Полимерная композиция
POLYMER COMPOSITION

Изобретение относится к области производства строительных и отделочных материалов, мебельной промышленности, а именно к полимерным композициям с целлюлозосодержащими наполнителями и технологиям их получения, и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения методами экструзии и компрессионного формования.
Известна полимерная композиция для изготовления древопластика, содержащая смесь полиэтиленов низкого и высокого давления и опилки (RU 1666306, МПК B27N 3/02, опубл. 30.07.1991).
Недостатком известной композиции является низкие значения предела прочности при растяжении (6,8…8,0 МПа).
Известна полимерная композиция, содержащая полиэтилен и целлюлозосодержащий наполнитель в виде опилок лиственных пород с размером частиц 1,5…3,0 мм и органический краситель (RU 2005752, МПК C08L 97/02, опубл. 15.07.1992).
Недостатком данной композиции является высокая себестоимость в связи с использованием первичного полиэтилена, а также низкие значения упруго-прочностных характеристик (предел прочности при статическом изгибе - 12,4 МПа) и низкая технологичность, обусловленная высоким значением размеров частиц наполнителя.
Известны полимерные композиции, содержащие вторичные полимерные материалы и наполнитель в виде отходов упаковочных производств, в том числе TetraPak (Скопинцев И.В. Новое применение вторичных композиционных материалов / И.В. Скопинцев, А.М. Мелешкина, Ф. Камшад // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2012. Т. 4. №2(14). С. 197-201). Данные материалы применяются в качестве сорбентов для сбора нефти и нефтепродуктов, кроме того, в работе не приведены физико-механические характеристики композиций.
Известна полимерная композиция, содержащая суспензию поливиниацетатного клея и отходов упаковки TetraPak (Коляда Л.Г. Исследование возможности получения композитов из отходов упаковки TetraPak / Л.Г. Коляда, А.В. Кремнева, Г.Р. Казакбаева, А.П. Пономарев // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. №4-1. С. 19-21).
Недостатком известной композиции является низкие прочностные показатели (прочность при растяжении - 1,77 МПа) и низкая технологичность, связанная с возможность изготавливать изделия только компрессионным формованием.
Известна полимерная композиция, содержащая первичный полиэтилен низкого давления и измельченную упаковку TetraPak с размером частиц менее 500 мкм (Maurizio Avella et al. Recycled Multilayer Cartons as Cellulose Source in HDPE-Based Composites: Compatibilization and Structure-Properties Relationsships. Journal Applied Polymer Science, 2009, vol. 114, pp. 2978-2985).
Недостатком данной композиции является использование первичного полиэтилена, что приводит к повышению себестоимости конечных изделий.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является полимерная композиция (К.В. Алексанян и др. Композиционные материалы на основе совместной переработки упаковки «ТетраПак» и полиэтилена низкой плотности // Пластические массы. 2012. №1. С. 51-55), содержащая порошок из смеси полиэтилена низкой плотности и упаковки «ТетраПак».
Недостатками прототипа являются низкие значения упруго-прочностных характеристик и высокая себестоимость изделий за счет сложной технологии получения порошка смеси полиэтилена и упаковки «ТетраПак».
Технический результат, при использовании заявленного изобретения, заключается в улучшении упруго-прочностных характеристик, а именно в увеличении прочности и модулей упругости при растяжении изделий из полимерной композиции для производства инженерно-технических изделий за счет использовании вторичных сырьевых ресурсов.
Сущность изобретения заключается в том, что полимерная композиция для производства инженерно-технических изделий включает вторичный полиэтилен низкого давления и измельченные отходы упаковки TetraPak с размером частиц менее 400 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
вторичный полиэтилен низкого давления
30-60
измельченные отходы упаковки TetraPak с размером
частиц менее 400 мкм
остальное
В табл. 1 приведены составы и значения физико-механических характеристик полимерных композиций для производства инженерно-технических изделий.
Для изготовления композиции использовались следующие компоненты:
Вторичный полиэтилен низкого давления, который может быть в виде гранул либо в виде порошка по ТУ 63-178-74-88.
Целлюлозосодержащий наполнитель: измельченные отходы упаковки TetraPak до фракции менее 400 мкм, влажностью менее 5%.
Целлюлозосодержащий наполнитель получают следующим образом. Отходы упаковки TetraPak подвергаются мойке, затем просушиваются и измельчаются на ножевой мельнице. Полученная масса просеивается ситовым методом, отбирается фракция менее 400 мкм и дополнительно сушится до влажности менее 5%.
Способ приготовления полимерной композиции для производства инженерно-технических изделий заключается в следующем. Производят плавление полиэтилена низкого давления (50 об/мин, 5 мин) в лабораторном смесителе периодического действия НААКЕ PolyLab Rheomix 600 OS с роторами Roller при температуре 150°C. Затем вводят целлюлозосодержащий наполнитель - измельченные отходы упаковки TetraPak с размером частиц менее 400 мкм. 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. Формование пластин из приготовленной полимерной композиции для физико-механических испытаний проводят в пресс-форме с размером формующей полости 200×200×1 мм методом горячего прессования при температуре 150°C и усилии пресса 100 кН с последующим охлаждением пластин в сомкнутой пресс-форме до температуры 50°C согласно ГОСТ 12019-66.
Предел прочности при растяжении и относительное удлинение определяют по ГОСТ 11262-80, модуль упругости при растяжении по ГОСТ 9550-81. Значения водопоглощения образцов определяют по ГОСТ 4650-80 (метод А, выдержка в воде в течение 24 ч), плотность полимерной композиции по ГОСТ 15139-69.
Как следует из представленных в табл. 1 данных, заявленные полимерные композиции по значениям упруго-прочностных превосходят прототип. Введение целлюлозосодержащего наполнителя свыше 70% приводит к резкому ухудшению прочности при растяжении и водопоглощения, а введение менее 40% будет сказываться на себестоимости и технологичности композиции.
По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет повысить значения упруго-прочностных характеристик, снизить водопоглощение и себестоимость изготовления изделий за счет использования вторичных сырьевых ресурсов.
Таблица 1
Компоненты
Составы полимерных композиций, % по массе
1
2
3
4
Прототип
Вторичный полиэтилен низкого давления(ТУ 63-178-74-88)
30
40
50
60
-
Измельченные отходы упаковки TetraPak с размером частиц менее 400 мкм
70
60
50
40
-
Полиэтилен низкой плотности
-
-
-
-
50
Измельченные отходы упаковки TetraPak
-
-
-
-
50
Физико-механические свойства
Предел прочности при растяжении, МПа
13,2
13,3
15,8
16,3
12,0
Модуль упругости при растяжении, МПа
1940
1660
1650
1540
540
Относительное удлинение, %
1,1
1,4
1,7
2,2
4,4
Водопоглощение за сутки, %
6,1
5,3
3,2
2,1
-
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
1235
1220
1190
1135
-