Способ получения полимерной композиции

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Шаповалов Виктор Михайлович Злотников Игорь Иванович Тимошенко Вадим Васильевич Таврогинская Марина Геннадиевна Кот Валерий Степанович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(56)1565856 1, 1990. ШАПОВАЛОВ В.М. и др. Многокомпонентные полимерные системы на основе вторичных материалов. - Гомель, 2003. - С. 45-46, 120-122. Вторичное использование полимерных материалов. - Москва Химия, 1985. С. 26-47.4230157 1, 1993.2004-259579 .1631959 , 2005.1663770 , 2005.992538, 1983.(57) Способ получения полимерной композиции, включающий смешение полипропилена с фенольным антиоксидантом и оксидом металла с последующим нагреванием до температуры плавления полипропилена, отличающийся тем, что в качестве полипропилена используют вторичный полипропилен, который перед смешением измельчают и агломерируют, в смесь дополнительно вводят процессинговую добавку, при этом компоненты берут в следующем соотношении, мас.фенольный антиоксидант 0,05-0,2 оксид металла 0,1-2,0 процессинговая добавка 0,03-0,06 вторичный полипропилен остальное,а нагревание до температуры плавления осуществляют в процессе экструдирования. Изобретение относится к композициям на основе вторичных полимеров и способам их переработки и может быть использовано в производстве изделий из полимерных отходов,в частности при изготовлении высокопрочных обвязочных материалов для нужд промышленности и сельскохозяйственного производства. Известен способ получения полимерной композиции путем смешения порошкообразного полипропилена с 0,1-0,5 мас.фенольного стабилизатора (антиоксиданта) и 0,2-5,0 мас.титанокальциевого продукта, содержащего 40-60 мас.двуокиси титана и 60-40 мас.сульфата кальция, и последующей грануляции 1. По данному способу могут быть получены полимерные композиции с высокими физико-механическими показателями, однако 11962 1 2009.06.30 способ не пригоден для изготовления композиций на основе промышленных и бытовых отходов полимеров. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения полимерной композиции, включающий смешение измельченного полипропилена с оксидом металла и фенольным антиоксидантом с последующим нагреванием до температуры плавления полипропилена при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.фенольный антиоксидант 0,005-10,0 оксид металла 0,01-60,0 полипропилен - остальное 2. Известный способ позволяет получать изделия из полиолефинов(пленки, волокна, пластины, покрытия), отличающиеся высокой термостойкостью. Недостатком известного способа является невозможность использования при его осуществлении вторичного полипропилена - для его реализации используют только промышленные порошкообразные полиолефины. Это исключает возможность применения известного способа для утилизации отходов полипропилена, а изделия, полученные по известному способу, являются дорогими. Кроме того, известный способ характеризуется низкой производительностью, так как изделия по этому способу получают методом прессования, и изготовление каждого изделия предполагает нагревание пресс-формы до температуры плавления полимера, выдержку под давлением и охлаждение формы. Задача изобретения - повышение производительности способа, утилизация отходов полипропилена, снижение стоимости готовых изделий. Поставленная задача решается тем, что в способе получения полимерной композиции,включающем смешение полипропилена с фенольным антиоксидантом и оксидом металла с последующим нагреванием до температуры плавления полипропилена, согласно изобретению, в качестве полипропилена используют вторичный полипропилен, который перед смешением измельчают и агломерируют, в смесь дополнительно вводят процессинговую добавку, при этом компоненты берут в следующем соотношении, мас.фенольный антиоксидант 0,05-0,2 оксид металла 0,5-2,0 процессинговая добавка 0,03-0,06 вторичный полипропилен остальное,а нагревание до температуры плавления осуществляют в процессе экструдирвания. Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом. Отходы полипропилена, преимущественно в виде мешков, лент, пленок, волокон, перед использованием сортируют, высушивают без применения сушильного оборудования и режут на более мелкие части. Отсортированное сырье агломерируют на агломераторах типа АГМ-900. Агломератор работает по принципу соединения процессов измельчения и уплотнения. Пленочные и волокнистые отходы измельчаются и под действием теплоты трения переходят в пластичное состояние. Получают окатыши (агломерат) разного гранулометрического состава. Для получения однородного состава сырья полученный агломерат можно дополнительно дробить на измельчителе типа И 902 В или Р-456. Процесс смешения дробленых частиц вторичного полипропилена и модификаторов(антиоксиданта, оксида металла и процессинговой добавки) происходит в смесителе лопастного типа. Заполнение смесителя для обеспечения качественного перемешивания композиции должно быть не более 60 объема. Для создания эффекта белизны и непрозрачности, обеспечения яркости окрасок обвязочного материала в композицию на основе полипропилена добавляют оксиды металлов диоксид титана (2), оксид цинка , оксид магнияв количестве 0,5-2,0 мас. . Кроме придания белизны, частички указанных оксидов металлов, добавленные в объем полимера, эффективно рассеивают видимое излучение, что приводит к непрозрачности полимера, а также поглощают ультрафиолетовые лучи, защищая полимер от фотодеструкции. Введение данных оксидов способствует также повышению механической прочности и теплостойкости композиции. 2 11962 1 2009.06.30 При содержании оксида металла в количестве менее 0,5 мас.эффект белизны, непрозрачности и повышения физико-механических свойств композиции выражен слабо, а содержание сверх 2,0 мас.приводит к появлению хрупкости, снижению эластичности и прочности на разрыв получаемых материалов. При переработке (экструдировании) вторичный полипропилен подвергается воздействию высоких температур, сдвиговых напряжений и окислительных процессов. При этом воздействие механических полей и температуры приводит к деструкции макромолекул полимера и уменьшению его молекулярной массы. Введение антиокислительных добавок в смесь ингибирует процесс термоокислительной деструкции и, кроме того, позволяет улучшить процесс переработки (стабилизация реологических свойств и повышение гомогенности расплава), сохранить физико-механические свойства материала. Согласно проведенным исследованиям, фенольные антиоксиданты в композициях на основе вторичного полипропилена более эффективны, чем другие, например аминные. Кроме того, фенольные антиоксиданты не летучи и разрешены к применению в прямом контакте с пищевыми продуктами. В качестве фенольных антиоксидантов использовали промышленно выпускаемые реагенты марок Ирганокс 259 - 1,6-гексендиолбис-3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилпропионат) и Ирганокс 1010 - пентаэритритил-тетра-бис-(3,5-ди-трет-бутил-4 оксифенилпропионат). При содержании антиоксиданта в количестве менее 0,05 мас.эффект ингибирования термоокислительной деструкции полипропилена выражен слабо, а содержание более 0,2 мас.не приводит к дополнительному положительному результату. При экструдировании композиций на основе полипропилена (в особенности вторичного) наблюдается перепад скоростей на выходе расплава из формующей головки, что приводит к образованию большого количества микроразрывов расплава, появлению мутности, снижению блеска и физико-механических показателей готовых изделий. Для стабилизации процесса экструзии и повышения качества поверхности изделия в композицию вводят процессинговую добавку, которая снижает трение, сдвиговые напряжения и давление в головке экструдера, что позволяет повысить производительность процесса экструзии на 15-20 . Применение добавки улучшает распределение частиц оксидов металла в полимерной матрице и повышает физико-механические характеристики, а также уменьшает количество поверхностных дефектов. В качестве процессинговой добавки использовали промышленно выпускаемые препараты марок АО-РР 11 (смесь 60 мас.сополимера гексафторпропилена и тетрафторэтилена с 40 мас.полипропилена) иРЕ 520 (полиэтиленовоый воск низкой плотности). Введение в композицию добавки в количестве менее 0,03 мас.не изменяет реологических свойств расплава и не сказывается на свойствах готовых изделий, а введение добавки более 0,06 мас.не приводит к дополнительному улучшению качества изделий, но повышает их стоимость. Полимерная композиция перерабатывается в изделия методами экструзии на стандартном оборудовании. Составы конкретных композиций, изготовленных по предлагаемому способу, приведены в табл. 1. Образцы для испытаний (ленту толщиной 0,5 мм) изготавливали методом экструзии при температуре по зонам- 1205 С,- 1455 С,- 1705 С,- 1855 С. Образцы по способу-прототипу получали следующим образом. Порошкообразный полипропилен (ТУ 6-05-1849-78) тщательно смешивали с 1,2 мас.диоксида титана и 0,14 мас.фенольного антиоксиданта марки Ирганокс 1010 в течение 20 мин. Полученную смесь загружали в пресс-форму, нагревали до температуры 185 С и выдерживали при этой температуре и атмосферном давлении в течение 5 мин. Затем давление повышали до величины 15 МПа и выдерживали при данном давлении в течение 5 мин. Далее образец охлаждали в пресс-форме при том же давлении до комнатной температуры. Из полученных заготовок(листы толщиной 1 мм) вырезали образцы для физико-механических испытаний. 3 Оксид металла диоксид титана оксид цинка оксид магния Антиоксидант Ирганокс 1010 Ирганокс 259 Процессинговая добавка марки АО-РР 11 РЕ 520 Полипропилен вторичный отходы упаковочные в виде мешков, пакетов отработанные медицинские шприцы Сравнительные свойства образцов,собу-прототипу, приведены в табл. 2. 99,08 98,18 полученных по предлагаемому способу и по споТаблица 2 Сравнительные свойства образцов Прототип Номер примера Показатель а.с. 1565856 1 2 3 4 5 6 Разрушающее напряжение при растяжении, МПа 175-180 182 189 215 248 252 254 Относительная деформация при разрыве,16-18 15,3 15,0 14,9 14,4 14,0 13,6 Как следует из данных табл. 2, образцы из композиции, полученной по предлагаемому способу, обладают более высокой механической прочностью и меньшей деформативностью под нагрузкой (что особенно важно при изготовлении обвязочных материалов), чем изготовленные из композиции, полученной по способу-прототипу. При этом получаемые по предлагаемому способу изделия полностью состоят из вторичных полимерных материалов, что значительно снижает их стоимость и решает проблему утилизации отходов полипропилена. Кроме того, предлагаемый способ более производителен. Определение физико-механических характеристик проводили на испытательной машине 5567. Предлагаемый способ был испытан при изготовлении опытной партии обвязочной ленты на УП Белвнешпродукт (г. Минск). Результаты испытаний показали, что полученное изделие соответствует требованиям, предъявляемым к обвязочным материалам, что подтверждает соответствие заявленного технического решения критерию промышленная применимость. Источники информации 1. А.с. СССР 992538, МПК С 08 23/02, С 08 27/06, С 08 К 3/24, 1983. 2. А.с. СССР 1565856, МПК С 08 3/22, С 08 23/00, 1990 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4