Способ переработки полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена
METHOD OF PROCESSING POLYMERIC WASTES BASED ON POLYAMIDE MIXTURE AND POLYETHYLENE

Изобретение относится к области производства полимерных материалов, а именно к способу переработки полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена, и может быть использовано для получения гранулированных материалов и изделий из вторичного термопластичного сырья.
Значительное количество производственных отходов использованных материалов и изделий представляют собой смесь различных термопластов. Достаточно большой процент не перерабатываемых полимерных отходов представляют собой многослойные пленочные материалы на основе полиэтилена и полиамида из-за низкой термодинамической совместимости полиэтилена и полиамида.
Известен способ переработки отходов пластмасс в строительный материал, включающий переработку предварительно очищенных и измельченных полимерных отходов методом экструзии (см. патент РФ №2302433, МПК C08J 11/04, 10.07.2007).
Однако известный способ переработки отходов пластмасс при своем использовании имеет следующие недостатки:
- не обеспечивает из-за низкой термодинамической совместимости полиэтилена и полиамида получение на их основе композиций и изделий с высокими деформационно-прочностными характеристиками (разрушающее напряжение 10-13 МПа при относительном удлинении при растяжении 35-115%),
- не обеспечивает из-за низкой термодинамической совместимости полиэтилена и полиамида получение на их основе композиций и изделий с высокими технологическими характеристиками,
- не обеспечивает необходимую перерабатываемость полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена,
- не обеспечивает отсутствие расслаивание фаз полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена при экструдировании и в процессе получения готовых изделий.
Задача изобретения - разработка способа переработки полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена.
Техническим результатом является обеспечение получения композиций и изделий из отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена с высокими деформационно-прочностными и технологическими характеристиками, обеспечение штатной перерабатываемости полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена. Кроме того, техническим результатом при использовании способа является исключение расслаивание фаз полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена при экструдировании и в процессе получения готовых изделий.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложен способ переработки полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена, характеризующийся тем, что предварительно очищенные и измельченные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена перерабатывают методом экструзии расплава при температуре 220-250°С, причем во время переработки осуществляют ультразвуковое воздействие на расплав с частотой 20-60 кГц в течение 0,1-10 секунд при удельной энергии излучения от 100 до 5000 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава, при этом амплитуда колебаний излучателя составляет от 1 до 20 мкм. При этом ультразвуковое воздействие осуществляют перед входом расплава на основе смеси полиамида и полиэтилена в формующий инструмент. При этом ультразвуковое воздействие на расплав на основе смеси полиамида и полиэтилена осуществляют непосредственно в формующем инструменте. При этом содержание полиамида в его смеси с полиэтиленом составляет от 1 до 99 масс. %. При этом в качестве полиамида полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена используют любые типы и марки полиамидов, в том числе поликапроамид (полиамид ПА-6). При этом в качестве полиэтилена полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена используют любые марки полиэтилена высокого и низкого давления. При этом в качестве отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена используют многослойный пленочный материал с количеством слоев от 2 до 12 при толщине слоя пленочных отходов от 3 мкм до 500 мкм. При этом в качестве отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена используют отходы термически формованной тары. При этом полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена могут дополнительно содержать адгезив, например полиуретановый клей в количестве от 0,2 до 10 масс. %.
Способ осуществляют следующим образом. Полимерные отходы на основе смеси полиэтилена и полиамида предварительно очищают и измельчают. При высокой степени загрязнения отходов используют многостадийный процесс грубого измельчения, отмывание с поверхностно-активными веществами или без них, сушку и тонкое измельчение или агломерацию. В случае переработки технологических отходов (брак, кромки и т.п.) их измельчают или агломерируют. Содержание полиамида в его смеси с полиэтиленом составляет от 1 до 99 масс. %. В качестве полиамида полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена используют любые типы и марки полиамидов, в том числе поликапроамид (полиамид ПА-6). В качестве полиэтилена полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена используют любые марки полиэтилена высокого и низкого давления. В качестве полимерных отходов на основе смеси полиэтилена и полиамида используют многослойный пленочный материал с количеством слоев от 2 до 12 при толщине слоя пленочных отходов от 3 мкм до 500 мкм, а также используют отходы термоформованной тары. Полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена могут дополнительно содержать адгезив, например полиуретановый клей в количестве от 0,2 до 10 масс. %.
Предварительно очищенные и измельченные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена перерабатывают методом экструзии расплава при температуре 220-250°С, причем во время переработки осуществляют ультразвуковое воздействие на расплав с частотой 20-60 кГц в течение 0,1-10 секунд при удельной энергии излучения от 100 до 5000 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя от 1 до 20 мкм. Ультразвуковое воздействие осуществляют перед входом расплава на основе смеси полиамида и полиэтилена в формующий инструмент или непосредственно в формующем инструменте.
Среди признаков, характеризующих предложенный способ переработки полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена, существенными являются:
- осуществление во время переработки полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена методом экструзии расплава при температуре 220-250°С ультразвукового воздействия на расплав с частотой 20-60 кГц в течение 0,1-10 секунд при удельной энергии излучения от 100 до 5000 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава, при этом амплитуда колебаний излучателя составляет от 1 до 20 мкм,
- осуществление ультразвукового воздействия на расплав полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена перед входом расплава в формующий инструмент,
- осуществление ультразвукового воздействия на расплав полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена непосредственно в формующем инструменте,
- содержание полиамида в его смеси с полиэтиленом составляет от 1 до 99 масс. %.
- использование в качестве полиамида полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена любых типов и марок полиамидов, в том числе поликапроамида (полиамида ПА-6),
- использование в качестве полиэтилена полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена любых марок полиэтилена высокого и низкого давления,
- использование в качестве отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена многослойных пленочных материалов с количеством слоев от 2 до 12 при толщине слоя пленочных отходов от 3 мкм до 500 мкм,
- использование в качестве отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена отходы термоформованной тары,
- возможность дополнительного содержания в полимерных отходах на основе смеси полиамида и полиэтилена в качестве адгезива полиуретанового клея в количестве от 0,2 до 10 масс. %.
Экспериментальные и практические исследования предложенного способа переработки полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена показали его высокую эффективность. Было установлено, что с использованием всех существенных признаков предложенного технического решения обеспечено получение композиций и изделий из отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена с высокими деформационно-прочностными и технологическими характеристиками, а именно с разрушающим напряжением от 8 до 37 МПа при относительном удлинении при растяжении от 100 до 420%. При этом обеспечена высокая перерабатываемость полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена на любом стандартном оборудовании, а также исключено расслаивание фаз полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена при экструдировании и в процессе получения готовых изделий. Кроме того, обеспечено снижение эффекта разбухания струи экструдата в процессе экструдирования отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена с получением изделий или гранулята вторичного сырья с повышенными качеством и точностью размерных характеристик.
Реализация предложенного способа переработки полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена иллюстрируется следующими технологическими примерами.
Пример 1. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления в виде многослойного пленочного материала с толщиной слоя 500 мкм и с количеством 12 слоев, содержащей полиамид марки ПА-6 в смеси в количестве 99 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 235°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав перед его входом в формующий инструмент с частотой 40 кГц в течение 5 секунд при удельной энергии излучения 2500 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 10 мкм.
Пример 2. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления в виде многослойного пленочного материала с толщиной слоя 70 мкм и с количеством 2 слоев, содержащей полиамид в смеси в количестве 50 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 220°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав перед его входом в формующий инструмент с частотой 20 кГц в течение 10 секунд при удельной энергии излучения 100 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 20 мкм.
Пример 3. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена высокого давления в виде многослойного пленочного материала с толщиной слоя 2 мкм и с количеством 6 слоев, содержащей полиамид в смеси в количестве 1 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 250°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав перед его входом в формующий инструмент с частотой 60 кГц в течение 0,1 секунды при удельной энергии излучения 5000 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 1 мкм.
Пример 4. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления в виде многослойного пленочного материала с толщиной слоя 3 мкм и с количеством 12 слоев, содержащей полиамид в смеси в количестве 1 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 235°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав непосредственно в формующем инструменте с частотой 40 кГц в течение 5 секунд при удельной энергии излучения 2500 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 10 мкм.
Пример 5. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена высокого давления в виде многослойного пленочного материала с толщиной слоя 210 мкм и с количеством 8 слоев, содержащей поликапроамида марки ПА-6 в смеси в количестве 50 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 220°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав непосредственно в формующем инструменте с частотой 20 кГц в течение 10 секунд при удельной энергии излучения 100 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 20 мкм.
Пример 6. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена высокого давления в виде многослойного пленочного материала с толщиной слоя 120 мкм и с количеством 6 слоев, содержащей полиамид в смеси в количестве 99 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 250°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав непосредственно в формующем инструменте с частотой 60 кГц в течение 0,1 секунды при удельной энергии излучения 5000 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 10 мкм.
Пример 7. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления в виде многослойного пленочного материала с толщиной слоя 200 мкм и с количеством 12 слоев, содержащей полиамид в смеси в количестве 50 масс. % и содержащей в качестве адгезива 0,2 масс. % полиуретанового клея, переработали методом экструзии расплава при температуре 220°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав перед его входом в формующий инструмент с частотой 20 кГц в течение 10 секунд при удельной энергии излучения 100 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 20 мкм.
Пример 8. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления в виде термоформованной тары, содержащей полиамид в смеси в количестве 99 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 235°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав перед его входом в формующий инструмент с частотой 40 кГц в течение 5 секунд при удельной энергии излучения 2500 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 10 мкм.
Пример 9. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена высокого давления в виде термоформованной тары, содержащей поликапроамид в виде полиамида марки ПА-6 в смеси в количестве 50 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 220°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав перед его входом в формующий инструмент с частотой 20 кГц в течение 10 секунд при удельной энергии излучения от 2500 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 10 мкм.
Пример 10. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления в виде термоформованной тары, содержащей полиамид в смеси в количестве 1 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 250°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав перед его входом в формующий инструмент с частотой 60 кГц в течение 0,1 секунды при удельной энергии излучения 5000 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 1 мкм.
Пример 11. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления в виде термоформованной тары, содержащей полиамид в смеси в количестве 1 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 235°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав непосредственно в формующем инструменте с частотой 40 кГц в течение 5 секунд при удельной энергии излучения 2500 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 10 мкм.
Пример 12. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена высокого давления в виде термоформованной тары, содержащей поликапроамид в виде полиамида марки ПА-6 в смеси в количестве 50 масс. %, переработали методом экструзии расплава при температуре 220°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав непосредственно в формующем инструменте с частотой 20 кГц в течение 10 секунд при удельной энергии излучения 100 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 20 мкм.
Пример 13. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы в виде термоформованной тары на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления, содержащей полиамид в смеси в количестве 99 масс. % и содержащей в качестве адгезива 10 масс. % полиуретанового клея, переработали методом экструзии расплава при температуре 250°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав непосредственно в формующем инструменте с частотой 60 кГц в течение 0,1 секунды при удельной энергии излучения 5000 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 1 мкм.
Пример 14. Предварительно очищенные и измельченные исходные полимерные отходы на основе смеси полиамида и полиэтилена низкого давления в виде термоформованной тары, содержащей полиамид в смеси в количестве 50 масс. % и содержащей в качестве адгезива 5 масс. % полиэретанового клея, переработали методом экструзии расплава при температуре 220°С. Во время переработки осуществили ультразвуковое воздействие на расплав перед его входом в формующий инструмент с частотой 20 кГц в течение 10 секунд при удельной энергии излучения 100 Дж на один кубический сантиметр экструдируемого расплава при амплитуде колебаний излучателя 20 мкм.
В результате использования предложенного способа переработки термопластичной смеси полиамида и полиэтилена достигнута возможность получения композиций и изделий из отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена с высокими деформационно-прочностными характеристиками, а именно с разрушающим напряжением 8-37 МПа при относительном удлинении при растяжении 100-420%, обеспечена высокая перерабатываемость полимерных отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена на стандартном экструзионном оборудовании, а также обеспечено снижение эффекта разбухания струи экструдата отходов на основе смеси полиамида и полиэтилена с получением гранулята и изделий из вторичного сырья с повышенным качеством и точностью размерных характеристик.