PL227381B1 - Sposób wytwarzania wzdłuznych profili z tworzywa WPC i wzdłuzny profil z tworzywa WPC - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wzdłużnych profili z tworzywa WPC i wzdłużny profil z tworzywa WPC uzyskany tym sposobem, o przeznaczeniu zwłaszcza na deski tarasowe i elementy pomocnicze do zabudowy tarasów.

Deski tarasowe narażone są na niekorzystne warunki biologiczne, gdyż zwykle znajdują się w miejscach zacienionych, narażonych na rozwój grzybów, bakterii i glonów. Stosowane tradycyjnie tarasy drewniane wymagają częstego lakierowania lub olejowania.

Opracowano tworzywa kompozytowe, takie jak kompozyt drewna i plastiku (ang. Wood Plastic

Composite - WPC), które wykazują dużą trwałość. Pożądanym byłoby, aby nadać im właściwości zwiększające odporność na czynniki biologiczne.

Deski tarasowe z tworzywa WPC wytwarza się poprzez wytłaczanie, które standardowo jest realizowane w linii technologicznej wytłaczania, w której skład wchodzą: wytłaczarka, głowica, kalibrator, wanny chłodzące, odciąg, piła i stół odkładaczy. W wytłaczarce tworzywo jest uplastyczniane i za pomocą ślimaka kierowane do głowicy wytłaczarskiej, której ostatni element stanowi dysza do kształtowania wyrobu. Na skutek rozszerzania się strumienia tworzywa wypływającego z dyszy przekrój poprzeczny ukształtowanego wyrobu (profilu) jest większy niż przekrój poprzeczny dyszy. Z tego powodu profil wprowadza się do urządzenia kalibrującego i chłodzącego, gdzie przeprowadza się korektę poprzecznych wymiarów wyrobu oraz utrwala się ostateczny kształt profilu.

Pożądanym byłoby, aby nadać deskom tarasowym właściwości bakteriostatyczne, gdyż deski te są użytkowane w niekorzystnych warunkach - często w miejscach zacienionych, o słabej przewiewności. W celu wytworzenia warstwy bakteriostatycznej na powierzchni deski tarasowej wytłaczane profile mogą być powlekane środkami bakteriobójczymi, jednak tak utworzona warstwa bakteriobójcza jest narażona na uszkodzenia mechaniczne lub wytarcie.

Z literatury patentowej znane są rozwiązania umożliwiające wytwarzanie profili wytłaczanych o właściwościach bakteriostatycznych.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP1068262 znana jest metoda wytwarzania antybakteryjnych profili, w których środek antybakteryjny jest rozproszony w całej objętości matrycy polimerowej. Ujawniona metoda polega na wprowadzaniu roztworu ze środkiem bakteriobójczym do mieszanki polimerowej, którą wykorzystuje się następnie do wytłaczania profili.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP 1400334 znany jest sposób wytłaczania profili warstwowych, w których preparat o właściwościach bakteriostatycznych, został włączony do jednej warstwy profilu - o ściśle określonej grubości. W celu otrzymania tego typu wyrobów w pierwszym etapie przygotowuje się dwie polimerowe mieszanki z których jedna zawiera w składzie środek biobójczy; w kolejnym etapie współwytłacza się mieszanki polimerowe o różnym składzie, i otrzymuje się profil warstwowy, w którym tylko jedna warstwa charakteryzuje się właściwościami bakteriostatycznymi.

Także z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US20090250137 znana jest technologia wytłaczania profili - rur do transportu wody pitnej, w których wewnętrzna powierzchnia charakteryzuje się własnościami antybakteryjnymi. Rurę wytwarza się wykorzystując technologię współwytłaczania. Warstwę wewnętrzną wytłoczonej rury stanowi tworzywo z dodatkiem środka bakteriobójczego natomiast warstwę zewnętrzną rury stanowi tworzywo bez dodatku środka bakteriobójczego.

Ponadto z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US20050112339 znany jest sposób wytwarzania profili, w których powierzchnia zewnętrzna, charakteryzuje się właściwościami bakteriostatycznymi. Według tego rozwiązania do mieszanki polimerowej wprowadza się jony metali tj. jony wapnia, żelaza, miedzi, srebra, tytanu, magnezu lub ich mieszanki, korzystnie w postaci soli tych metali. Polimerową mieszankę z dodatkiem jonów metali wytłacza się. Po przejściu tworzywa przez dyszę wytłaczarską, ciepłą wytłoczkę wprowadza się do kąpieli z wodnym roztworem czynnika biobójczego (wodnorozpuszczalnego), który zostaje trwale związany przez jony metalu na powierzchni wytworzonego elementu. Sposób pozwala otrzymywać elementy z wodoodporną warstwą bakteriostatyczną na powierzchni wyrobu.

Dotychczas znane technologie wytłaczania profili z tworzyw sztucznych umożliwiają zatem wprowadzanie czynnika bakteriobójczego do całej objętości tworzywa, co wymaga stosowania dużej ilości czynnika bakteriostatycznego w celu uzyskania odpowiednio wysokiego stężenia tego czynnika na powierzchni wyrobu. Inne przedstawione powyżej metody zapewniają natomiast otrzymywanie wytłoczek z czynnikiem bakteriostatycznym w warstwie powierzchniowej wyrobu, przy czym wymaga to modyfikacji składu mieszanki przed właściwym procesem przetwórczym mieszanki, a nawet zastąPL 227 381 B1 pienia metody wytłaczania techniką współwytłaczania, która wymaga stosowania stosunkowo drogich urządzeń oraz przygotowywania co najmniej dwóch mieszanek polimerowych o rożnym składzie. Zatem znane technologie każdym przypadku wymuszają konieczność wprowadzenia dodatkowej operacji związanej z uzyskaniem mieszanki polimerowej o odpowiednim składzie, wydłużając całkowity czas procesu i zwiększając tym samym koszty produkcji wytłoczek.

Celowym byłoby opracowanie alternatywnego sposobu wytwarzania profili z tworzywa WPC, który umożliwi uzyskanie wytłoczek z trwałą powłoką bakteriostatyczną.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wzdłużnych profili z tworzywa WPC (Wood-Plastic Composite), w którym w wytłaczarce ślimakowej uplastycznia się mieszankę mączki drzewnej, (poli(chlorku winylu)), kredy i dodatków pomocniczych, po czym wytłoczone tworzywo wprowadza się do kalibratora w którym nadaje się profilowy końcowy kształt, a następnie uzyskany profil poddaje się chłodzeniu, charakteryzujący się tym, że do wytłaczanej mieszanki wprowadza się od 0,2% do 1% wagowo mieszanki krzemionki z PVP (poliwinilopirolidonem) w której PVP stanowi od 1% do 5% wagowo, a po wyjściu z kalibratora na gorący profil o temperaturze od 100°C do 120°C natryskuje się mgiełkę koloidalnego roztworu nanosrebra o rozmiarze cząstek od 50 do 60 nm w otoczce z PVP w alkoholu technicznym o stężeniu od 70 do 100 ppm i temperaturze od 40 do 50°C.

Korzystnie, mączkę drzewną miesza się z (Poli(chlorkiem winylu)) i pozostałymi składnikami w mieszalniku gorącym przed podaniem mieszanki do wytłaczarki ślimakowej.

Korzystnie, (poli(chlorkek winylu)) miesza się z kredą, dodatkami pomocniczymi i mieszanką krzemionki z PVP w mieszalniku gorącym uzyskując mieszankę typu dryblend, po czym mieszankę typu dryblend miesza się z mączką drzewną w wytłaczarce ślimakowej.

Przedmiotem wynalazku jest również wzdłużny profil z tworzywa WPC uzyskany sposobem według wynalazku.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na uzyskanie profili z tworzywa WPC, których zewnętrzna warstwa pokryta jest warstwą nanocząstek srebra, dzięki czemu ma właściwości bakteriostatyczne. Sposób wprowadzenia czynnika bakteriobójczego do zewnętrznej warstwy wyrobu nie wydłuża procesu wytłaczania i może być łatwo zastosowany na typowych liniach do wytłaczania profili.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematycznie linię technologiczną do prowadzenia sposobu według wynalazku.

Na Fig. 1 przedstawiono schematycznie linię technologiczną do prowadzenia procesu sposobem według wynalazku, składającą się z 10 linii przygotowania mieszanki i dwóch linii produkcyjnych 21-25 i 31-35. W pierwszym etapie linii przygotowuje się surowiec do wytwarzania profili. W młynie 12 mieli się wióry drzewne 11 na mączkę drzewną 13 o pożądanej długości włókien i wilgotności. Następnie, do mieszalnika gorącego 14 za pomocą odpowiednich układów naważająco-podających, podaje się w odpowiedniej proporcji poszczególne surowce tworzywa kompozytowego, a więc przygotowaną mączkę drzewną 13, polichlorek winylu (PCW) ze zbiornika 15, kredę ze zbiornika 16, mieszankę krzemionkową ze zbiornika 17 i dodatki ze zbiorników 18, zawierających dodatki stabilizujące i adhezyjne. Mieszanka zawiera:

- od 40% do 60% wagowo mączki drzewnej,

- od 30% do 40% wagowo PCW (poli(chlorku winylu)),

- od 3% do 10% wagowo kredy,

- od 0,2% do 1,0% wagowo mieszanki krzemionki z PVP (poliwinilopirolidonem), w której PVP stanowi od 1% do 5% wagowo, a krzemionka od 95% do 99% wagowo,

- od 3% do 10% dodatków pomocniczych, przykładowo dodatków stabilizujących i adhezyjnych.

Nowym składnikiem powyższej mieszanki, w porównaniu z mieszankami standardowo stosowanymi do produkcji profili z tworzywa WPC, jest mieszanka krzemionki z PVP, która wspomaga proces implantacji nanocząstek srebra w produkcie, jak zostanie to opisane poniżej.

Mieszalnik gorący 14 ma kształt zbiornika z centralnie osadzoną w dnie pionową osią, na której znajdują się mieszadła. Obracające się mieszadła powodują tarcie składników tak, że ziarna polichlorku winylu ulegają lekkiemu stopieniu, przez co inne komponenty mogą powlec PCW. Po częściowym uplastycznieniu PCW i powleczeniu go przez inne dodane w trakcie mieszania komponenty, mieszankę chłodzi się w mieszalniku chłodzącym 19. Chłodzenie polega na powolnym mieszaniu, nie wywołującym wzrostu temperatury wskutek tarcia. Pojemnik mieszalnika chłodzącego 19 posiada podwójne ścianki, między którymi w wymuszonym obiegu płynie medium chłodzące, przykładowo woda. Materiał przez cienkie ścianki zbiornika oddaje ciepło przepływającemu medium, proces ten trwa do momentu

PL 227 381 B1 osiągnięcia przez mieszankę temperatury 40°C. Po osiągnięciu tej temperatury materiał jest zsypywany do zbiornika mieszanki głównej 1.

W analogiczny sposób można przygotować mieszankę pomocniczą 2, zwaną dryblend PCW, w której PCW miesza się ze wszystkimi dodatkami poza mączkę drzewną, natomiast mączkę drzewną podaje się bezpośrednio na linii wytaczarskiej.

W linii produkcyjnej 21-25 przygotowuje się profile pomocnicze, takie jak podpórki czy listwy wykończeniowe. W tej linii stosuje się bezpośrednie dozowanie mączki drzewnej do leja wytłaczarki 21, gdzie jest również dostarczany przygotowany wcześniej w mieszalniku dryblend PCW. Nad wytłaczarką 21 znajduje się system dozowników grawimetrycznych wszystkich komponentów, w tym wypadku mączki drzewnej, dryblendu PCW i dodatków uszlachetniających. Dozowniki te naważają dokładnie określone w recepturze ilości poszczególnych surowców, skąd są zsypywane do leja wytłaczarki 21. Lej wyposażony jest w czujniki minimum i maksimum, tak aby mieszanki nie zabrakło lub nie przesypała się. W ogrzewanym cylindrze wytłaczarki 21 materiał jest poddawany obróbce termicznej i mechanicznej w czasie przesuwania go ku przodowi przez dwa nagrzane do wysokiej temperatury, ustawione równolegle ślimaki tak, aby na wyjściu z wytłaczarki otrzymać plastyczną masę (zwaną ekstrudatem lub plastyfikatem). Zastosowana w tym procesie wytłaczarka posiada segmentowe ślimaki i cylinder, konieczne w przypadku przetwarzania mączki drzewnej, która działa agresywnie na te elementy wytłaczarki, w związku z czym ulegają one zużyciu szybciej, niż w standardowej produkcji. Dzięki zastosowaniu modułowej budowy tej maszyny w przypadku zużycia wymienia się tylko zużyte elementy, co redukuje koszty eksploatacji. Sypka mieszanka zamienia się w wytłaczarce pod wpływem temperatury w stopioną jednolitą masę, która jest wytłaczana (eksrtudowana) przez ustnik nadający jej wstępnie kształt żądanego profilu. Po wyjściu z wytłaczarki splastyfikowany materiał o temperaturze około 200°C przechodzi przez głowicę, której głównym zadaniem jest wstępne uformowanie masy w strumień umożliwiający kształtowanie w żądany profil. Odbywa się to w kolejnym etapie, w wielosegmentowym narzędziu - kalibratorze 22, pracującym w podciśnieniu (-0,7 Bar), gdzie plastyfikat jest przysysany do ścianek kalibratora. Kalibrator 22 formuje końcowy kształt profilu, chłodząc go jednocześnie. Po wyjściu z kalibratora 22 profil przechodzi przez urządzenie 23 do implantacji nanocząsteczek srebra poprzez natrysk koloidu nanosrebra na wytłoczony profil.

Do natrysku stosuje się koloidalny roztwór nanosrebra o rozmiarze cząstek od 50 do 60 nm w otoczce z PVP w alkoholu technicznym o temperaturze od 40 do 50°C. Stężenie nanosrebra w koloidzie wynosi od 70 do 100 ppm. Przykładowo, stosować można rozcieńczony do odpowiedniego stężenia preparat NanoSilver Al 1000 dostępny w firmie Amepox, Łódź.

Koloid rozpyla się w postaci mgiełki za pomocą dysz, których ilość i rozstawienie może być uzależnione od kształtu danego profilu. W przypadku profili o złożonym kształcie, korzystne jest stosowanie większej ilości dysz rozpyłowych, tak aby koloidalny roztwór nanosrebra mógł być równomiernie rozprowadzony po całej powierzchni wyrobu.

Stwierdzono, że nanosrebro zawarte w koloidalnym roztworze o w/w parametrach zostaje w krótkim czasie zaabsorbowane w powierzchniowej warstwie wytłoczki z WPC. Ważne jest aby rozpylanie mgiełki koloidu prowadzić w pobliżu wypływu tworzywa z kalibratora 23, gdzie powierzchnia zewnętrzna wytłoczki ma temperaturę od 100 do 120°C.

Ze względu na zastosowanie PVP (poliwinilopirolidonu) w otoczce nanosrebra i mieszance krzemionkowej w profilu PCW, następuje skuteczna implantacja cząstek nanosrebra na powierzchni profilu. PVP staje się plastyczny w temperaturze ok. 100°C, tak więc cząstki nanosrebra w otoczce PVP dobrze wiążą się z PVP zawartym w profilu o temperaturze od 100 do 120°C.

Alkohol techniczny jako łagodny rozpuszczalnik organiczny, ze względu na obecność jednej grupy wodorotlenowej oraz trzech atomów węgla w cząsteczce charakteryzuje się zasadniczo powinowactwem do fazy organicznej oraz powinowactwem do fazy nieorganicznej. Powoduje to, iż koloid może wnikać w pory występujące w powierzchni wytłoczki WPC, wprowadzając do zewnętrznej warstwy wyrobu cząstki nanosrebra, przy czym ze względu na wysoką temperaturę tworzywa, wyższą niż temperatura wrzenia alkoholu technicznego, natychmiast on odparowuje z powierzchni wytłoczki. Dzięki temu cząstki nanosrebra szybko osiadają na profilu, zanim warstwa koloidu zdąży spłynąć z wytłoczki. Ponadto, całkowite odparowanie rozpuszczalnika powoduje, iż wykonane sposobem według wynalazku profile nie uwalniają w okresie użytkowania tej substancji do otoczenia, a tym samym nie wpływają negatywnie za zdrowie użytkownika wyrobu.

W wyniku naniesienia warstwy koloidalnego roztworu nanosrebra na powierzchnię wytłoczki, tworzywo zostaje wstępnie schłodzone, ze względu na dużą różnicę temperatur pomiędzy wytłoczką

PL 227 381 B1 a koloidem, który ulega nagłemu odparowaniu. Po odparowaniu koloidu, wytłoczką trafia do wanien chłodzących, w których jest chłodzona wodą o temperaturze od 13 do 20°C, przez co zestala się i uzyskuje sztywność oraz wytrzymałość. Układ chłodzący linii jest jednym z układów obsługiwanych przez centralny system przygotowania wody chłodzącej.

Pracę wytłaczarki w ciągłej i jednostajnej produkcji profili wspomaga umieszczony za wannami odciąg. Jest to maszyna, która jest wyposażona w gąsienice z wyciętymi odpowiednio do kształtu profilu gumowymi klockami, która ma na celu równomierny odbiór profilu. Za odciągiem znajduje się stanowisko cięcia 25, z piłą umożliwiającą cięcie profilu na żądane odcinki. Ostatnim elementem w linii jest stół odkładaczy, który pomaga w umieszczeniu rur na paletach lub w inny sposób ułatwiający magazynowanie i transport.

W linii produkcyjnej 31-35 przygotowuje się natomiast profile główne. Procesy na stanowiskach 31-35 prowadzi się analogicznie jak na stanowiskach 21-25 omówionej powyżej linii do produkcji profili pomocniczych, z tą różnicą, że do wytłaczarki zamiast dryblendu PCW i bezpośredniego dodawania mączki drzewnej, podaje się mieszankę tych dwóch materiałów (mieszankę główną) przygotowaną już w mieszalniku gorącym. Konglomerat podawany jest bezpośrednio do leja wytłaczarki, do którego zamocowany jest również dozownik pigmentu, podawany w odpowiedniej proporcji do materiału głównego, jakim jest powyższy konglomerat.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania wzdłużnych profili z tworzywa WPC (Wood-Plastic Composite), w którym w wytłaczarce ślimakowej uplastycznia się mieszankę mączki drzewnej, (poli(chlorku winylu)), kredy i dodatków pomocniczych, po czym wytłoczone tworzywo wprowadza się do kalibratora w którym nadaje się profilowy końcowy kształt, a następnie uzyskany profil poddaje się chłodzeniu, znamienny tym, że do wytłaczanej mieszanki wprowadza się od 0,2% do 1% wagowo mieszanki krzemionki z PVP (poliwinilopirolidonem) w której PVP stanowi od 1% do 5% wagowo, a po wyjściu z kalibratora na gorący profil o temperaturze od 100°C do 120°C natryskuje się mgiełkę koloidalnego roztworu nanosrebra o rozmiarze cząstek od 50 do 60 nm w otoczce z PVP w alkoholu technicznym o stężeniu od 70 do 100 ppm i temperaturze od 40 do 50°C.

2. Sposób wytwarzania profili według, zastrz. 1, znamienny tym, że mączkę drzewną miesza się z (Poli(chlorkiem winylu)) i pozostałymi składnikami w mieszalniku gorącym przed podaniem mieszanki do wytłaczarki ślimakowej.

3. Sposób wytwarzania profili według, zastrz. 1, znamienny tym, że (poli(chlorkek winylu)) miesza się z kredą, dodatkami pomocniczymi i mieszanką krzemionki z PVP w mieszalniku gorącym uzyskując mieszankę typu dryblend, po czym mieszankę typu dryblend miesza się z mączką drzewną w wytłaczarce ślimakowej.