Термопластичная полимерная композиция на основе вторичного сырья, содержащего нефтепродукты
Владельцы патента RU 2378299:
Крыжановский Виктор Константинович (RU)
Бурлов Владислав Васильевич (RU)
Никитина Ирина Валентиновна (RU)
Изобретение относится к полимерным изделиям неответственного назначения, получаемым литьем под давлением и экструзией. Композиция выполнена на основе вторичного полипропилена, содержащего полипропиленовую дробленку в виде чешуек размером не более 10 мм, полученную из утративших потребительские свойства изделий из полипропилена, эксплуатировавшихся в контакте с нефтепродуктами и представляющих собой разделители нефтеводяной эмульсии или различную нефтепродуктовую тару. Композиция содержит, мас.%: упомянутая полипропиленовая дробленка - 40-45, первичный полиэтилен низкой плотности - 35-39, неорганический порошковый наполнитель - 20-21. Расширяется ассортимент недорогих материалов, изготовленных на основе вторичного полипропиленового сырья. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области полимерных материалов, а именно к композиционным материалам на основе вторичного полипропилена, содержащего нефть или ее продукты, предназначено для изготовления методом литья под давлением или экструзией полимерных изделий неответственного назначения и может быть использовано в строительстве, химической и других отраслях промышленности в тех случаях, когда к изделиям не предъявляются повышенные специфические требования.
В настоящее время существует проблема утилизации полимерных изделий, как эксплуатировавшихся в технических устройствах нефтегазового комплекса, так и используемых в качестве тары для продуктов переработки нефти (смазочных материалов). В особо сложных условиях воздействия нефтепродуктов эксплуатируются изделия устройств разделителей эмульсии (нефтеводяной или масловодяной смеси). Эти изделия выполнены из специального полипропиленового композиционного материала с улучшенным комплексом физико-механических свойств, перерабатываемого в изделия литьем под давлением по горячеканальной технологии (материал КПК, Патент RU №2252232, МПК7 C08L 23/12, B01D 17/02, опубл. 20.05.2005). За длительный период эксплуатации оборудования нефтегазового комплекса сформировался измеряемый тысячами тонн объем полимерных неперерабатываемых нефтесодержащих отходов, скапливающихся и загрязняющих экологическое пространство.
В то же время актуальна проблема расширения сырьевой базы недорогих композиционных термопластичных материалов, пригодных для изготовления методами литья под давлением или экструзии полимерных изделий неответственного назначения.
Для решения этих задач может быть использована технология переработки указанного вторичного термопластичного сырья, содержащего нефтепродукты, путем превращения его в полимерную композицию, пригодную для производства штучных (литьем под давлением) и погонажных (труб, профилей) (экструзией) изделий по традиционной технологии на типовом оборудовании.
Известна полимерная композиция на основе вторичного термопластичного сырья, предназначенная для дальнейшей переработки методом литья под давлением на обычном производственном оборудовании, которая содержит вторичный полиолефин (полиэтилен) и модифицирующую добавку в массовом соотношении 9:1 соответственно (Патент RU №2286997, МПК7 C08L 23/06, опубл. 10.11.2006).
Известная композиция обладает улучшенными физико-механическими свойствами, но требует специальной подготовки вторичного сырья и использования удорожающих ее модифицирующих добавок.
Наиболее близкой к заявляемому композиционному составу по технической сущности является полимерная литьевая конструкционная композиция (Патент RU №2320686, МПК6 C08L 23/12, C08L 23/06, опубл. 27.03.2008), включающая 50-80 мас.% вторичного полипропилена, 2-5 мас.% эластомера, 2-6 мас.% полиэтилена, 15-50 мас.% стекловолокна, аппретированного органосилоксаном, 0,5-5 мас.% порошкообразного неорганического наполнителя. Однако наличие аппретированного наполнителя уменьшает адгезию неорганического наполнителя к полиолефиновой матрице, а применение эластомера резко сужает эксплуатационный диапазон композиции, усложняет ее состав и увеличивает стоимость.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение сырьевой базы и ассортимента недорогих композиционных термопластичных полимерных материалов, изготовленных на основе вторичного содержащего нефтепродукты полипропиленового сырья, пригодных для перерабатывания в изделия литьем под давлением и экструзией, и утилизация отработанных нефтесодержащих полипропиленовых изделий, полипропиленовых пластин, предназначенных для разделения нефтеводяной эмульсии, и утратившей потребительские свойства нефтепродуктовой тары из полипропилена.
Поставленная задача достигается тем, что термопластичная полимерная композиция на основе вторичного сырья, содержащего нефтепродукты, включающая вторичный полипропилен, первичный полиэтилен низкой плотности и порошкообразный неорганический наполнитель, в качестве вторичного полипропилена содержит полипропиленовую дробленку в виде чешуек размером не более 10 мм, полученную из утративших потребительские свойства изделий из полипропилена, эксплуатировавшихся в контакте с нефтепродуктами и представляющих собой разделители нефтеводяной эмульсии или различную нефтепродуктовую тару, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| полипропиленовая дробленка размером не более 10 мм | 40-45 |
| первичный полиэтилен низкой плотности | 35-39 |
| неорганический порошковый наполнитель | 20-21, |
при этом в качестве неорганического наполнителя содержит талькон или каолин, или мраморную муку.
Предлагаемая термопластичная полимерная композиция позволяет расширить ассортимент недорогих композиционных термопластичных полимерных материалов, изготовленных на основе вторичного полипропиленового сырья, пригодных для перерабатывания в изделия литьем под давлением и экструзией, а также утилизировать как отработанные полипропиленовые изделия в виде различных элементов аппаратов, так и вышедшую из употребления тару от смазочных и иных нефтепродуктов. Состав композиции обеспечивает возможность ее получения на современном традиционном измельчительном (ножевые дробилки) и экструзионно-гранулирующем оборудовании по традиционной технологической схеме, не приводит к износу пластикационного и перерабатывающего оборудования, не требует дорогостоящей формующей оснастки, допускает переработку в изделия методами литья под давлением и экструзии.
Обнаружено, что введение в состав заявляемой композиции неорганического наполнителя в виде порошкообразных талькона, каолина или мраморной муки позволяет сорбировать остаточные нефтепродукты и исключить их выделение в отдельную фазу при переработке композиции в изделие, а наличие в составе композиции первичного полиэтилена низкой плотности обеспечивает как возможность устойчивой переработки вторичного полипропилена, так и улучшает морозостойкость композиции.
При содержании в предлагаемой композиции полипропиленовой дробленки более 45 мас.% повышается твердость и жесткость материала из нее, что отрицательно сказывается на его пластикационных свойствах. При содержании в композиции полипропиленовой дробленки менее 40 мас.% ухудшаются физико-механические свойства материала из нее.
При содержании в составе композиции первичного полиэтилена низкой плотности более 39 мас.% ухудшаются физико-механические свойства материала из нее. При содержании в композиции полиэтилена менее 35 мас.% увеличивается жесткость материала, снижается его ударная вязкость.
Содержание в композиции неорганического порошкового наполнителя более 21 мас.% уменьшит прочность материала из нее, а его содержание менее 20 мас.% ухудшит эффект сорбции примеси нефтепродуктов.
В процессе исследования известного уровня техники не было обнаружено аналогичных полимерных композиций, которые характеризовались бы идентичной совокупностью существенных признаков с достижением такого же технического результата, какой получен в заявляемом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Предлагаемое техническое решение может быть выполнено промышленным способом из известных материалов с использованием известных технических средств, что свидетельствует о его соответствии критерию "промышленная применимость".
Предлагаемое изобретение поясняется следующими примерами.
Пример 1.
Компоненты, входящие в состав полимерной композиции, в виде чешуек дробленки размером 10 мм из вторичного полипропилена, гранул первичного полиэтилена низкой плотности и порошковых талькона или каолина, или мраморной муки загружают в необходимом соотношении в подходящую для смешения емкость и перемешивают в течение 5-10 минут для первичной гомогенизации смеси. Полученную смесь перерабатывают в экструдере-грануляторе при следующем темрпературном режиме: зона загрузки - 170±10°С, зона переработки - 200±10°С, зона экструзионной головки - 190±10°С. Вышедшие из экструзионной головки стренги из полимерной композиции после охлаждения и нарезки в гранулы одинаковой геометрической формы в пределах одной партии, размер которых в любом направлении составляет 2-5 мм, пригодны для изготовления изделий литьем под давлением и экструзией.
Для приготовления 100 кг смеси берут 40 кг (40 мас.%) полипропиленовой дробленки в виде чешуек размером не более 10 мм из полимерного материала, полученного из отработанных полипропиленовых пластин разделителя нефтеводяной эмульсии, в которых присутствует самое большое остаточное содержание нефтепродуктов, составляющее 5 мас.%; 39 кг (39 мас.%) первичного полиэтилена низкой плотности марки 15803-020 (ПТР=2,0±25 г/10 мин) или марки 10803-020 (ПТР=2,1±15) по ГОСТ 16337-77 и 21 кг (21 мас.%) неорганического наполнителя - талькона.
Примеры 2 и 3.
Технология получения полимерной композиции аналогична примеру 1, отличия заключаются в количественном содержании компонентов и применении различных неорганических наполнителей, в качестве которых использовали в примере 2 каолин по ГОСТ 21286-82, а в примере 3 мраморную муку по ГОСТ 12085-88.
Пример 4.
Технология получения аналогична примеру 1, отличия заключаются в использовании дробленки вторичного полипропилена, полученной измельчением тары от машинного масла и других смазочных продуктов (содержание нефтепродуктов составляет не более 2 мас.%).
Составы полимерной композиции по примерам 1-4 приведены в таблице 1, а свойства материала, полученного из них, - в таблице 2.
Образцы полученного композиционного материала по примерам 1-4 и по прототипу подвергали стандартным испытаниям и определяли прочностные свойства (прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве) материала по ГОСТ 11262; твердость по Бринеллю по ГОСТ 4670; показатель текучести расплава (ПТР) по ГОСТ 11645 с помощью капиллярного вискозиметра ИИРТ-М2 в стандартных для полипропилена условиях (Т=230°С, Р=21,2 Н) и ударную вязкость по ГОСТ 4647.
Как видно из таблицы 2, полученный по примерам 1-4 композиционный материал обладает хорошими физико-механическими свойствами. Материал характеризуется хорошей прочностью и высокой текучестью в расплаве, что позволяет сделать вывод о пригодности заявляемой полимерной композиции для перерабатывания в изделия литьем под давлением и экструзией. Предлагаемый состав обеспечивает возможность получения недорогого материала на современном высокоэффективном и экономически целесообразном оборудовании по одностадийной технологической схеме, не приводит к износу пластикационного оборудования, не требует дорогостоящей формующей оснастки и позволяет утилизировать отработанные полипропиленовые пластины разделителя нефтеводяной эмульсии, а также утратившую потребительские свойства нефтепродуктовую тару из полипропилена.
| Таблица 1 | |||
| Состав полимерной композиции | |||
| № примера | Полипропиленовая дробленка размером не более 10 мм, мас.% | Первичный полиэтилен низкой плотности, мас.% | Неорганический наполнитель, мас.% |
| 1 | 40 | 39 | 21 |
| Талькон | |||
| 2 | 45 | 35 | 20 |
| Каолин | |||
| 3 | 44 | 36 | 20 |
| Мраморная мука | |||
| 4 | 45 | 35 | 20 |
| Талькон |
| Таблица 2 | |||||
| ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА | |||||
| № примера | Прочность при растяжении, МПа | Относительное удлинение, % | Твердость по Бринеллю, МПа | Ударная вязкость, кДж/м2 | Показатель текучести расплава (Т=230°С, Р=21,2 Н) г/10 мин |
| 1 | 26 | 180 | 200-220 | 14-17 | 4,1 |
| 2 | 24 | 150 | 180-210 | 12-15 | 3,5 |
| 3 | 24 | 160 | 210-240 | 14-16 | 3,8 |
| 4 | 28 | 240 | 200-230 | 19-23 | 5,2 |
| ПРОТОТИП | 21 | 110 | 110-120 | 5-8 | 2-3,5 |
1. Термопластичная полимерная композиция на основе вторичного сырья, содержащего нефтепродукты, включающая вторичный полипропилен, первичный полиэтилен низкой плотности и порошкообразный неорганический наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве вторичного полипропилена содержит полипропиленовую дробленку в виде чешуек размером не более 10 мм, полученную из утративших потребительские свойства изделий из полипропилена, эксплуатировавшихся в контакте с нефтепродуктами и представляющих собой разделители нефтеводяной эмульсии или различную нефтепродуктовую тару, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| полипропиленовая дробленка в виде | |
| чешуек размером не более 10 мм | 40-45 |
| первичный полиэтилен низкой плотности | 35-39 |
| неорганический порошковый наполнитель | 20-21 |
2. Термопластичная полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неорганического порошкового наполнителя содержит талькон или каолин, или мраморную муку.
