СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГИБРИДНОГО АРМИРОВАННОГО СЛОЖНОКОМПОЗИТНОГО МАЛОГОРЮЧЕГО ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ПЛАСТИКА
METHOD FOR PRODUCING HYBRID REINFORCED COMPLEX COMPOSITE LOW-COMBUSTIBLE POLYETHYLENE PLASTIC

Изобретение относится к технологии производства гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика с, по меньшей мере, частичным использованием вторичного сырья, в том числе многослойных упаковочных пленок, изготовленных из различных материалов и содержащих слои полиэтилена, целлюлозного волокна и алюминия.
Переработка вторичных полиэтиленовых пленок является актуальной проблемой. Технологически наиболее сложной является переработка пленок многослойных ламинированных упаковочных материалов, изготовленных из полиэтилена, содержащего целлюлозу.
Известный способ вторичной переработки слоистой пленки (патент ЕР 2158182 В1) заключается в следующем:
- слоистую пленку размельчают, расслаивают и отделяют слои друг от друга;
- слои сортируют и накапливают по отдельности;
- каждый слой перерабатывают отдельно.
Данный способ является технологически сложным, длительным и дорогостоящим.
Известен способ совместной вторичной переработки полиэтилена и алюминия (Von Zuben F., Neves F.L. RECYCLING OF ALUMINUM AND POLYETHYLENE PRESENT IN TETRA РАК PACKAGES, 1999, - Sao Paulo, Brazil
http://ww.ekopaket.si/upload/file/Recikliranje%20alu%20in%20polietilena%20v%20TP%20embalazi.pdf?phpMyAdmin=8f4aea4ea78343d51594e6196d6e3172), включающий отделение (вымывание) целлюлозного волокна из слоистого материала, промывку и сушку оставшегося полиэтилена и алюминия, агглютинацию полиэтилена с алюминием, и получение гранул композитного материала путем экструзии. Во всех зонах экструдера используют температурные режимы, характерные для экструзии полиэтилена. В зоне I (или зоне загрузки) поддерживается температура около 120°С, в зоне II (или зоне сжатия) поддерживается температура от 135°С до 140°С, в зоне III (или зоне гомогенизации) поддерживается температура 150°С. Фильера, формирующая жгуты, работает при температурах около 170°С.
Однако известный способ является технологически сложным и энергоемким, и сами авторы в своей статье указывают на необходимость полного удаления целлюлозного волокна из материала, так как наличие целлюлозного волокна может приводить к разрывам сплошности экструзии, а перед экструзией необходима сушка материала. Кроме этого, известный способ не дает возможности перерабатывать материалы, не содержащие алюминий.
Известен способ производства композитного полиэтиленового пластика, армированного целлюлозным волокном и стекловолокном (Патент US 7743567). Конкретный вариант реализации способа (пример 7 из приведенного патента) включает смешивание высушенного и предварительно измельченного до величины, пропускаемой через сито 20-150 (предпочтительнее 20-40) меш (количество отверстий на 1 линейный дюйм), целлюлозного материала (предпочтительно древесины) с полиэтиленом, стекловолокном и поперечно-сшивающим агентом, размельчение смеси в компаундирующем устройстве с последующим литьем под давлением. Этот способ выбран в качестве прототипа (closest prior art). Полученный композитный полиэтиленовый пластик, армированный целлюлозным волокном и стекловолокном, имеет достаточно высокую прочность, соизмеримую с прочностью заменяемого им изделия из дерева.
Однако известный способ является технологически сложным и дорогостоящим, поскольку применяются дорогостоящие поперечно-сшивающие агенты, необходимо обеспечивать тщательную сушку целлюлозных волокон и потом применять специальное оборудование для хранения высушенных целлюлозных волокон. Данный способ также не снижает горючесть готового материала. Кроме этого, известный способ не дает возможность перерабатывать вторичный полиэтилен, от которого не отделен алюминий.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение и удешевление производства гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика с, по меньшей мере, частичным использованием вторичного многослойного сырья без разделения его слоев.
Согласно предложенному изобретению, способ производства гибридного армированного сложнокомпозитного полиэтиленового пластика включает следующие операции:
- механическое измельчение исходных материалов полиэтилена, алюминия, целлюлозного волокна до размера 3-5 мм.
Количества исходных материалов на 100 кг их смеси следующие, кг:
алюминий
5-15
целлюлозное волокно с влажностью 20-45%
5-30
вторичный полиэтилен
55-90
- смешивание и одновременная агломерация в агломераторе при нагревании до 80-160°С в течение 30-40 минут исходных материалов: 100 кг смеси полиэтилена, алюминия, целлюлозного волокна, по крайней мере, частично являющихся вторичными материалами, с 20-30 кг агломерирующих добавок, причем в агломераторе также происходит образование глобул алюминия.
- смешивание агломерата со смазывающими добавками и наполнителем-антипирреном в смесителе-миксере. Материалы из агломератора подаются в смеситель-миксер, в котором происходит разогрев материала от воздействия сил трения, вводятся смазывающие добавки в количестве 0,2-3 кг и наполнитель-антипиррен в количестве 15-40 кг на 100 кг смеси из алюминия, целлюлозного волокна с влажностью 20-45% и вторичного полиэтилена.
- экструдирование подготовленной смеси в двухшнековом экструдере, в загрузочной зоне которого поддерживают температуру 150-170°С для обеспечения протекания реакции наполнения полиэтилена целлюлозным волокном и алюминиевыми глобулами, в последующих зонах двухшнекового экструдера температуру сначала понижают на 20-25°С, а потом снова повышают до температуры, поддерживаемой в загрузочной зоне;
- гранулирование гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика.
Используемые соотношения исходных материалов - полиэтилена, алюминия, целлюлозного волокна - установлены экспериментально. Введение целлюлозного волокна больше 50 кг на 100 кг смеси исходных материалов (более 50 масс. %) приводит к образованию дефекта у экструзионного жгута из гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика, а именно появлению т.н. «пальмого ствола». Увеличение введения алюминия в смесь исходных материалов выше 15 масс. % приводит к тому, что происходит засорение фильер литьевой машины в процессе литья изделий из гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика. Уменьшение количества целлюлозного волокна ниже 5 масс. % и алюминия ниже 5 масс. % нецелесообразно, так как теряются важные потребительские свойства готового изделия - параметр «усадка» - готовое изделие будет мягким, не будет держать форму и т.п.
Агломерирующие добавки подобраны таким образом, что во время экструзии они взаимодействуют с полиэтиленом, способствуя его комкованию, в результате образуется агломерат полиэтилена, наполненный глобулами алюминия. Агломерация, образование глобул алюминия и первичное наполнение алюминием полиэтилена в предложенном способе
- это три совмещенные стадии, протекающие в одном и том же агломераторе. В предложенном способе преимущественно используют агломерирующие добавки, вызывающие агломерацию полиэтилена с алюминиевыми глобулами.
Агломерирующая добавка представляет из себя следующий продукт в следующих соотношениях, масс. %:
- вторичная полиэтилен-полиамидная композитная пленка, с содержанием полиамида не более 25% -
25.
В миксер-смеситель вводится следующая смазывающая добавка, масс. %:
полиэтиленовый воск
12-15
стеариновая кислота
20-22
этилен-бис-стеарамид
20-22
полиэтилен, привитой малеиновым ангидридом
12-15
борная кислота
25-30
Одновременно в миксер-смеситель вводится наполнитель-антипиррен в количестве 15-40 кг на 100 кг готового материала.
В загрузочной зоне двухшнекового экструдера происходит раскрытие смазывающей добавки.
Гибридный армированный сложнокомпозитный малогорючий полиэтиленовый пластик, произведенный предложенным способом, имеет хорошие механические свойства, не абсорбирует влагу и не выделяет неприятного запаха в процессе переработки.
Далее приведены конкретные примеры выполнения предложенного способа производства гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика, однако не являющиеся единственно возможными.
Пример 1.
Отходы производства упаковки соков, состоящие из целлюлозного волокна в количестве 15 кг (с влажностью 35%), алюминиевой фольги, весом 5 кг, и 80 кг полиэтиленовой пленки сложного состава на основе полиэтилена высокого давления, дробят на фрагменты величиной 3-5 мм. Полученную смесь исходных материалов помещают в агломератор, в который добавляют агломерирующую добавку, которая представляет собой дробленую до размера частиц 3-5 мм полиэтилен-полиамидную композитную пленку, в количестве 25 кг. Все ингредиенты смешивают и одновременно измельчают при нагревании до 130°С в течение 35 минут. Подготовленную смесь подают в миксер-смеситель, в который подают смазывающую добавку и наполнитель-антипиррен. Смазывающую добавку в количестве 2,225 кг подают непосредственно после подачи агломерата в смеситель. После трехминутного перемешивания добавляют 22,5 кг наполнителя антипиррена, в качестве которого выступает молотый брусит, обработанный стеариновой кислотой, с размером частиц не более 3 микрон.
Полученная смесь подается в двухшнековый экструдер, в загрузочной зоне которого поддерживают температуру 135°С для обеспечения первичного совмещения материалов и первичного размягчения, в последующих зонах двухшнекового экструдера температуру последовательно повышают, но не выше 175°С, с достижением максимальной температуры в зоне выгрузки. Формовку гранул гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика проводят на обычном для полиэтиленов высокого давления гранулирующем устройстве.
Гибридный армированный сложнокомпозитный малогорючий полиэтиленовый пластик, произведенный предложенным способом, имеет хорошие механические свойства, не абсорбирует влагу и не выделяет неприятного запаха в процессе переработки. Нами экспериментально установлено, что полученный гибридный армированный сложнокомпозитный малогорючий полиэтиленовый пластик имеет следующие улучшенные прочностные характеристики в сравнении с обычным LDPE:
Пример 2.
Отходы производства бумаги, состоящие из целлюлозного волокна, в количестве 20 кг (с влажностью 28%), отходы производства алюминиевой фольги весом 5 кг и 75 кг отходов полиэтиленовой пленки на базе полиэтилена высокого давления дробят на фрагменты величиной 3-5 мм. Полученную смесь исходных материалов помещают в агломератор, в который добавляют агломерирующую добавку, которая представляет из себя дробленую до размера частиц 3-5 мм полиэтилен-полиамидную композитную пленку, в количестве 25 кг. Все ингредиенты смешивают и одновременно измельчают при нагревании до 130°С в течение 35 минут. Подготовленную смесь подают в миксер-смеситель, в который подают смазывающую добавку и наполнитель-антипиррен. Смазывающую добавку в количестве 2,225 кг подают непосредственно после подачи агломерата в смеситель. После трехминутного перемешивания добавляют 22,5 кг наполнителя антипиррена, в качестве которого выступает молотый брусит, обработанный стеариновой кислотой, с размером частиц не более 3 микрон.
Полученная смесь подается в двухшнековый экструдер, в загрузочной зоне которого поддерживают температуру 135°С для обеспечения первичного совмещения материалов и первичного размягчения, в последующих зонах двухшнекового экструдера температуру последовательно повышают, но не выше 175°С, с достижением максимальной температуры в зоне выгрузки. Формовку гранул гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика проводят на обычном для полиэтиленов высокого давления гранулирующем устройстве.
Пример 3.
Отходы производства упаковки молока, состоящие из целлюлозного волокна в количестве 15 кг (с влажностью 34%), алюминиевой фольги весом 9 кг и 76 кг полиэтиленовой пленки сложного состава на основе полиэтилена высокого давления, дробят на фрагменты величиной 3-5 мм. Полученную смесь исходных материалов помещают в агломератор, в который добавляют агломерирующую добавку, которая представляет из себя дробленую до размера частиц 3-5 мм полиэтилен-полиамидную композитную пленку, в количестве 25 кг. Все ингредиенты смешивают и одновременно измельчают при нагревании до 130°С в течение 35 минут. Подготовленную смесь подают в миксер-смеситель, в который подают смазывающую добавку и наполнитель-антипиррен. Смазывающую добавку в количестве 2,225 кг подают непосредственно после подачи агломерата в смеситель. После трехминутного перемешивания добавляют 22,5 кг наполнителя-антипиррена, в качестве которого выступает молотый брусит, обработанный стеариновой кислотой, с размером частиц не более 3 микрон.
Полученная смесь подается в двухшнековый экструдер, в загрузочной зоне которого поддерживают температуру 135°С для обеспечения первичного совмещения материалов и первичного размягчения, в последующих зонах двухшнекового экструдера температуру последовательно повышают, но не выше 175°С, с достижением максимальной температуры в зоне выгрузки. Формовку гранул гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика проводят на обычном для полиэтиленов высокого давления гранулирующем устройстве.
Предложенное изобретение дает возможность упростить и удешевить производство гибридного армированного сложнокомпозитного малогорючего полиэтиленового пластика с, по меньшей мере, частичным использованием вторичного многослойного сырья, без разделения его слоев. Гибридный армированный сложнокомпозитный малогорючий полиэтиленовый пластик, произведенный предложенным способом, имеет настолько хорошие механические свойства, что предложенный способ целесообразно использовать также для совместной переработки нескольких видов вторичного сырья, подбирая их количества таким образом, чтобы соотношения исходных материалов соответствовали используемому в предложенном способе соотношению.