СТРУКТУРНЫЙ ЛИСТ ИЗ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИКАРБОНАТА И ПОЛИЭФИРА
STRUCTURAL SHEET FROM POLYCARBONATE AND POLYETHER-BASED COMPOSITION

Изобретение относится к полимерным материалам, а именно структурным листам из поликарбонат/полиэфирной композиции.
Такие листы могут использоваться для светопрозрачных конструкций, арочных перекрытий, навесов, автобусных остановок, остекления теплиц, оранжерей, зимних садов и т.п.
Структурный лист представляет собой пустотелый полимерный лист, внутренняя структура которого напоминает соты или ячейки, из-за чего данный материал также называют сотовым.
Структурные листы из термопластичных материалов получают методом экструзии с последующим формованием в виде пластиковых листов с внутренними пустотами, которые содержат как минимум две непересекающиеся основные полимерные стенки, отделенные друг от друга перпендикулярными или диагональными ребрами.
Известен состав на основе смеси ПК (поликарбонат) и ПЭТ (полиэтилентерефталат) (патент ЕР 0774491, C08J 5/18; C08L 67/02; C08L 69/0, от 20.11.1996, опубл. 21.05.1997), из которого получают монолитные листы методом литья.
Известен многослойный лист с различной формой ячеек, получаемый методом экструзии, патент (EP 2342395, E04C 2/54, от 31.10.2008, опубл. 26.10.2009), в описании которого упоминается возможность применения смеси ПК и ПЭТ, но основной задачей изобретения является получение многослойного листа с различной формой ячеек, обладающего повышенной теплоизоляционной способностью.
Известны многостенные термопластичные листы из поликарбоната или многослойные с улучшенными теплоизоляционными свойствами, полученные экструзионным методом (патент WO 2012055429, B32B 3/12; E04C 2/20, от 26.10.2010, опубл. 03.05.2012). В описательной части патента упоминается возможность получения структурных листов из любого в отдельности термопластичного соединения, выбранного из группы: ПК (поликарбонат), ПЭТ (полиэтилентерефталат), ПЭТГ (полиэтилентерефталат гликоль) и ПММА (полиметилметакрилат).
Известен структурный поликарбонатный лист, полученный методом экструзии (патент RU №2422275, B29C 47/52, от 09.12.2009, опубл. 27.06.2011) (БЛ. АНАЛОГ).
Структурные листы (по бл. аналогу) из поликарбоната получали с удельным весом
2
0,6 - 0,72 кг/м с нагрузкой при изгибе 25,0 - 33,20 Н, с изгибающим напряжением 11,72 - 15,70 МПа.
В качестве исходного сырья для получения сотового поликарбонатного листа использовали разветвленные и линейные марки поликарбоната, гранулированного на основе бисфенола А, а также их смеси; использовали первичный или вторичный поликарбонат.
Несмотря на то, что полученные структурные поликарбонатные листы и обладают меньшим удельным весом за счет уменьшения расхода исходных компонентов, тем не менее остается актуальной проблема уменьшения затрат - удешевления продукции при их производстве.
Как известно, с точки зрения безопасности для человека и окружающей среды поликарбонат менее предпочтителен, чем другие полиэфирные пластики, к примеру, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ).
Теплопроводность поликарбоната (ПК) выше теплопроводности полиэтилентерефталата (ПЭТ), следовательно, изделия, полученные из ПЭТ более предпочтительны для создания конструкций, применяемых для сохранения тепла. Кроме того, стоимость поликарбоната существенно превышает стоимость многотоннажных термопластов, к которым, в частности, относится и ПЭТ, что в некоторых случаях является решающим фактором при выборе материалов для покрытия больших площадей тепличных хозяйств.
Аморфный полиэтилентерефталат (ПЭТ) - твердый прозрачный материал, кристаллический - твердый непрозрачный бесцветный. ПЭТ переходит в прозрачное состояние при нагреве до температуры стеклования и остается в нем при резком охлаждении и быстром проходе через т.н. «зону кристаллизации». Следует отметить, что ПЭТ обладает рядом недостатков в качестве сырья для производства структурных листов из-за невысокой термостабильности расплава, весьма чувствительного к воздействию влаги.
Поликарбонат и полиэтилентерефталат имеют, в связи с разной молекулярной структурой, различные реологические характеристики. Аморфный поликарбонат (ПК) в сравнении с полиэтилентерефталатом (ПЭТ) имеет более высокую температуру стеклования. Поэтому при достижении определенного соотношения компонентов технологически трудно получить прозрачные изделия. В таких случаях необходимо применение специальных компонентов - компатибилизаторов, позволяющих повысить взаимодействие на границе раздела фаз. Компатибилизатор способствует выравниванию поверхностной энергии в композиции и образованию более развитого переходного слоя. В качестве компатибилизатора был выбран полиэтелентерефталат-гликоль.
Задачей настоящего изобретения является получение структурного (сотового) листа, из композиции на основе поликарбоната и полиэфира, характеризующегося хорошими физико-механическими показателями, пониженной себестоимостью конечного продукта, прозрачностью, экологичностью, а так же расширяющего сырьевую базу для производства структурных (сотовых) листов.
Технический результат, достигается тем, что структурный лист получают из композиции на основе поликарбоната и полиэфира, включающей поликарбонат и полиэтилентерефталат и/или полиэтилентерефталат-гликоль при следующем соотношении компонентов, % масс:
Поликарбонат
(0,1-99,9)
Полиэтилентерефталат
(0-50)
Полиэтилентерефталат гликоль
(0-99,9)
В заявляемом техническом решении представлены структурные листы различной толщины Н-образной и Х-образной структуры, полученные на основе поликарбонат/полиэфирных композиций:
1) ПК и ПЭТ (поликарбонат и полиэтилентерефталат),
2) ПК и ПЭТГ (поликарбонат и полиэтилентерефталат гликоль),
3) ПК и ПЭТ и ПЭТГ (поликарбонат и полиэтилентерефталат и полиэтилентерефталат-гликоль).
В качестве исходного сырья для получения композиции, из которой формируют структурный лист способом экструзии (соэкструзии), использовали:
поликарбонат следующих марок:
- Makrolon, продукт Bayer MaterialScience AG;
- Lexan, продукт SABIC Innovative Plastics;
- РС, продукт ОАО «Казаньоргсинтез»;
полиэтилентерефталат следующих марок:
- SKYPET, продукт SK Chemicals Co., Ltd;
- РОСПЭТ, продукт ЗАО «Завод новых полимеров «Сенеж».
полиэтилентерефталат-гликоль марки SKYGREEN, продукт SK Chemicals Co., Ltd.
Могут применяться как первичные формы поликарбоната, полиэтелентерефталата, полиэтилентерефталат гликоля, так и вторичные в виде дробленки (представяющей собой негранулированные передробленные в хлопья изделия) или в виде гранулята, полученного из дробленки.
Осуществление изобретения.
Предпочтительным способом получения структурных листов согласно настоящему изобретению является экструзия (соэкструзия).
Перед подачей в экструдер полимерное сырье может просушиваться в потоке горячего воздуха сушильной установки или во влагоотделительной сушилке с соответствующей точкой росы при температурах 100-160°С.
Возможно предварительное смешение компонентов в заданном соотношении путем компаундирования на гранулирующем оборудовании, либо подача компонентов через несколько дозирующих устройств непосредственно в материальный цилиндр экструдера для производства листов.
Сырьевая смесь, попадая в материальный цилиндр экструдера, претерпевает последовательно ряд превращений: сжатие, плавление, декомпрессию и дегазацию, повторное сжатие, фильтрацию, гомогенизацию и перемешивание. Перед подачей в экструзионную головку основной поток может быть совмещен с другим потоком расплава (соэкструзионный слой), содержащим такое же соотношение компонентов, как и основной поток расплава, либо иным соотношением компонентов. Соэкструзионный слой может быть нанесен как с одной стороны листа (верх), так и с двух сторон (верх и низ). Соэкструзионный слой может содержать компоненты в чистом виде как индивидуально, так и с заданным соотношением, а также различные добавки.
В сырьевом потоке для изготовления структурных листов согласно изобретению могут содержаться обычно используемые дополнительные компоненты, в частности технологические добавки, средства для регулирования реологических свойств, антистатики, антипирены, органические красители, неорганические пигменты, наполнители, армирующие агенты, а также стабилизаторы, в частности термостабилизаторы, антиоксиданты, УФ-стабилизаторы.
Сформированный в экструзионной голове поток расплава подается на калибратор с калибровочными плитами, между которыми выставлен зазор, определяющий толщину формируемого структурного листа. Температура поверхности плит калибратора, контактирующих с расплавом в зависимости от производительности и толщины листа, составляет 30-75°С и обеспечивает охлаждение с максимальной интенсивностью для получения минимальной величины кристалличности в изделии.
После калибровки лист попадает в печь для термической обработки с целью снятия внутренних напряжений.
В приведенных ниже примерах для получения структурных листов использовали следующие поликарбонат/полиэфирные композиции:
ПК и ПЭТ,
ПК и ПЭТГ,
ПК и ПЭТ и ПЭТГ.
Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение, все проценты являются процентами по массе, если не указывается иное.
Все результаты примеров сведены в Таблицу 1. Композиции для получения структурных листов примеров №1 - №22 содержат указанное в таблице количество ПК (компонент А); примеры №1 - №15 и №21, №22 ПЭТ (компонент В); а примеры №16 - №20 ПЭТГ (компонент С). Композиции по примерам №5 и №6 представляют собой смесь компонентов ПК (компонент А), ПЭТ (компонент В) и ПЭТГ (компонент С). Кроме того, на каждый лист, за исключением примера №20, методом соэкструзии наносился слой поликарбоната, содержащий УФ-стабилизатор и добавки, не являющийся критическим в контексте данного изобретения. Структурные листы Н-образной формы, в составе которых помимо компонента А содержится некоторое количество дробленки ПК 12 - 24 мас.% по отношению к общему количеству ПК, также представлены в Таблице 1.
Таблица 1
Как видно из представленной таблицы, в примерах №1-4 в интервале концентраций полиэтелентерефталата от 0,1% до 30% прочностные характеристики структурного листа улучшаются. С введением в композицию до 20% полиэтелентерефталат-гликоля в примерах №5 и №6 становится возможным увеличение концентрации полиэтилентерефталата до 50%, при этом полученные образцы листов имеют показатель изгибающего напряжения не ниже 14,6 МПа, а при концентрации 40% поликарбоната и 40% полиэтилентерефталата с добавлением 20% полиэтелентерефталат-гликоля показатель изгибающего напряжения заметно улучшается и составляет 17,8 МПа. Таким образом, показатель изгибающего напряжения превышает соответствующие показатели аналогичных листов, изготовленных из поликарбоната, и свидетельствует о хороших механических свойствах листов из поликарбонат/полиэфирных композиций.
Для листов толщиной 4-8 мм, представленных в примерах №7-14, полученных из композиций ПК и ПЭТ, также характерно сохранение хороших прочностных и оптических характеристик.
Физико-механические характеристики структурных листов из композиций ПК и ПЭТГ представленных в примерах №16-20 соизмеримы с листами из поликарбоната и позволяют расширить ассортимент сырьевой базы для производства полимерных листов методом экструзии.
Листы толщиной 25 мм Х-образной структуры, полученные с концентрацией ПЭТ 0,1% по примеру №21 и 10% по примеру №22, обладают близкими характеристиками, причем в примере №22 заметно улучшается характеристика изгибающего напряжения, что подтверждает целесообразность использования смеси ПК и ПЭТ, в том числе и для изготовления листов со структурой, отличной от Н-образной.
Структурные листы, полученные с добавлением к смеси ПК и ПЭТ вторичного ПК (дробленки) в интервале от 12 до 24% по отношению к общему количеству ПК при концентрации ПЭТ от 15 и 20%, обладают прочностными и оптическими характеристиками, сопоставимыми с характеристиками структурных листов, полученных из первичного сырья. Включение в композицию вторичного сырья ПК позволяет значительно снизить себестоимость конечного продукта. Кроме того, переработка и повторное использование вторичного полимерного сырья считается наиболее предпочтительными способами его утилизации как с экономической, так и с экологической точки зрения.
Прозрачность полимеров является основной характеристикой, определяющей их использование в качестве светопроницаемых материалов. Прозрачность определяется как отношение интенсивности света, прошедшего через образец, к интенсивности падающего светового потока, и характеризуется коэффициентом направленного светопропускания.
Как видно из результатов, представленных в таблице, все листы, полученные из поликарбонат/полиэфирных композиций, обладают высокой прозрачностью, сопоставимой со структурными листами из поликарбоната.
Из вышеприведенных примеров видно, что структурные листы, полученные способом экструзии (соэкструзии) из термопластичных композиций, содержащих поликарбонат, полиэтилентерефталат, полиэтилентерефталат-гликоль; различной формой ячеек (Н-образной и Х-образной); различной толщины сохраняют прозрачность, а в некоторых случаях позволяют улучшить прочностные характеристики по сравнению с поликарбонатным структурным листом. Включение в композицию более дешевого ПЭТ позволяет значительно снизить себестоимость конечного продукта.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна», т. к. из доступных источников информации не выявлены технические решения с такими же существенными признаками.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как является неочевидным для специалиста.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как может быть получено из известных средств и известными методами.