PL224598B1

PL224598B1 - Method for producing thermoplastic polymer composition

Info

Publication number: PL224598B1
Application number: PL407414A
Authority: PL
Inventors: Janusz Wojciech Sikora; Volodymyr Krasinskyi; Kamil Żelazek; Joanna Sikora
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2017-01-31
Also published as: PL407414A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji polimerowej termoplastycznej.The present invention relates to a method of making a thermoplastic polymer composition.

W książce autorstwa R. Sikory pt. Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych” wydanej przez Wydawnictwo Edukacyjne, Warszawa 1993 r., str. 146-169, opisanych jest wiele sposobów wytwarzania kompozycji polimerowych metodą wytłaczania, mianowicie wytłaczanie konwencjonalne, wytłaczanie autotermiczne, wytłaczanie z rozdmuchiwaniem, współwytłaczanie, wytłaczania porującego, wytłaczanie powlekające, w metodach tych tworzywa termoplastyczne podawane są z układu uplastyczniającego bezpośrednio do głowicy wytłaczarskiej, w której formowany jest wytwór, a następnie jest on chłodzony bezpośrednio w urządzeniu chłodzącym poprzez natrysk lub zanurzenie, przy czym zawsze wytwór przesuwa się względem urządzenia chłodzącego, które jest nieruchome. Analogicznie opisują te sposoby J. White, H. Potente oraz U. Berghaus w książce „Screw extrusion. Technology and Science” opublikowanej przez Carl Hanser Verlag, Monachium 2003 roku. str. 63-95.In the book by R. Sikora entitled Processing of macromolecular plastics "published by Wydawnictwo Edukacyjne, Warsaw 1993, pp. 146-169, describes many methods of producing polymer compositions by extrusion, namely conventional extrusion, autothermal extrusion, extrusion blow molding, co-extrusion, porous extrusion, coating extrusion, In these methods, thermoplastics are fed from the plasticizing system directly to the extrusion head in which the product is formed, and then it is cooled directly in a cooling device by spraying or immersion, the product always moving in relation to the cooling device, which is stationary. J. White, H. Potente and U. Berghaus describe these methods analogously in the book “Screw extrusion. Technology and Science ”published by Carl Hanser Verlag, Munich 2003. pp. 63-95.

W polskim zgłoszeniu patentowym nr P.397358 ujawniony jest sposób wytwarzania kompozycji piaskowo-polimerowej stanowiącej mieszaninę piasku z tworzywem termoplastycznym olefinowym metodą wytłaczania z prasowaniem z przeznaczeniem na płyty chodnikowe i dachówki.The Polish patent application No. P.397358 discloses a method of producing a sand-polymer composition consisting of a mixture of sand and an olefin thermoplastic by means of extrusion with pressing intended for paving slabs and roof tiles.

Znany jest z polskiego zgłoszenia wynalazku nr P. 340796 sposób i urządzenie do wytłaczania tworzyw polimerowych o wysokiej zawartości materiałów obojętnych o zawartości od 35-40% do 70-80% wagowych. Sposób wytłaczania obejmuje podawanie dokładnie odmierzonych ilości tworzyw polimerowych i składników dodatkowych jak kreda, talk, krzemionka itp. podawanych w określonych miejscach wzdłuż cylindra wytłaczarki, a następnie ich ujednorodnienie w procesie wytłaczania oraz bezpośrednie wytłoczenie przez głowicę wytłaczarską.From the Polish patent application No. 340796, there is known a method and a device for extruding polymeric materials with a high content of inert materials with a content of 35-40% to 70-80% by weight. The extrusion method involves feeding precisely measured amounts of polymer materials and additional ingredients such as chalk, talc, silica, etc. at specific points along the extruder barrel, followed by their homogenization in the extrusion process and direct extrusion through the extrusion head.

W polskim opisie patentowym nr 207709 ujawniony jest sposób wytwarzania termoplastycznej kompozycji przetwarzalnej w stanie stopionym zawierającej 50-99,5% wagowych polimeru termoplastycznego PVC, polistyrenu, poliestrów, kopolimerów i terpolimerów styrenowo-akrylonitrylowych i 0,5-50% wagowych rozdrobnionego kopolimeru zawierającego reszty mieszaniny monomerów m etakrylanu metylu, mieszanej przez wytłaczanie dla uformowania wyrobu, korzystnie w postaci arkuszy lub warstwy.The Polish patent no. 207709 discloses a method of producing a thermoplastic melt-processable composition containing 50-99.5% by weight of a thermoplastic polymer PVC, polystyrene, polyesters, copolymers and terpolymers of styrene-acrylonitrile and 0.5-50% by weight of a particulate copolymer containing residuals a mixture of methyl ethacrylate monomers mixed by extrusion to form an article, preferably in the form of sheets or a layer.

Przedmiotem wynalazku w polskim opisie patentowym nr 207893 jest sposób i wytłaczarka wieloślimakowa do wytwarzania kompozytów polimerowych, głównie stosując napełniacze mineralne lub włókniste. Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych w procesie wytłaczania wieloślimakowego według wynalazku polega na dokładnym podawaniu za pomocą umieszczonych wzdłuż układu uplastyczniającego wytłaczarki wieloślimakowej dozowników masowych tworzyw i składników dodatkowych, gdzie do tworzywa już uplastycznionego wprowadza się składniki dodatkowe, które następnie miesza się z tworzywem, po czym tak ujednorodniony kompozyt przetłacza się do głowicy formującej wytwór.The subject of the invention in Polish patent description No. 207893 is a method and a multi-screw extruder for the production of polymer composites, mainly using mineral or fiber fillers. The method of producing polymer composites in the process of multi-screw extrusion according to the invention consists in the precise feeding of bulk materials and additional ingredients by means of dispensers of bulk materials and additional ingredients located along the plasticizing system of the multi-screw extruder, where additional ingredients are added to the already plasticized material, which are then mixed with the plastic and then homogenized. the composite is forced into the head forming the product.

Zgodnie z wynalazkiem istotą sposobu wytwarzania kompozycji polimerowej termoplastycznej, stanowiącej mieszaninę tworzyw olefinowych i styrenowych, w którym miesza się 80-80 części masowych tworzyw olefinowych z 40-20 częściami masowymi tworzyw styrenowych stanowiących odpad poużytkowy w postaci aglomeratu i tak otrzymaną w procesie mieszania kompozycję wytłacza się w postaci pręta za pomocą wytłaczarki jedno lub dwuślimakowej, korzystnie jednoślimakowej, w temperaturze od 140-200°C, korzystnie 160°C przez otwór cylindra wytłaczarki o średnicy do 50 mm, korzystnie 20 mm z prędkością od 10 do 50 cm/min, korzystnie 30 cm/min jest to, że kompozycję wytłacza się do zamkniętej, dwuczęściowej prostoliniowej lub krzywoliniowej, korzystnie prostoliniowej formy o stałym lub zmiennym, korzystnie stałym polu przekroju poprzecznego zamocowanej szczelnie, bezpośrednio do cylindra wytłaczarki i wytłoczoną kompozycję termoplastyczną przetłacza się wzdłuż całej długości formy wypełniając ją całkowicie, a następnie formę przenosi się do wanny z wodą i ochładza z prędkością od 1 do 2 minut na każdy milimetr grubości formy, korzystnie 90 sekund na każdy milimetr grubości w wodzie o temperaturze 12°C.According to the invention, the essence of the method for the production of a thermoplastic polymer composition consisting of a mixture of olefin and styrene plastics, in which 80-80 parts by mass of olefin materials are mixed with 40-20 parts by mass of styrene materials constituting post-use waste in the form of an agglomerate, and the composition thus obtained in the mixing process is extruded in the form of a rod with a single or twin-screw extruder, preferably single-screw, at a temperature of 140-200 ° C, preferably 160 ° C through an extruder barrel bore with a diameter of up to 50 mm, preferably 20 mm at a speed of 10 to 50 cm / min, preferably 30 cm / min is that the composition is extruded into a closed, two-piece rectilinear or curvilinear, preferably rectilinear mold with a constant or variable, preferably constant, cross-sectional area tightly attached directly to the extruder barrel and the extruded thermoplastic composition is forced along the entire length of the mold filling it completely and the mold is then transferred to a bath of water and cooled at a rate of 1 to 2 minutes for each millimeter of thickness of the mold, preferably 90 seconds for each millimeter of thickness in water at 12 ° C.

Korzystnym skutkiem sposobu według wynalazku jest to, że umożliwia wytwarzanie kompozycji termoplastycznej z odpadów poużytkowych na wytwory, którym stawia się specyficzne wymagania użytkowe np. na belki tworzywowe. Sposób wytwarzania skutkuje korzystnie, głównie poprzez wykonanie kompozycji termoplastycznej, która w stanie stałym charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną, udarnością i twardością oraz wysoką odpornością na czynniki atmosferyczne, a także atrakcyjną fakturą powierzchni zewnętrznej, przypominającą strukturę drewna, powstałą podczas przepływu kompozycji w formie.A favorable effect of the method according to the invention is that it enables the production of a thermoplastic composition from post-consumer waste for products that are subject to specific utility requirements, e.g. for plastic beams. The production method has an advantageous effect, mainly by making a thermoplastic composition which in the solid state is characterized by high mechanical strength, impact strength and hardness, and high resistance to weathering, as well as an attractive external surface texture, resembling a wood structure, formed during the flow of the composition in the mold.

PL 224 598 B1PL 224 598 B1

P r z y k ł a d I. Aglomerat olefinowy i styrenowy pochodzący z odpadów poużytkowych folii p olietylenowej, polipropylenowej i styrenowej odważono w stosunku 60 części masowych aglomeratu olefinowego oraz 40 części masowych aglomeratu styrenowego. Obie porcje wstępnie ręcznie wymieszano, otrzymując kompozycje wstępną, którą wprowadzono do wytłaczarki jednoślimakowej. Temperatura kolejno w poszczególnych strefach grzejnych wytłaczarki wynosiła 130°C, 140°C, 150°C oraz 160°C. Kompozycja polimerowa termoplastyczna o temperaturze 160°C została przetłoczona przez otwór wytłaczarki o średnicy 20 mm z prędkością 30 cm/min wpływając do zamkniętej formy o niezmiennych wymiarach 2000 x 120 x 25 mm. Po całkowitym wypełnieniu formy kompozycją polimerową, umieszczono ją w wannie z wodą o temperaturze 12°C. Po czasie 37,5 minut formę wyjęto z wody i otworzono, otrzymując belkę o wymiarach pomniejszonych o grubość ścianek formy.Example I. The olefin and styrene agglomerate from post-consumer waste of polyethylene, polypropylene and styrene film was weighed in the ratio of 60 parts by weight of olefin agglomerate and 40 parts by weight of styrene agglomerate. Both batches were premixed by hand to give a pre-composition which was fed into a single screw extruder. The temperature successively in the individual heating zones of the extruder was 130 ° C, 140 ° C, 150 ° C and 160 ° C. The thermoplastic polymer composition having a temperature of 160 ° C was forced through an extruder opening with a diameter of 20 mm at a speed of 30 cm / min flowing into a closed mold with constant dimensions of 2000 x 120 x 25 mm. After the mold was completely filled with the polymer composition, it was placed in a bathtub with water at a temperature of 12 ° C. After 37.5 minutes, the mold was removed from the water and opened to obtain a beam with dimensions less the thickness of the mold walls.

Właściwości fizyczne otrzymanej z kompozycji polimerowej termoplastycznej belki, oznaczone zgodnie z normami (PN-EN ISO 1183-1:2006, EN-ISO 179-1:2010, PN-EN ISO 62:2000, PN-EN ISO 868:2005, EN ISO 2039-1:2003) wynosiły: gęstość normalna 973 kg/m³, udarność Charpy bez karbu 25,64 kJ/m , chłonność wody po 24 godzinach 0,02%, twardość Shore'a według skali D wynosi 53,2°, twardość metodą wciskania kulki przy średnicy kulki 5 mm, obciążeniu 49 N wynosi 12,49 MPa. Na powierzchni powstałego wytworu widoczna jest faktura, przypominająca strukturę powierzchni drewna.Physical properties of the thermoplastic beam obtained from the polymer composition, determined in accordance with the standards (PN-EN ISO 1183-1: 2006, EN-ISO 179-1: 2010, PN-EN ISO 62: 2000, PN-EN ISO 868: 2005, EN ISO 2039-1: 2003) were: the standard density 973 kg / m ³ Charpy impact strength 25.64 kJ / m, the water absorption after 24 hours of 0.02%, Shore D scale is 53.2 ° , the hardness of the ball indentation method with a ball diameter of 5 mm, load 49 N is 12.49 MPa. A texture resembling the structure of the wood surface is visible on the surface of the product.

P r z y k ł a d II. Aglomerat olefinowy i styrenowy pochodzący z odpadów poużytkowych folii polietylenowej, polipropylenowej i styrenowej odważono w stosunku 80 części masowych aglomeratu olefinowego oraz 20 części masowych aglomeratu styrenowego. Obie porcje wstępnie ręcznie wymieszano, otrzymując kompozycje wstępną, którą wprowadzono do wytłaczarki jednoślimakowej. Temperatura kolejno w poszczególnych strefach grzejnych wytłaczarki wynosiła 120°C, 130°C, 140°C oraz 150°C. Kompozycja polimerowa termoplastyczna o temperaturze 150°C została przetłoczona przez otwór wytłaczarki o średnicy 10 mm z prędkością 40 cm/min wpływając do zamkniętej formy o niezmiennych wymiarach 2000 x 120 x 25 mm. Po całkowitym wypełnieniu formy kompozycją polimerową, umieszczono ją w wannie z wodą o temperaturze 12°C. Po czasie 37.5 minut formę 10 wyjęto z wody i otworzono, otrzymując belkę o wymiarach pomniejszonych o grubość ścianek formy.P r z x l a d II. The olefin and styrenic agglomerate derived from post-consumer waste of polyethylene, polypropylene and styrene film was weighed in the ratio of 80 parts by weight of olefin agglomerate and 20 parts by weight of styrene agglomerate. Both batches were premixed by hand to give a pre-composition which was fed into a single screw extruder. The temperature successively in the individual heating zones of the extruder was 120 ° C, 130 ° C, 140 ° C and 150 ° C. The thermoplastic polymer composition with a temperature of 150 ° C was forced through an extruder hole with a diameter of 10 mm at a speed of 40 cm / min flowing into a closed mold with constant dimensions of 2000 x 120 x 25 mm. After the mold was completely filled with the polymer composition, it was placed in a bathtub with water at a temperature of 12 ° C. After 37.5 minutes, the mold 10 was removed from the water and opened to obtain a beam with dimensions minus the thickness of the mold walls.

Właściwości fizyczne otrzymanej z kompozycji polimerowej termoplastycznej belki, oznaczone zgodnie z normami (PN-EN ISO 1183-1:2008, EN-ISO 179-1:2010, PN-EN ISO 62:2000, PN-EN ISOPhysical properties of the thermoplastic beam obtained from the polymer composition, determined in accordance with the standards (PN-EN ISO 1183-1: 2008, EN-ISO 179-1: 2010, PN-EN ISO 62: 2000, PN-EN ISO

868:2005, EN ISO 2039-1:2003) wynosiły: gęstość normalna 968 kg/m³, udarność Charpy bez karbu ₂ 868: 2005, EN ISO 2039-1: 2003) were: the standard density 968 kg / m ³ Charpy impact strength ₂

23,32 kJ/m , chłonność wody po 24 godzinach 0,02%, twardość Shore'a według skali D wynosi 52,4°, twardość metodą wciskania kulki przy średnicy kulki 5 mm, obciążeniu 20 49 N wynosi 12,27 MPa. Na powierzchni powstałego wytworu widoczna jest faktura, przypominająca strukturę powierzchni drewna.23.32 kJ / m, water absorption after 24 hours 0.02%, Shore D hardness 52.4 °, ball indentation hardness with a ball diameter of 5 mm, load 20 N is 12.27 MPa. A texture resembling the structure of the wood surface is visible on the surface of the product.

P r z y k ł a d III. Aglomerat olefinowy i styrenowy pochodzący z odpadów poużytkowych folii polietylenowej, polipropylenowej i styrenowej odważono w stosunku 60 części masowych aglomeratu olefinowego oraz 40 części masowych aglomeratu styrenowego. Obie porcje wstępnie ręcznie wymieszano, otrzymując kompozycję wstępną, którą wprowadzono do wytłaczarki jednoślimakowej. Temperatura kolejno w poszczególnych strefach grzejnych wytłaczarki wynosiła 140°C, 155°C, 170°C oraz 170°C. Kompozycja polimerowa termoplastyczna o temperaturze 170°C została przetłoczona przez otwór wytłaczarki o średnicy 20 mm z prędkością 50 cm/min wpływając do zamkniętej formy o niezmiennych wymiarach 2000 x 120 x 25 mm. Po całkowitym wypełnieniu formy kompozycją polimerową, umieszczono ją w wannie z wodą o temperaturze 12°C. Po czasie 37,5 minut formę wyjęto z wody i otworzono, otrzymując belkę o wymiarach pomniejszonych o grubość ścianek formy.P r x l a d III. The olefin and styrenic agglomerate from the post-consumer waste of polyethylene, polypropylene and styrene film was weighed in the ratio of 60 parts by weight of olefin agglomerate and 40 parts by weight of styrene agglomerate. Both batches were premixed by hand to give a pre-composition which was fed to the single screw extruder. The temperature successively in the individual heating zones of the extruder was 140 ° C, 155 ° C, 170 ° C and 170 ° C. The thermoplastic polymer composition having a temperature of 170 ° C was forced through an extruder hole with a diameter of 20 mm at a speed of 50 cm / min flowing into a closed mold with constant dimensions of 2000 x 120 x 25 mm. After the mold was completely filled with the polymer composition, it was placed in a bathtub with water at a temperature of 12 ° C. After 37.5 minutes, the mold was removed from the water and opened to obtain a beam with dimensions less the thickness of the mold walls.

Właściwości fizyczne otrzymanej z kompozycji polimerowej termoplastycznej belki, oznaczone zgodnie z normami (PN-EN ISO 1183-1:2006, EN-ISO 179-1:2010, PN-EN ISO 62:2000, PN-EN ISOPhysical properties of the thermoplastic beam obtained from the polymer composition, determined in accordance with the standards (PN-EN ISO 1183-1: 2006, EN-ISO 179-1: 2010, PN-EN ISO 62: 2000, PN-EN ISO

868:2005, EN ISO 2039-1:2003) wynosiły: gęstość normalna 974 kg/m³, udarność Charpy bez karbu ₂ 868: 2005, EN ISO 2039-1: 2003) were: the standard density 974 kg / m ³ Charpy impact strength ₂

25,84 kJ/m , chłonność wody po 24 godzinach 0,02%, twardość Shore'a według skali D wynosi 54,3°, twardość metodą wciskania kulki przy średnicy kulki 5 mm, obciążeniu 49 N wynosi 12,57 MPa. Na powierzchni powstałego wytworu widoczna jest faktura, przypominająca strukturę powierzchni drewna.25.84 kJ / m, water absorption after 24 hours 0.02%, Shore D hardness is 54.3 °, ball indentation hardness with a ball diameter of 5 mm, a load of 49 N is 12.57 MPa. A texture resembling the structure of the wood surface is visible on the surface of the product.

Claims

A method of producing a thermoplastic polymer composition consisting of a mixture of olefin and styrene plastics, in which 60-80 parts by weight of olefin materials are mixed with 40-20 parts by weight of styrene plastics which are post-consumer waste in the form of an agglomerate and the composition obtained in the mixing process is extruded in the form of a rod by with the help of an extrude 4

Single or twin screw, preferably single screw, molds at a temperature of 140-200 ° C, preferably 160 ° C through the bore of the extruder barrel with a diameter of up to 50 mm, preferably 20 mm, at a speed of 10 to 50 cm / min, preferably 30 cm / min characterized by extruding the composition into a closed, two-part rectilinear or curvilinear, preferably rectilinear mold with a constant or variable, preferably constant cross-sectional area tightly attached directly to the extruder cylinder, the extruded thermoplastic composition is forced along the entire length of the mold filling it completely and the mold is then transferred to a bath of water and cooled at a rate of 1 to 2 minutes for each millimeter of thickness of the mold, preferably 90 seconds for each millimeter of thickness in water at 12 ° C.