SI20260A

SI20260A - Kompoziti polimernega papirja

Info

Publication number: SI20260A
Application number: SI9820064A
Authority: SI
Inventors: Marshal Medoff; Arthur Lagace
Original assignee: Xyleco, Inc.
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2000-12-31
Also published as: TR200000573T2; EA200000278A1; EP1015242B1; CN1278209A; DE69834126T2; UA61972C2; LV12589A; BG104276A; NZ503357A; NO20001044D0; GR20010300051T1; LT2000019A; GEP20022790B; YU11200A; CN1211200C; KR20010023601A; HRP20000143A9; AU8922598A; PL338929A1; HUP0004296A3

Abstract

Izum se nanaša na kompozite iz polimernega papirja in smole in metodo za formiranje takšnih kompozitov. Polimerni papir se uporablja za izdelavo različnih posod za hrano, vključno s kartonskimi kozarci za sok v servirni velikosti in s škatlami za zmrznjeno hrano. Izum predstavlja kompozit, ki vsebuje najmanj 2% teže ali bolje najmanj 5% teže teksturiranega polimernega papirja in smolo, kot je termoplastna smola. Kompozit lahko vsebuje tudi celulozna ali lesna celulozna vlakna. Poleg tega izum obsega postopek za izdelovanje kompozita; postopek vklučuje rezanje polimernega papirja za izdelavo teksturiranega polimernega papirja, nato pa povezovanje teksturiranega polimernega papirja s smolo.ŕ

Description

KOMPOZITI POLIMERNEGA PAPIRJA

Izum se nanaša na kompozite iz polimernega papirja in smole. Papir, 10 ki je prekrit s polimerom (polimerni papir) se uporablja v mnogih primerih. Na primer, polimerni papir se uporablja za izdelavo različnih posod za hrano, vključno s kartonskimi kozarci za sok v servirni velikosti in s škatlami za zmrznjeno hrano.

Smole se prav tako uporabljajo za različne namene, na primer za 15 pakiranje hrane. Posode za hrano, ki so izdelane iz polimernega papirja ali smole, se običajno uporabijo enkrat, nato pa se zavržejo. Posledica tega je, da vse bolj narašča količina odpadnega polimernega papirja in smol.

Na splošno izum predstavlja kompozite iz teksturiranega polimernega 20 papirja in smole.

Izum predstavlja kompozit, ki vsebuje najmanj okrog 2% teže ali bolje najmanj 5% teže teksturiranega polimernega papirja in smolo, kot je termoplastna smola. Kompozit lahko vsebuje tudi celulozna ali lesna celulozna vlakna.

Izum predstavlja tudi kompozit, ki vsebuje polietilen in najmanj okoli 50% teže teksturiranega polimernega papirja.

Izum nadalje predstavlja kompozite, ki vsebujejo polimerni papir in smolo in imajo upogibno trdnost najmanj okoli 20685 kPa ali natezno trdnost najmanj okoli 20685 kPa.

Poleg tega izum obsega postopek za izdelovanje kompozita; postopek vključuje rezanje polimernega papirja za izdelavo teksturiranega io polimernega papirja, nato pa povezovanje teksturiranega polimernega papirja s smolo. Preferenčna metoda obsega rezanje polimernega papirja z vrtljivim rezilom. Izum obsega tudi postopek za izdelovanje kompozita; postopek vključuje rezanje polimernega papirja in povezovanje polimernega papirja s smolo.

Izraz teksturirani polimerni papir, ki se tukaj uporablja, pomeni, da se je papir narezal tako, da se notranja vlakna zelo izpostavijo. Najmanj okoli 50%, bolje okoli 70% teh vlaken, kot tudi zunanja polimerna vlakna, imajo razmerje dolžina/premer (D/P) najmanj 10, bolje najmanj 25 ali najmanj 50. Primer teksturiranega polimernega papirja je prikazan na sliki 1.

Kompoziti tega izuma so močni, lahki in poceni. Surovine, ki se uporabljajo za izdelavo kompozitov, so hitro dostopne; na primer, lahko vključujejo zavržene posode iz smol in zavržene posode iz polimernega papirja.

Polimerni papir se lahko težko reciklira za številne uporabe, sloja papirja in polimere morata biti ločena. V sedanjem izumu se uporabljata oba, papirni in polimerni del, tako da ni potrebe za njuno ločevanje. Izum tako omogoča reciklirati po uporabi zavržene posode, med tem ko istočasno izdeluje uporabne materiale.

Druge lastnosti in prednosti izuma bodo očitne iz opisa željenih izvedb in iz zahtevkov.

Na sliki 1 je fotografija izvedbe teksturiranega polimernega papirja v 50 kratni povečavi.

io Prioritetni kompozit obsega teksturirani polimerni papir in smolo. Teksturirani polimerni papir omogoča kompozit z močjo. Kompozit lahko vsebuje od okoli 30% do okoli 90%, po možnosti od okoli 50% do okoli 70% teže teksturiranega polimernega papirja. Primeri polimernega papirja zajemajo materiale, ki imajo plasti polimera in papirja in materiale, ki imajo plasti polimera, papirja in aluminija. Prioritetni polimerni papir ima več plasti polimera in papirja.

Polimerni papir je na razpolago v različnih oblikah. Na primer, celotne pole novega nepredelanega polimernega papirja se lahko kupi pri podjetju International Paper, New York. Po drugi strani se lahko pri podjetju

International Paper ali pri drugih izdelovalcih papirja lahko dobi kose polimernega papirja. Rabljeni polimerni papir v obliki zavrženih emblaž hrane in pijače se lahko pridobi iz različnih virov, vključno s smetnjaki. Rabljeni polimerni papir se lahko dobi pri pooblaščenih posrednikih za ta material. Če se uporabljeni polimerni papir vključi v kompozite, ga je treba pred uporabo temeljito oprati. Prednost ima polimerni papir v kosih, ker je cenejši od celotnih pol.

Smole obdajajo teksturirani polimerni papir in pomagajo vzdrževati 5 obliko kompozita. Smole prenašajo tudi zunanje obremenitve na polimerni papir in ščitijo polimerni papir pred poškodbo zgradbe in okolice. Prioritetni kompoziti vsebujejo okoli 20% do okoli 60%, po možnosti okoli

30% do okoli 50% teže smol.

Primeri smol obsegajo polietilen (vključno z npr. polietilenom z nizko io gostoto in polietilenom z visoko gostoto), polipropilen, polistiren, polikarbonat, polibutilen, termoplastične polietre, polietre, termoplastični poliuretan, PVC, najlon in druge smole. Zaželjeno je, da imajo smole nizek koificient topnosti. Prioritetne smole obsegajo polietilen in polipropilen s koificienti topnosti manj kot 3 g/10 min in po možnosti manj kot 1 g/10 min. is Smole se lahko dobi v nepredelani obliki, kot ostanke ali kot odpadne materiale in se ponavadi dobijo v obliki kroglic. Po možnosti se jih lahko dobi kot ostanke ali odpadne smole, ker so ti materiali cenejši. Prioritetni vir smoleje polietilen v rabljenih stekleničkah za mleko.

Kompoziti vključujejo tudi spojna sredstva. Spojna sredstva pomagajo 20 povezati hidrofilna vlakna polimernega papirja s hidrofobnimi smolami. Primeri spojnih sredstev obsegajo z maleinskim anhidridom modificirane polietilene, kot so tisti v serijah FUSABOND® (na voljo pri podjetju Dupont, Delaware) in POLIBOND® (na voljo pri podjetju Uniroyal Chemical,

Connecticut). Prioritetno spojno sredstvo je z maleinskim anhidridom modificiran polietilen z visoko gostoto, kot je FUSABOND® MB 100D.

Kompoziti lahko vključujejo tudi celulozna ali lesna celulozna vlakna. Ta vlakna dajejo kompozitu dodatno moč. Količina vlaken, ki so vnesena v kompozit, je lahko različna, odvisno od željenih fizikalnih in mehanskih lastnosti končnih izdelkov. Prioritetni kompoziti vsebujejo okoli 5% do okoli 50%, po možnosti okoli 10% do okoli 30% (utežnih %) celuloznih ali lesnih celuloznih vlaken.

Primeri takih vlaken obsegajo papir in papirne izdelke, les, lesna io vlakna, lesu podobne materiale, kot tudi materiale iz kenafa, trave, riževih luščin, sladkornega trsa, bombaža, jute in drugih celuloznih ali lesnih celuloznih materialov. Prioritetna vlakna obsegajo juto in kenaf. Vlakna imajo lahko, na primer, razmerje D/P najmanj 10 ali najmanj 25 ali 50.

Kompoziti lahko vsebujejo dodatke, ki so znani na področju spojin, kot 15 so plastifikatorji, maziva, antioksidanti, opacifikatorji, stabilizatorji toplote, barvila, modifikatorji trkov, fotostabilizatorji, zaviralci plamena, biocidi in protistatična sredstva.

Če se uporabijo ostanki polimernega papirja, se morajo očistiti in osušiti. Polimerni papir se mora potem sestaviti, še preden se poveže s smolo. Polimerni papir se lahko sestavi z uporabo kateregakoli izmed številnih mehanskih sredstev ali kombinacije teh sredstev. Med postopkom sestavljanja se polimerne sloje odreže od papirnih slojev, da se tako izpostavijo papirna vlakna. Prioritetna metoda sestavljanja obsega najprej rezanje polimernega papirja v kose od 0,6 do 1,25 cm z uporabo standardne naprave za rezanje papirja. Te kose se potem obreže z rotirnim rezilom, kot je tisti (na razpolago pri podjetju Sprout, VValdron Companies), ki je opisan v priročniku Perry's Chem. Eng. Handbook (Perryjev kemijski angleški priročnik), 6. izdaja, na 8-29 (1984). Teksturirani material potem prehaja skozi 2 mm širok prostor v sistemu zobatih koles. Teksturirani polimerni papir se lahko shranjuje v hermetično zaprtih posodah. Sušiti se mora pri približno 105°C 4-18 ur (dokler je vsebnost vlage manjša od okoli 0,5%) takoj pred uporabo. Slika je SEM io fotografija teksturiranega polimernega papirja.

Smola se lahko dobi v obliki kroglic ali granul in se uporablja brez nadaljnega čiščenja ali sušenja. Če je na smoli v obliki kroglic ali granul prisotna površinska vlaga, potem se mora pred uporabo osušiti.

Če se uporabijo celulozna ali lesna celulozna vlakna, se lahko sestavijo z uporabo zgoraj opisanega postopka.

Kompoziti se lahko pripravijo po naslednjem postopku. Standardni dvovaljni mešalnik za zmesi iz gume/plastike se segreje na 325-400°C. Segretemu valjnemu mešalniku se doda smola (ponavadi v obliki kroglic ali granul). Po približno desetih minutah se v valjni mešalnik doda spojno sredstvo. Po naslednjih petih minutah se stopljeni mešanici smole in spojnega sredstva doda teksturirani polimerni papir. Teksturirani polimerni papir se dodaja v obdobju približno desetih minut.

Kompozit se odstrani iz valjnega mešalnika, nareže na liste in ohladi do sobne temperature. Potem se tlačno ulije v plošče z uporabo standardnih tehnik za tlačno ulivanje.

Druga možnost je, da se mešalnik, kot je mednarodni mešalnik 5 Banbury, napolni s sestavinami. Sestavine se zmešajo, med tem pa se temperatura vzdržuje na manj kot okoli 190°C. Mešanica se nato lahko tlačno ulije.

V naslednji izvedbi se sestavine lahko zmešajo v izrivalnem mešalniku, kot je izrivalni mešalnik MARIS (Turin) TM 85, ki je opremljen s kolo rotirnimi vijaki. Smola in spojno sredstvo se vneseta v napajalno grlo izrivalnega mešalnika; polimerni papir (in celulozna ali lesna celulozna vlakna, če se uporabljajo) se vnesejo za okoli 1/3 poti vzdolž izrivalnega mešalnika v stopljeno smolo. Notranja temperatura izrivalnega mešalnika se vzdržuje na manj kot približno 190°C. Na izhodu se kompozit oblikuje v kroglice s hladnim rezanjem.

Druga možnost je, da se mešanica lahko najprej pripravi v mešalniku, potem se prenese v izrivalni mešalnik za postopka izrivanja in rezanja v kroglice.

V naslednji izvedbi se kompozit lahko oblikuje v niti za pletenje, 20 vezenje, tkanje in za izdelovanje non-wovens. V nadaljni izvedbi se kompozit lahko predela v film.

Nastali kompoziti obsegajo mrežje vlaken, ki je obdano z matriksom smole. Izpostavljena vlakna tvorijo mrežje, ki kompozitu daje moč. Ker je polimerni papir teksturiran, je količina površine, ki je na razpolago za vezavo na smolo, povečana v primerjavi s kompoziti, ki so pripravljeni iz neteksturiranega polimernega papirja. Smola se veže na površine izpostavljenih vlaken in s tem ustvari posebno zmes mrežja iz vlaken in matriksa smole. Dobro mešanje vlaken in matriksa smole še dodatno ojača kompozite. Za nadaljno ojačanje kompozita se lahko dodajo tudi celulozna ali lesna celulozna vlakna.

Kompoziti iz polimernega papirja/smole se lahko uporabijo v številnih primerih. Lahko so težki ali lahki; lahko se uporabijo, na primer, kot nadomestki za les. Prevleka iz smole daje kompozitom vodotesnost, tako da so primerni za zunanjo uporabo. Kompoziti se, na primer, lahko uporabljajo za izdelavo kroglic, ki se dolgo časa shranjujejo zunaj. Kompozit se lahko uporablja tudi, na primer, kot osnova ali ogrodje za zunanjo prevleko. Dobljeni kompoziti se lahko površinsko obdelajo, razbrazdajo, oblikujejo, vtisnejo, sestavijo, stisnejo, preluknjajo, obarvajo, itd. Površina je lahko gladka ali hrapava.

Naslednji primeri so bili pripravljeni po naslednjem postopku. Standardi dvo-valjni mešalnik za zmesi iz gume/plastike se je segrel na 325-400°C. Segretemu valjnemu mešalniku se je dodala smola (ponavadi v obliki kroglic ali granul). Po približno desetih minutah se je v valjni mešalnik dodalo spojno sredstvo. Po naslednjih petih minutah se je stopljeni mešanici smole in spojnega sredstva dodal teksturirani polimerni papir.

Teksturirani polimerni papir se je dodajal v obdobju približno desetih minut.

Kompozit se je odstranil iz valjnega mešalnika, narezal na liste in ohladil do sobne temperature. Potem se je tlačno ulil v plošče z uporabo standardnih tehnik za tlačno ulivanje. Listi po 80 g so se tlačno ulili v plošče v velikosti 15 cm x 15 cm x 0,3 cm z uporabo standardnih tehnik za tlačno ulivanje.

Prva zmes vsebuje naslednje sestavine:

Zmes št 1 sestavina količina (g) polietilen¹ z visoko gostoto 160 polimerni papir² 240 spojno sredstvo^{3 *} 8 ¹ Marlex 6007, koeficient topnosti 0,65 g/10 min, na prodaj v podjetju Phillips.

² Teksturiran z uporabo rotirnega rezila z 2 mm mrežjem.

³ POLYBOND® 3009, na prodaj v podjetju Uniroyal Chemical.

Plošče so se predelale v ustrezne testne vzorce in bile testirane glede na postopke, ki so navedeni v podrobno opisani metodi. Za vsako lastnost so bili testirani trije različni vzorci in za vsak test je bila izračunana srednja vrednost.

Lastnosti zmesi št. 1 so naslednje:

modul razteznosti (10⁵ kPa) 59,50 (ASTM D638) natezna trdnost pri zlomu (kPa) 47023 (ASTM D638) največji raztezek (%) upogibna trdnost (kPa) modul upogibnosti (10⁵kPa) <5 (ASTM D638) 84119 (ASTM D790) 45,57 (ASTM D790)

Naslednja zmes vsebuje naslednje sestavine:

Zmes št. 2 sestavina količina (g) polietilen¹ z visoko gostoto 160 polimerni papir² 240 spojno sredstvo³ 8 ¹ Odpadni vrči za mleko, koeficient topnosti znaša približno 0,8 g/10 min.

² Teksturiran z uporabo rotirnega rezila z 2 mm mrežjem.

³ POLYBOND® 3009, na prodaj v podjetju Uniroyal Chemical.

Lastnosti zmesi št. 2 so naslednje:

modul razteznosti (10⁵ kPa) natezna trdnost pri zlomu (kPa) največji raztezek (%) upogibna trdnost (kPa) modul upogibnosti (10⁵ kPa)

50,88 (ASTM D638) 44,81 (ASTM D638) <5 (ASTM D638) 82050 (ASTM D790) 44,81 (ASTM D790)

Tretja zmes vsebuje naslednje sestavine:

Zmes št. 3

sestavina	količina (g)
polietilen¹ z visoko gostoto	160
5 polimerni papir²	240
spojno sredstvo³	8

¹ Odpadni vrči za mleko, koeficient topnosti znaša približno 0,8 g/10 min ² Teksturiran z uporabo rotirnega rezila z 2 mm mrežjem.

³ FUSABOND® MB 100D, na prodaj v podjetju DuPont.

Lastnosti zmesi št. 3 so naslednje:

modul razteznosti (10⁵ kPa)	48,8 (ASTM D638)
natezna trdnost pri zlomu (kPa)	44669 (ASTM D638)
15 največji raztezek (%)	<5 (ASTM D638)
upogibna trdnost (kPa)	70329 (ASTM D790)
modul upogibnosti (10⁵ kPa)	39,51 (ASTM D790)

Četrta zmes vsebuje naslednje sestavine

Zmes št. 4

sestavina	količina (q)
polietilen¹ z visoko gostoto	160
polimerni papir²	240
spojno sredstvo³	8

¹ Marex 6007, koeficient topnosti znaša 0,65 g/10 min.

² Teksturiran z uporabo rotirnega rezila z 2 mm mrežjem. ³FUSAB0ND®MB 100D

Lastnosti zmesi št. 4 so naslednje: modul razteznosti (10⁵ kPa) natezna trdnost pri zlomu (kPa) največji raztezek (%) upogibna trdnost (kPa) modul upogibnosti (10⁵ kPa)

49,43 (ASTM D638) 47299 (ASTM D638) <5 (ASTM D638) 84119 (ASTM D790) 51,71 (ASTM D790)

Druge izvedbe so med zahtevki.

Za:

XYLECO, INC.

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Kompozit vsebuje smolo, ki je ojačana z najmanj okoli 2% polimernega papirja, ki je obrezan do te mere, da so notranja vlakna popolnoma

5 izpostavljena.
2. Kompozit po zahtevku 1, označen s tem, da je najmanj okoli 5% teže polimernega papirja teksturiranega.

io
3. Kompozit po zahtevku 1, označen s tem, da polimerni papir vsebuje polietilen in papir.

15
4. Kompozit po zahtevku 3, označen s tem, da polimerni papir nadalje vsebuje aluminij.
5. Kompozit po zahtevku 1,

20 označen s tem, da je smola termoplastična.
6. Kompozit po zahtevku 5, označen s tem, da je termoplastična smola polietilen.
7. Kompozit po zahtevku 5, označen s tem,

5 da je termoplastična smola polipropilen.
8. Kompozit po zahtevku 1, označen s tem, da vsebuje okoli 50% do okoli 70% teže polimernega papirja in okoli io 30% do okoli 50% teže smole.
9. Kompozit po zahtevku 1, označen s tem, da kompozit nadalje vsebuje lesna celulozna vlakna.
10. Kompozit po zahtevku 1, označen s tem, da kompozit nadalje vsebuje celulozna vlakna.

20
11. Kompozit, ki vsebuje polietilen, ojačan z najmanj okoli 2% polimernega papirja, v katerem je najmanj okoli 50% teže polimernega papirja obrezanega do te mere, da so notranja vlakna popolnoma izpostavljena.
12. Kompozit vsebuje smolo, ki je ojačana z najmanj okoli 2% polimernega papirja, v katerem je polimerni papir obrezan do te mere, da so notranja vlakna popolnoma izpostavljena in v katerem ima kompozit upogibno

5 trdnost najmanj 20685 kPa.
13. Kompozit po zahtevku 12, označen s tem, da ima kompozit upogibno trdnost najmanj 41370 kPa.

io
14. Kompozit po zahtevku 12, označen s tem, da ima kompozit upogibno trdnost najmanj 68950 kPa.
15 15. Kompozit vsebuje smolo, ki je ojačana z najmanj okoli 2% polimernega papirja, v katerem je polimerni papir obrezan do te mere, da so notranja vlakna popolnoma izpostavljena in v katerem ima kompozit natezno trdnost najmanj 20685 kPa.

20
16. Kompozit po zahtevku 15, označen s tem, da ima kompozit natezno trdnost najmanj 34475 kPa.
17. Kompozit po zahtevku 15, označen s tem, da ima kompozit natezno trdnost najmanj 41370 kPa.

5
18. Postopek za izdelavo kompozita obsega obrezovanje polimernega papirja do te mere, da so njegova notranja vlakna popolnoma izpostavljena, da tvorijo teksturirani polimerni papir, in povezovanje teksturiranega polimernega papirja s smolo.

io
19. Postopek po zahtevku 18, označen s tem, da je smola termoplastična.
20. Postopek po zahtevku 18,

15 označen s tem, da faza obrezovanja polimernega papirja obsega obrezovanje z rotirnim rezilom.
21. Postopek za pripravo teksturiranega vlaknastega materiala, postopek

20 obsega obrezovanje polimernega papirja z notranjimi vlakni do te mere, da so notranja vlakna popolnoma izpostavljena in nastane teksturirani vlaknasti material.
22. Postopki po zahtevkih 18-20 in 21, označeni s tem, da omenjeni polimerni papir obsega polietilen in papir.

5
23. Postopek po zahtevku 22, označen s tem, da omenjeni polimerni papir nadalje vsebuje enega ali več slojev aluminija.

io
24. Postopki po zahtevkih 18-20 in 21-23, označeni s tem, da ima najmanj okoli 50% vlaken razmerje dolžina/premer najmanj okoli 10.

15
25. Postopki po zahtevkih 18-20 in 21-23, označeni s tem, da ima najmanj okoli 50% vlaken razmerje dolžina/premer najmanj okoli 25.

20
26. Postopki po zahtevkih 18-20 in 21-23, označeni s tem, da ima najmanj okoli 50% vlaken razmerje dolžina/premer najmanj okoli 50.
27. Teksturirani vlaknasti material vsebuje polimerni papir, ki ima notranja vlakna, v katerem je omenjeni polimerni papir obrezan do te mere, da so notranja vlakna popolnoma izpostavljena.

5
28. Kompoziti po zahtevkih 1-5 in 8-17, v katerih:

je smola izbrana iz skupine, ki obsega polietilen, polipropilen, polistiren, polikarbonat, polibutilen, termoplastične poliestre, polietre, termoplastični poliuretan, polivinilklorid in poliamide.

io
29. Kompoziti po zahtevkih 1-17 in 28, označeni s tem, da ima najmanj okoli 50% izpostavljenih notranjih vlaken razmerje dolžina/premer najmanj 10.

15
30. Kompoziti po zahtevkih 1-17 in 28, označeni s tem, v katerih ima najmanj okoli 50% izpostavljenih notranjih vlaken razmerje dolžina/premer najmanj 25.

20
31. Kompoziti po zahtevkih 1-17 in 28, označeni s tem, da ima najmanj okoli 50% izpostavljenih notranjih vlaken razmerje dolžina/premer najmanj 50.
32. Kompoziti po zahtevkih 1-17 in 28, označen s tem, v katerih ima najmanj okoli 70% izpostavljenih notranjih vlaken razmerje 5 dolžina/premer najmanj 50.