PL248079B1

PL248079B1 - Sposób otrzymywania wyrobu wielokomponentowego i wyrób wielokomponentowy

Info

Publication number: PL248079B1
Application number: PL444445A
Authority: PL
Inventors: Konrad Masłowski; Paweł Osipov
Original assignee: Alfatex Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2023-04-18
Filing date: 2023-04-18
Publication date: 2025-10-13
Also published as: PL444445A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania wyrobu wielokomponentowego obejmujący następujące etapy (a) rozdzielanie włókien składających się z połączenia dwóch polimerów o różnych temperaturach topnienia; (b) wymieszanie fragmentów elementów wypełniających z rozdzielonymi włóknami w etapie a), przy czym rozdzielone włókna stanowią od 1,00% do 50,00% (wag./wag.) wyrobu gotowego w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny; (c) umieszczenie mieszaniny uzyskanej w etapie b) w formie dowolnego kształtu wyścielonej materiałem charakteryzującym się współczynnikiem tarcia chropowatość powierzchni Ra≤0,2 µm wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06; (d) podgrzanie mieszaniny w formie w temperaturze w zakresie od 60°C do 300°C; (e) studzenie wyrobu w formie w temperaturze poniżej 60°C; (f) wyjęcie ostudzonego wyrobu z formy. Ujawniono również wyrób wielokomponentowy otrzymany tym sposobem oraz jego zastosowanie.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania wyrobu wielokomponentowego oraz wyrób wielokomponentowy. Wynalazek należy do dziedziny chemii tworzyw sztucznych i recyklingu surowców wtórnych.

Pianka poliuretanowa wtórnie spieniona typu R (pianka rebond) jest wyrobem produkowanym z drobno zmielonej pianki poliuretanowej. Drobno zmieloną piankę wsypuje się do formy, prasuje, a następnie zalewa płynnym poliuretanem i za pomocą pary wodnej spienia. Istotą jest fakt, iż świeży poliuretan obtacza zmieloną piankę tworząc blok pianki rebond. W znanych sposobach produkcji pianki rebond gęstość wyrobu gotowego będzie zawsze wyższa od nominalnej gęstości pianki użytej jako surowiec. Ponadto niemożliwym jest uzyskanie gęstości gotowej pianki rebond poniżej 40 kg/m³.

Poprzez odpowiedni dobór gęstości i twardości, pianki rebond stanowią dobry materiał do produkcji mebli tapicerowanych oraz znajdują zastosowanie w przemyśle budowlanym czy samochodowym. Jej zalety to odporność w szerokim zakresie temperatur na czynniki biologiczne czy chemiczne. Dodatkowo ten wyrób jest porowaty i przepuszcza powietrze. Pianka powtórnie spieniona uznawana jest za produkt pochodzący z ekorecyklingu. Przykładowe sposoby produkcji pianki tego typu można znaleźć w zgłoszeniach patentowych US5817703A i US4438221A.

Zatem celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania wyrobu wielokomponentowego z użyciem pianki poliuretanowej, charakteryzującego się większą sprężystością, mniejszą sztywnością oraz mniejszą gęstością niż znane w stanie techniki pianki rebond. Celem jest opracowanie wyrobu, gdzie do łączenia kawałów pianki nie używa się świeżego poliuretanu tylko zdyspergowanych włókien (które w różny sposób łączy się z pianką i innymi włóknami), łączących się w sieć przypominającą grzybnię. Dzięki temu możliwe jest otrzymanie wyrobu wielokomponentowego o wyższej porowatości niż znane w stanie techniki pianki rebond przy jednoczesnej możliwości kontrolowania tego parametru w uzyskanym wyrobie. Celem wynalazku jest opracowanie metody otrzymywania wyrobu wielokomponentowego pozwalającego na większą kontrolę procesu oraz zapewniającej powtarzalną i stabilną produkcję. W procesie produkcji nie stosuje się przegrzanej pary, jak ma to miejsce w znanych w stanie techniki sposobach otrzymywania pianki rebond. Z tego powodu możliwe jest obniżenie kosztów procesu oraz jego skrócenie w porównaniu ze znanymi w stanie techniki metodami, a przede wszystkim prowadzenie procesu w trybie ciągłym.

Istotną wynalazku jest sposób otrzymywania wyrobu wielokomponentowego obejmujący następujące etapy:

a) rozdzielanie włókien bikomponentowych składających się z połączenia dwóch polimerów o różnych temperaturach topnienia w szczególności wybranych spośród PE/PP, PE/PET, PP/PET, CO-PET/PET, PLA/PA;

b) wymieszanie fragmentów elementów wypełniających, korzystnie wymieszanie pianki poliuretanowej z rozdzielonymi włóknami w etapie w etapie a) przy czym rozdzielone włókna stanowią od 1,00% do 50,00% (wag./wag.) wyrobu gotowego w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny;

c) umieszczenie mieszaniny uzyskanej w etapie b) w formie, wyścielonej materiałem charakteryzującym się chropowatością powierzchni Ra < 0,2 μm wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06;

d) podgrzanie mieszaniny w formie w temperaturze w zakresie od 60°C do 300°C;

e) studzenie wyrobu w formie w temperaturze poniżej 60°C;

f) wyjęcie ostudzonego wyrobu z formy.

Korzystnie, gdy element wypełniający jest pochodzenia odpadowego.

Korzystnie, gdy fragmenty elementów wypełniających mają średnicę nie większą niż 150 mm, korzystniej nie większą niż 100 mm, jeszcze korzystniej nie większą niż 50 mm, bardziej korzystnie nie większą niż 30 mm.

Korzystnie, gdy sposób obejmuje wymieszanie fragmentów elementów wypełniających z rozdzielonymi włóknami, przy czym rozdzielone włókna stanowią od 1,00% do 50,00% (wag./wag.) wyrobu gotowego, korzystnie 15,00% do 28,00% (wag./wag.).

Korzystnie, gdy chropowatość powierzchni stanowi Ra < 0,1 μm wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06, korzystnie Ra < 0,05 μm wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06.

Korzystnie, gdy podgrzanie mieszaniny trwa od 5 min do 60 min, korzystnie od 5 min do 20 min.

Korzystnie, gdy studzenie wyrobu w formie przebiega w temperaturze od 15°C do 25°C.

Korzystnie, gdy w etapie c) mieszaninę uzyskaną w etapie b) umieszcza się jednostajnie w formie pieca taśmowego, przy czym ścianki boczne taśmy mają wysokość nie mniejszą niż pożądana grubość wyrobu.

Korzystnie, gdy wyrób uzyskany w etapie f) podlega obróbce mechanicznej.

Istotą wynalazku jest również wyrób wielokomponentowy otrzymany sposobem wg wynalazku i który charakteryzuje sprężystość większa niż 35% wg normy PN-EN ISO 8307:2018-09.

Korzystnie, gdy wyrób charakteryzuje gęstość mniejszą niż 17,0 kg/m³ wg normy PN-EN ISO 845:2010.

Korzystnie, gdy wyrób charakteryzuje sztywność mniejszą niż 46 hPa wg normy PN-EN ISO 3386-1:2000/PN-EN ISO 3386-1:2000/A1:2010.

Wynalazek przedstawiono w. poniższych przykładach wykonania.

Do wytworzenia szkieletu/sieci na wzór grzybni należy zastosować włókna bikomponentowe, zbudowane z dwóch polimerów, gdzie jeden z nich ma niższą a drugi wyższą temperaturę topnienia. Włókna bikomponentowe mogą mieć strukturę np. rdzeń-osnowa, obok siebie („side-by-side”), segmentów lub „wysp na morzu” („islands-in-the-sea”). Korzystnie jest zastosować włókna o temperaturze sklejania od 60-220°C zbudowanych z PE/PP.

Nieoczekiwanie zaobserwowano, że rozdzielone włókna bikomponentowe połączone z pociętą pianką poliuretanową w podwyższonej temperaturze umożliwiają uzyskanie nowego wyrobu wielokomponentowego, o wyższej sprężystości, mniejszej sztywności oraz jednocześnie mniejszej gęstości w porównaniu do znanych w stanie techniki pianek rebond oraz surowców użytych do jej wykonania. Takie właściwości zapewnia połączenie rozdrobnionej pianki poliuretanowej jako elementu wypełniającego, za pomocą rozdzielonego włókna bikomponentowego (świeże włókno jest zbelowane i należy je rozdzielić tak, aby uzyskać jak największą liczbę pojedynczych włókien, a co za tym idzie, ich jak największą objętość) składającego się z łatwotopliwej części (np. osnowy) i trudnotopliwego części (np. rdzenia) w podwyższonej temperaturze. Dodatkowo wyeliminowanie etapu spieniania umożliwia obniżenie kosztów procesu. Pozwala to również na uzyskanie wyrobu o wyższej porowatości niż znane w stanie techniki pianki rebond przy jednoczesnej możliwości kontrolowania tego parametru w uzyskanym wyrobie. Jest to możliwe poprzez regulowanie wielkości elementów wypełniających - im mniejsze fragmenty tych elementów są użyte oraz im większy udział włókien składających się z połączenia dwóch polimerów o różnych właściwościach mechanicznych i termicznych w wyrobie, tym mniejsza porowatość wyrobu.

Dodatkowo zastosowanie rozdzielonych włókien bikomponentowych pozwoliło na wielokrotne regenerowanie wyrobu według wynalazku. W przypadku niewielkich uszkodzeń możliwe jest przywrócenie pierwotnych wymiarów wyrobu poprzez jego podgrzanie. Wówczas obecna w wyrobie osnowa włókien ponownie spaja komponenty wyrobu. W przypadku większych uszkodzeń należy dodać do wyrobu rozdzielone włókna oraz go podgrzać. Takich właściwości nie posiada pianka powtórnie spieniona, gdyż jej naprawa możliwa jest poprzez zastosowanie kleju, jednak takie działanie nie przywróci właściwości pierwotnego produktu.

Przykład 1.1 Sposób otrzymywania wyrobu wielokomponentowego z pianki poliuretanowej

Wyrób wielokomponentowy jest otrzymywany poprzez ręczne rozdzielanie włókien bikomponentowych PE/PP (możliwe jest również zastosowanie włókien PE/PET, PP/PET, CO-PET/PET, PA/PLA). Następnie miesza się fragmenty elementów wypełniających stanowiących piankę poliuretanową o średnicy 30 mm z rozdzielonymi włóknami, tak aby rozdzielone włókna stanowiły 15% (wag./wag.) wyrobu gotowego w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny. Mieszaninę umieszcza się w formie wyścielonej siatką teflonową o chropowatości powierzchni Ra < 0,2 μm wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06. Mieszaninę w formie podgrzewa się w temperaturze 200°C przez minimum 10 sekund. Kolejno studzi się wyrób w formie, w temperaturze 59°C. Wyrób wielokomponentowy wyjmuje się z formy i następnie ręcznie wykrawa pożądane kształty.

Przykład 1.2 Sposób otrzymywania wyrobu wielokomponentowego z pianki poliuretanowej zanieczyszczonej innymi materiałami (odpadowa pianka poliuretanowa)

Wyrób wielokomponentowy jest otrzymywany poprzez mechaniczne (np. z wykorzystaniem zgrzeblarko-rozwłókniarki) rozdzielanie włókien bikomponentowych PE/PET (możliwe jest również za

PL 248079 Β1 stosowanie włókien PE/PP, PP/PET, CO-PET/PET, PA/PLA). Następnie miesza się fragmenty elementów wypełniających stanowiących odpadową piankę poliuretanową o średnicy 40 mm z rozdzielonymi włóknami, tak aby rozdzielone włókna stanowiły 25,00% (wag./wag.) wyrobu gotowego w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny. Mieszaninę umieszcza się w formie wyścielonej stalą szlachetną o chropowatości powierzchni Ra < 0,2 μπι wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06. Mieszaninę w formie podgrzewa się w temperaturze 80°C przez minimum 30 min. Kolejno studzi się wyrób w formie, w temperaturze 50°C. Wyrób wielokomponentowy wyjmuje się z formy i następnie ręcznie wykrawa pożądane kształty wyrobu.

Przykład 2.1 Sposób otrzymywania wyrobu wielokomponentowego z pianki poliuretanowej w trybie ciągłym

Wyrób wielokomponentowy jest otrzymywany poprzez ręczne rozdzielanie włókien bikomponentowych PE/PET (możliwe jest również zastosowanie włókien PE/PET, PP/PET, CO-PET/PET, PA/PLA). Następnie miesza się fragmenty elementów wypełniających stanowiących pociętą piankę poliuretanową o średnicy 30 mm z rozdzielonymi włóknami tak, aby rozdzielone włókna stanowiły 10,00% (wag./wag.) wyrobu gotowego w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny. Mieszaninę umieszcza się jednostajnie w formie pieca taśmowego wyścielonej teflonem o chropowatości powierzchni Ra < 0,1 μπι wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06, przy czym ścianki boczne taśmy mają wysokość nie mniejszą niż pożądana grubość wyrobu. Mieszaninę podgrzewa się w temperaturze 140°C przez minimum 90 sekund. Wyrób wielokomponentowy przechodzi z taśmy pieca na taśmę transportową, gdzie studzi się do temp. 25°C i następnie przy pomocy narzędzi mechanicznych wykrawa się pożądane kształty wyrobu.

Przykład 3 Porównanie wyrobu wielokomponentowego wg wynalazku ze znaną w stanie techniki pianką

Wyrób wielokomponentowy charakteryzuje się korzystniejszymi właściwościami fizycznymi oraz użytkowymi w porównaniu do dostępnej na rynku pianki rebond. Porównanie właściwości wyrobu wielokomponentowego wg wynalazku oraz pianki rebond umieszczono w Tabeli 1.

Tabela 1. Porównanie właściwości wyrobu wielokomponentowego i pianki rebond

Parametr	Wyrób wielokomponentowy uzyskany wg Przykładu	Wzorcowa pianka rebond
1.1	1.2
Sprężystość (%) (PN-EN ISO 8307:2018-09)	35	36	31
Gęstość (kg/m³) (PN-EN ISO 845:2010)	14,3	17,0	119,5
Sztywność (hPa) (PN-EN ISO 3386-1:2000/ PN-EN ISO 3386-l:2000/Al :2010)	38	46	205

Wyrób wielokomponentowy wykazuje niższą sztywność, większą sprężystość oraz jednocześnie mniejszą gęstość niż znane w stanie techniki pianki rebond.

Wyrób wielokomponentowy znajduje zastosowanie jako wypełnienie artykułów meblowych, materacowych, pościelowych, ogrodowych albo materiał izolacji termicznej lub akustycznej w materiałach stosowanych w budownictwie lub przemyśle samochodowym.

Claims

1. Sposób otrzymywania wyrobu wielokomponentowego, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

a) rozdzielanie włókien składających się z połączenia dwóch polimerów o różnych temperaturach topnienia, w szczególności wybranych spośród PE/PP, PE/PET, PP/PET, COPET/PET, PLA/PA;

b) wymieszanie fragmentów elementów wypełniających, korzystnie wymieszanie pianki poliuretanowej z rozdzielonymi włóknami w etapie a) przy czym rozdzielone włókna stanowią od 1,00% do 50,00% (wag./wag.) wyrobu gotowego w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny;

c) umieszczenie mieszaniny uzyskanej w etapie b) w formie wyścielonej materiałem charakteryzującym się chropowatością powierzchni Ra < 0,2 pm wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06;

d) podgrzanie mieszaniny w formie w temperaturze w zakresie od 60°C do 300°C;

e) studzenie wyrobu w formie w temperaturze poniżej 60°C;

f) wyjęcie ostudzonego wyrobu z formy.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że element wypełniający jest pochodzenia odpadowego.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że fragmenty elementów wypełniających mają średnicę nie większą niż 150 mm, korzystnie nie większą niż 100 mm, korzystniej nie większą niż 50 mm, bardziej korzystnie nie większą niż 30 mm.

4. Sposób według zastrz. 1, 2 albo 3, znamienny tym, że obejmuje wymieszanie fragmentów elementów wypełniających z rozdzielonymi włóknami, przy czym rozdzielone włókna stanowią od 1,00% do 50,00% (wag./wag.) wyrobu gotowego, korzystnie 15,00% do 28,00% (wag./wag.).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że chropowatość powierzchni Ra < 0,1 pm wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06, korzystnie Ra < 0,05 pm wg normy PN-EN ISO 21920-1:2022-06.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podgrzanie mieszaniny trwa od 5 min do 60 min, korzystnie od 5 min do 20 min.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że studzenie wyrobu w formie przebiega w temperaturze od 15°C do 25°C.

8. Sposób według zastrz. 1-7, znamienny tym, że w etapie c) mieszaninę uzyskaną w etapie b) umieszcza się jednostajnie w formie pieca taśmowego, przy czym ścianki boczne taśmy mają wysokość nie mniejszą niż pożądana grubość wyrobu.

9. Sposób według z zastrz. 1-8, znamienny tym, że wyrób uzyskany w etapie f) podlega obróbce mechanicznej.

10. Wyrób wielokomponentowy, znamienny tym, że wyrób jest otrzymywany sposobem określonym w zastrz. 1-9 i charakteryzuje się sprężystością większą niż 35% wg normy PN-EN ISO 8307:2018-09.

11. Wyrób według zastrz. 10, znamienny tym, że wyrób charakteryzuje się gęstością mniejszą niż 17,0 kg/m³ wg normy PN-EN ISO 845:2010.

12. Wyrób według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że wyrób charakteryzuje się sztywnością mniejszą niż 46 hPa wg normy PN-EN ISO 3386-1:2000/PN-EN ISO 3386-1:2000/A1:2010.