Способ получения огнестойких древесно-полимерных композитов на основе вторичных полиолефинов
Владельцы патента RU 2703539:
Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") (RU)
Изобретение относится к технологии получения высоконаполненных огнестойких древесно-полимерных композиционных (ДПК) материалов, используемых в строительстве, мебельной промышленности, машиностроении и других отраслях промышленности. Способ включает сушку компонентов композита, их смешение и термоформование путем экструзии в экструзионной установке типа Co-Kneader при температуре переработки от 120°С до 150°С со скоростью вращения шнека от 350 до 450 об/мин и последующей грануляции. При этом композит содержит от 5,0 до 10,0 мас.ч. вторичного полиолефина, от 29,5 до 38,5 мас.ч. древесного наполнителя, от 5,0 до 10,0 мас.ч. антипирирующей и синергетической наноразмерной добавки и от 0,5 до 1,5 мас.ч. технологической добавки. В состав антипирирующей и синергетической наноразмерной добавки входит фосфорсодержащий антипирен, органически модифицированная синтетическая глина на основе Mg-Al слоистых двойных гидроксидов и наноразмерный борат цинка. Полученный огнестойкий ДПК на основе вторичных полиолефинов обладает высокими эксплуатационными характеристиками. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 17 табл., 6 пр.
Изобретение относится к технологии получения огнестойких древесно-полимерных композиционных материалов (ДПК) и может быть использовано в строительстве, автомобилестроении, судостроении, машиностроении, мебельной и других отраслях промышленности.
Известен способ получения огнестойкого ДПК (Патент CN №101851362, 2010). Огнестойкий ДПК включает следующие компоненты в мас. %: 25-70 полиолефиновой смолы, 5-50 растительных волокон, 0,5-20 компотибилизатора, 0-30 пластификатора, 0,5-8 диспергатора, 5-40 антипирена и сенергетических добавок, 0-1 антиоксиданта. ДПК получают одностадийным способом получения методом литья под давлением. Основными недостатками данного изобретения являются относительно невысокий уровень физико-механических свойств и огнестойкости, низкая технологичность, ограничивающая технологию переработки композитов в изделия только методами прессования и/или литья под давлением.
Известен патент получения огнестойкого ДПК (Патент CN №100374493 С, 2008), Заявленный композит содержит в мас. %: 15-32 полиолефинов или их смесей; 5-70 натуральных волокон; 7-40 полифосфата аммония; 0-20 углеродного агента; 3-10 пенообразователя; 1-10 технологических добавок. Вышеуказанные компоненты смешивают методом экструзии и перерабатываются в готовую продукцию. Недостатками данного изобретения являются несоответствие современным требованиям огнестойкости материала, большое количество антипирена полифосфата аммония в составе композита, который при переработке разлагается и поглощает влагу.
Известен способ получения высоконаполненного ДПК на основе поливинилхлорида (Патент RU 2527468, 2013). Способ получения высоконаполненного ДПК заключается в предварительной обработке древесной муки водным раствором связующего агента - кремнезоля с последующим тщательным перемешиванием и сушкой до постоянной массы при температуре 100±2°C и дальнейшим смешением обработанной древесной муки, ПВХ, комплексного термостабилизатора и модификатора ударной прочности. При этом ПВХ предварительно обрабатывают связующим агентом, содержащим 0,1-2,5 вес. ч. кремнезоля, тщательно перемешивают, сушат до постоянной массы при температуре 60±2°C, а древесную муку обрабатывают связующим агентом, содержащим 0,1-4,9 вес. ч. кремнезоля. Недостатками данного изобретения являются низкие покатели огнестойкости, использование ПВХ в составе композитов, горение которых сопровождается выделением токсичных соединений и сложность технологического процесса получения ДПК.
Наиболее близкой по технической сущности к достигаемому техническому результату является огнестойкий ДПК на основе полиолефинов и способ его получения (Патент CN №102321374, 2012). Огнестойкий ДПК содержит, в вес. ч.: 30-70 лигноцеллюлозного материала, 2-8 технологических добавок, 0,5-4 силановых соединений, 20-50 полиолефинов, 0,01-антиоксиданта, 8-30 нанометровых неорганических антипиренов, 0-5 минеральных наполнителей. Лигноцеллюлозный материал, технологические добавки, силановые соединения и полиолефины смешивают в высокоскоростном смесителе при температуре 40-120°C 3-10 минут, затем снижают температуру до 40-60°C, добавляют антиоксиданты, наноразмерные антипирены и минеральные наполнители, а затем смешивают еще 5-20 минут. Далее полученная смесь проходит стадию экструзии (температура переработки - 140-190°C) на двушнековом экструдере и стадию грануляции. Основными недостатками изобретения являются сложность технологического оформления процесса получения ДПК и низкие показатели огнестойкости.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение заключаетсяв получении огнестойкого ДПК на основе вторичных полиолефинов с высокими эксплуатационными характеристиками и упрощении способа его получения.
Технический результат достигается тем, что способ получения огнестойкого ДПК, который содержит в вес. ч. компоненты:
- вторичные полиолефины 5,0-10,0,
- древесный наполнитель 29,5-38,5,
- антипирирующие добавки 5,0-10,0,
- технологические добавки 0,5-1,5,
включает сушку компонентов, их смешение и высокоскоростную экструзию с параметрами:
- температура зон переработки - 120-150°C,
- скорость вращения шнека - 350-450 об/мин.
Характерной особенностью заявленного технического решения является наличие в составе композита вторичных полиолефинов, в частности, полиэтилена высокой плотности, полиэтилена низкой плотности, полипропилена и/или их смеси. Входящие в состав огнестойкого ДПК вторичные полиолефины в соответствии с настоящим изобретением имеют плотность 0.89-0.96 г/см3 и показатель текучести расплава (ПТР) (измеряется в соответствии ГОСТ 11645-73, при нагрузке 2,16 кг, в 190°C) 4-40 г/10 мин.
В качестве древесного наполнителя используют опилки или древесную муку. Размер древесных частиц порядка 60-80 меш (число отверстий на линейный дюйм), влажность не более 12%.
Ниже представлены основные компоненты (кроме древесного компонента) представляющие собой в совокупности антипиреновую и синергитическую добавки.
Огнестойкая наноструктурированная синергетическая добавка (ОСД):
Фосфорсодержащие антипирены:
Exolit OP 1240 - органический фосфинат.
PhosliteB85AX - металл фосфинат.
Азотсодержащие антипирены:
MelapurMC - цианурат меламина.
Melapur 200 - полифосфат меламина.
Наноразмерные антипиреновые добавки:
PerkaliteF 100 - это органически модифицированная синтетическая глина на основе Mg-Al слоистых двойных гидроксидов.
PerkaliteFR 100 - это органически модифицированная огнестойкая синтетическая глина на основе Mg-Al слоистых двойных гидроксидов.
NZnB - наноразмерный борат цинка.
В качестве технологических добавок используют:
Irganox 1010 - антиоксидант фенольного типа. Производитель: Ciba, Швейцария.
Irgafos 168 - антиоксидант.
Lotader AX8900 - сополимер этилена, эфира акриловой кислоты и глицидилметакрилат.
Polybond 1009 - химически модифицированный полиолефин.
Acrawax С - N,N’-этиленбис(стеарамид).
Licowax Е - смазка для полимеров.
Powersil Paste АР - смазка для полимеров.
Получение ДПК осуществляется с помощью высокоскоростной экструзионной установки типа Co-Kneader по технологической схеме, приведенной на фигуре 1.
1 - вторичные полиолефины; 2 - смесь антипирирующих и технологических добавок;
3 - первая зона экструдера; 4 - вторая зона экструдера;
5 - третья зона экструдера; 6 - четвертая зона экструдера;
7 - помпа расплава; 8 - головка экструдера;
9 - гранулятор; 10 - гранулы огнестойкого ДПК.
Принцип работы экструдера основан на возвратно-поступательном движении шнека, что обеспечивает высокое качество смешения исходного сырья. Экструдер предназначен специально для получения полимерных композитов с высоким содержанием наполнителей. Выступы на шнеке имеют разрывы, что позволяет более эффективно работать со штифтами, расположенными в три ряда на стенках цилиндра. Взаимодействие между вращающимися шлицами и неподвижными штифтами обеспечивает дисперсионное и дистрибутивное смешивание одновременно.
Примеры реализации изобретения
Пример 1. Берут: вторичный полиэтилен - 5 кг, древесный наполнитель - 38,5 кг, органический фосфинат 2 кг, органически модифицированная синтетическая глина на основе Mg-Al слоистых двойных гидроксидов - 2 кг, наноразмерный борат цинка - 1 кг, ирганокс 1010 - 0,5 кг, малеинизированный полиэтилен - 0,5 кг, парафин - 0,5 кг и предварительно перемешивают механическим способом, загружают в дозаторы, затем при постоянном перемешивании компоненты подаются в рабочую зону экструдера. Температура зонной переработки составляет: в первой зоне экструдера 130°C, во второй зоне - 140°C, в третьей зоне - 150°C, в четвертой - 120°C. Шнек перемешивает и выдавливает расплав через фильтрующую сетку (фильеру) в формующую головку (стренговую головку). Скорость вращения шнека составляет 450 об/мин.
Примеры 2-6 аналогичны примеру 1, отличаются разными рецептурами составов ДПК.
В таблицах 14-16 представлены составы предлагаемых древесно-полимерных композитов, примеры режимов получения и приведены свойства древесно-полимерных композитов по примерам.
Таким образом, заявленный способ получения огнестойкого ДПК сочетает в себе высокую огнестойкость соответствующая классу B1, В2 согласно ГОСТ 30402-96, классу Г1, Г2 согласно ГОСТ 30244-94, технологичность, экологическую безопасность и высокие эксплуатационные свойства. ДПК материалы на основе вторичного полимерного сырья соответствуют классам пожарной безопасности КМ1, КМ2 по ГОСТ 30403-96.
1. Способ получения древесно-полимерного композита, включающий сушку компонентов композита, их смешение и термоформование путем экструзии в экструзионной установке типа Co-Kneader при температуре переработки от 120°С до 150°С со скоростью вращения шнека от 350 до 450 об/мин и последующей грануляции, при этом композит содержит от 5,0 до 10,0 мас.ч. вторичного полиолефина, от 29,5 до 38,5 мас.ч. древесного наполнителя, от 5,0 до 10,0 мас.ч. антипирирующей и синергетической наноразмерной добавки и от 0,5 до 1,5 мас.ч. технологической добавки, причем антипирирующая и синергетическая наноразмерная добавка включает фосфорсодержащий антипирен, органически модифицированную синтетическую глину на основе Mg-Al слоистых двойных гидроксидов и наноразмерный борат цинка.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторичный полиолефин выбран из группы, включающей вторичный полиэтилен, вторичный полипропилен, сополимер этилена и полипропилена или их смесь.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве древесного наполнителя используют опилки или древесную муку, имеющие влажность не более 12% и размер древесных частиц от 60 до 80 меш.
4.Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего антипирена используют органический фосфинат и/или металл фосфинат, а технологическая добавка выбрана из группы, включающей антиоксиданты, малеинизированный полиэтилен и парафин или их смеси.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав антипирирующей и синергетической наноразмерной добавки дополнительно вводят азотсодержащий антипирен, выбранный из группы, включающей цианурат меламина, полифосфат меламина или их смеси.
