PL232236B1 - Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego zawierającego napełniacz lignino-celulozowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu polimerowego zawierającego napełniacz lignino-celulozowy. Jest on przeznaczony szczególnie do wytwarzania granulatu w celu przetwarzania go metodą wtryskiwania. W niniejszym opisie wynalazku przez napełniacz lignino-celulozowy należy rozumieć również napełniacz po ekstrakcji z niego ligniny.

Znane są sposoby wytwarzania kompozytów polimerowych zawierających napełniacz lignino-celulozowy (US4717742, WO2010034689A1). W znanych sposobach wytwarzania kompozytów polimerowych zawierający napełniacz lignino-celulozowy istnieje ciągle wiele istotnych ograniczeń i problemów związanych z ich właściwościami przetwórczymi i użytkowymi. Napełniacze lignino-celulozowe charakteryzują się dużą chropowatością struktury swojej powierzchni. W stopionym tworzywie napełniacz ten powoduje gwałtowny wzrost lepkości mieszaniny. Wymaga to stosowania dużych sił ścinających lub podwyższonej temperatury przetwórstwa w celu lepszego uplastycznienia osnowy polimerowej. Wysoka temperatura powoduje jednak pirolizę celulozy, która zachodzi w temperaturze około 200°C. Celuloza stanowi główny składnik napełniaczy lignino-celulozowych. Ze względu na dużą lepkość, kompozyty zawierające napełniacz lignino-celulozowy wytwarza się głównie metodą wytłaczania. Obecnie podejmowane są w przemyśle różne próby przetwórstwa takich metodą wtryskiwania do formy, co wymaga opracowania odpowiedniego składu kompozycji. Innymi istotnymi ograniczeniami w wykorzystywaniu kompozytów zawierających napełniacz lignino-celulozowy są ich właściwości użytkowe. Napełniacz lignino-celulozowy charakteryzuje się dużą hydrofilowością, co związane jest z obecnością licznych polarnych grup hydroksylowych, które występują w strukturze celulozy. Prowadzi to do dużej chłonności pary wodnej i nasiąkliwości, a w konsekwencji do silnej degradacji enzymatycznej i hydrolitycznej. Efekty te ograniczają stabilność parametrów fizyko-chemicznych produktów kompozytowych zawierających napełniacz lignino-celulozowy w warunkach atmosferycznych.

Ze względu na wymienione ograniczenia celem wynalazku było opracowanie takiego sposobu wytwarzania kompozytu polimerowego zawierającego napełniacz lignino-celulozowy, poprzez który wytworzony kompozyt charakteryzować się będzie: (i) dobrymi właściwościami reologicznymi umożliwiającymi efektywne przetwórstwo metodą wtryskiwania, oraz (ii) polepszonymi właściwościami użytkowymi głównie poprzez ograniczenie hydrofilowości.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu polimerowego zawierającego napełniacz lignino-celulozowy, polegający na wymieszaniu granulatu osnowy polimeru termoplastycznego, napełniacza lignino-celulozowego, a następnie uplastycznieniu i wytłoczeniu tych składników przy użyciu wytłaczarki, przy czym sposób ten charakteryzuje się tym, że napełniacz lignino-celulozowy pokrywa się uprzednio proszkiem grafitowym, a następnie dozuje w końcowej strefie dozowania wytłaczarki, która korzystnie występuje w końcowej strefie cylindra wytłaczarki. Napełniaczem lignino-celulozowym może być mączka drzewna, włókna celulozowe i/lub cięte włókna roślinne, korzystnie konopi i/lub lnu, łącznie w ilości do 70% mas. Korzystnie, gdy jako osnowę kompozytu stosuje się polipropylen w ilości od 25 do 95% mas. Dobrze dodatkowo jest stosować woski przetwórcze, zwłaszcza w postaci stearynianu wapnia i/lub stearynianu cynku w łącznej ilości do 2% mas. oraz napełniacz ceramiczny, zwłaszcza kredę w ilości do 30% mas. Korzystne jest również, gdy do osnowy wprowadza się dodatkowo polipropylen szczepiony bezwodnikiem kwasu maleinowego w ilości do 3% mas. Wskazane jest, aby polipropylen, stearynian cynku, stearynian magnezu oraz polipropylen sczepiony kwasem maleinowym dostarczane były poprzez dozowniki grawimetryczne do początkowej strefy dozowania wytłaczarki, natomiast kredę dozuje się grawimetrycznie pomiędzy początkową strefą dozowania i końcową strefą dozowania wytłaczarki. Temperatura przetwórstwa na poszczególnych strefach cylindra wytłaczarki jest w zakresie od 160 do 180°C.

Pokrycie grafitem napełniacza lignino-celulozowego znacząco redukuje tarcie z osnowa polimerową. Poprawia to znacząco właściwości reologiczne, do tego stopnia, że kompozyt otrzymany sposobem według wynalazku może być następnie stosowany w produkcji detali wytwarzanych metodą wtryskiwania. Ponadto, hydrofobowa warstwa grafitowa znacząco redukuje hydrofilowość napełniacza lignino-celulozowego. Dzięki tej właściwości zmniejsza się chłonność wody oraz pary wodnej, tym samym przyczynia się to do lepszej odporności kompozytu na procesy degradacji atmosferycznej i biologicznej. Dozowanie napełniacza lignino-celulozowego pokrytego warstwą grafitu w końcowej strefie cylindra wytłaczarki ogranicza procesy degradacji cieplnej celulozy a w warunkach użytkowania ogranicza palność kompozytu otrzymanego sposobem według wynalazku.

PL 232 236 B1

Sposób według wynalazku został schematycznie zobrazowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wytłaczarkę, w której poprzez dozowniki grawimetryczne dozowane są kolejno osnowa polimerowa, napełniacz ceramiczny oraz napełniacz lignino-celulozowy pokryty proszkiem grafitowym.

P r z y k ł a d 1. W pierwszym etapie napełniacz lignino-celulozowy 1 w postaci mączki drzewnej w ilości 25% mas. obtoczono proszkiem grafitowym 2 w ilości 1% mas. poprzez m echaniczne wymieszanie tych składników. Napełniacz ten był dozowany grawimetrycznie w końcowej strefie K dozowania wytłaczarki dwuślimakowej. Jednocześnie do początkowej strefy D dozowania podawano poprzez dozownik grawimetryczny 3 mieszankę granulatu polipropylenowego w ilości 57,5% mas., stearynianu wapnia w ilości 0,4% mas., stearynian cynku w ilości 0,1% mas. oraz polipropylenu szczepionego bezwodnikiem kwasu maleinowego w ilości 2% mas. Jednocześnie pomiędzy początkową strefą dozowania D a końcową strefą K dozowania wytłaczarki dozowano napełniacz ceramiczny w postaci kredy w ilości 14% mas. Temperatura na poszczególnych strefach grzewczych cylindra wytłaczarki wynosiła kolejno, 160, 160, 160, 160, 170, a głowicy 180°C, natomiast szybkość obrotów ślimaków 400/min przy całkowitym przepływie tworzywa 314 kg/h.

P r z y k ł a d 2. W pierwszym etapie napełniacz lignino-celulozowy 1 w postaci mączki drzewnej w ilości 70% mas. obtoczono proszkiem grafitowym 2 w ilości 3% mas. poprzez mechaniczne wymieszanie tych składników. Napełniacz ten był dozowany grawimetrycznie w końcowej strefie K dozowania wytłaczarki dwuślimakowej. Jednocześnie do początkowej strefy D dozowania podawano poprzez dozownik grawimetryczny 3 mieszankę granulatu polipropylenowego w ilości 26% mas., stearynianu wapnia w ilości 0,1% mas., stearynian cynku w ilości 0,05% mas. oraz polipropylenu szczepionego bezwodnikiem kwasu maleinowego w ilości 0,85% mas. Temperatura na poszczególnych strefach grzewczych cylindra wytłaczarki wynosiła kolejno, 150, 150, 150, 150, 160, a głowicy 168°C, natomiast szybkość obrotów ślimaków 200/min przy całkowitym przepływie tworzywa 193 kg/h.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (8)

1. Sposób wytwarzania kompozytu polimerowego zawierającego napełniacz lignino-celulozowy, polegający na wymieszaniu granulatu osnowy polimeru termoplastycznego, napełniacza lignino-celulozowego, a następnie uplastycznieniu i wytłoczeniu tych składników przy użyciu wytłaczarki, znamienny tym, że napełniacz lignino-celulozowy (1) pokrywa się uprzednio proszkiem grafitowym (2), a następnie dozuje w końcowej strefie (K) dozowania wytłaczarki, która korzystnie występuje w końcowej strefie cylindra wytłaczarki.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że napełniaczem lignino-celulozowym (1) jest mączka drzewna, włókna celulozowe i/lub cięte włókna roślinne, korzystnie konopi i/lub lnu, łącznie w ilości do 70% masowych.

3. Sposób według zastrz. od 1 do 2, znamienny tym, że jako osnowę stosuje się polipropylen w ilości od 25 do 95% masowych.

4. Sposób według zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że dodatkowo stosuje się woski przetwórcze, korzystnie stearynian wapnia i/lub stearynian cynku w łącznej ilości do 2% masowych oraz napełniacz ceramiczny, którym korzystnie jest kreda w ilości do 30% masowych.

5. Sposób według zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że do osnowy wprowadza się dodatkowo polipropylen szczepiony bezwodnikiem kwasu maleinowego w ilości do 3% masowych.

6. Sposób według zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że polipropylen, stearynian cynku, stearynian magnezu oraz polipropylen sczepiony kwasem maleinowym dostarcza się poprzez dozowniki grawimetryczne (3) do początkowej strefy dozowania (D) wytłaczarki.

7. Sposób według zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że kredę dozuje się grawimetrycznie pomiędzy początkową strefą (D) dozowania i końcową strefą (K) dozowania wytłaczarki.

8. Sposób według zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że temperatura przetwórstwa na poszczególnych strefach cylindra wytłaczarki jest w zakresie od 150 do 180°C.