Способ получения пористых материалов на основе термопластичных смол

 

Использование: переработка полимеров, в частности из термопластов, для получения на их основе пористых материалов, используемых в различных отраслях техники, например для изготовления теплоизоляционных материалов, в качестве материалов для капсулирования душистых веществ, ядохимикатов, репелентов и т. д. Сущность изобретения: пористый материал на основе термопластичных смол получают путем смешивания термопластичной смолы с наполнителем и последующим вспениванием смеси в процессе формования при нагревании. В качестве наполнителя используют минеральный наполнитель с пористостью 10-12% и влажностью до 15%, выбранный из группы, включающий цеолит, шунгит, апатит с размером частиц 0,04-1,0 мм в количестве 10-75 мас.% на 100 мас.% смеси, а вспенивание осуществляют в течение 15-20 мин при температуре расплава полимера. Характеристика свойств: усадка 7-22%, пористость материала 8-62%. 2 табл.

Изобретение относится к переработке полимеров, в частности из термопластов, для получения на их основе пористых материалов, использующих в различных отраслях техники, например для изготовления теплоизоляционных материалов, в качестве материалов для капсулирования душистых веществ, ядохимикатов, репелентов и т.д.

Известны различные способы получения пористых материалов из полимеров путем введения газовой фазы в полимерную среду, например в растворы полимеров, в расплавы полимеров, в сырье резиновые смеси. Например газом (N₂, CO₂) при высоком давлении (в автоклаве) насыщают резиновые смеси, расплавы полимеров или насыщают термопластичные полимеры (в виде гранул) легкокипящими жидкостями (изопентен, метиленхлорид и др.). Насыщенные таким образом гранулы запекают в форму и нагревают насыщенным водяным паром до температуры, превышающей температуру стеклования полимера, и при этом происходит вспенивание гранул под давлением пара, образовавшегося из низкокипящей жидкости (Энциклопедия полимеров. М. 1974, т. 2. с.549-555).

Эти известные способы имеют недостатки: использование сложного технологического оборудования; токсичность, пожароопасность из-за использования летучих веществ, например, растворителей.

Известен способ получения пористых полимерных материалов из полиэтилена высокой плотности с индексом расплава 0,5 г/10 мин путем смещения его (100 г) с двууглекислым калием (300 г) и этиленгликолем, четыреххлористым углеродом в течение 1 ч при комнатной температуре, таблетирования (формования) при давлении 150 кг/см² и обработкой током высокой частоты (авт. свид. СССР N 296483, кл C 08 J 9/24, 1979).

Этим способом получают материал с размером пор 2 5000 мк и газопроницаемостью 20 3000 см²/атм.сек. Однако он имеет достаточно сложную технологию.

Известен способ изготовления пористых изделий из полиэтилена путем смешивания полиэтилена высокой плотности, облученного ионизирующим облучением, и необлученного, последующего уплотнения, спекания и охлаждения (авт. свид. СССР N 1666746, кл. C 08 J 9/24, 1988).

Наиболее близким по механической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ получения пористого материала из термопластичных полимеров (полиэтилен высокого давления, отходы полиэтилена) из композиции, содержащей полимер 50 -60 мас. порообразователь (азодикарбамид) 3 5 мас. наполнитель (асбест, стекловолокно, базальтовое волокно) 30 45 мас. карбамид 0,1 -0,25 мас. вода 1,9 4,75 мас.

Пористый материал (поропласт) получают гомогенизацией композиции при температуре вязкотекучего состояния (140^oC, 15 мин). При этом наполнитель предварительно обрабатывают водным раствором карбамида, а вспенивание осуществляют в формах при 160-180^oC в течение 15-30 мин (авт. свид. СССР N 1821476, кл. C 08 J 9/10, 1990).

Однако известный способ является технологически сложным.

Технической задачей изобретения является упрощение технологического процесса.

Техническая задача достигается тем, что в способе получения пористого материала на основе термопластичной смолы путем смешения термопластичной смолы с наполнителем и последующим вспениванием смеси в процессе формования при нагревании, в качестве наполнителя используют минеральный наполнитель с пористостью 10-12% и влажностью до 15% выбранный из группы, включающей цеолит, шунгит, апатит с размером частиц 0,04 1,0 мм в количестве 10 75 мас. на 100 мас. смеси, а вспенивание осуществляют в течение 15 20 мин при температуре расплава полимера.

В качестве термопластичного полимера в способе используют полиэтилен высокого давления (ПЭВД), низкого давления (ПЭНД), отходы полиэтилена, полистирол, поливинилхлорид и т.д.

Используемыми наполнителями являются известне минералы.

Цеолит представляет собой водный алюмосиликат, в котором "цеолитная" вода может удаляться при нагревании в вновь поглощаться минералом во влажной среде.

Апатит основные безводные фосфаты Ca₅(PO₄)₃F.

Шунгит природный материал, представляющий собой элементарный углерод, отличающийся от антрацита и графита малым содержанием летучих компонентов, а от графита отсутствием кристаллической структуры.

Эти наполнители используют с пористостью 10-12% и влажностью до 15% влаги.

Преимущества изобретения заключаются в следующем: отсутствуют технологические операции по растворению полимера, его переосаждению и вымыванию наполнителя кислотами; снижение энергетические затраты; отсутствуют отходы; не применяются агрессивные вещества; вызывающие коррозию технического оборудования; уменьшение усадочных деформаций позволяет получить изделия более точных геометрических размеров; поскольку природные минералы цеолит, шунгит или апатит обладают ионообменными и сорбционными свойствами, получаемые по заявленному изобретению пористые материалы способны производить очистку фильтрата не только от твердых частиц, но и от растворимых в фильтрате солей тяжелых металлов и вредных химических соединений; в получаемом материале снижено содержание полимера на 50 70% что уменьшает стоимость изделия в 1,5-2 раза;
подготовленная смесь обладает хорошей сыпучестью, что позволяет изготавливать изделия различной геометрической формы: пленки, пластины, полные цилиндры;
полученный материал может быть подвергнут механической обработке, сварке, склейке;
получаемый пористый материал может удерживать в 5-10 раз больше репелента, ядохимиката или душистого вещества в сравнении с минералом, находящимся в насыпном виде. Это способствует более длительному выделению этих веществ в окружающую среду;
перед изготовлением пористого материала в минерал можно ввести вещества, обладающие каталитическими свойствами и тем самым получить изделие одновременно обладающее каталитическим и фильтрующим свойствами.

Воспроизводимость изобретения иллюстрируется примерами.

Берут полиэтилен высокого давления (ПЭВД) марки 168 или полиэтилен низкого давления (ПЭНД) марки 273-79 или полистирол марки ПСЭ-1 с размером частиц 0,01 0,5 мм в виде порошка с индексом расплава соответственно 0,8 г/10 мин, 0,5 г/10 мин и 0,3 г/10 мин, смешивают с минералом с размером частиц 0,04 1,0 мм в разных соотношениях. Полученную смесь засыпают в кольцевую форму диаметром 40 мм и высотой 10 мм и подвергают вспениванию при термообработке (при температуре расплава полимера) воздухом или паром.

Пористость образца определяют по методике (ГОСТ 18898-73)

где П пористость
m вес сухого образца, взвешенного на воздухе, г;
m₁ вес образца, пропитанного жидкостью и взвешенного на воздухе, г;
m₂ вес образца, взвешенного в жидкости, г;
γ₁ плотность жидкости, которой пропитан образец, г/см³;
γ₂ плотность жидкости, в которой взвешивается образец, г/см³.

Усадку определяют по отношению объема образца к объему формы.

Результаты экспериментов представлены в табл. 1 и 2.

Свойства готового изделия по известному способу (поропласт) и заявленному изобретению.

Примечание: Величина пористости и величина усадка для полиэтилена низкого давления (ПЭНД) полностью совпадает для всех точек и значений вводимых минералов при температуре обработки 150^oC.

Формула изобретения

Способ получения пористых материалов на основе термопластичных смол путем смешения термопластичной смолы с наполнителем и последующим вспениванием смеси в процессе формования при нагревании, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют минеральный наполнитель с пористостью 10 12% и влажностью до 15% выбранный из группы, включающей цеолит, шунгит, аппатит с размером частиц 0,04 0,1 мм в количестве 10 75 мас. на 100 мас. смеси, а вспенивание осуществляют в течение 15 20 мин при температуре расплава полимера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2