PL239257B1

PL239257B1 - Sposób otrzymywania kompozycji na osnowie polipropylenu z dodatkiem recyklatu MDF

Info

Publication number: PL239257B1
Application number: PL424548A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz BUDZIK; Olimpia Markowska; Mariusz Oleksy; Rafał OLIWA; Paulina Ostyńska; Tomasz Żółkoś
Original assignee: Defendoor Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2021-11-22
Also published as: PL424548A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania kompozycji na osnowie polipropylenu z dodatkiem recyklatu MDF. Kompozycje polimerowe z dodatkiem odpadów płyt MDF przeznaczone są zwłaszcza do produkcji ościeżnic drzwi.

Płyty MDF są to produkty drewnopochodne, powstałe w wyniku sprasowania w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury włókien drzewnych z dodatkiem organicznych związków łączących i utwardzających. Duże zastosowanie płyt MDF oraz innych wyrobów drzewnych, między innymi w produkcji mebli, generuje ogromną ilość odpadów w postaci obrzyn oraz pyłu. Jednym z bardziej efektywnych sposobów wykorzystania odpadów płyt MDF jest napełnienie nimi polimerów w celu wytwarzania kompozytów polimerowo-drzewnych WPC. Kompozyty WPC oprócz bardzo dobrych właściwości mechanicznych, charakteryzują się również częściową biodegradowalnością oraz małą gęstością. Szereg zalet kompozytów WPC przyczyniło się do wykorzystania tych materiałów w produkcji drzwi oraz okien.

Dostępna literatura zawiera stosunkowo niewiele publikacji dotyczących otrzymywania oraz właściwości użytkowych kompozytów polipropylenu z dodatkiem odpadów MDF. Z publikacji Chavooshi A. i Madhoushi M. w artykule pt. „Mechanical and physical properties of aluminum powder/MDF dust/polypropylene composites” opublikowanym w Construction and Building Materials 44 (2013) 214-220 znane są kompozyty z osnową polipropylenu zawierające od 40 do 60% pyłu MDF oraz 4% polipropylenu szczepionego bezwodnikiem maleinowym stosowanym jako kompatybilizator. Najkorzystniejsze właściwości użytkowe posiadają kompozyty zawierające 40% MDF. Kolejna praca pod kierownictwem Chavooshi A. zatytułowana MDF dust/PP composites reinforced with nanoclay: Morphology, longterm physical properties and withdrawal strength of fasteners in dry and saturated conditions opublikowanej w Construction and Building Materials 52 (2014) 324-330 ujawnia modyfikację kompozytów polipropylen/pył MDF poprzez dodatek 0-6% mas. bentonitu. Wyniki wskazały, że dodatek bentonitu przyczynił się do redukcji absorbcji wody kompozytów WPC a optymalną zawartością bentonitu wpływającą na poprawę wytrzymałości jest 2% mas. Z patentu US2012225976(A1) znany jest termoplastyczny materiał kompozytowy, w skład którego wchodzą: 20 do 50% polimeru poliolefinowego, zwłaszcza polietylenu o dużej gęstości, polietylenu o niskiej gęstości, polipropylenu; 20 do 50% materiału lignocelulozowego, 10 do 40% wypełniaczy mineralnych, 1 do 6% środka sprzęgającego, 1 do 7% smaru, 0,1 do 6% środka fotoprotekcyjnego, 0,1 do 5% środka przeciwutleniającego, oraz 0 do 10% środka barwiącego. Kompozyty WPC przeznaczone są do formowania gotowych produktów i struktur o odpowiednich właściwościach mechanicznych, fizycznych i chemicznych. Z opisu wzoru użytkowego CN203210653(U) znana jest wytłaczarka stożkowa dwuślimakowa przeznaczona do wytłaczania kompozytów WPC. Z kolei opis patentowy CN101708614(A) prezentuje sposób formowania kompozytów WPC z postaci wielowarstwowych płyt. Do otrzymania kompozytów wykorzystano między innymi mączkę drzewną jako napełniacz oraz polipropylen szczepiony bezwodnikiem maleinowym jako kompatybilizator. Z innego patentu US2006127433 (A1) znana jest kompozycja polimerowo-drzewna zawierająca aktywny składnik działający jako biocyd. Składnik aktywny zawiera tetrabromobisphenol A (TBBA) lub jego homolog lub pochodną i jest dodawany do mieszaniny razem z cząstkami drewna podczas i/lub przed produkcją WPC. Jeszcze inny wynalazek objęty patentem CN102505909 (A) dotyczy profili drzwi i okien z kompozytów WPC oraz sposobu ich wytwarzania. Profil składa się ze szkieletu wykonanego z kompozytu WPC oraz okleiny PCV.

Celem wynalazku jest opracowanie kompozytu polipropylenu z dodatkiem odpadów MDF o znacząco lepszych, w stosunku do znanych kompozytów, własnościach mechanicznych.

Sposób otrzymywania kompozycji na osnowie polipropylenu z dodatkiem recyklatu MDF, według wynalazku polega na tym, że wysuszony do uzyskania pełnego usieciowania obecnych w recyklacie resztek żywicy oznaczonego metodą według PN-F-06106-2 1994, o uziarnieniu nie większym niż 0,06 mm w ilości 10-60% wag., polipropylen w ilości 40-90% wag. i szczepiony bezwodnikiem maleinowym polietylen jako kompatybilizator w ilości w ilości 0,5-3,0% miesza się w wytłaczarce dwuślimakowej o współbieżnym ułożeniu ślimaków wyposażonej w pompę próżniową i co najmniej 2 kominki odgazowujące, zaopatrzonej w linię do granulacji tworzywa w temperaturze 190-230°C przy ciśnieniu wytłaczania 50-400 bar oraz obrotach ślimaka w zakresie 100-400 obr./min, a następnie otrzymany produkt w postaci granulatu suszy się. Korzystnie, recyklat MDF suszy się dwuetapowo: w te mperaturze 80-120°C w czasie 5-10 godzin, a następnie pod ciśnieniem 0,001-0,005 bar i w temperaturze 80-100°C w ciągu 5 godzin. Również korzystnie, produkt w postaci granulatu suszy się najpierw

PL 239 257 B1 w suszarce obiegowej w temperaturze 100-120°C przez 1-5 godz., a następnie w suszarce próżniowej pod ciśnieniem 0,001-0,005 bar i temperaturze 80-100°C, w czasie nie krótszym niż 6 godzin.

Kompozycja polipropylenowa z recyklatem MDF pozwala na uzyskanie wyraźnej poprawy właściwości użytkowych kompozytów wykonanych z tych kompozycji za pomocą wtryskarki wyposażonej w formę dla wiosełek w porównaniu do nienapełnionego polipropylenu: wzrost temperatury wg Vicata z 89°C do 107°C, naprężenie przy zerwaniu z 13,5 MPa do 52 MPa, modułu Younga z 1195 MPa do 2976 MPa, naprężenia zginającego z 34,4 MPa do 66,1 MPa oraz modułu przy zginaniu z 1397 MPa do 3667 MPa.

Efekty te uzyskuje się dzięki odpowiednio dobranemu sposobowi mieszania za pomocą wytłaczania dwuślimakowego, który pozwala na dokładne zdyspergowanie w polipropylenie cząstek recyklatu MDF w obecności odpowiednio dobranego kompatybilizatora do odpowiednich rozmiarów unikając aglomeracji napełniacza, o czym świadczy poprawa właściwości użytkowych.

Przedmiot wynalazku jest bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Użyty do napełniania recyklat MDF suszono w suszarce obiegowej w temperaturze 80°C w czasie 5 godzin, a następnie pod ciśnieniem 0,001-0,005 bar i w temperaturze 80-100°C, w ciągu 5 godzin. Wysuszony recyklat MDF przesiano przez sito o rozmiarach poniżej 0,06 mm. Tak przygotowany recyklat MDF użyto do napełniania polipropylenu. Składniki kompozycji: 30 g recyklatu MDF, 0,5 g kompatybilizatora SCONA TPPP 8112 GA i 69,5 g polipropylenu o MFR 10 g/10 min miesza się w wytłaczarce dwuślimakowej o współbieżnym ułożeniu ślimaków, zaopatrzonej w linię do granulacji tworzywa (składającej się z głowicy szczelinowej o przekroju kołowym, wanny chłodzącej oraz granulatora) w temperaturze od 190 do 220°C, przy ciśnieniu wytłaczania 50 bar oraz obrotach ślimaka 150 obr./min, a następnie otrzymany granulat poddaje się dwuetapowemu procesowi suszenia: suszeniu w suszarce obiegowej w temperaturze 100°C,a następnie w suszarce próżniowej pod ciśnieniem 0,001 bar i w temperaturze 90°C.

Z tak otrzymanej kompozycji uzyskano kształtki o znormalizowanych wymiarach w postaci wiosełek oraz beleczek w procesie wtryskiwania za pomocą wtryskarki BATTENFELD PLUS 350/75. Parametry procesu wynosiły odpowiednio: temperatura formy - 90°C, temperatura dyszy, I i II strefy cylindra -180, ciśnienie wtrysku 160 Ba, ciśnienie docisku 70 Ba, ciśnienie uplastyczniania 20 Ba, czas docisku 30 s, czas chłodzenia 40 s, szybkość wtrysku 50 cm²/s, obroty ślimaka 230 min^-1, których wyniki w porównaniu do nienapełnionego polipropylenu były wyraźnie lepsze, co zilustrowane jest w tabeli 1.

P r z y k ł a d 2

Użyty do napełniania recyklat MDF przygotowano zgodnie z przykładem nr 1. Tak przygotowany recyklat MDF użyto do napełniania polipropylenu.

Składniki kompozycji: 40 g recyklatu MDF, 1,0 g kompatybilizatora SCONA TPPP 8112 GA i 59,0 g polipropylenu o MFR 10 g/10 min miesza się w wytłaczarce dwuślimakowej o współbieżnym ułożeniu ślimaków, zaopatrzonej w linię do granulacji tworzywa (składającej się z głowicy szczelinowej o przekroju kołowym, wanny chłodzącej oraz granulator) w temperaturze od 190 do 220°C, przy ciśnieniu wytłaczania 50 bar oraz obrotach ślimaka w zakresie 200 obr./min, a następnie otrzymany granulat suszy się w suszarce obiegowej w temperaturze 100°C, a następnie w suszarce próżniowej pod ciśnieniem 0,001 bar i temperaturze 90°C.

Z tak otrzymanej kompozycji uzyskano kształtki o znormalizowanych wymiarach w postaci wiosełek oraz beleczek w procesie wtryskiwania zgodnie z warunkami opisanymi w przykładzie 1, a wyniki oznaczonych właściwości użytkowych zestawiono w tabeli 1.

P r z y k ł a d 3

Składniki kompozycji: 50 g recyklatu MDF, 1,5 g kompatybilizatora SCONA TPPP 8112 GA i 48,5 g polipropylenu o MFR 10 g/10 min miesza się w wytłaczarce dwuślimakowej o współbieżnym ułożeniu ślimaków, zaopatrzonej linię do granulacji tworzywa (składającej się z głowicy szczelinowej o przekroju kołowym, wanny chłodzącej oraz granulator) w temperaturze od 190 do 220°C, przy ciśnieniu wytłaczania 50 bar oraz obrotach ślimaka w zakresie 300 obr./min, a następnie otrzymany granulat przed otrzymaniem gotowego suszy się w suszarce obiegowej w temperaturze 100°C, a następnie w suszarce próżniowej pod ciśnieniem 0,001 bar i temperaturze 90°C.

PL 239 257 BI

Z tak otrzymanej kompozycji uzyskano kształtki o znormalizowanych wymiarach w postaci wiosełek oraz beleczek w procesie wtryskiwania zgodnie z warunkami opisanymi w przykładzie 1 a wyniki oznaczonych właściwości użytkowych zestawiono w tabeli 1.

Przykład 4

Składniki kompozycji: 60 g recyklatu MDF, 1,5 g kompatybilizatora SCONA TPPP 8112 GA i 38,5 g polipropylenu o MFR 10 g/10 min miesza się w wytłaczarce dwuślimakowej o współbieżnym ułożeniu ślimaków, zaopatrzonej w linię do granulacji tworzywa (składającej się z głowicy szczelinowej o przekroju kołowym, wanny chłodzącej oraz granulator) w temperaturze od 190 do 220°C, przy ciśnieniu wytłaczania 50 bar oraz obrotach ślimaka w zakresie 400 obr./min, a następnie otrzymany granulat suszy się w suszarce obiegowej w temperaturze 100°C, a następnie w suszarce próżniowej pod ciśnieniem 0,001 bar i temperaturze 90°C.

Tabela 1. Wyniki badań właściwości użytkowych polipropylenu i kompozycji z dodatkiem recyklatu MDF na jego osnowie.

Rodzaj kompozycji	Temperatura wg : Vicata, °C	Naprężenie przy zerwaniu MPa	Moduł Younga, .MPa	Naprężenie przy zginaniu, MPa	Moduł przy zginaniu, MPa
Nienapełniony polipropylen (PP)	89,0	13.5+1,6	1195+27	34,4+1,1	1397+39
Kompozycja MDF na osnowie PP wg przykładu nr 1	97	38,5+1,7	1989+97	55,2+2,3	2651+140
Kompozycja MDF na osnowie PP wg przykładu nr 2	102	45,2+1,1	2890+57	70,7+5,4	3555+271
Kompozycja MDF na osnowie PP wg przykładu nr 3	105	49,3+0.9	2914+90	67,1+9,5	3655+507
Kompozycja MDF na osnowie PP wg przykładu nr 4	107,0	52,0+1,3	2976+50	66,1+6,4	3667+465

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania kompozycji na osnowie polipropylenu z dodatkiem recyklatu MDF, znamienny tym, że wysuszony do uzyskania pełnego usieciowania obecnych w recyklacie resztek żywicy oznaczonego metodą według PN-F-06106-2 1994, o uziarnieniu nie większym niż 0,06 mm w ilości 10-60% wagowych polipropylen w ilości 40-90% wagowych i szczepiony bezwodnikiem maleinowym polietylen jako kompatybilizator w ilości w ilości 0,5-3%, miesza się w wytłaczarce dwuślimakowej o współbieżnym ułożeniu ślimaków wyposażonej w pompę próżniową i co najmniej 2 kominki odgazowujące, zaopatrzonej w linię do granulacji tworzywa w temperaturze, 190-230°C, przy ciśnieniu wytłaczania 50-400 bar oraz obrotach ślimaka w zakresie 100-400 obr./min, a następnie otrzymany produkt w postaci granulatu suszy się.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że recyklat MDF suszy się dwuetapowo: w temperaturze 80-120°C w czasie 5-10 godzin, a następnie pod ciśnieniem 0,001-0,005 bar i w temperaturze 80-100°C w ciągu 5 godzin.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że produkt w postaci granulatu suszy się najpierw w suszarce obiegowej w temperaturze 100-120°C przez 1-5 godzin, a następnie w suszarce próżniowej pod ciśnieniem 0,001-0,005 bar i temperaturze 80-100°C, w czasie nie krótszym niż 6 godzin.