PL207300B1 - Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z odpadów poliwęglanów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z odpadów poliwęglanów, zwłaszcza z odpadów płyt kompaktowych.

Masowa produkcja płyt kompaktowych niesie za sobą problem recyklingu odpadów produkcyjnych, powstających przy ich wytwarzaniu, a jeszcze większy problem stanowią odpady poużytkowe. Płyty kompaktowe wykonywane są z poliwęglanów metodą wtryskiwania. Powierzchnia płyty, na której zapisany jest dźwięk, pokryta jest napyloną warstwą aluminium, barwnym nadrukiem oraz zewnętrzną zabezpieczającą warstwą lakieru bezbarwnego - stąd odporność tego tworzywa na naturalne czynniki degradujące. Konieczny jest zatem recykling jego odpadów, trwale zanieczyszczających środowisko naturalne.

W opisie patentowym US nr 6,887,968 przedstawiono sposób otrzymywania poliwę glanów o duż ym ciężarze cząsteczkowym z odpadów płyt kompaktowych, polegający na przetopieniu rozdrobnionych odpadów w dwuślimakowej wytłaczarce, a następnie polikondensacji tak uplastycznionych odpadów z udziałem bisfenolu A w reaktorze, który stanowiła wytłaczarka dwuślimakowa, w temperaturze 280-320°C, pod ciś nieniem 0,7-0,8 mbar, w czasie 180 minut.

W celu wytworzenia kompozytów polimerowych z odpadów poliw ęglanu z zachowaniem dobrych właściwości mechanicznych i dużej udarności tworzywa, zastosowano wytłaczanie reaktywne, które polega nie tylko na fizycznym zmieszaniu składników ale umożliwia utworzenie między nimi wiązań chemicznych przez dodanie składników reaktywnych.

Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z odpadów poliwęglanów, według wynalazku polega na tym, że odpady produkcyjne lub poużytkowe poliwęglanu w ilości 30-90% wagowych w stosunku do masy kompozytu, wytłacza się w dwuślimakowej wytłaczarce, w czasie 1-5 minut, w temperaturze 190-270°C, z pierwotną lub odpadową poliolefiną w ilości co najmniej 8% wagowych w stosunku do poliwę glanu, z dodatkiem bezwodnika maleinowego w iloś ci 0,05-5% wagowych w stosunku do masy poliolefiny, oraz nadtlenku organicznego w iloś ci 1-10% wagowych w stosunku do bezwodnika maleinowego, ewentualnie z dodatkiem bis(oksazoliny) w ilości 0,05-5% wagowych w stosunku do masy kompozytu, i/lub z pierwotnym lub odpadowym poli(tereftalanem etylenu) w iloś ci 5-55% wagowych w stosunku do masy kompozytu, z dodatkiem bis(oksazoliny) w ilości 0,05-5% wagowych w stosunku do masy kompozytu, ewentualnie z dodatkiem środków pomocniczych jak wypełniacze, antyutleniacze, antypireny, barwniki, pigmenty.

Jako odpady poliwęglanów korzystnie stosuje się produkcyjne lub poużytkowe odpady płyt kompaktowych.

Jako poliolefinę korzystnie stosuje się polietylen o wskaźniku szybkości płynięcia mniejszym niż 20 g/10 minut.

Korzystnie jest stosować bezwodnik maleinowy w ilości 0,2-3% wagowych w stosunku do masy olefiny.

Nadtlenek organiczny korzystnie jest stosować w ilości 2-5% wagowych w stosunku do bezwodnika maleinowego.

Bis(oksazolinę) korzystnie jest stosować w ilości 0,1-2% wagowych w stosunku do masy kompozytu.

Jako bis(oksazolinę) korzystnie stosuje się 2,2'-(1,3-fenyleno)bis-2-oksazolinę.

W sposobie wytwarzania kompozytów polimerowych według wynalazku korzystnie jest najpierw poliolefinę stopić i zmieszać z bezwodnikiem maleinowym i nadtlenkiem organicznym w atmosferze gazu obojętnego. Tak zmodyfikowaną poliolefinę stapia się i wytłacza z odpadami poliwęglanów.

W sposobie wytwarzania kompozytów polimerowych według wynalazku można stosować typowe dla tych tworzyw środki pomocnicze jak wypełniacze, na przykład włókno szklane, montmorylonit oraz grafit, antyutleniacze, antypireny, oraz barwniki i pigmenty.

Produkty otrzymane z odpadów poliwęglanów sposobem według wynalazku mogą być przetwarzane różnymi znanymi technikami, jak na przykład: wtryskiwanie oraz wytłaczanie. Produkty te mogą być stosowane do wytwarzania wyrobów dla gospodarstwa domowego, kół zębatych, kształtek konstrukcyjnych, rolek nośnych, tulejek, elementów maszyn.

Sposób według wynalazku zilustrowano przykładami.

P r z y k ł a d I. 6 kilogramów rozdrobnionych w młynie nożowym odpadów poliwęglanu w postaci płyt kompaktowych i 3,916 kg odpadów polietylenu dużej gęstości, o wskaźniku szybkości płynięcia MFR = 12 g/10 min, z dodatkiem 80 g bezwodnika maleinowego oraz 4 g nadtlenku dikumylu

PL 207 300 B1 przetopiono i wytłoczono. Proces prowadzono w dwuślimakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D w atmosferze powietrza, w temperaturze 240°C przez 4 minuty.

Otrzymano kompozyt w postaci granulatu, do wtryskiwania i wytłaczania, o następujących właściwościach:

- wydł u ż enie przy zerwaniu ε r = 6,3%

- wytrzymał o ść na zerwanie σ r = 38 MPa

- udarność wg Charpy an > 100 kJ/m² (próbki nie pękały)

- udarność z karbem wg Charpy aK = 60 kJ/m²;

Modyfikowany kompozyt otrzymany z odpadów charakteryzował się dużą udarnością i dobrymi właściwościami przetwórczymi.

Granulat może być stosowany do wyrobu kształtek konstrukcyjnych w przemyśle samochodowym i maszynowym (na przykład: pierścienie uszczelniające, gniazda zaworów).

Dla porównania: przetłoczone przez wytłaczarkę odpady poliwęglanowe były kruche i charakteryzowały się następującymi właściwościami:

σ_Γ = 23 MPa; a_n = 3 kJ/m²; a_K = < 1 kJ/m².

P r z y k ł a d II. 7 kilogramów rozdrobnionych w młynie nożowym odpadów poliwęglanowych płyt kompaktowych oraz 2,9 kg rozdrobnionych odpadów poli(tereftaIanu etylenu) (butelki) przetopiono i wytłoczono z dodatkiem 0,1 kg 2,2'-(1,3-fenyleno)bis-2-oksazoliny. Proces prowadzono w dwuślimakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D w atmosferze powietrza, w temperaturze 260°C przez 2 minuty.

Otrzymano kompozyt w postaci granulatu, do wtryskiwania i wytłaczania, o następujących właściwościach:

- wydłużenie przy zerwaniu s_r = 12,5%

- wytrzymałość na zerwanie σ,- = 44 MPa

- udarność wg Charpy an > 100 kJ/m² (próbki nie pękały)

- udarność z karbem wg Charpy aK = 60 kJ/m²;

Granulat może być stosowany na obudowy urządzeń, kształtki konstrukcyjne, kształtki dla elektrotechniki.

P r z y k ł a d III. 6 kilogramów rozdrobnionych w młynie nożowym odpadów poliwęglanowych płyt kompaktowych, 1 kg polietylenu dużej gęstości o wskaźniku szybkości płynięcia 15 g/10 min oraz 2,918 kg rozdrobnionych odpadów poli(tereftalanu etylenu) (butelki) przetopiono i wytłoczono z dodatkiem 30 g bezwodnika maleinowego, 2 g nadtlenku di-tert-butylowego oraz 50 g 2,2'-(1,3-fenyleno)bis-2-oksazoliny. Proces prowadzono w dwuślimakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D w atmosferze powietrza, w temperaturze 260°C przez 2 minuty.

Otrzymano polimer w postaci granulatu, do wtryskiwania i wytłaczania, o następujących właściwościach:

- wydłużenie przy zerwaniu ε_r = 19%

- wytrzymałość na zerwanie σ_Γ = 40 MPa

- udarność wg Charpy an > 100 kJ/m² (próbki nie pękały)

- udarność z karbem wg Charpy aK = 60 kJ/m²;

Dzięki dużej udarności granulat może być stosowany na obudowy urządzeń, sprzętu laboratoryjnego, opakowania przemysłowe, w elektrotechnice.

P r z y k ł a d IV. 11,76 kg rozdrobnionych, zużytych odpadów polietylenu małej gęstości o wskaźniku szybkości płynięcia MFR = 3 g/10 min przetopiono i wytłoczono z dodatkiem 240 g bezwodnika maleinowego oraz 7,2 g nadtlenku dikumylu, w dwuślimakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D, w atmosferze dwutlenku węgla w temperaturze 190°C przez 4 minuty.

1,25 kg zmodyfikowanego w ten sposób odpadowego polietylenu małej gęstości przetopiono i wytłoczono z dodatkiem 3,75 kg, rozdrobnionych w młynie nożowym, odpadów poliwęglanu w dwuślimakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D, w atmosferze powietrza w temperaturze 240°C przez 2 minuty.

Otrzymano kompozyt w postaci granulatu, do wtryskiwania i wytłaczania, o następujących właściwościach:

- wydłużenie przy zerwaniu ε_Γ = 14%

- wytrzymałość na zerwanie σ_Γ = 39 MPa

- udarność wg Charpy an > 100 kJ/m² (próbki nie pękały)

PL 207 300 B1

- udarność z karbem wg Charpy aK = 60 kJ/m²;

Granulat może być stosowany do wyrobu: kształtek wtryskowych średnio i wielkogabarytowych.

P r z y k ł a d V. 5,7 kg rozdrobnionych w młynie nożowym odpadów poliwęglanowych płyt kompaktowych i 3,72 kg odpadów polietylenu małej gęstości (MFR = 3 g/10 min) przetopiono i wytłoczono z dodatkiem 76 g bezwodnika maleinowego oraz 3,8 g nadtlenku dikumylu, a także z dodatkiem 0,5 kg grafitu. Proces prowadzono w dwuślimakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D w atmosferze powietrza, w temperaturze 240°C przez 4 minuty.

Otrzymano kompozyt w postaci granulatu, do wtryskiwania i wytłaczania, o następujących właściwościach:

- wydł u ż enie przy zerwaniu ε r = 5%

- wytrzymał o ść na zerwanie σ r = 36 MPa

- udarność z karbem wg Charpy aK = 16 kJ/m²;

Granulat, ze względu na dobre właściwości ślizgowe, może być stosowany do wyrobu urządzeń do transportu materiałów sypkich, elementów ślizgowych, kół zębatych, krzywek.

P r z y k ł a d VI. 6,8 kg rozdrobnionych w młynie nożowym odpadów poliwęglanowych płyt kompaktowych oraz 2,8 kg rozdrobnionych odpadów poli(tereftalanu etylenu) (butelki) przetopiono i wytł oczono z dodatkiem 0,1 kg 2,2'-(1,3-fenyleno)bis-2-oksazoliny oraz 0,3 kg montmorylonitu. Proces prowadzono w dwuślimakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D w atmosferze powietrza, w temperaturze 255°C przez 4 minuty.

Otrzymano kompozyt w postaci granulatu, do wtryskiwania i wytłaczania, o następujących właściwościach:

- wydł u ż enie przy zerwaniu ε r = 12%

- wytrzymał o ść na zerwanie σ r = 50 MPa

- moduł sprężystoś ci przy rozcią ganiu Er= 3000 MPa

- udarność z karbem wg Charpy aK = 6 kJ/m²

- temperatura maksymalnego rozkł adu Tmax= 501°C;

Dla porównania, temperatura maksymalnego rozkładu Tmax dla kompozytu bez napełniacza w postaci montmorylonitu był a znacznie niż sza i wynosił a 438°C.

Granulat, ze względu na dobre właściwości termiczne i dużą sztywność, może być stosowany w elektrotechnice do wyrobu: elementów izolacyjnych dla techniki wysokich napięć i częstotliwości, uchwytów kabli, wielobiegunowych wkładek do kontaktów.

P r z y k ł a d VII. 5,55 kilograma, rozdrobnionych w mł ynie noż owym, odpadów poliw ę glanowych płyt kompaktowych przetopiono z 1,8 kg rozdrobnionych odpadów poli(tereftalanu etylenu) (butelki) z dodatkiem 0,15 kg 2,2'-(1,3-fenyleno)bis-2-oksazoliny, wymieszano z 2,5 kg włókna szklanego i wytłoczono. Proces prowadzono w dwuślimakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D w atmosferze powietrza, w temperaturze 260°C przez 3 minuty.

Otrzymano kompozyt w postaci granulatu, do wtryskiwania i wytłaczania, o następujących właściwościach:

- wydł u ż enie przy zerwaniu ε r = 2,6%

- wytrzymał o ść na zerwanie σ r = 115 MPa

- moduł sprężystoś ci przy rozcią ganiu Er = 8800 MPa

- udarność z karbem wg Charpy aK= 12 kJ/m²;

Granulat, ze względu na dużą sztywność, może być stosowany do wyrobu: elementów maszyn i urzą dzeń w przemyś le maszynowym i artykuł ów gospodarstwa domowego, sprzę tu laboratoryjnego, kół zębatych, krzywek.

P r z y k ł a d VIII. 6 kilogramów rozdrobnionych w młynie nożowym odpadów poliwęglanu w postaci płyt kompaktowych i 3,906 kg odpadów polietylenu dużej gęstości o wskaźniku szybkości płynięcia MFR = 12 g/10 min przetopiono i wytłoczono z dodatkiem 80 g bezwodnika maleinowego, 4 g nadtlenku dikumylu oraz 10 g 2,2'-(1,3-fenyleno)bis-2-oksazoliny. Proces prowadzono w dwuś limakowej wytłaczarce współbieżnej o średnicy ślimaków 25 mm długości 33D w atmosferze powietrza, w temperaturze 240°C przez 2 minuty.

Otrzymano kompozyt w postaci granulatu, do wtryskiwania i wytłaczania, o następujących właściwościach:

- wydł u ż enie przy zerwaniu ε r = 16%

- wytrzymał o ść na zerwanie σ r = 33 MPa

- udarność wg Charpy an > 100 kJ/m² (próbki nie pękały)

PL 207 300 B1

- udarność z karbem wg Charpy aK = 60 kJ/m²;

Granulat może być stosowany w przemyśle samochodowym i maszynowym, na przykład do wyrobu: pierścieni uszczelniających, gniazd zaworów, wkładek dystansowych.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z odpadów poliwęglanów, znamienny tym, że odpady produkcyjne lub poużytkowe poliwęglanu w ilości 30-90% wagowych w stosunku do masy kompozytu, wytłacza się w dwuślimakowej wytłaczarce, w czasie 1-5 minut, w temperaturze 190-270°C, z pierwotną lub odpadową polioiefiną w ilości co najmniej 8% wagowych w stosunku do poliwęglanu, z dodatkiem bezwodnika maleinowego, w ilości 0,05-5% wagowych w stosunku do masy poliolefiny, oraz nadtlenku organicznego, w ilości 1-10% wagowych w stosunku do bezwodnika maleinowego, ewentualnie z dodatkiem bis(oksazoliny), w ilości 0,05-5% wagowych w stosunku do masy kompozytu, i/lub z pierwotnym lub odpadowym poli(tereftalanem etylenu), w ilości 5-55% wagowych w stosunku do masy kompozytu, z dodatkiem bis(oksazoliny), w ilości 0,05-5% wagowych w stosunku do masy kompozytu, ewentualnie z dodatkiem środków pomocniczych jak wypełniacze, antyutleniacze, antypireny, barwniki, pigmenty.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako odpady poliwęglanów stosuje się produkcyjne lub poużytkowe odpady płyt kompaktowych,
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako poliolefinę stosuje się polietylen o wskaźniku szybkości płynięcia mniejszym niż 20 g/10 minut.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że bezwodnik maleinowy stosuje się w ilości 0,23% wagowych w stosunku do masy poliolefiny.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadtlenek organiczny stosuje się w ilości 1-5% wagowych w stosunku do bezwodnika maleinowego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że bis(oksazolinę) stosuje się w ilości 0,1-2% wagowych w stosunku do masy kompozytu.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako bis(oksazolinę) stosuje się 2,2'-(1,3-fenyleno)bis-2-oksazolinę.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poliolefinę topi się i miesza z bezwodnikiem maleinowym i nadtlenkiem organicznym w atmosferze gazu obojętnego a następnie tak zmodyfikowaną poliolefinę wytłacza się z odpadami poliwęglanów.