa ma niższą temperaturę topnienia niż temperatura degradacji gumy, a następnie;

- umieszcza się mieszaninę w gnieździe formy prasowniczej, a następnie;

- homogenizuje się w temperaturze wynoszącej 170°C ±5°C oraz pod ciśnieniem od 20 do 22 MPa, przy użyciu prasy w czasie 300 do 420 s a następnie;

- zestala się gotowy wyrób z odzwierciedleniem kształtu gniazda formującego pod ciśnieniem 22 do 23 MPa i w temperaturze homogenizacji, aż do schłodzenia do temperatury 40°C, od momentu uplastycznienia polimeru do otrzymania wypraski w czasie od 1500 do 1800 s.

Główną zaletą zastosowanego rozwiązania jest uzyskanie kompozytu, w którym podstawowym składnikiem jest materiał pochodzący z recyklingu zużytych opon samochodowych, zastosowany jako napełniacz o frakcji 1 do 2 mm, którego zawartość w kompozycie przekracza 93%, a wyroby uzyskiwane według technologii prasowania wykazują cechy materiałów izolujących akustycznie.

Kolejną zaletą jest połączenie właściwości gumy rozdrobnionej do odpowiedniej frakcji z osnową polimerową w postaci sproszkowanego po recyklingu tworzywa sztucznego LDPE o frakcji 150-250 μm, posiadającego temperaturę topnienia niższą niż temperatura degradacji napełniacza.

Niewątpliwą zaletą jest możliwość homogenizowania materiału w temperaturze 170°C oraz wywarcie ciśnienia o wartości nie większej niż 23 MPa przy użyciu prasy i zestaleniu gotowego wyrobu odzwierciedlającego kształt gniazda formującego w czasie do 1800 s.

Dużą zaletą jest możliwość wytworzenia izolatora akustycznego w postaci płyty kompozytowej, która stanowić może prefabrykat dowolnego kształtu, może być poddawana obróbce skrawaniem, mającej na celu wytworzenie gotowego wyrobu o określonym kształcie.

W sposobie według wynalazku znamienne jest, iż opracowany skład i parametry wytworzenia kompozytu (napełniacz-osnowa) gwarantuje możliwość zastosowania jako izolator akustyczny, wytworzony metodą prasowania pod niskim ciśnieniem i w niskiej temperaturze przetwórstwa dla termoplastów, co umożliwia wytworzenie różnorodnych wyrobów w różnych gałęziach przemysłu, w zakładach przemysłowych przetwórstwa i wytwarzania wyrobów z tworzyw polimerowych, oraz w zakładach produkcyjnych wytwarzania różnych wyrobów wyposażonych w elementy izolujące akustycznie.

Poniższy przykład ilustruje sposób wykonania wynalazku, nie ograniczając go w żaden sposób.

Przykład 1. Sposób wytwarzania izolatorów akustycznych z napełniaczem w postaci rozdrobnionej gumy z opon samochodowych oraz osnowy polimerowej

Za pomocą sposobu według wynalazku wytwarza się wypraski prasownicze w kształcie płyty sześciennej. Jako osnowy polimerowej do wytworzenia kompozytu używa się polietylenu o małej gęstości (LDPE) posiadającego temperaturę topnienia niższą niż temperatura degradacji napełniacza. Jako napełniacz stosuje się zmieloną gumę jako materiał recyklingowy z zużytych opon, który przesiewa na sitach z użyciem wytrząsarki oscylacyjnej. Uzyskany w ten sposób napełniacz do dalszego procesu w postaci rozdrobnionej gumy o frakcji od 1 do 2 mm w ilości 95% wag. miesza się mechanicznie w mieszarce bębnowej z 5% wag. osnowy polimerowej w postaci proszku polimeru LDPE o frakcji 150-250 μm. Następnie uzyskaną w mieszarce bębnowej ujednorodnioną mieszaninę zasypuje się do formy prasowniczej.

W układzie formy ze stemplem pod ciśnieniem 20 MPa używa się prasy, po czym homogenizuje się w stanie uplastycznionym osnowy polimerowej składniki w temperaturze poniżej wartości temperatury degradacji napełniacza. Układ grzejny formy ze względu na walcową konstrukcję sprzężony z układem pomiarowym zapewnia jednorodny rozkład temperatury do wartości 170°C ±5°C. W wyniku procesu uzyskuje się płytki kompozytowe w postaci wyprasek prasowniczych o wymiarach 80 x 80 x 25 mm. Płytki uzyskuje się od momentu uplastycznienia do momentu otrzymania wypraski pod ciśnieniem 21 MPa w temperaturze od 170°C do schłodzenia do 40°C, w czasie 1800 s. Wykonuje się wypraski kompozytowe zawierające 95% wagowo napełniacza w postaci rozdrobnionej gumy. Uzyskuje się wyrób kompozytowy, który posiada dużą jednorodność i właściwości izolujące akustycznie, dobre właściwości użytkowe, w tym termomechaniczne, dobrą odporność na wibracje, izolacyjność cieplną, odporność na wilgoć i korozję. W procesie wykorzystuje się napełniacz i polimer termoplastyczny, stanowiące odpad.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania recyklingowych izolatorów akustycznych z napełniaczem w postaci rozdrobnionej gumy z zużytych opon samochodowych oraz osnowy polimerowej znamienny tym, że obejmuje etapy:

- miesza się napełniacz w postaci rozdrobnionej gumy oraz osnowę polimerową, przy czym napełniacz ma frakcję od 1 do 2 mm w ilości wagowych 93-95%, natomiast osnowa jest

PL 248596 B1 5 w postaci sproszkowanego termoplastycznego tworzywa sztucznego LDPE o frakcji 150-250 μm, w ilości wagowych 5-7%, przy czym osnowa ma niższą temperaturę topnienia niż temperatura degradacji napełniacza, a następnie;

- umieszcza się mieszaninę w gnieździe formy prasowniczej, a następnie;

- homogenizuje się w temperaturze wynoszącej 170°C ±5°C oraz pod ciśnieniem od 20 do 22 MPa, przy użyciu prasy w czasie 300 do 420 s a następnie;

- zestala się gotowy wyrób z odzwierciedleniem kształtu gniazda formującego pod ciśnieniem 22 do 23 MPa i w temperaturze homogenizacji, aż do schłodzenia do temperatury 40°C, od momentu uplastycznienia polimeru do otrzymania wypraski w czasie od 1500 do 1800 s.