КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА
COMPOSITE MATERIAL BASED ON SECONDARY POLYETHYLENE TEREPHTHALATE

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 (строительстве, машиностроении и др.).
Мировое производство полимерных материалов и их использование в качестве тары и упаковки ежегодно возрастает. Все это сопряжено с накоплением отходов, в которых значительную долю занимает использованная тара из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). В последнее время появилось много предложений по разработке технологий рециклинга отходов ПЭТФ, которые подразделяют на три основных направления, получивших наиболее широкое промышленное применение: механический, химический, термический.
В основном в России ПЭТФ перерабатывается по технологии механического рециклинга, т.к. этот способ переработки не требует дорогостоящего специального оборудования и может быть реализован на любом месте накопления отходов. Химический рециклинг является перспективным и относится к более наукоемким производствам и позволяет получать продукты высокого качества. С помощью химической деструкции можно получать исходное сырье, используемое в качестве добавок для композиционных материалов.
Известен способ рециклинга (патент US №5503790) при производстве изделий из ПЭТФ с использованием вторичного сырья в котором предлагается в массу формуемого материала вводить 40÷90% отходов. Эта технология предусматривает получение изделий из смеси исходного ПЭТФ и вторичного сырья. Переработку такой массы осуществляют при 290-340°С под вакуумом с целью удаления паров из формуемой массы. Полученные по предлагаемой технологии листы используются для изготовления различной тары для технических целей.
Рассматриваемый способ отличается сложностью технологического процесса и требует введения дополнительной операции вакуумирования массы, а соответственно и дополнительного оборудования. Материалы, полученные данным способом, отличаются повышенной хрупкостью, низкой прочностью на изгиб, повышенным коэффициентом трения и износом. Все эти недостатки связаны с повышенным содержанием влаги и частичной деструкцией, окислением материала при термическом воздействии в процессе переработки.
Получить качественные изделия из вторичного сырья без дополнительной модификации поверхности ПЭТФ не удается. Поэтому для повышения пластичности материала проводится модификация отходов, вводятся функциональные добавки во вторичное сырье ПЭТФ, что способствует улучшению свойств получаемого композиционного материала. Модификация поверхности отходов путем обработки различными реагентами значительно расширяет возможности их использования за счет придания совершенно новых свойств.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав (патент RU №2623754), в котором предлагается смесь для получения композиции. Смесь включает измельченные предварительно 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 - коротковолокнистый хризотил с характеристическим отношением длины к диаметру 300÷400. Смесь получена термомеханической обработкой ВПЭТФ плавлением при 280°С 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.
2
Изделия из предлагаемого материала обладают повышенной твердостью, а истираемость составляет 0,09÷0,04 г/см. 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.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка состава композиционного материала на основе вторичного ПЭТФ для получения материала с улучшенными физико-механическими свойствами (коэффициент трения, износостойкость, твердость) за счет введения модифицирующих функциональных добавок.
Указанный технический результат в предложенном композиционном материале на основе вторичного полиэтилентерефталата достигается введением в качестве функциональных добавок низкомолекулярного полиизобутилена, базальтовой муки и дисульфида молибдена, при следующем соотношении компонентов, взятых, масс %:
ВПТФ
- 65÷75;
низкомолекулярный полиизобутилен
- 10÷15;
базальтовая мука
- 10÷15;
дисульфид молибдена
- 8÷10.
Использование в качестве добавки дисульфида молибдена способствует значительному улучшению антифрикционных характеристик за счет его смазывающего действия. Низкомолекулярный полиизобутилен при переработке методом экструзии не образует с ПЭТФ химическую связь, но значительно повышает пластичность разработанного композиционного материала и упрощает его переработку. Полученные волокна из таких композиций имеют высокую пластичность и не ломаются, в то время как из композиций, не содержащих полиизобутилен, волокна получаются хрупкими.
Существенным и новым является то, что в предложенном композиционном материале на основе вторичного полиэтилентерефталата используют в качестве функциональных добавок низкомолекулярный полиизобутилен, базальтовую муку и дисульфид молибдена в определенном соотношении компонентов, взятых, масс %: ВПТФ - 65÷75; низкомолекулярный полиизобутилен - 10÷15; базальтовая мука - 10÷15; дисульфид молибдена - 8÷10.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении материала с улучшенными физико-механическими свойствами, а именно: снижается коэффициент трения; повышаются износостойкость и твердость, позволяющие улучшить прочностные и эксплуатационные характеристики.
Сущность изобретения поясняется примерами, сведенными в Таблицу.
Процесс получения композиционного материала на основе вторичного полиэтилентерефталата состоит из следующих стадий: дробление, очистка, смешение, экструзия, формование. В качестве вторичного сырья использовалась пластиковая тара - бутылки из-под различных напитков. Вторичное сырье ПЭТФ измельчали на флексы (10÷5 мм) с помощью дробилки с ножами типа «ласточкин хвост». Полученные флексы очищали от грязи, клея и этикеток. Очистку проводили при температуре 18÷25°С с использованием щелочных растворов при постоянном перемешивании, а затем промывали проточной водой. Для удаления влаги очищенные флексы сушили в сушильном шкафу при температуре 70÷80°С в течение 4÷5 часов.
Из подготовленных таким образом флексов и функциональных добавок составляли композиции, основные составы которых представлены в Табл., и смешивали с выбранными добавками в специальном смесителе в течение 30÷40 минут. Переработку предлагаемых композиций осуществляли методом экструзии, при этом температура не превышала 210÷220°С.
Испытания были проведены для композиций, содержащих вторичный полиэтилентерефталат (ВПТФ), низкомолекулярный полиизобутилен, базальтовую муку и дисульфид молибдена при различном соотношении компонентов в соответствии с описанной выше технологией. Исследована зависимость свойств полученного композиционного материала от состава компонентов. Составы и свойства полученных композиционных материалов представлены в Табл.
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. В ходе испытаний определяли коэффициенты трения, линейный износ (износостойкость), твердость по Бринеллю. Испытания проводили на торцевой машине трения при скорости относительного скольжения 0,075 м/с и нагрузках 0,5÷5 МПа без наличия смазки. Линейный износ определяли после шестичасовой работы при нагрузке 3 МПа.
Результаты испытаний показали, что введенные функциональные добавки положительно влияют на коэффициент трения и износ, даже, несмотря на то, что введение дисульфида молибдена несколько снижает твердость. В целом эксплуатационные характеристики, предлагаемого композиционного материала, остаются достаточно высокими. Таким образом, можно сделать вывод, что выбранные функциональные добавки в соответствии с предлагаемыми соотношениями компонентов помогают улучшить эксплуатационные свойства материала, расширяя сферы его промышленного использования.