SI22706A - Postopek recikliranja kompozitnega polimernega materiala - Google Patents

Abstract

Opisan je postopek predelave odpadnega kompozitnega polimernega materiala iz delno zamreženega polimetilmetakrilata in nenasičene poliestrske smole ojačene s steklenimi vlakni s pomočjo dodatka reaktivne smole, ki zmleti odpadek poveže v trdne izdelke različnih dimenzij. Pred predelavo je material potrebno zmleti. Utrjevanje poteče v zaprtem modelu, ki omogoča stiskanje. Utrjevanje poteče pri sobni temperaturi ali pri povišani temperaturi.

Description

POSTOPEK RECIKLIRANJA KOMPOZITNEGA POLIMERNEGA MATERIALA

Predmet izuma je postopek recikliranja odpadnega kompozitnega polimernega materiala v izdelke različnih dimenzij. Odpadni kompozitni polimerni material za recikliranje po izumu je sestavljen iz 30-70 utežnih delov delno zamreženega polimetilmetakrilata in SOVO utežnih delov laminata iz nenasičene poliestrske smole ojačene s steklenimi vlakni, pri čemer je poliestrska smola lahko dodatno polnjena z anorganskimi polnili kot je npr. kalcijev karbonat. Tovrstni odpadni kompozitni material je bil uporabljen za izdelavo nosilnih izdelkov večjih dimenzij, kot so na primer kopalniški elementi, tobogani ali plovila. Recikliranje tovrstnega kompozitnega materiala, torej ostankov nosilnih izdelkov večjih dimenzij, kot so na primer kopalniških elementov, toboganov ali plovil, omejuje težavna ločitev sestavnih komponent in dejstvo, da nenasičena poliestrska smola in delno zamrežen polimetilmetakrilat nista termoplastna materiala, ki bi ju bilo mogoče preoblikovati v obliki taline. Odpadki iz tovrstnih kompozitnih materialov se zato večinoma odlagajo na odlagališčih odpadkov. Njihov sežig je manj zanimiv, ker ob sežigu lahko nastajajo toksični plini, po sežigu pa ostane velika količina anorganskega preostanka.

Znani postopki predelave odpadkov kompozitnih polimernih materialov temeljijo na kemijski reciklaži z depolimerizacijo ali na termolitskih postopkih. Slaba stran teh postopkov je velika poraba energije, potreba po zahtevni tehnologiji in velik ostanek anorganskih polnil, večinoma steklenih vlaken. Bolj uveljavljen pristop uporabe mešanega kompozita je, da se tega uporabi kot polnilo v zmesi s termoplastičnim materialom. Uveljavljeni postopki uporabljajo abrazijsko odporne ekstruderje, delež termoplasta pa po priporočilih izdelovalcev naprav naj ne bi bil manjši od 70 %. Takšno metodo bi bilo mogoče uporabiti tudi za navedeni kompozitni polimerni material, vendar bi se v tem primeru zaradi dodatka termoplasta - da bi predstavljal okoli 70 % končne zmesi - celotna količina materiala močno povečala. Druga omejitev v tem pristopu je mešljivost med sestavinami kompozita in termoplastom. V primeru slabe mešljivost so materiali medseboj slabo povezani zaradi česar ima končni material poslabšane mehanske lastnosti. Tu opisani izum rešuje tehnični problem recikliranja mešanega polimernega odpadka iz zamreženih polimerov, z uporabo reaktivne smole.

Objavljene patentne prijave na področju recikliranja polimernih kompozitov iz zamreženih polimerov temeljijo na metodah depolimerizacije in ponovne uporabe produktov primer WO 03/051956 Al, uporabi topil pri povišanih temperaturah - primera WO 01723463 Al, US 2002/0017162 Al ali na postopku pirolize - primer WO 02/088277 Al. Naštete metode zahtevajo velik vložek energije in sodijo v t. im. metode kemijske reciklaže pri katerih je polimer večinoma razgrajen oz. kemijsko spremenjen. Patentna prijava SI P-200300232 opisuje mehansko recikliranje tovrstnega kompozitnega materiala z ekstruzij o brez ali z majhnim dodatkom termoplasta, a ima tovrstna predelava pomembne omejitve v predelovalnih pogojih in v oblikovni raznolikosti izdelkov. Predelava kompozitnega odpadka s pretežnim delom poliestrske smole je opisana v patentni prijavi EP 1 273 627 Al, vendar gre v tem primeru za sestavo materiala, ki se bistveno razlikuje od materiala opisanega v tem izumu.

Naloga in cilj izuma, je postopek za recikliranje kompozitnega polimernega materiala brez vsebnosti termoplastov, ki bo tehnološko enostaven, energijsko nezahteven in ekonomičen, ter bo omogočal znatno fleksibilnost v oblikovanju kočnih izdelkov.

Po izumu je naloga rešena s postopkom recikliranja odpadnega kompozitnega polimernega materiala po neodvisnem patentnem zahtevku.

Postopek po izumu temelji na povezovanju mletega kompozitnega odpadka z uporabo reaktivne smole. Zmleti kompozitni material pomešamo z aktivirano smolo, da nastane homogena zmes sipkega ali sprijetega materiala. Primemo količino zmesi vstavimo v primemo oblikovan model, ki ga zapremo. Model za utrjevanje in oblikovanje zmesi zmletega kompozita in reaktivne smole lahko stisnemo s silo do 800 kg/cm². V zaprtem in stisnjenem modelu zmes utrdi in poveže delce kompozita v dimenzijsko stabilen, trden končni izdelek.

Pred predelavo je material potrebno zmleti ali zdrobiti do velikosti delcev, ki omogočajo vmešavanje reaktivne smole in doseganje želj ene površinske hrapavosti in poroznosti končnega izdelka. Večji delci vodijo do bolj hrapavega in poroznega končnega izdelka. Na lastnosti končnega izdelka lahko vplivamo s spreminjanjem tlaka s katerim model stiskamo. Z uporabo višjih tlakov dobimo bolj kompakten material z višjo gostoto, nižjo poroznostjo in manj hrapavo površino. Uporabljeni model je lahko pri sobni temperaturi ali primemo ogret, da pospeši zamreževanje reaktivne smole. Kot reaktivno smolo lahko uporabljamo različne smole kot so: nenasičena poliestrska smola, epoksidna smola, poliuretanska smola in formaldehidna smola. Izbira primerne smole in količine dodane smole je odvisna od izbire lastnosti končnega izdelka. V postopku smo zmletemu kompozitnemu odpadku primešali med 2 in 20 utežnimi odstotki smole. Utrjevanje izdelka lahko poteka pri sobni temperaturi ali pri povišani temperaturi med 50 in 150 °C odvisno od izbire smole in katalizatorskega sistema. Dobljeni izdelki se pri povišani temperaturi nad 60 °C delno omehčajo in jih je v segretem stanju mogoče preoblikovati, kar povečuje uporabnost postopka.

Postopek omogoča pripravo različnih izdelkov s tridimenzionalno obliko. Dimenzije in oblike izdelkov so odvisne od modela, velikosti stiskalnice in druge opreme, a nimajo posebnih omejitev. Ohlajeni izdelki imajo trdnosti, ki so primerljive s trdnostmi ivemih plošč. Površinsko in po prerezu so opazni večji delci polimetilmetakrilata, poliestrske smole in vlaken, ki so med seboj trdno povezani. Izdelek ne vpija vode in ne nabreka v prisotnosti vlage. Po opisanem postopku smo izdelali plošče različnih dimenzij in debelin ter druge izdelke. Po opisanem smo izdelali tudi osnovne oz. podporne plošče za proizvodnjo kopalnih in tuš kadi.

Tu opisani izum izboljšuje postopek mehanskega recikliranja polimernega kompozita na osnovi polimetilmetakrilata, nenasičene poliestrske smole in steklenih vlaken z uporabo primernih veziv v obliki smole. Glavna prednost opisanega postopka je, da omogoča cenovno sprejemljivo recikliranje velikih količin mešanega polimernega odpadka, brez dodatka termoplastov ali drugih dodatkov, ki bi predelavo podražili in povečali količino predelanega materiala.

Izvedbeni primer 1

Kompozit s sestavo: 50 % polimetilmetakrilat, 50 % zmesi nenasičene poliestrske smole s steklenimi vlakni in kalcijevim karbonatom, smo zmleli do maksimalne velikosti delcev 7 mm. Mleti odpadek-kompozit smo zmešali z 10 utežnimi odstotki aktivirane nenasičene poliestrske smole. Zmes smo vstavili v kovinski model dimenzij 80 x 30 cm in stisnili s silo 300 kg/cm². Model smo pred stiskanjem segreli na 80 °C, ter ga pri isti temperaturi segrevali tudi tekom stiskanja, ki je trajalo 30 min. Po tem času smo model brez predhodnega ohlajanja odprli in iz njega odstranili izdelek. Dobljen izdelek je bil pri tempearuri 80 °C še mehak in upogljiv, po ohlajanju pa kompakten in trden. Med predelavo ni prišlo do termičnega pregrevanja oziroma nekontroliranega termičnega razpada katerekoli komponente mešanega materiala.

Izvedbeni primer 2

Kompozit s sestavo: 50 % delno zamreženi polimetilmetakrilat, 50 % laminat nenasičene poliestrske smole s steklenimi vlakni in kalcijevim karbonatom, smo zmleli do maksimalne velikosti delcev 3 mm. Mleti odpadek - kompozit smo zmešali z 5 utežnimi odstotki aktivirane nenasičene poliestrske smole. Zmes smo vstavili v kovinski model v obliki valja z premerom 35 mm in stisnili s silo 800 kg/cm². Model je bil predhodno segret na 80 °C ter stisnjen segrevan pri isti temperaturi še 15 minut. Dobili smo izdelek zelo kompaktne in homogene strukture brez zračnih luknjic ob prerezu. Izdelek je bil trden z gladko in trdo površino.

Izvedbeni primer 3

Kompozit s sestavo: 50 % delno zamreženi polimetilmetakrilat, 50 % laminat nenasičene poliestrske smole s steklenimi vlakni in kalcijevim karbonatom, smo zmleli do maksimalne velikosti delcev 3 mm. Mleti odpadek - kompozit smo zmešali s 7 utežnimi odstotki aktivirane nenasičene poliestrske smole s katalizatorskim sistemom za hladno utrjevanje. Zmes smo vstavili v model velikosti 18x16 cm, ter stiskali s silo 300 kg/cm² 25 minut pri sobni temperaturi. Stisnjen izdelek je bil dimenzijsko stabilen in trden, z gladko in trdo površino.

Izvedbeni primer 4

Kompozit s sestavo: 50 % delno zamreženi polimetilmetakrilat, 50 % laminat nenasičene poliestrske smole s steklenimi vlakni in kalcijevim karbonatom, smo zmleli do maksimalne velikosti delcev 3 mm. Mleti odpadek - kompozit smo zmešali s 5 utežnimi odstotki aktivirane epoksidne smole, ter stisnili v modelu dimenzij 16x18 cm, ki je bil predhodno segret na 60°C. Sila stiskanja je bila 300 kg/cm². Stisnjenega modela nismo dodatno segrevali. Po 30 minutah stiskanja, smo izdelek vzeli z modela. Izdelek je bil trd in trden, z hrapavo površino.

Postopek mehanskega recikliranja odpadnega kompozitnega polimernega materiala je torej značilen po tem, da material vsebuje 30-70 utežnih delov delno zamreženega polimetilmetakrilata in 30-70 utežnih delov laminata iz nenasičene poliestrske smole ojačene s steklenimi vlakni in se temu materialu primeša 2-20 utežnih odstokov reaktivne smole in se celotno zmes utrdi z zaprtem modelu. Poliestrska smola lahko vsebuje druga anorganska polnila. Material pred predelavo zmelje ali zdrobi do velikosti delcev, ki omogočajo vmešavanje reaktivne smole in dosego željenih lastnosti izdelka. Kot reaktivno smolo se uporabi nenasičeno poliestrsko smolo, epoksidno smolo, poliuretansko smolo ali formaldehidno smolo. Zmes utrdi pri sobni temperaturi ali pri temperaturi med 50 in 150 °C odvisno od izbire smole in katalizatorskega sistema in to v zaprtem modelu brez omejitev dimenzij. Model za utrjevanje in oblikovanje zmesi zmletega materiala in reaktivne smole lahko stisnjen s silo do 800 kg/cm². Končni izdelek mogoče segreti nad 60 °C in v segretem stanju problikovati in omogoča izdelavo plošč in drugih izdelkov ter izdelavo osnovnih oz. podpornih plošč za proizvodnjo kopalnih ter tuš kadi.

Postopek po izumu je energijsko in materialno varčen, saj ne zahteva velikega vložka energije ali dodanih materialov. Zaradi tega je izum specifičen in ekonomsko učinkovit.

Zgoraj navedeni izvedbeni primeri izuma ne omejujejo, temveč ga le pojasnjujejo.

Claims (10)

1. Postopek mehanskega recikliranja odpadnega kompozitnega polimernega materiala, označen s tem, da material vsebuje 30-70 utežnih delov delno zamreženega polimetilmetakrilata in 30-70 utežnih delov laminata iz nenasičene poliestrske smole ojačene s steklenimi vlakni in se temu materialu primeša 2-20 utežnih odstokov reaktivne smole in se celotno zmes utrdi z zaprtem modelu.

2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da lahko poliestrska smola vsebuje druga anorganska polnila.

3. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se material pred predelavo zmelje ali zdrobi do velikosti delcev, ki omogočajo vmešavanje reaktivne smole in dosego želj enih lastnosti izdelka.

4. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se kot reaktivno smolo uporabi nenasičeno poliestrsko smolo, epoksidno smolo, poliuretansko smolo ali formaldehidno smolo.

5. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se zmes utrdi pri sobni temperaturi ali pri temperaturi med 50 in 150 °C odvisno od izbire smole in katalizatorskega sistema.

6. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se zmes utrdi v zaprtem modelu brez omejitev dimenzij.

7. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, daje model za utrjevanje in oblikovanje zmesi zmletega materiala in reaktivne smole lahko stisnjen s silo do 800 kg/cm .

8. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, daje končni izdelek mogoče segreti nad 60 °C in v segretem stanju preoblikovati.

9. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da omogoča izdelavo plošč in drugih izdelkov.

10. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da omogoča izdelavo osnovnih oz. podpornih plošč za proizvodnjo kopalnih ter tuš kadi.