Композиция на основе вторичного полиэтилена из отходов кабеля
Изобретение относится к композиции полиэтилена, предназначенной для изготовления изделий, и к способу получения указанной композиции. Композиция содержит базовый полимер и неорганический наполнитель, который присутствует в композиции в количестве от 1 до 50 мас.% от общей массы композиции. Причем базовый полимер содержит первый сшитый полиэтилен (РЕХ), с содержанием геля, измеренным согласно ASTM D 2765:2006, в пределах от 5% до 80% от общей массы сшитого полиэтилена (РЕХ), полученного из вторично перерабатываемых отходов, и второй полиэтилен (РЕ), выбранный из первичного и вторичного полиэтилена или их смесей. Композиция по изобретению имеет улучшенный баланс между жесткостью и упругостью при изгибе, хорошей пластичностью, выраженной в удлинении при разрыве, наряду с разрушающим напряжением при растяжении. Кроме того, углеродный след изделий, полученных при использовании вторичного РЕХ, ниже по сравнению с продуктами, полученными из первичного полиэтилена. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 табл.
Настоящее изобретение относится к новой композиции полиэтилена, содержащей по меньшей мере один полиэтилен, полученный из прошедших вторичную переработку отходов. Дополнительно настоящее изобретение относится к способу получения указанной композиции полиэтилена и применению указанной композиции в инфраструктуре, инженерии и упаковке.
Для целей настоящего описания и последующей формулы изобретения используемый термин «вторично перерабатываемые отходы» относится к материалу, полученному, как из отходов, возникающих после использования продуктов и изделий конечным потребителем, так и из промышленных отходов. А именно, отходы, возникающие после использования продуктов и изделий конечным потребителем, относятся к объектам, прошедшим по меньшей мере первый цикл применения (или жизненный цикл), то есть, уже отслуживший своей первой цели; при этом промышленные отходы относятся к промышленным отходам, которые обычно не достигают потребителя. Соответственно, термин «первичные» относится к вновь полученным материалам и/или объектам перед их первым применением, и они не подвергались вторичной переработке.
В настоящее время вызывает интерес попытка применения полимеров, полученных из отходов для получения новых продуктов, и это также важно по экологическим причинам и для снижения стоимости по экономическим причинам.
В области производства кабелей уже предпринимались некоторые усилия для применения вторичных полимерных материалов из отходов кабеля, в частности полиэтилена или поливинил хлорида, полученного из отходов оболочки кабеля. Указанные вторичные полимерные материалы, как правило, используют для получения слоев покрытия кабеля.
Одной из таких попыток, приведенных в качестве примера, является JP 2002/080671, в которой описывается композиция вторичного пластика на основе поливинил хлорида, полученная смешиванием и плавлением покрывающих пластиков и оболочек из отходов кабеля, содержащих: (А) поливинил хлорид и (В) полиэтилен или полиэтилен, сшитый силаном, с хлорированным полиэтиленом. Указанный выше полимер на основе поливинил хлорида применяют для получения оболочек кабеля.
JP 2013045643 относится к изолированному электрическому проводу или кабелю, в котором используют большое количество отходов, полученных из вторичных материалов, которые содержат гомополимер сшитого полиолефина. Вторичная фракция, содержащая сшитый материал, имеет содержание геля 40% или менее, и вторичный материал присутствует в количестве 75 масс. % или более от общей массы композиции.
В CN 102898768 описывается огнестойкая ТРЕ композиция, полученная из сшитого полиэтилена из отходов кабеля. Количество сшитых отходов кабеля составляет 40% или менее и дополнительно содержит SBS блок-сополимер (основная часть), фосфатные огнезащитные агенты, масло-наполнитель, силановые сшивающие агенты и очень малое количество других вспомогательных агентов. Полученный ТРЕ имеет хорошую огнестойкость и другие характеристики, соответствующие принятым стандартам.
Однако применение вторичного полимера, как указано выше в предшествующем уровне техники, имеет некоторые недостатки. В частности, специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, может предположить, что применение вторично перерабатываемых отходов, содержащих фракцию сшитого полиэтилена (так называемую «РЕХ»), может привести к более худшим механическим свойствам по сравнению с таковыми у изделий, полученных из первичных полиэтиленовых материалов. Причиной этого предположения является концепция, состоящая в том, что сшитые фракции могут действовать, как наполнитель с плохой совместимостью или адгезией к термопластичным частям смеси. Самой слабой частью компаунда является граница раздела между сшитыми частицами и термопластичной матрицей, следовательно, граница раздела действует, как фактор, способствующий началу и распространению волосяных трещин или иных трещин. Механические свойства становятся значительно хуже, в частности, при воздействии высоких усилий напряжения, высокой скорости (ударное усилие), сильном удлинении при растяжении и повышенных температур. Дополнительно, трудно использовать вторичные материалы с высоким содержанием сшитых частиц и/или высоким содержанием крупных частиц, в частности, при использовании традиционных способов обработки расплава из-за более низкой скорости обработки и более высокой стоимости.
Соответственно, из-за стоимости, плохих механических свойств, наряду с худшими технологическими свойствами отходы всех видов, содержащие сшитый полиолефин, в частности сшитый полиэтилен (РЕХ), чаще используют утилизации отходов в качестве топлива (например, сжигание в районной отопительной котельной или для генерирования тепла в цементной промышленности), но в гораздо меньшей степени вторично перерабатываются в новые продукты.
Следовательно, продолжает существовать потребность в разработке способов увеличения применения вторичных материалов в (высококачественных) продуктах. Дополнительно, продолжает существовать потребность в улучшенных полимерных материалах, содержащих сшитый полиэтилен, полученных из вторично перерабатываемых отходов. Эти улучшенные материалы с успехом могут быть использованы в более широком ряду применений, чем это имеет место в настоящее время. Следовательно, объект настоящего изобретения преодолевает или по меньшей мере уменьшает указанные выше недостатки и отвечает требованиям для более высококачественных продуктов, то есть, для расширения применения в существующих и новых применениях.
Этот объект достигается обеспечением композиции полиэтилена, характеризующейся тем, что она содержит базовый полимер и неорганический наполнитель, который присутствует в композиции в количестве от 1 до 50 масс. % от общей массы композиции, где указанный базовый полимер содержит:
(a) первый сшитый полиэтилен (РЕХ) с содержанием геля (измерено согласно ASTM D 2765:2006) в пределах от 5% до 80% от общей массы сшитого полиэтилена (РЕХ), указанный сшитый полиэтилен (РЕХ) представляет полученный из вторично перерабатываемых отходов, и
(b) второй полиэтилен (РЕ) выбран из первичного и вторичного полиэтилена или их смесей.
Неожиданно было обнаружено, что композиция полиэтилена по настоящему изобретению имеет улучшенный баланс между жесткостью, что показано модулем упругости при изгибе, и хорошей пластичностью, выраженной в удлинении при разрыве, наряду с разрушающим напряжением при растяжении. Дополнительно, композиция неожиданно демонстрирует хорошую ударопрочность. Композиция по настоящему изобретению демонстрирует механические свойства, которые по меньшей мере в меньшей степени отличаются от свойств первичного полиэтилена. Дополнительное преимущество состоит в том, что углеродный след изделий, полученных при использовании вторичного РЕХ, ниже по сравнению с продуктами, полученными из первичного полиэтилена.
Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «базовый полимер» относится к совокупности полимерных компонентов в композиции полиэтилена по настоящему изобретению. Необязательно базовый полимер может содержать дополнительные полимерные компоненты. Предпочтительно базовый полимер состоит из первого сшитого полиэтилена (РЕХ) и второго полиэтилена (РЕ).
Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «сшитый» в «сшитом полиэтилене (РЕХ)» может быть описан и измерен при использовании содержания геля в нем. Следует отметить, что сшитый полиэтилен (РЕХ) в настоящем изобретении может относиться к композиции полиэтилена, содержащей фракцию (А1) полностью сшитого полиэтилена и фракцию не сшитого термопластичного полиэтилена (А2). Полностью сшитый полиэтилен А1, как правило, имеет содержание геля в пределах от 50% до 80%, предпочтительно в пределах от 55% до 70% от общей массы фракции А1. Содержание геля в сшитом полиэтилене (компонент А), как правило, составляет в пределах от 5% до 80%, предпочтительно в пределах от 20% до 65%, более предпочтительно в пределах от 40% до 60%, как измерено относительно общей массы РЕХ. Как правило, фракция А1 имеет процент по массе от 20% до 100%, предпочтительно от 25% до 90%, более предпочтительно от 30% до 80% от общей массы суммы А1 и А2.
Сущность настоящего изобретения состоит в том, что РЕХ представляет полученный из вторично перерабатываемых отходов. РЕХ может представлять, как вторично перерабатываемые отходы, возникающие после использования продуктов и изделий конечным потребителем, так и промышленные отходы РЕХ, возникающие в процессе получения кабеля, или в качестве альтернативы, комбинацию обоих. Предпочтительно РЕХ в настоящем изобретении представляет полученный из вторично перерабатываемых отходов при использовании средств и процессов вторичной переработки пластика, известных из предшествующего уровня техники. Например, указанный продукт может быть получен при использовании средств и процессов вторичной переработки, указанных как «PlastSep», которые изначально разработаны компанией NKT group и описаны в документе, указанном, как «Новая технология вторичной переработки пластиков из отходов кабеля» ('New Technology for Recycling of Plastics from Cable Waste'), документ, представленный на 8-ой Международной Конференции по изолированным силовым кабелям в Версале 19-23 июня 2012 года, Анникой Босс и другими ((8th International Conference on Insulated Power Cables), Versailles, 19-23 June 2012, by Annika Boss et al. Более предпочтительно РЕХ, полученный при использовании такого процесса, как правило, находится в форме гранул диаметром менее чем 1 мм.
Сущность настоящего изобретения состоит в том, что второй полиэтилен (РЕ) представляет не сшитый термопластичный полиэтилен, который обеспечивает хорошую технологичность и хорошие результаты компаундирования со сшитым полиэтиленом (РЕХ). Второй полиэтилен может быть выбран из первичного полиэтилена, вторичного термопластичного полиэтилена или их смеси.
Неорганический наполнитель является важной частью композиции по настоящему изобретению. Как правило, наполнители добавляют для улучшения механических свойств, в частности модуля упругости.
Дополнительно к базовому полимеру и неорганическому наполнителю могут присутствовать обычные добавки, используемые с полиолефинами в композиции полиэтилена по настоящему изобретению. Примерами добавок, применяемых в композиции, являются пигменты или красители (например, сажа), стабилизаторы (противоокислительные агенты), кислотоупорные агенты и/или агенты, способствующие устойчивости против УФ, антистатические агенты и вспомогательные технологические агенты (такие как технологические добавки). Как правило, количество этих добавок составляет в пределах 0-8 масс. %, предпочтительно в пределах 0-5 масс. %, более предпочтительно в пределах от 0,01 до 3 масс. % от общей массы композиции.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно.
В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения массовое соотношение РЕХ в РЕ в базовом полимере составляет в пределах от более чем 10:90 до 90:10, предпочтительно в пределах от 10:90 до 70:30, более предпочтительно в пределах от 10:90 до 50:50,
В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения сшитый полиэтилен (РЕХ) представляет полученный из вторичного материала из отходов электрического кабеля. Более предпочтительно РЕХ представляет полученный из вторичного материала из отходов электрического кабеля высокого напряжения (HV) и среднего напряжения (MV).
Известно, что отходы электрического кабеля представляют главным образом смесь различных композиций, включая композиции на основе РЕ или РЕХ и композиции на основе PVC. Следовательно, после стадии отделения в процессе вторичной переработки во вторичном РЕХ возможно имеет место определенный уровень загрязнения, вызванного PVC. Это загрязнение ведет к более высокому содержанию хлора во вторичном РЕХ по сравнению с нормальным содержанием хлора в первичном полиэтилене, в частности уровень хлора в РЕ, полимеризованном под низким давлением, таком как LLDPE, MDPE и HDPE, где присутствует хлор из остатков остаточного катализатора.
По аналогичным причинам также, как правило, во вторичном РЕХ присутствуют загрязняющие ингредиенты из токопроводящего кабеля (как алюминиевого, так и медного).
Следовательно, в дополнительном предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения сшитый полиэтилен (РЕХ) имеет содержание хлора в пределах от 100 до 5000 чнм, предпочтительно от 200 до 4000 чнм, наиболее предпочтительно от 300 до 2000, как измерено при использовании рентгенофлуоресцентного анализа (XRF).
Дополнительно, предпочтительно сшитый полиэтилен (РЕХ) имеет содержание меди в пределах 20-500 чнм, более предпочтительно в пределах от 30 до 250 чнм и/или содержание алюминия в пределах 500-15000 чнм, более предпочтительно в пределах 1000-10000 чнм, как измерено при использовании рентгенофлуоресцентного анализа (XRF).
По существу, предпочтительно второй полиэтилен (РЕ) в настоящем изобретении выбран из первичного полиэтилена высокой плотности (vHDPE), первичного полиэтилена средней плотности (vMDPE), вторичного полиэтилена высокой плотности (rHDPE), вторичного полиэтилена средней плотности (rMDPE) и их смесей. Более высокий процент по массе РЕ высокой плотности относительно общего базового полимера является предпочтительным в случае, когда требуется более высокая жесткость материала. Предпочтительно в случае, когда РЕ выбран из первичного РЕ, он имеет плотность равную или более чем 0,925 г/см3, более предпочтительно равную или более чем 0,945 г/см3; в случае, когда выбран из вторичного РЕ, он содержит более чем 80%, предпочтительно более чем 90% полиэтилена с плотностью не менее чем 0,925 г/см3, более предпочтительно не менее чем 0,945 г/см3.
В композиции по настоящему изобретению предпочтительно неорганический наполнитель присутствует в количестве по меньшей мере 1 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 5 масс. %, еще более предпочтительно по меньшей мере 8 масс. %, еще более предпочтительно по меньшей мере 10 масс. % и наиболее предпочтительно по меньшей мере 12 масс. %. Дополнительно, в композиции неорганический наполнитель присутствует в количестве максимально 50 масс. %, более предпочтительно максимально 45 масс. %, еще более предпочтительно максимально 40 масс. %. Как правило, в композиции по настоящему изобретению предпочтительно неорганический наполнитель присутствует в пределах 1-50 масс. %, предпочтительно 5-45 масс. %, более предпочтительно 8-42 масс. %, наиболее предпочтительно 10-40 масс. %. Наполнитель композиции по настоящему изобретению может содержать все виды материалов неорганического наполнителя, известные из предшествующего уровня техники. Также наполнитель может содержать смесь любых таких видов материалов наполнителя. Примеры таких материалов наполнителя представляют оксиды, гидроксиды и карбонаты алюминия, магния, кальция и/или бария. Предпочтительно наполнитель содержит неорганическое соединение металла групп 1-13, более предпочтительно 1-3, еще более предпочтительно 1 и 2 и наиболее предпочтительно группы 2 Периодической таблицы элементов. Нумерация химических групп, использованная в описании настоящей патентной заявки, соответствует системе ШРАС, в которой группы периодической системы элементов пронумерованы от 1 до 18. Предпочтительно неорганический наполнитель содержит соединение, выбранное из карбонатов, оксидов и сульфатов. Предпочтительные примеры таких соединений представляют карбонат кальция, тальк, оксид магния, гантит Mg3Ca(CO3)4 и гидратированный силикат магния, и каолин («китайская глина»), по существу предпочтительные примеры представляют карбонат кальция, оксид магния, гидратированный силикат магния и каолин («китайская глина»).
Дополнительно, предпочтительно неорганический наполнитель имеет средневзвешенный средний размер частиц D50 25 микрон или менее, более предпочтительно 15 микрон или менее. Предпочтительно только 2 масс. % наполнителя имеет размер частиц 40 микрон или более, более предпочтительно только 2 масс. % наполнителя имеет размер частиц 30 микрон или более.
В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения, в котором в качестве наполнителя используют СаСО3, предпочтительно частицы имеют средневзвешенный средний размер частиц D50 6 микрон или менее, более предпочтительно 4 микрона или менее. Процент по массе наполнителя от общей массы композиции предпочтительно составляет в пределах 20-45%. В указанном варианте воплощения настоящего изобретения предпочтительно только 2 масс. % имеет размер частиц 8 микрон или более, более предпочтительно 7 микрон или более.
В другом предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения, в котором в качестве наполнителя используют тальк, процент по массе наполнителя от общей композиции предпочтительно составляет в пределах 5-30%.
Как правило, чистота наполнителя составляет 94% или более, предпочтительно 95% или более и более предпочтительно 97% или более.
Неорганический наполнитель может содержать наполнитель, который прошел обработку поверхности органосиланом, полимером, карбоновой кислотой или ее солью для облегчения технологической обработки и обеспечения лучшей дисперсии наполнителя в органическом полимере. Такие покрытия, как правило, составляют не более чем 3 масс. % от наполнителя.
Соответственно, композиция полиэтилена по настоящему изобретению, как правило, имеет содержанием геля в пределах 5-50 масс. %, предпочтительно 7-40 масс. %, более предпочтительно 10-40 масс. % от общей массы базового полимера, как измерено согласно ASTM D 2765:2006.
Композиция по настоящему изобретению имеет хороший баланс жесткости и пластичности по сравнению с материалами предшествующего уровня техники. Следует отметить, что композиция по настоящему изобретению характеризуется не каким-либо одним единственным из определенных признаков механических свойств, а их комбинацией. За счет этой комбинации признаков преимуществом является применение во многих областях.
Соответственно, следовательно, композиция полиэтилена характеризуется тем, что имеет модуль упругости при изгибе, определенный согласно ISO 178 более чем 840 МПа, предпочтительно более чем 1000 МПа, более предпочтительно более чем 1100 Мпа и более чем 1200 МПа.
Кроме того, композиция по настоящему изобретению дополнительно характеризуется тем, что она имеет удлинение при разрыве, определенное согласно ISO 527-2, более чем 2%, предпочтительно более чем 3%, более предпочтительно более чем 4%, наиболее предпочтительно более чем 5%.
Дополнительно, композиция по настоящему изобретению предпочтительно имеет разрушающее напряжение при растяжении, определенное согласно ISO 527-2, более чем 13 МПа, предпочтительно более чем 14 МПа, более предпочтительно более чем 15 МПа, наиболее предпочтительно более чем 16 МПа.
Дополнительно, композиция по настоящему изобретению предпочтительно имеет предельное напряжение текучести, определенное согласно ISO 527-2, более чем 15 МПа, предпочтительно более чем 17 МПа, более предпочтительно более чем 19 МПа, наиболее предпочтительно более чем 20 МПа.
Другой вариант воплощения настоящего изобретения относится к способу получения композиции полиэтилена, включающему стадии:
a) подачи ингредиентов во впускное отверстие питателя устройства для компаундирования;
b) компаундирование ингредиентов, которое проводят при использовании гомогенизации ингредиентов, поданных во впускное отверстие, и повышением температуры до температуры выше точки плавления ингредиента базового термопластичного полимера, с получением смеси компаунда;
c) необязательно охлаждение указанной смеси компаунда и гранулирование. Необязательно перед стадией гомогенизации- плавления может быть проведена
дополнительная стадия сухого смешивания всех компонентов.
Как правило, температура расплава на выходе из устройства для компаундирования составляет около 180-220°С для компаундов полиэтилена для достижения достаточного эффекта смешивания. Однако температура расплава на выходе из устройства для гомогенизации может быть, как выше, так и ниже, в зависимости от требований. В частности, для компаундов, которые трудно диспергируются и гомогенизируются, температура расплава на выходе может быть такой высокой, как 300°С. Для компаундов с меньшими требованиями и компаундов, которые чувствительны к нагреванию, и/или в случае, когда энергозатраты играют ключевую роль, гомогенизация может проводиться при температуре менее около 180°С и ниже, например, при температуре 170°С или 160°С, или даже ниже. В частности, для вторичного материала, как правило с дополнительными загрязняющими ингредиентами, целью может являться проведение стадии компаундирования при максимально возможно низкой температуре расплава для сохранения низкой стоимости продукта, для повышения экологичности и для дополнительной минимизации возможности присутствия неприятного запаха или характерного запаха, который часто возникает у компаундов, содержащих вторичные материалы при высоких температурах, например, из-за загрязняющих ингредиентов во вторичных материалах.
Предпочтительно на стадии гомогенизации - плавления могут быть добавлены во впускное отверстие питателя устройства для компаундирования РЕХ, РЕ и неорганический наполнитель и необязательно другие добавки или другие полимерные компоненты. Устройство для компаундирования также может быть снабжено более чем одним впускным отверстием, например, двумя впускными отверстиями, и например, все полимерные ингредиенты необязательно с добавками/антиоксидантами могут быть поданы в первое впускное отверстие, а наполнитель может быть подан во 2-ое впускное отверстие, расположенное в устройстве далее ниже по технологической линии. В качестве альтернативы, например, все полимеры необязательно с добавками/антиоксидантами могут быть поданы в первое впускное отверстие, включая часть порции наполнителя, а оставшуюся часть наполнителя подают во 2-ое впускное отверстие, расположенное далее по технологической линии.
Устройство для компаундирования может представлять любое традиционное устройство для компаундирования или экструзионное устройство, предпочтительно двухшнековый экструдер со шнеками, вращающимися в одном направлении или в противоположных направлениях, или закрытый смеситель, такой как миксер Banbury, или одношнековый экструдер, такой как смеситель Buss, или традиционный одношнековый экструдер. Также дополнительно для компаундирования могут быть использованы статические миксеры, такие как Kenics, Koch и аналогичное им, или указанные экструзионные устройства для улучшения распределения наполнителя в полимерной матрице.
Более предпочтительно и, в частности, для вторичных материалов экструдер или устройство для компаундирования снабжено одним или более устройством для вакуумного дегазирования со шнеком или шнеками, с или без применения отпарной колонны с водяным паром в качестве отпарного газа. Функция отпарной колонны с водяным паром в качестве отпарного газа состоит в добавлении малых количеств воды в расплав перед зоной смешивания и разряжения, и зоной вакуумной дегазации. Результатом этого является уменьшение обоих, как характерного, так и неприятного запаха, наряду с уменьшением количества летучих веществ в конечном компаунде.
Дополнительно настоящее изобретение относится к применению указанной выше композицию полиэтилена для снижения углеродного следа из изделий, которые являются источниками of originators of the РЕХ.
Это является существенным преимуществом в применении в области в инфраструктуры, инженерии и упаковки.
Дополнительно настоящее изобретение относится к применению композиции полиэтилена по настоящему изобретению для снижения углеродного следа при получении труби кабелей, элементы для транспортных средств и элементы для строительных конструкций наряду с упаковочными материалами.
Предпочтительно настоящее изобретение относится к применению композиции полиэтилена по настоящему изобретению для снижения углеродного следа при получении объектов, приведенных в списке ниже:
- Безнапорные подземные трубопроводы и части системы для осушения дорог и почв, для применения в ливневых стоках,
- Защита кабелей, кабелепровод, как для подземных применений, так для применения на дорогах для передвижения транспортных средств и железных дорогах, кабель-каналы, маркировки кабеля и защитные листовые и трубчатые материалы для прокладываемого под землей кабеля cable digging protection sheets and pipes,
- Структура обочин дорог для передвижения транспортных средств (и железных дорог), включая все типы вспомогательных структур, обнаруживаемых/расположенных вдоль дороги (например, знаки, системы дорожного освещения, системы рельсов железнодорожного пути и барьерно-защитные системы, шумозащита и ветрозащита, энергопоглащающее барьрно-защитное огораждение и аналогичное им),
- Напольное покрытие и защита напольного покрытия, как внутри помещений, так и уличные,
- Кровельные материалы и ингредиенты для кровельных материалов.
Приведенные ниже примеры, приведены/служат только для дополнительной иллюстрации настоящего изобретения и не ограничивают его.
ПРИМЕРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Для приведенного выше описания настоящего изобретения, если ясно не указанно иное, наряду с приведенными ниже Примерами применяют следующие определения терминов и методы определения.
1. Методы измерения
Содержание геля (масс. %): измерили согласно ASTM D2765-90 при использовании образца, состоящего из композиции полиэтилена по настоящему изобретению (Метод А, экстракция декалином).
Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF): Содержание элементов анализировали при использовании XRF с дисперсией по длинам волн (AXS S4 Pioneer рентгеноспектрометр для быстрого последовательного анализа от Bruker). Образец грануллы подвергли прессованию с получением пластины толщиной 3 мм (150°С в течение 2 минут, под давлением 5 бар и охладили до комнатной температуры). Как правило, при использовании XRF метода, образец облучали электромагнитными волнами с длиной волны 0,01 -10 нм. Затем элементы, присутствующие в образце будут излучать/испускать флуоресцентное рентгеновское излучение дискретными порциями энергии, которые характерны для каждого элемента. Для измерения интенсивности излучаемых/испускаемых энергий может быть проведен количественный анализ. Настоящий/Данный анализ провели при использовании стандартной бесплатной программы, при проведении анализа определно 28 самых распространенных элементов и их концентрации определили проведя расчет на основе СН2 матрицы.
Модуль упругости при изгибе: определяли при использовании полученного литьем под давлением образца согласно ISO 178 при температуре 23°С, толщина образца приведена ниже в части описания получения образца.
Тестирование на разрыв при растяжении: напряжение при растяжении и модуль упругости при растяжении для примеров IE1-5, СЕ3-5 определили при использовании полученных литьем под давлением образцов согласно ISO 527-2 при скорости ползуна 50 мм/минуту и при температуре 23°С, толщина образца приведена ниже в части описания получения образца. Тест на разрыв при растяжении для примеров IE6 и СЕ1, 2, 6-8 провели согласно ISO 527-2 при использовании полученных литьем под давлением образцов согласно EN ISO 1872-2 (80×10×4 4 мм), при этом скорость ползуна при определение модуля составила 1 мм/минуту, а скорость ползуна при определение прочности при растяжении и удлинении при растяжении составила 50 мм/минуту.
Образец для тестирования получили, как описано в EN ISO 1872-2 (полученные для тестирования образцы представляли 10 многоцелевых образцов для тестирования типа В согласно ISO 3167).
Тест на ударную вязкость по Шарпи: Ударную вязкость образца с надрезом по Шарпи (NIS) определили согласно ISO 179 1еА при температуре +23°С и -20°С соответственно. Ударную прочность измерили при использовании образцов полученных литьем под давлением, как описано в EN ISO 1872-2 (80×10×4 мм)
2. ПРИМЕРЫ
Базовый полимер
РЕХ:
РЕХ RECYCLATE 1ММ: сшитый полиэтилен, представляющий полностью вторично перерабатываемые отходы кабеля, возникающие после использования конечным потребителем в форме гранул менее чем 1 мм в диаметре. РЕХ имеет содержание геля около 50 масс. %. В Таблице 1 приведены результаты анализа РЕХ RECYCLATE 1ММ
РЕ:
НЕ3450: сополимер бимодального первичного полиэтилена высокой плотности, коммерчески доступный от Borealis со скоростью течения расплава (MFR2) 0,5 г/10 минут, согласно ISO 1133 (190 оС, 2,16 кг), и с плотностью 0,950 г/см3.
KRUTENE-HD: вторичный полиэтилен высокой плотности в форме гранул, коммерчески доступный от KRUSCHITZ GMBH со скоростью течения расплава (MFR2) 0,49 г/10 минут, согласно ISO 1133 (190 оС, 2,16 кг) и с плотностью 0,950 г/см3.
Неорганический наполнитель
CALCITEC М/5: Наполнитель карбонат кальция со средневзвешенным средним размером частиц D50 5,0 микрон, только с 1 масс. % частиц размером 19 микрон или более и чистотой 99% СаСО3.
MISTRON 75-6 А: Наполнитель тальк со средневзвешенным средним размером частиц D50 4,0 микрон, только с 2 масс. % частиц размером 20 микрон или более и чистотой 98% силиката Mg.
Компаундирование и получение образцов при использовании инжекционного и компрессионного литья.
Заранее определенное количество РЕХ и РЕ смешали с неорганическим наполнителем в миксере Brabender 350Е с роликовым элементом при температуре 180°С в течение 10 минут. Скорость шнека составила 40 оборотов в минуту. Устройство продули азотом во время гомогенизации для минимизации дергадации.
Инжекционное литье: Образцы для тестирования примеров IE6 и СЕ1, 2, 6-8 отлили инжекционным литьем при использовании устройства machine Engel e-motion 310/55HL со шнеком 35 мм при температуре 210°С.
Компрессионное литье: Образцы для тестирования примеров IE1-5, СЕ3-5 отлили компрессионным литьем. Сырьевые материалы переместили в устройство для компрессионного литья для получения пластин толщиной 2-4 мм, из которых при проведении определенной обработки получили специфические образцы для конкретного метода тестирования, соответственно. Образцы 2 мм толщиной использовали для измерений прочностных характеристик при растяжении и образцы толщиной 4 мм - для измерения изгибных нагрузок. Условия компрессионного литья: 200°С при низком давлении в течение 10 минут и в течение 5 минут при 614 Н/см2 и охладили при 15°С/минуту.
В Таблице 2 и Таблице 3 приведены составы композиций и механические свойства шести примеров по настоящему изобретению IE1 - IE6 и восьми сравнительных примеров СЕ1 - СЕ8. Примеры по настоящему изобретению показали неожиданно хорошую комбинацию механических свойств по сравнению с примерами СЕ2-8 и имели механические свойства близкие к СЕ1.
1. Композиция полиэтилена, предназначенная для изготовления изделий, характеризующася тем, что она содержит базовый полимер и неорганический наполнитель, который присутствует в композиции в количестве от 1 до 50 масс. % от общей массы композиции, где указанный базовый полимер содержит:
(a) первый сшитый полиэтилен (РЕХ) с содержанием геля (измерено согласно ASTM D 2765:2006) в пределах от 5% до 80% от общей массы сшитого полиэтилена (РЕХ), указанный сшитый полиэтилен (РЕХ) представляет полученный из вторично перерабатываемых отходов, и
(b) второй полиэтилен (РЕ) выбран из первичного и вторичного полиэтилена или их смесей.
2. Композиция полиэтилена по п. 1, характеризующаяся тем, что массовое соотношение РЕХ : РЕ в базовом полимере составляет в пределах от более чем 10:90 до 90:10.
3. Композиция полиэтилена по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что сшитый полиэтилен (РЕХ) представляет полученный из вторично перерабатываемых отходов, где отходы выбраны из отходов электрического кабеля.
4. Композиция полиэтилена по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что сшитый полиэтилен (РЕХ) имеет содержание хлора в пределах от 300 до 2000 чнм, как измерено при использовании рентгенофлуоресцентного анализа (XRF).
5. Композиция полиэтилена по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что сшитый полиэтилен (РЕХ) имеет:
a) содержание меди в пределах 20-500 чнм и/или
b) содержание алюминия в пределах 500-15000 чнм, как измерено при использовании рентгенофлуоресцентного анализа (XRF).
6. Композиция полиэтилена по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что второй полиэтилен (РЕ) выбран из первичного полиэтилена высокой плотности (vHDPE), первичного полиэтилена средней плотности (vMDPE), вторичного полиэтилена высокой плотности (rHDPE), вторичного полиэтилена средней плотности (rMDPE) и их смесей.
7. Композиция полиэтилена по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что неорганический наполнитель выбран из СаСО3 и талька.
8. Композиция полиэтилена по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что композиция имеет содержание геля в пределах от 10 до 40 масс. % от общей массы базового полимера, как измерено согласно ASTM D 2765:2006.
9. Композиция полиэтилена по п. 1 или 2, характеризующаяся тем, что композиция имеет модуль упругости при изгибе, определенный согласно ISO 178, более чем 84 МПа.
10. Композиция полиэтилена по п. 9, характеризующаяся тем, что композиция дополнительно имеет удлинение при разрыве, определенное согласно ISO 527-2, более чем 2%.
11. Композиция полиэтилена по п. 9 или 10, характеризующаяся тем, что композиция имеет дополнительно разрушающее напряжение при растяжении, определенное согласно ISO 527-2, более чем 13 МПа.
12. Композиция полиэтилена по любому из пп. 9-10, характеризующаяся тем, что композиция имеет дополнительно предельное напряжение текучести, определенное согласно ISO 527-2, более чем 15 МПа.
13. Способ получения композиции полиэтилена по любому из пп. 1-12, характеризующейся тем, что указанный способ включает стадии:
a) подачи ингредиентов во впускное отверстие питателя устройства для компаундирования;
b) компаундирования ингредиентов, которое проводят при использовании гомогенизации ингредиентов, поданных во впускное отверстие, и повышением температуры до температуры выше точки плавления ингредиента базового термопластичного полимера, с получением смеси компаунда;
c) необязательно охлаждение указанной смеси компаунда и гранулирование.
14. Способ получения формованного изделия, содержащего композицию полиэтилена по любому из пп. 1-12, или композицию полиэтилена, полученную при использовании способа по п. 13, характеризующийся тем, что указанный способ включает дополнительную стадию формования указанной композиции полиэтилена при использовании стадии литья.
15. Применение композиции полиэтилена по любому из пп. 1-12 в инфраструктуре, строительстве жилых и общественных зданий, инженерии и упаковке для снижения углеродного следа на стадии получения изделия.
