Способ получения изделия из термопласта и изделие, полученное указанным способом
Изобретение относится к способу получения однослойного или двухслойного изделия из термопласта, изделию из термопласта, полученному указанным способом и применению его в качестве внутренней отделки электрических бытовых приборов, в частности в качестве внутренней двери для холодильников или внутренней ячейки холодильника. Изделие из термопласта получают экструзией/вспениванием пластмассы, каландрированием экструдированного листа и горячим формованием для получения требуемой формы. Способ получения отличается применением в качестве вспенивающего агента смеси лимонной кислоты и полиэтилена. Полученное изделие демонстрирует уменьшение плотности не более чем на 30 масс.%, предпочтительно не более чем на 20 масс.% по сравнению с изделием, полученным из того же материала, не являющегося вспененным. Уменьшение плотности предпочтительно составляет от 14 масс.% до 18 масс.%, чтобы обеспечить таким образом такие же механические характеристики, как и у изделия из того же полимерного материала, но не являющегося вспененным. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 пр.
Настоящее изобретение относится к способу получения изделия из термопласта, имеющего один слой или двухслойного, изделию из термопласта, полученному указанным способом и применениям данного способа для внутренней отделки электрической бытовой техники, в частности в качестве внутренней двери холодильников или ячейки холодильников.
Изделия из термопласта, получаемые экструзией, как правило, используют для широкого спектра применений, например, для изготовления внутренних дверей холодильников и ячеек холодильников, и в целом, пластиковых деталей электрических бытовых приборов, душевых поддонов и деталей для душей, деталей транспортных средств, упаковки пищевых продуктов и т.д.
Производители изделий из термопласта постоянно проводят исследования для разработки способов, позволяющих получить изделия, имеющие слабое влияние на окружающую среду и позволяющие экономить на стоимости производства.
Изделиями, имеющими слабое воздействие на окружающую среду, являются, например, изделия, изначально полученные из переработанного сырья, или изделия, которые можно получить, применяя меньшее количество сырья.
В секторе пластмасс, и, в частности, в секторе электрических бытовых приборов, до сих пор существует большая потребность в выявлении технологий, которые позволят получить изделия, характеризующиеся положительным воздействием на окружающую среду, например, более легкие изделия, которые требуют применения меньшего количества сырья по отношению к обычно применяемому количеству, и, следовательно, позволят снизить количество потребляемой энергии с последующим снижением производственных затрат.
Основная задача, возникающая при производстве изделий низкой плотности в отношении материала, состоит в том, чтобы добиться успеха в получении продукта, сохраняющего характеристики механической прочности, химической устойчивости, модуль упругости и твердости, необходимые для требуемого использования.
Данная задача решается путем применения способа получения изделия из термопласта и изделия, полученного путем применения способа, как это описано в прилагаемой формуле изобретения.
Настоящее изобретение относится к способу получения изделия из термопласта, включающего этапы:
а) смешивание термопластичного полимера со смесью химического вспенивающего агента и носителя;
б) горячая экструзия смеси;
в) получение листа, имеющего толщину от 0,5 до 3 мм путем каландрирования экструдированной смеси;
г) подвергание каландрированного листа горячей формовке при температуре от 120°C до 250°C, предпочтительно от 140°C до 180°C, для того, чтобы получить из него требуемую форму.
Способ отличается тем, что в качестве смеси вспенивающего химического агента и носителя в нем применяют смесь лимонной кислоты и полиэтилена. В данной смеси полиэтилен является носителем, а лимонная кислота является вспенивающим агентом.
Смесь предпочтительно включает от 40% до 80%, предпочтительно от 40% до 60% лимонной кислоты, и от 20% до 60% полиэтилена, предпочтительно от 40% до 60%. Указанные проценты являются объемными процентами.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, лимонная кислота и полиэтилен находятся в смеси в соотношении 1:1. Отношение лимонной кислоты и полиэтилена является объемным отношением.
Более предпочтительно, вспенивающим химическим агентом является Гидроцерол 593, произведенный компанией Clariant. Термопластичный полимер, применяемый в качестве исходного материала, предпочтительно выбирают из числа моновинилиденовых ароматических полимеров (также известных как стироловые полимеры), более предпочтительно, стироловый полимер выбирают из: полистирола общего назначения (ПСОН), ударопрочного полистирола (УПС), акрилонитрилбутадиенстирола (АБС), стирол алкилонитриловой смолы (САН).
Наиболее предпочтительным стироловым полимером является ударопрочный полистирол (УПС).
Термопластичный полимер может быть первичным и/или переработанным сырьем. Предпочтительно используют от 30% до 100% первичного термопластичного полимера, и от 0% до 70% в массовых долях вторичного термопластичного полимера.
Вспенивающий химический агент добавляют к исходной смеси в количестве, составляющем от 0,5% до 3%, предпочтительно от 1% до 2% в массовых долях.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, помимо термопластичного полимера и смеси вспенивающего агента и носителя, добавляют краситель, например, диоксид титана, в количестве от 1,5% до 4% в массовых долях, предпочтительно от 2% до 2,5% в массовых долях, с тем, чтобы получить классическую белую окраску пластиковых компонентов для электрических бытовых приборов или для другого применения.
После смешивания сырья в дозаторе, полученная таким образом смесь поступает в экструдер при комнатной температуре, и ее нагревают до температуры в диапазоне от 150°C до 230°C, предпочтительно от 150°C до 200°C, в то время как она проталкивается экструдирузионным шнеком, имеющим профиль переменного объема. Нагревание осуществляют за счет сопротивления.
Смесь, проталкиваемая экструзионным шнеком, выходит из формующей головки и поступает в каландр, который дает на выходе лист требуемой толщины. Предпочтительная толщина для применения изобретения составляет от 1 до 2 мм.
Когда смесь выходит из формующей головки экструдера, до подачи в каландр, под влиянием смеси вспенивающего химического агента и носителя ее подвергают вспениванию, что позволяет уменьшить плотность более чем на 30%, предпочтительно не более чем на 20% по массе по сравнению с невспененным изделием, полученным из такого же материала.
Уменьшение плотности предпочтительно составляет от 14 масс.% до 18 масс.%, с тем чтобы обеспечить такие же механические характеристики, как у изделия, полученного из такого же полимерного материала, но не являющегося вспененным.
В процессе каландрирования лист подвергают охлаждению до температуры менее 100°C, предпочтительно до температуры от 80°C до 95°C.
Каландрированный таким образом лист может быть необязательно дополнительно подвергнут охлаждению, для того чтобы затем его подвергли коронированию, перед нарезкой до требуемого размера; коронирование представляет собой обработку поверхностей пластмасс, которую обычно применяют в отрасли электрических бытовых приборов, для того чтобы обеспечить обработку поверхности изделия из термопласта, позволяющую обеспечить оптимальную адгезию наполнителя (такого, как, например, пенополиуретан или другой изолирующий материал) с поверхностью листа, с которой он в последствии будет контактировать.
Горячее формование изделия из термопласта производят нагреванием листа до температуры предпочтительно от 140°C до 180°, предпочтительно от 170°C до 180°C. После чего лист помещают в контакт с формой, имеющей требуемую геометрию, например, форму внутренней двери или ячейки холодильника.
Матрица предпочтительно является микроперфорированной для обеспечения адгезии изделия из термопласта с формой при применении вакуума. Применение вакуума обеспечивает охлаждение изделия из термопласта, в результате чего происходит его пластификация и/или полное отвердение. Сформированное таким образом термопластическое изделие необязательно может быть закончено и соединено с опорой (например, дверью холодильника), путем применения материала, имеющего адгезионные свойства, например, пенополиуретана.
Дополнительной целью настоящего изобретения является однослойное изделие из вспененного термопласта, полученное описанным выше способом.
Изделие из термопласта отличается единственным слоем вспененного полимерного материала (предпочтительно полистирола, более предпочтительно ударопрочного полистирола), с плотностью, сниженной не более чем на 30 масс.%, предпочтительно не более чем на 20 масс.% относительно массы изделия из невспененного материала. Плотность единственного вспененного слоя предпочтительно составляет от 0,5 до 1 мг/мл, предпочтительно от 0,7 до 0,9 мг/мл. Толщина единственного слоя составляет от 0,5 до 3 мм, предпочтительно от 1 до 2 мм. Предпочтительно толщина не является равномерной и варьирует в указанных интервалах.
В еще одном варианте осуществления изобретения изделие из термопласта может быть двухслойным, состоящим из двух различных полимерных материалов или из одного материала.
Термопластические полимеры, которые применяют для формирования двух слоев, соответствуют тем, которые применяют для получения однослойного изделия, т.е. они являются моновинилиденовыми ароматическими полимерами (также известных как стироловые полимеры), предпочтительно выбранными из различных комбинаций ПСОН, УПС, АБС и САН.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения двойной слой включает два слоя одного и того же полимерного материала, предпочтительно два слоя полистирола, более предпочтительно ударопрочного полистирола.
Способ получения двухслойного изделия соответствует способу получения однослойного, в котором имеет место дополнительная стадия совместного ламинирования или этап соэкструзии (в1) перед каландрированием первого слоя. Материал, который наносят на первый слой, для формирования второго слоя имеет эстетическую функцию, и предпочтительно является невспененным.
В случае стадии совместного ламинирования, совместное ламинирование предпочтительно осуществляют при температуре от 50°C до 90°C, в то время как в случае этапа соэкструзии, соэкструзию осуществляют при температуре от 80°C до 220°C.
После чего осуществляют горячее формование двойного слоя, как это описано выше.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения общая толщина двойного слоя соответствует толщине единственного слоя, как это описано выше. Второй слой предпочтительно имеет толщину от 20 до 80 микрон, т.е. толщину, которая практически не оказывает влияния на общую толщину изделия.
Однослойное или двухслойное изделие по изобретению можно применять в различных областях, предпочтительно для внутренней отделки электрических бытовых приборов, например, холодильников или стиральных машин. Особенно предпочтительный вариант применения относится к применению изделия из термопласта в качестве внутренней двери для холодильника или ячейки холодильника.
Пример получения внутренней двери холодильника или ячейки холодильника.
В гравиметрический дозатор помещают следующее: первичный ударопрочный полистирол 50%, переработанный ударопрочный полистирол (измельченный) - до 50%, 1,5%-2,5% диоксида титана, 1,4-1,6%, в частности 1,6% вспенивающего агента Гидроцерол 593 (разбавленный вариант Гидроцерол 591). Проценты, в которых выражаются соотношения, являются массовыми процентами. После смешивания сырья в дозаторе, смесь, полученная таким образом, поступает в экструдер, при комнатной температуре, в начало пластицирующего шнека, шнек имеет профиль переменного объема, смесь нагревают во время прохождения по штреку до средней температуры около 200°C; нагревание происходит за счет сопротивления.
Смесь выходит из формующей головки и давится каландром, который дает на выходе лист толщиной около 1,6-1,7 мм.
Когда смесь выходит из формующей головки экструдера, до подачи в каландр, под влиянием смеси вспенивающего химического агента, ее подвергают вспениванию, что позволяет уменьшить плотность на 16% по массе; лист выходит из каландра охлажденным до 95°C.
Каландрированный лист дополнительно охлаждают, подвергают коронированию и затем разрезают.
Горячее формование внутренней двери или ячейки холодильника производят нагреванием листа до температуры Т, составляющей 140-180°C, предпочтительно 160-165°C. Такой лист помещают на форму, имеющий форму внутренней двери или ячейки холодильника; к форме подают вакуум, который передается на пластик посредством микроперфораций; таким образом, происходит адгезия пластика к форме и его охлаждение, так как форма является холодной, и достигается пластификация и/или полное затвердевание.
Тот же процесс повторяли, с применением 1,4-1,6%, в частности 1,5 и 1,6% Гидроцерола 593 и первичного ударопрочного полистирола до 100%; 40% ударопрочного полистирола, до 60% вторичного ударопрочного полистирола и 1,4-1,6%, в частности 1,5 и 1,6% Гидроцерола 593. Проценты, в которых выражаются соотношения, являются массовыми процентами.
В следующей таблице приведены результаты, полученные для внутренних дверей и ячеек холодильников, по уменьшению массы и плотности.
| 100% первичный полистирол | 100% первичный полистирол | 50% вторичный полистирол/50% первичный полистирол | 60% вторичный полистирол/40% первичный полистирол |
| 1,5% Гидроцерол | 1,6% Гидроцерол | 1,6% Гидроцерол | 1,6% Гидроцерол |
| 593 | 593 | 593 | 593 |
| Плотность 0,89 г/мл | Плотность 0,88 г/мл | Плотность 0,86 г/мл | Плотность 0,84 г/мл |
| Уменьшение массы 16% | Уменьшение массы 17% | Уменьшение массы 19% | Уменьшение массы 21% |
Все внутренние двери и ячейки холодильников, полученные способом по изобретению, демонстрируют хорошую обработку поверхности, хорошую степень вспенивания, и, следовательно, уменьшение массы и хорошее распределение пористости.
Механические свойства и свойства устойчивости к негативному воздействию любых химических элементов сопоставимы со свойствами внутренних дверей и ячеек холодильников, полученных из невспененного полиуретана.
1. Способ получения изделия из термопласта, включающий следующие стадии:
а) смешивание термопластичного полимера со смесью вспенивающего химического агента и носителя;
б) горячая экструзия смеси;
в) получение листа, имеющего толщину, составляющую от 0,5 до 3 мм путем каландрирования экструдированной смеси;
г) подвергание каландрированного листа горячей формовке при температуре от 120°C до 250°C, предпочтительно от 140°C до 180°C,
причем смесь вспенивающего химического агента и носителя представляет собой смесь лимонной кислоты и полиэтилена, а термопластичный полимер выбран из полимера стирола, акрилонитрилбутадиенстирола (АБС) и стиролафилонитриловой смолы (САН).
2. Способ по п. 1, где указанная смесь вспенивающего химического агента и носителя включает от 40 об. % до 80 об. %, предпочтительно от 40 об. % до 60 об. %, лимонной кислоты и от 20 об. % до 60 об. %, предпочтительно от 40 об. % до 60 об. % полиэтилена.
3. Способ по п. 2, где указанная лимонная кислота и указанный полиэтилен находятся в смеси в соотношении 1:1 по объему.
4. Способ по п. 1, где указанный полимер стирола выбран из полистирола общего назначения (ПСОН) и ударопрочного полистирола (УПС), и предпочтительно является первичным и/или вторичным УПС.
5. Способ по п. 1, где указанную смесь химического вспенивающего агента и носителя добавляют в исходную смесь в количестве, составляющем от 0,5 до 3 масс. %, и предпочтительно от 1 до 2 масс. %.
6. Способ по п. 1, где смесь со стадии (а) во время указанной экструзии на стадии (б) подвергают вспениванию, которое позволяет снизить плотность не более чем на 30%, предпочтительно не более чем на 20%, более предпочтительно от 14 масс. % до 18 масс. % по сравнению с изделием из того же материала, но не подвергавшего вспениванию.
7. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию (в1), предшествующую каландрированию, на которой каландрированный лист подвергают совместному ламинированию или соэкструзии со вторым листом, предпочтительно невспененным листом.
8. Способ по п. 7, где указанный второй лист получен из того же полимерного материала, что и первый лист, причем оба листа предпочтительно получены из первичного и/или вторичного УПС.
9. Однослойное изделие из вспененного термопласта, получаемое способом по п. 1.
10. Двухслойное изделие из вспененного термопласта, получаемое способом по п. 7.
11. Изделие из вспененного термопласта по п. 9, где указанное изделие является внутренней дверью для холодильников или ячейкой холодильника.
12. Изделие из вспененного термопласта по п. 10, где указанное изделие является внутренней дверью для холодильников или ячейкой холодильника.
13. Изделие по п. 9, отличающееся уменьшением плотности не более чем на 30 масс. %, предпочтительно не более чем на 20 масс. %, более предпочтительно от 14 масс. % до 18 масс. %, по сравнению с изделием из того же материала, но не являющегося вспененным; причем плотность вспененного слоя составляет от 0,5 до 1 г/мл, предпочтительно от 0,7 до 0,9 г/мл; и общая толщина единственного слоя составляет от 0,5 до 3 мм, предпочтительно от 1 до 2 мм.
14. Изделие по п. 10, отличающееся уменьшением плотности не более чем на 30 масс. %, предпочтительно не более чем на масс. 20%, более предпочтительно от 14 масс. % до 18 масс. %, по сравнению с изделием из того же материала, но не являющегося вспененным; причем плотность вспененного слоя составляет от 0,5 до 1 г/мл, предпочтительно от 0,7 до 0,9 г/мл; и общая толщина двойного слоя составляет от 0,5 до 3 мм, предпочтительно от 1 до 2 мм.
