ДОБАВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИОЛЕФИНОВ
ADDITIVE FOR PROCESSING POLYOLEFINS

Изобретение относится к области химии и может использоваться в промышленности переработки пластмасс. Заявляется добавка, облегчающая переработку полиолефинов (пленок и литьевых изделий). Добавка представляет собой моноэпоксиэфир диановой смолы с молекулярной массой 4000-4500 ед. и карбоновой кислоты. Добавка может использоваться в виде 100% продукта или в виде концентрата в полиэтилене с содержанием основного вещества 10-20%.
Добавка используется в количестве 1-2% от массы перерабатываемого полимера. Она особенно эффективна при переработке вторичного полиэтилена.
Добавка улучшает механические свойства полиэтиленовой пленки (на 30%) и ее эластичность (на 20%) и увеличивает прозрачность пленки (на 8-10%).
Использование добавки увеличивает индекс расплава полиолефинов (на 10% при добавлении каждого процента добавки), позволяет снизить температуру переработки (на 20-25°С на каждый процент добавки).
В целом использование добавки облегчает процесс переработки олефинов, особенно в случае использования вторичного сырья, сглаживая колебания качества подаваемого сырья и температуры в процессе переработки.
Изобретение относится к области химии, в частности к промышленности переработки полимерных материалов.
Известен ряд добавок, используемых в процесса переработки полимерных материалов. В основном эти добавки улучшают скольжение, препятствуют прилипанию к металлическим поверхностям, снимают статический заряд и т.д. Это так называемые процессинговые добавки, т.е. добавки, облегчающие проведение процесса переработки. В основном такие добавки являются кремнийорганическими соединениями (силаны и силоксаны).
Значительно реже используются добавки, улучшающие механические свойства перерабатываемых полимеров, т.н. "восстанавливающие добавки". К таким добавкам относится "Ревтол", продукт, выпускаемый в России фирмой "Барс-2", г.Санкт-Петербург. Эта добавка представляет собой низкомолекулярный полиамид и используется при переработке вторичного полиэтилена в количестве 2-5% от массы перерабатываемого полимера. Следует отметить, что использование добавки "Ревтол" только ограничено улучшает механические свойства изделий, изготовленных из вторичного полиэтилена.
В настоящем изобретении заявляется вещество для эффективного улучшения качества изделий, получаемых с использованием вторичных полиолефинов.
Действующим началом предлагаемой добавки является моноэпоскиэфир высокомолекулярной диановой смолы (с м.м. 4000-4500 ед.) и карбоновой кислоты. В перерабатываемый полимер добавка может вводиться в виде 100% продукта (ПВХ и полиэтилена средней плотности) или в виде концентрата в полиэтилене с содержанием основного вещества 10-20% (лучше 12%) для полиэтилена высокой и низкой плотности и полипропилена. Концентрату придается форма гранул, схожих по форме с формой гранул перерабатываемого полимера. Для получения эффекта достаточно ввести 1% добавки (концентрата) от веса перерабатываемого полимера (в сложном случае до 2%). Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, заключается в том, что:
- увеличивается индекс расплава полимера (смотри таблицу №1);
снижается температура переработки полиэтилена и полипропилена (на 20-25°С при добавлении каждого процента добавки);
- улучшаются механические свойства изделий (результат демонстрируется на примере пленки, полученной из вторичного полиэтилена, изготовленного из отходов, собранных на полигоне отходов. Для сравнения приготовлена пленка с использованием добавки "Ревтол" - см. табл.№2);
- улучшается внешний вид изделий, полученных из вторичного полимера: увеличивается прозрачность полиэтиленовой пленки на 8-10%, устраняется нежелательный желтый оттенок, пленка становится гладкой и более эластичной;
- для полипропилена наиболее интересен эффект увеличения индекса расплава, что позволяет использовать более дешевый полимер с низким индексом; в ряде случаев удалось получить более толстую (100 мкм и более) полипропиленовую пленку (на вальцах), чего не удается достигнуть без добавки;
- использование добавки позволяет стабилизировать процесс переработки вторичных олефинов за счет сглаживания колебаний качества использованного сырья и температурных скачков в процессе переработки; при этом наблюдается очень важный эффект пластифицирования и улучшения совместимости полимеров различной природы и с различной молекулярной массой (что имеет место в случае сырья, поступающего с мусорных полигонов).
Таблица №1
N п/п
Исследуемый образец
ПТР (показатель текучести расплава), г/10 мин
По паспорту
Реально
1
ПЭ марки 17703-010
1,0
1,00-1,05
2
ПЭ 17703-010+1% КОПЭК
-
1,10-1,15
3
ПЭ 17703-010+2% КОПЭК
-
1,20-1,24
4
ПЭ 17703-010+3% КОПЭК
-
1,35-1,40
Таблица №2
Система
Толщина пленки, мм
Вдоль
Поперек
σρ, МПа
ερ, %
σρ, МПа
ερ, %
КОПЭК 1%
0,085
17,1
320
15,8
527
КОПЭК 2%
0,07
17,5
330
15,3
537
КОПЭК 3%
0,09
18,1
343
14,6
502
Ревтол 1%
0,13
11,6
313
12,3
406
σρ - разрушающее напряжение, МПа;ερ - относительное удлинение, %
Ниже приводится способ получения моноэпоксиэфира и концентрата на его основе.
Предлагаемое изобретение может быть подтверждено следующими примерами.
Пример 1
Ниже приводится общий способ получения моноэпоксиэфира и концентрата на его основе.
А. Синтез моноэпоксиэфира.
Химизм процесса.
Первая стадия. Получение высокомолекулярной эпоксидной смолы.
Вторая стадия. Получение моноэпоксиэфира.
Процесс получения моноэпоксиэфира состоит из двух химических стадий:
первая стадия - получение высокомолекулярной эпоксидной смолы из низкомолекулярной эпоксидной смолы и дифенилолпропана;
вторая стадия - получение моноэпоксиэфира путем раскрытия одной эпоксидной группы карбоновой кислотой.
Обе стадии проводят в аппарате из нержавеющей стали, снабженном мешалкой, рубашкой для обогрева и термопарой. Аппарат должен иметь подводку для продувки азотом и обеспечения азотной подушки в процессе реакции.
Первая стадия.
№ п/п
Наименование сырья
Мол. масса
Мас. доля, %
Масса кг
Эпоксидное число, %
1
Смола эпоксидная
350-390
100
100
20,8
2
Дифенилолпропан
228
100
33,9
-
В аппарат загружают 100 кг жидкой низкомолекулярной днановой смолы с эпоксидным числом 20,8. Включают мешалку, подогревают смолу до 70-80°С, и порциями загружают 33,9 кг дифенилолпропана. Аппарат продувают азотом, устанавливают режим азотного дыхания 100 мл/мин и поднимают температуру реакционной массы до 155-160°С. Перемешивают при этой температуре 3 часа. Эпоксидное число должно быть в пределах 5,5-6,0% (при этом молекулярная масса составляет 4000-4500 ед.).
Вторая стадия.
№ п/п
Наименование сырья
Мол. масса
Мас. доля, %
Масса, кг
Эпоксидное число, %
1
Реакционная масса со стадии I
4000-4500
-
133,9
5,5 -6,0
2
Абиетиновая кислота
302
100
30,8
-
После окончания первой стадии в аппарат в течение 0,5 часа загружают 30,8 кг абиетиновой кислоты. Температуру постепенно (во избежание вспенивания) повышают со 155-160 до 170-175°С, поддерживая режим азотного дыхания 100 мл/мин. Реакционную массу перемешивают в течение 2 часов до достижения кислотного числа 1-2 мг КОН/г.
По окончании реакции готовый продукт должен иметь следующие параметры:
- эпоксидное число 2,0-2,4%;
- кислотное число не выше 2;
- температуру стеклования 105-120°С.
В. Получение супфконцентрата.
Моноэпоксиэфир, полученный по пункту А, размалывают в мельнице до сыпучего состояния, а затем смешивают порошок моноэпоксиэфира с гранулами полиэтилена низкой плотности до получения однородной смеси.
Смесь гранулируют в одношнековом экструдоре-грануляторе с водяным охлаждением. Температура гранулирования изменялась от 90°С, в основной зоне до 110-120°С, на головке экструдера. Такая низкая температура переработки оказывается возможной благодаря уже упомянутому эффекту снижения температуры плавления. Готовят концентрат с содержанием 10-20% (лучше 12%) моноэпоксиэфира. При повышении концентрации моноэпоксиэфира выше 20% не удается получить хорошие гранулы, вследствие слишком резкого понижения температуры плавления полимера. Снижение содержания ниже 10% экономически нецелесообразно.
В результате были получены прочные гранулы желтоватого цвета, не слипающиеся и не крошащиеся при хранении и использовании.
Полученные гранулы смешивают гранулами полиэтилена или полипропилена (1 или 2% от веса) и используют при приготовлении пленки или литьевого изделия.
Примеры 2-6
Пример №
Молекулярная масса эпоксидной смолы
Карбоновая кислота
Температура стеклования эпоксиэфира град.
Эффективность действия
2
4000-4500
Бензойная
110-125
Аналогично примеру 1
3
4000-4500
Салициловая
115-135
“-”
4
4000-4500
2-этилгексановая
40-60
Не эффективно
5
2000-500
Абиетиновая
70-80
Не эффективно
6
выше 5000
Абиетиновая
Выше 120
Не совмещается с полиэтиленом