RU2773845C2 - Способ получения композиционных материалов на основе вторичного полиэтилентерефталата и хелатных комплексов эрбия - Google Patents

Способ получения композиционных материалов на основе вторичного полиэтилентерефталата и хелатных комплексов эрбия Download PDF

Info

Publication number
RU2773845C2
RU2773845C2 RU2020133126A RU2020133126A RU2773845C2 RU 2773845 C2 RU2773845 C2 RU 2773845C2 RU 2020133126 A RU2020133126 A RU 2020133126A RU 2020133126 A RU2020133126 A RU 2020133126A RU 2773845 C2 RU2773845 C2 RU 2773845C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polyethylene terephthalate
chelate complex
temperature
composite materials
production
Prior art date
Application number
RU2020133126A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2020133126A (ru
RU2020133126A3 (ru
Inventor
Виктор Владимирович Стрельников
Галина Алексеевна Данюшина
Михаил Семенович Липкин
Василий Григорьевич Шишка
Светлана Александровна Пожидаева
Сергей Николаевич Любченко
Original Assignee
Виктор Владимирович Стрельников
Галина Алексеевна Данюшина
Михаил Семенович Липкин
Василий Григорьевич Шишка
Светлана Александровна Пожидаева
Сергей Николаевич Любченко
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Владимирович Стрельников, Галина Алексеевна Данюшина, Михаил Семенович Липкин, Василий Григорьевич Шишка, Светлана Александровна Пожидаева, Сергей Николаевич Любченко filed Critical Виктор Владимирович Стрельников
Priority to RU2020133126A priority Critical patent/RU2773845C2/ru
Publication of RU2020133126A publication Critical patent/RU2020133126A/ru
Publication of RU2020133126A3 publication Critical patent/RU2020133126A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2773845C2 publication Critical patent/RU2773845C2/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области переработки отходов полимеров, в частности, получению композиционных материалов с применением вторичного сырья - полиэтилентерефталата и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве конструкционных материалов. Способ получения композиционных материалов на основе вторичного полиэтилентерефталата и хелатного комплекса эрбия включает сортировку, очистку, измельчение, сушку и термическую обработку в экструдере. При этом очистку вторичного полиэтилентерефталата проводят в два приема: в щелочном растворе и после измельчения во флотационных ваннах с ПАВ и растворителями, затем выдерживают в сушильном шкафу при температуре 70-80°С в течение 4-5 часов и обрабатывают раствором хелатного комплекса эрбия в ксилоле при температуре 18÷25°С, с последующей переработкой композиции при температуре 210÷220°С и следующем соотношении введенных в экструдер компонентов, г: полиэтилентерефталат (ПЭТФ) - 170-180, полиизобутилен (ПИБ) - 10-18, фторопласт-32 литьевой (Ф-32Л) – 3, полифенил-метилсилоксан-4 (ПФМС-4) – 3, хелатный комплекс Er - 0,001-0,01. Предлагаемый способ позволяет получить материал, отличающийся высокой пластичностью и улучшенными физико-механическими свойствами: коэффициентом трения, износостойкостью, твердостью. 4 ил., 1 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к области переработки отходов полимеров, в частности, получению композиционных материалов с применением вторичного сырья - полиэтилентерефталата и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве конструкционных материалов в машиностроении, авиастроении, приборостроении и др.
Состояние экологии и проблема утилизации отходов, 30% от общей массы которых составляет полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и постоянный рост цен на первичное сырье ПЭТФ инициирует использование и переработку вторичной продукции из ПЭТФ для получения композиционных материалов.
Существует два основных источника полимерных отходов - это производственные и бытовые. Промышленные отходы до 90% перерабатываются на самих производствах, а бытовые, содержащие поверхностные загрязнения и различные примеси, требуют более тщательной предварительной подготовки при рециклинге.
В последнее время появилось много предложений по разработке технологий рециклинга отходов ПЭТФ для получения композиционных материалов.
Известен способ переработки отходов полиэтилентерефталата, включающий термообработку отходов в среде, содержащей паровой компонент, в замкнутом герметизированном объеме (патент RU 2384592).
Однако, следует отметить, что при повторной переработке ПЭТФ под воздействием термической обработки возникает ряд проблем, связанных с протекающими при этом процессами деструкции и окисления. Все указанные недостатки связаны с повышенным содержанием влаги и частичной деструкцией, окислением материала при термическом воздействии в процессе переработки.
Известен способ рециклинга при производстве изделий из ПЭТФ с использованием вторичного сырья (патент US №5503790). Эта технология предусматривает переработку массы в вакууме с целью удаления паров из формуемой массы. Полученные по предлагаемой технологии листы используются для изготовления тары для различных технических целей.
Рассматриваемый способ отличается сложностью технологического процесса и требует введения дополнительной операции вакуумирования массы, а соответственно и дополнительного оборудования. И самое главное - материалы, полученные данным способом, отличаются повышенной хрупкостью, низкой прочностью на изгиб, повышенным коэффициентом трения и износом.
Одним из путей улучшения качества композиционного материала из вторичного ПЭТФ является введение в состав функциональных добавок и проведение модификации, что способствует приданию новых улучшенных свойств получаемому материалу. Существуют способы модификации поверхности отходов путем обработки различными реагентами.
Известны способы модификации поверхностности гранулята полиэтилентерефталата (ПЭТФ) функциональными добавками для повышения термостойкости, что позволяет расширить температурный интервал эксплуатации изделий за счет химического связывания используемого модификатора со сложным полиэфиром и способствует повышению термостойкости полимера (патенты RU 2494122, 2495884).
Однако материалы, полученные по предлагаемому способу, обладают невысокими антифрикционными характеристиками, что ограничивает область их применения, и поэтому они не могут быть использованы в качестве конструкционных материалов в машиностроении, авиастроении и приборостроении.
Известна смесь для получения композиционных строительных материалов (патент RU №2623754), включающая предварительно измельченные термомеханически обработанный вторичный полиэтилентерефталат (ВПЭТФ) и вторичный полипропилен (ВПП), сополимер этилена и винил-ацетата, тонкодисперсный наполнитель, модифицированный сополимер Этатилен EVA-g-GMA, тонкодисперсный наполнитель с содержанием карбонатов кальция и магния не менее 80% и дополнительно - коротково-локнистый хризотил с характеристическим отношением длины к диаметру 300÷400. Смесь получена термомеханической обработкой ВПЭТФ плавлением при 280°C с последующим охлаждением расплава в воде, сушкой при 80°С и измельчением, с последующим плавлением при 210÷240°С, введением в расплав измельченного ВПП в соотношении, мас. %: ВПЭТФ 73,7 и ВПП 26,3, а затем указанных сополимера, наполнителя и хризотила при следующем соотношении компонентов, мас. %:
ВПЭТФ и ВПП 19÷38
наполнитель 60÷80
сополимер 1÷2
хризотил 0÷3,5
Изделия из предлагаемого материала обладают повышенной твердостью, а истираемость составляет 0,09÷0,04 г/см2.
Однако к недостаткам данного состава следует отнести высокое содержание в наполнителе вторичного сырья (60÷80%), что приводит к снижению механической прочности (растрескиванию, охрупчиванию) изделий, и снижению пластичности, вызывающей сложности при экструзии. Также наличие большого количества компонентов наполнителя, требующего предварительной подготовки, усложняет технологический процесс. Кроме того, применяемый хризотил - гидросиликат магния (асбест) относится к канцерогенным материалам, запрещенным к применению в большинстве стран.
Известны антифрикционные полимерные композиции на основе полиэтилена, обладающие низким коэффициентом трения и повышенной теплостойкостью (патенты RU 2445323, 2495060).
В состав композиции по патенту RU 2495060 входит раствор хелатного комплекса Nd в бензоле или толуоле, обладающий устойчивостью к высоким температурам (Тпл=170°С). Полученная масса композита более пластична и легче перерабатывается в изделия.
Растворы хелатных комплексов (Nd и Er) могут быть использованы при создании не только эффективных антифрикционных полимерных композиций и материалов, но и в процессах переработки полимеров, например, рециклинге вторичного полиэтилентерефталата при утилизации отходов.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка способа получения композиционных материалов на основе вторичного ПЭТФ с улучшенными физико-механическими свойствами (коэффициент трения, износостойкость, твердость, пластичность) за счет предварительной модификации отходов ПЭТФ раствором в ксилоле хелатного комплекса Er.
Указанный технический результат достигается за счет использования предлагаемого способа получения композиционных материалов на основе вторичного ПЭТФ, включающего сортировку - отделение инородных примесей и предварительную очистку, измельчение на флексы размером ≈10÷15 мм и окончательную очистку во флотационных ваннах с ПАВ и растворителями, сушку и обработку раствором хелатного комплекса соединений Er в ксилоле при температуре 18÷25°С и тщательном перемешивании с последующим термическим воздействием в экструдере при следующем соотношении компонентов, г:
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) 170-180
Полиизобутилен (ПИБ) 10-18
Фторопласт - 32 литьевой (Ф-32Л) 3
Полифенил-метилсилоксан-4 (ПФМС-4) 3
Раствор хелатного комплекса Er в ксилоле 0,001-0,01
Отмечено, что хелатный комплекс Er обладает каталитическим свойством. Это связано с наличием в молекуле донорно-акцепторных связей, которые и являются источником каталитических центров. Даже при незначительных концентрациях хелатного комплекса существенно изменяются свойства материалов. Обработка очищенного, дробленного вторичного сырья раствором катализатора - хелатного комплекса Er, растворенного в ксилоле оказывает значительное влияние на химическое взаимодействие функциональных добавок с вторичным сырьем ПЭТФ.
Существенным и новым в предложенном способе получения композиционных материалов на основе вторичного ПЭТФ является предварительная модификация отходов растворами хелатных комплексов, а именно, обработка очищенного дробленного вторичного сырья раствором хелатного комплекса соединений Er в ксилоле. Полученные композиционные материалы обладают повышенной пластичностью и хорошими антифрикционными свойствами.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании способа, позволяющего получить материал с улучшенными физико-механическими свойствами (коэффициент трения, износостойкость, твердость). Предварительная обработка флексов вторичного ПЭТФ раствором хелатного комплекса Er, не только улучшает физико-механические свойства, но и позволяет получать образцы, отличающиеся высокой пластичностью.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Фиг. 1 - зависимость коэффициента трения от нагрузки V=0,075 м/с без смазки; фиг. 2 - волокно из композиции №4 Табл., фиг. 3 - состав волокна композиции №4 Табл., спектр 2; фиг. 4 - состав волокна композиции №4 Табл., спектр 3 и примерами оптимальных составов композиций, сведенными в Таблицу.
Способ осуществляется следующим образом.
В качестве вторичного сырья использовали бытовые отходы, содержащие поверхностные загрязнения и различные примеси. Рециклинг таких отходов требует более тщательной предварительной подготовки, включающей сортировку - отделение инородных примесей и предварительную очистку. Бытовые отходы очищали от грязи, клея и этикеток. Очистку проводили при температуре 18÷25°C с использованием щелочных растворов при постоянном перемешивании, а затем промывали проточной водой.
Очищенный вторичный ПЭТФ измельчали на флексы размером ≈10÷15 мм, например с помощью дробилки с ножами типа «ласточкин хвост».
Полученные флексы для окончательной и более качественной очистки пропускали через флотационные ванны, содержащие ПАВ и растворители.
Учитывая, что ПЭТФ - продукт поликонденсации, и при термическом воздействии в пределах температуры его плавления в присутствии гидроксильных групп, а именно малейших частиц воды, происходит деструкция перерабатываемого сырья очень важно после окончательной очистки удалить всю влагу из вторичного полиэтилентерефталата. Для удаления влаги очищенные флексы выдерживали в сушильном шкафу при температуре 70÷80°С в течение 4÷5 часов.
После максимального обезвоживания поверхность вторичного сырья ПЭТФ обрабатывали раствором в ксилоле хелатного комплекса соединений Er. Процесс проводили при температуре 18÷25°С, тщательном перемешивании и при следующем соотношении компонентов, г:
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) 170-180
Полиизобутилен (ПИБ) 10-18
Фторопласт - 32 литьевой (Ф-32Л) 3
Полифенил-метилсилоксан-4 (ПФМС-4) 3
Раствор хелатного комплекса Er в ксилоле 0,001-0,01
Из подготовленных таким образом флексов и функциональных добавок составляли композиции на основе вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТФ), и раствора хелатного комплекса эрбия (Er) в ксилоле, основные составы которых представлены в Табл.
Химическое взаимодействие всех введенных компонентов и катализатора происходило при термическом воздействии. Переработку осуществляли в экструдере, при этом температура не превышала 210÷220°C, с последующим формованием образцов в пресс-форме.
Формование образцов для осуществления физико-механических испытаний проводили в смазанных пресс-формах. Образцы для испытаний представляли собой шайбу диаметром 22÷23 мм и высотой 10 мм. Полученные образцы подвергались физико-химическим исследованиям.
Отличительной особенностью этих составов является то, что полученные композиционные материалы обладают хорошими антифрикционными свойствами и повышенной пластичностью.
Коэффициент трения образцов, полученных из разработанного композита, был определен на торцевой машине трения при скорости скольжения 0,075 м/с без смазки. Результаты испытаний представлены на Фиг. 1.
Как видно из представленных данных, предварительная обработка флексов ПЭТФ перед переработкой на экструдере раствором Er, способствует не только снижению коэффициента трения в ≈ 2÷3 раза, но и весового износа.
Для исследования пластичности из предложенных составов были получены волокна, которые исследовали на электронном микроскопе «Mira 3 tes-can» Фиг. 2-4.
Следует отметить, что полученные волокна из композиции №4 отличаются высокой пластичностью, легко вытягиваются, имеют минимальную разнотолщинность по длине волокна (Фиг. 2). Элементный состав волокна, полученный из разных спектров, практически одинаковый (Фиг. 3-4).
Таким образом, можно сделать вывод, что предварительная обработка флексов вторичного ПЭТФ раствором хелатного комплекса Ег, не только улучшает эксплуатационные свойства (коэффициент трения, износ, твердость), но и позволяет получать образцы, отличающиеся высокой пластичностью.

Claims (4)

  1. Способ получения композиционных материалов на основе вторичного полиэтилентерефталата и хелатного комплекса эрбия, включающий сортировку, очистку, измельчение, сушку и термическую обработку в экструдере, отличающийся тем, что очистку вторичного полиэтилентерефталата проводят в два приема: в щелочном растворе и после измельчения во флотационных ваннах с ПАВ и растворителями, затем выдерживают в сушильном шкафу при температуре 70-80°С в течение 4-5 часов и обрабатывают раствором хелатного комплекса эрбия в ксилоле при температуре 18÷25°С, с последующей переработкой композиции при температуре 210÷220°С и следующем соотношении введенных в экструдер компонентов, г:
  2. Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) 170-180 Полиизобутилен (ПИБ) 10-18 Фторопласт-32 литьевой - (Ф-32Л) 3
  3. Полифенил-метилсилоксан-4 (ПФМС-4)3
  4. Хелатный комплекс Er 0,001-0,01
RU2020133126A 2020-10-07 Способ получения композиционных материалов на основе вторичного полиэтилентерефталата и хелатных комплексов эрбия RU2773845C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133126A RU2773845C2 (ru) 2020-10-07 Способ получения композиционных материалов на основе вторичного полиэтилентерефталата и хелатных комплексов эрбия

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133126A RU2773845C2 (ru) 2020-10-07 Способ получения композиционных материалов на основе вторичного полиэтилентерефталата и хелатных комплексов эрбия

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020133126A RU2020133126A (ru) 2022-04-07
RU2020133126A3 RU2020133126A3 (ru) 2022-04-07
RU2773845C2 true RU2773845C2 (ru) 2022-06-14

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2384592C1 (ru) * 2008-11-27 2010-03-20 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Способ переработки отходов полиэтилентерефталата в порошкообразный продукт
RU2481952C1 (ru) * 2011-12-27 2013-05-20 Открытое акционерное общество "Институт пластмасс имени Г.С. Петрова" Способ получения полимерной ленты из вторичного полиэтилентерефталата
US8541477B2 (en) * 2011-03-04 2013-09-24 International Business Machines Corporation Methods of depolymerizing terephthalate polyesters
RU2495060C1 (ru) * 2012-07-04 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" Антифрикционный композиционный материал
RU2623754C1 (ru) * 2016-03-29 2017-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Смесь для получения композиционных строительных материалов
RU2631452C1 (ru) * 2016-04-14 2017-09-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова" Композиционный материал

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2384592C1 (ru) * 2008-11-27 2010-03-20 Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) Способ переработки отходов полиэтилентерефталата в порошкообразный продукт
US8541477B2 (en) * 2011-03-04 2013-09-24 International Business Machines Corporation Methods of depolymerizing terephthalate polyesters
RU2481952C1 (ru) * 2011-12-27 2013-05-20 Открытое акционерное общество "Институт пластмасс имени Г.С. Петрова" Способ получения полимерной ленты из вторичного полиэтилентерефталата
RU2495060C1 (ru) * 2012-07-04 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" Антифрикционный композиционный материал
RU2623754C1 (ru) * 2016-03-29 2017-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Смесь для получения композиционных строительных материалов
RU2631452C1 (ru) * 2016-04-14 2017-09-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова" Композиционный материал

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Данюшина Г.А. и др. Способ химической переработки полиэтилентерефталата, Инженерный Вестник Дона, 2017, N 2. Дерлугян П.Д. и др. Рециклинг полиэтилентерефталата с применением хелатного комплекса эрбия, Инженерный Вестник Дона, 2018, N 1. Любченко С.Н. и др. Рециклинг полиэтилентерефталата хелатными комплексами металлов, Спектроскопия координационных соединений, Тезисы докладов XV Международной конференции, Краснодар, Кубанский гос. ун-т, 2018, с. 162. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dehghani et al. Mechanical and thermal properties of date palm leaf fiber reinforced recycled poly (ethylene terephthalate) composites
Rooj et al. New route for devulcanization of natural rubber and the properties of devulcanized rubber
Aydın et al. Effects of alkali treatment on the properties of short flax fiber–poly (lactic acid) eco-composites
JP3593597B2 (ja) 再生プラスチックのための安定化方法及び安定剤混合物
Amar et al. Study and characterization of composites materials based on polypropylene loaded with olive husk flour
Zhang et al. Preparation of rubber composites from ground tire rubber reinforced with waste‐tire fiber through mechanical milling
Chen et al. Biocomposites based on rice husk flour and recycled polymer blend: effects of interfacial modification and high fibre loading
Ambrósio et al. Preparation and characterization of poly (vinyl butyral)‐leather fiber composites
Gupta et al. Mechanical and thermal degradation behavior of sisal fiber (SF) reinforced recycled polypropylene (RPP) composites
Qian et al. Preparation and characterization of maleic anhydride compatibilized poly (lactic acid)/bamboo particles biocomposites
CN108472859A (zh) 双轴拉伸片及其成形品
Labidi et al. Alfa fiber/polypropylene composites: Influence of fiber extraction method and chemical treatments
Vahdatbin et al. Using chemical agent in microwave assisted devulcanization of NR/SBR blends: An effective recycling method
Nedjma et al. Effect of chemical treatment on newspaper fibers reinforced polymer poly (vinyl chloride) composites
Choudhury et al. Recycled milk pouch and virgin low‐density polyethylene/linear low‐density polyethylene based coir fiber composites
RU2773845C2 (ru) Способ получения композиционных материалов на основе вторичного полиэтилентерефталата и хелатных комплексов эрбия
Salari et al. Study on the recycling of ABS resins: simulation of reprocessing and thermo-oxidation
Abebayehu et al. Preparation of biocomposite material with superhydrophobic surface by reinforcing waste polypropylene with sisal (Agave sisalana) fibers
Grande et al. Investigation of fiber organization and damage during single screw extrusion of natural fiber reinforced thermoplastics
Qayyum Gill et al. Upscale recycling of nonwoven polypropylene waste using a novel blending method
Nayak et al. Sisal fiber (SF) reinforced recycled polypropylene (RPP) composites
Zhang et al. Soybean oil induced efficient thermal–oxidative degradation of covalently crosslinked styrene butadiene rubber
RU2751941C1 (ru) Композиционный материал на основе вторичного полиэтилентерефталата
Liao et al. Green recycling of aramid fiber waste as the friction modifier of POM by solid state shear milling technology
Balaji et al. Mechanical and thermal properties of untreated bagasse fiber reinforced cardanol eco-friendly biocomposites