Способ получения полимерной композиции для производства изделий
Владельцы патента RU 2746834:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» (RU)
Изобретение относится к строительной и мебельной промышленности, а именно к способу получения полимерной композиции на основе полиэтилена и органического наполнителя, и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения методами экструзии и компрессионного формования. В способе получения полимерной композиции измельченные стеклянные отходы и полиэтилен низкого давления компаундируют при температуре плавления полиэтилена до постоянного значения температуры компаундирования и после этого вносят органический наполнитель в виде соломы злаковых культур, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиэтилен низкого давления 45-50, измельченные стеклянные отходы с размером частиц менее 3 мкм 5-15, органический наполнитель - солома злаковых культур с размером частиц менее 50 мкм - остальное. Технический результат заключается в увеличении упруго-прочностных характеристик полимерной композиции, а именно предела прочности и модуля упругости при растяжении, а также в широком использовании бытовых, производственных и сельскохозяйственных отходов, что снижает себестоимость композиции. 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к строительной и мебельной промышленности, а именно к способу получения полимерной композиции на основе полиэтилена и органического наполнителя и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения методами экструзии и компрессионного формования.
Известен способ получения древесно-полимерной композиции на основе жесткого поливинилхлорида и модифицированной кремнезолем или углеродными нанотрубками древесной муки (RU 2465292, МПК C08L 97/02, C08L 27/06, опубл. 27.10.2012).
Недостатком данного способа является сложная технология подготовки растительного наполнителя и дорогостоящие компоненты. Также в данной технологии используется энергоемкий процесс сушки растительного наполнителя, что увеличит себестоимость получаемого древесно-полимерного композита.
Известен способ изготовления древопластика на основе двухкомпонентного связующего, включающего полиэтилен низкого давления и полиэтилен высокого давления, и опилки с размером частиц 400-1000 мкм (RU 1666306, МПК B27N 3/02, опубл. 30.07.1991).
Недостатком известного способа является низкие показатели механической прочности (предел прочности при изгибе - 16 МПа).
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является способ получения полимерной композиции. Способ включает в себя сушку древесных частиц до влажности 1-12 %, смешивание в смесителе древесных частиц с полиэтиленом низкого давления при температуре 190°С, гомогенизацию смеси с технических парафином при температуре 180°С и дальнейшее измельчение полученной смеси (RU 1694598, МПК C08J 3/205, опубл. 30.11.1991).
Недостатком прототипа являются низкие показатели упруго-прочностных показателей, а также высокая температура переработки композиции, что может вызывать термодеструкцию входящих в нее компонентов.
Технический результат заключается в увеличении упруго-прочностных характеристик полимерной композиции, а именно предела прочности и модуля упругости при растяжении, а также в широком использовании бытовых, производственных и сельскохозяйственных отходов, что снижает себестоимость композиции.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения полимерной композиции для производства изделий, измельченные стеклянные отходы и полиэтилен низкого давления компаундируют при температуре плавления полиэтилена до постоянного значения температуры компаундирования и после этого вносят органический наполнитель в виде соломы злаковых культур, при следующем соотношении компонентов, % мас.
| Полиэтилен низкого давления | 45-50 |
| Измельченные стеклянные отходы с размером частиц менее 3 мкм | 5-15 |
| Органический наполнитель - солома злаковых культур с размером частиц менее 50 мкм | остальное |
В табл. 1 приведены составы и значения физико-механических характеристик полимерных композиций.
На фиг. 1 приведена зависимость крутящего момента от времени смешения; на фиг. 2 приведена зависимость температуры от времени смешения; на фиг. 3 приведены функции плотности вероятности del. Q и интегральная функция Q вероятности распределения размеров частиц измельченных стеклянных отходов, полученных в планетарно-шаровой мельнице; на фиг. 4 приведены функции плотности вероятности del. Q и интегральная функция Q вероятности распределения размеров частиц соломы злаковых культур, получаемых в планетарно-шаровой мельнице.
Для изготовления композиции использовались следующие компоненты:
Полиэтилен низкого давления марки 273-83 производства ПАО «Казаньоргсинтез» по ТУ 2243-104-00203335-2005.
Измельченные стеклянные отходы с размером частиц менее 3 мкм.
Органический наполнитель: измельченная в шаровой мельнице солома злаковых культур с размером частиц менее 50 мкм и влажностью менее 5 %.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Размеры частиц органического наполнителя и измельченных стеклянных отходов измеряли методом малоуглового светорассеяния на лазерном анализаторе частиц «Ласка-1К».
Солому злаковых культур измельчают на планетарно-шаровой мельнице, просеивают на ситах и отбирают сход с размером частиц менее 50 мкм. Далее измельченную солому сушат до влажности менее 5 %. Стеклянные отходы измельчают на планетарно-шаровой мельнице. Затем в лабораторный двухроторный смеситель периодического действия загружают гранулят полиэтилена низкого давления и измельченные стеклянные отходы при температуре плавления полиэтилена. После чего при плавлении и диспергирующем смешении происходит диссипация энергии за счет чего температура увеличивается на 15-20°С и после этого вводится солома злаковых культур. Затем все компоненты компаундируют до достижения постоянных значений крутящего момента на приводном вале смесителя и температуры расплава.
Полученная смесь выгружается в лоток и охлаждается до комнатной температуры. Предварительно измельчив на роторно-ножевой мельнице полученную смесь можно перерабатывать методами экструзии и компрессионного формования.
Пример.
Ячменную солому измельчали в планетарно-шаровой мельнице Pulverisette 7 «Premium Line» (фирма «Fritch») в стальном размольном стакане со скоростью вращения барабана 800 об/мин в течение 5 мин, просеивали на вибросите, в результате чего получен сход с размером частиц менее 50 мкм. Далее полученную мелкодисперсную солому высушивали до содержания влаги менее 5 %. Стеклянные отходы измельчали в планетарно-шаровой мельнице Pulverisette 7 «Premium Line» (фирма «Fritch») в стальном размольном стакане со скоростью вращения барабана 800 об/мин в течение 10 мин. Гранулы полиэтилена низкого давления и измельченные стеклянные отходы совместно подаются в лабораторный смеситель периодического действия НААКЕ PolyLab Rheomix 600 OS с роторами Roller при температуре плавления полиэтилена 130°C. После чего происходит диспергирующее смешение в течение 10 мин и за счет диссипации энергии повышается температура расплава на 15-20°С. Затем вводится мелкодисперсная ячменная солома и все компоненты компаундируются до достижения постоянных значений крутящего момента на приводном вале смесителя и температуры расплава. Полученная смесь, охлажденная до комнатной температуры, формовалась на гидравлическом прессе Gibitre при температуре 150°С в виде пластинок с размером 200×200×1 мм
Предел прочности при растяжении определяется по ГОСТ 11262-2017, модуль упругости при растяжении - по ГОСТ 9550-81, плотность полимерной композиции - по ГОСТ 15139-69.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет улучшить эксплуатационные показатели, а именно увеличить прочность и модуль упругости при растяжении, а также снизить себестоимость за счет использования бытовых, промышленных и сельскохозяйственных отходов.
Таблица 1
| Компоненты | Составы полимерных композиций, % по массе | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | Прототип | |
| Полиэтилен низкого давления 273-83 (ТУ 2243-104-00203335-2005) |
50 | 50 | 50 | 45 | - |
| Органический наполнитель - измельченная солома злаковых культур с размером частиц менее 50 мкм | 45 | 40 | 35 | 40 | - |
| Измельченные стеклянные отходы с размером частиц менее 3 мкм | 5 | 10 | 15 | 15 | - |
| Полиэтилен низкого давления 20108-001 (ГОСТ 16338-77) | - | - | - | - | 50 |
| Предельный углеводород - технический парафин (ТУ 6-09-3637-74) | - | - | - | - | 4 |
| Опилки лиственных пород древесины с размером частиц 630 мкм | - | - | - | - | 46 |
| Физико-механические свойства | |||||
| Предел прочности при растяжении, МПа | 14,3 | 15,5 | 15,8 | 15,1 | 13,5 |
| Модуль упругости при растяжении, МПа | 1680 | 1695 | 1740 | 1765 | - |
| Относительное удлинение, % | 5,5 | 6,1 | 6,3 | 4,7 | - |
| Плотность, кг/м3 | 1090 | 1115 | 1190 | 1195 | - |
Способ получения полимерной композиции для производства изделий, включающий смешение полиэтилена низкого давления и органического наполнителя с технологической добавкой, гомогенизацию, формование, отличающийся тем, что технологическую добавку в виде измельченных стеклянных отходов и полиэтилен низкого давления компаундируют при температуре плавления полиэтилена до постоянного значения температуры компаундирования и после этого вносят органический наполнитель в виде соломы злаковых культур при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Полиэтилен низкого давления | 45-50 |
| Измельченные стеклянные отходы с | |
| размером частиц менее 3 мкм | 5-15 |
| Органический наполнитель – солома | |
| злаковых культур с размером частиц | |
| менее 50 мкм | остальное |
