СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК C08J3/00 B82B1/00 

Изобретения относятся к производству органонаполненных композиций, которые используются в технологии производства строительных материалов, упаковки, автомобилестроении и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ получения полимерной композиции, осуществляемый следующим образом. Последовательно осуществляют загрузку компонентов в лопастной смеситель: полимер, целевые добавки, наполнитель. Температура смешивания компонентов - 200,5°C. Осуществляют предварительный нагрев композиции в материальном цилиндре червячного пресса до температуры 125±0,5°C (первая температурная зона). Далее осуществляют прессование композиции в червячном прессе с прохождением ее через вторую (130°C), третью (140°C) и четвертую (145°C) температурные зоны материального цилиндра червячного пресса. Формование поперечного сечения профильно-погонажного изделия осуществляют в фильерной головке червячного пресса при температуре +150°C. Охлаждение готового изделия водяное до температуры 60°C осуществляют в калибрующем устройстве после выхода изделия из профилирующей фильерной головки. (Патент РФ N 2005752, кл. C08L 97/02, опубликован 15.01.1994 г.).

Наиболее близким к заявленному способу получения полимерной композиции, выбранному в качестве прототипа, является способ получения древесно-полимерной композиции, осуществляемый следующим образом.

Измельченный древесный наполнитель, преимущественно влажный, обрабатывают полиэлектролитом и далее сушат. Затем сухой наполнитель пропитывают мономером, причем пропитка может быть осуществлена на завершающей стадии сушки древесного наполнителя, например, непосредственно перед циклоном-осадителем или в дозаторе бункера сухой стружки. Далее изготовленный наполнитель смешивают с остальными компонентами смеси, также поступающими через дозирующие устройства. При необходимости осуществляют предварительное смешение термопластичного полимера с перекисью и целевыми добавками. Полученную композицию затем перерабатывают методом прессования и экструзии.

(Патент РФ N 2132347, кл. C08L 97/02, опубликован 27.06.1999 г.).

Недостатками известного способа получения полимерной композиции являются применение специальных установок, что приводит к увеличению времени протекания технологического процесса и трудоемкости в эксплуатации оборудования.

Решаемой технической задачей является снижение времени протекания технологического процесса, трудоемкости изготовления, стоимости.

Решение технической задачи в способе получения полимерной композиции в его первом варианте, включающем измельчение и сушку органического наполнителя, смешение его с целевыми добавками, смешение органического наполнителя и целевых добавок с высокомолекулярным соединением, компаундирование указанных компонентов, грануляцию композиции, достигается тем, что измельчение органического наполнителя в количестве от 10 до 89,99 мас.% осуществляют до размеров частиц от 1 до 20000 мкм, его сушку осуществляют до содержания влаги от 0 до 50 мас.%, смешение органического наполнителя с целевыми добавками осуществляют в количестве от 0,001 до 20 мас.%, смешение компонентов с высокомолекулярным соединением осуществляют в количестве от 10 до 89,99 мас.%, введение модифицирующей добавки в виде наноразмерных частиц от 0,0001 до 50 мас.% осуществляют после грануляции композиции, во всю массу полученного гранулята сухим шаржированием.

Решение технической задачи в способе получения полимерной композиции в его втором варианте, включающем измельчение и сушку органического наполнителя, смешение его с целевыми добавками, смешение органического наполнителя и целевых добавок с высокомолекулярным соединением, компаундирование указанных компонентов, грануляцию композиции, достигается тем, что измельчение органического наполнителя в количестве от 10 до 89,99 мас.% осуществляют до размеров частиц от 1 до 20000 мкм, его сушку осуществляют до содержания влаги от 0 до 50 мас.%, смешение органического наполнителя с целевыми добавками осуществляют в количестве от 0,001 до 20 мас.%, смешение компонентов с высокомолекулярным соединением осуществляют в количестве от 10 до 89,99 мас.%, на стадии компаундирования в получаемую композицию осуществляют введение гранулята с содержанием модифицирующей добавки до 50 мас.% в виде наноразмерных частиц.

Данные способы решают проблему введения и равномерного распределения модифицирующей добавки в виде наноразмерных частиц в полимерной матрице, что достаточно проблематично на сегодняшний день, так как требует дополнительных операций и специального оборудования, а отсутствие операции по дополнительной обработке древесного наполнителя по прототипу снижает трудозатраты и время получения композиции с высокими физико-механическими характеристиками.

Полимерную композицию на основе органического наполнителя по первому варианту способа получают следующим образом. Осуществляют измельчение (размер частиц от 1 до 20000 мкм) и сушку (влажность в пределах от 0 до 50 мас.%) органического наполнителя в количестве от 10 до 89,99 мас.%, в качестве которого могут быть использованы, например, древесная стружка, отходы лесопиления, рисовая шелуха, целлюлозосодержащие отходы сельскохозяйственного или текстильного производства и т.д.

Приготовленный наполнитель смешивают с целевыми добавками в количестве от 0,001 до 20 мас.% (например, аппретирующие добавки и/или пластификаторы и/или лубриканты и/или антистатики и/или антипирены и/или антимикробные агенты и/или вспенивающие агенты и/или красители (органические красители жирорастворимые или кубовые, обладающие высокой красящей способностью и достаточной цветостойкостью (красный С, желтый Ж, кубовый ярко-оранжевый КХ, придает изделию нарядный вид) и/или минеральные наполнители, так же могут применяться например, отвердители, ускорители, замедлители сшивки и т.д., - в зависимости от способа переработки композиции в изделие и вида полимерного связующего), а затем и с высокомолекулярным соединением в количестве от 10 до 89,99 мас.%.

В качестве высокомолекулярного соединения используют, например, термопласты (первичные и/или вторичные) например, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат и т.д.; и/или их сополимеры, например, сополимеры пропилена и этилена и т.д.; и/или смеси полимеров и сополимеров, например, этилен-пропиленовый каучук и полипропилен и т.д.; реактопласты, например, фенолформальдегидная смола и т.д. и/или их сополимеры и/или смеси полимеров и сополимеров, с температурой плавления от 4 до 400°C.

Далее полученную смесь компаундируют (пластикация и гомогенизация), гранулируют. После чего получается гранулированная композиция с равномерно распределенными частицами наполнителя, в которую, затем, вводится модифицирующая добавка в виде наноразмерных частиц в количестве от 0,0001 мас.% до 50 мас.% сухим шаржированием Процесс осуществляют при температуре от 0 до 200°C, частоте вращения установки, регулируемой в пределах от 0 до 3000 об/мин., при заданном давлении от 0 до 20,265 МПа или вакууме, в течение заданного времени от 0 до 24 часов, с применением наночастиц (нанопроводники, нановолокна, нанотрубки, сферические фуллерены, различные сочетания дендритных форм, наночастицы с нанопористой матричной структурой, многостенные нанотрубки, нанопластины и т.д.), один из линейных размеров которых находится в субмикронном диапазоне (менее 1000 нм), например, однослойные углеродные нанотрубки, многослойные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна, наношихта, наноалмазы, фуллереновые нанотрубки, наноглина и т.д., предварительно обработанных или необработанных поверхностно-активными веществами, при этом происходит индивидуализация и внедрение частиц в состав гранул.

Полимерную композицию на основе органического наполнителя, по второму варианту способа, получают следующим образом. Осуществляют измельчение (размер частиц от 1 до 20000 мкм) и сушку (влажность в пределах от 0 до 50 мас.%) органического наполнителя в количестве от 10 до 89,99 мас.%, в качестве которого могут быть использованы, например, древесная стружка, отходы лесопиления, рисовая шелуха, целлюлозосодержащие отходы сельскохозяйственного или текстильного производства и т.д.

Приготовленный наполнитель смешивают с целевыми добавками в количестве от 0,001 до 20 мас.% (например, аппретирующие добавки и/или пластификаторы и/или лубриканты и/или антистатики и/или антипирены и/или антимикробные агенты и/или вспенивающие агенты и/или красители (органические красители жирорастворимые или кубовые, обладающие высокой красящей способностью и достаточной цветостойкостью (красный С, желтый Ж, кубовый ярко-оранжевый КХ, придает изделию нарядный вид) и/или минеральные наполнители, так же могут применяться например, отвердители, ускорители, замедлители сшивки и т.д., - в зависимости от способа переработки композиции в изделие и вида полимерного связующего), а затем и с высокомолекулярным соединением в количестве от 10 до 89,99 мас.%.

В качестве высокомолекулярного соединения используют, например, термопласты (первичные и/или вторичные), например, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат и т.д.; и/или их сополимеры, например, сополимеры пропилена и этилена и т.д.; и/или смеси полимеров и сополимеров, например, этилен-пропиленовый каучук и полипропилен и т.д.; реактопласты, например, фенолформальдегидная смола и т.д., и/или их сополимеры и/или смеси полимеров и сополимеров, с температурой плавления от 4 до 400°C.

Далее полученную смесь компаундируют (пластикация и гомогенизация). На этой стадии в получаемую композицию осуществляют введение гранулята с содержанием модифицирующей добавки в количестве до 50 мас.% для получения гранулированной композиции с необходимой концентрацией наноразмерных частиц (нанопроводники, нановолокна, нанотрубки, сферические фуллерены, различные сочетания дендритных форм, наночастицы с нанопористой матричной структурой, многостенные нанотрубки, нанопластины и т.д.), один из линейных размеров которых находится в субмикронном диапазоне (менее 1000 нм), например, однослойные углеродные нанотрубки, многослойные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна, наношихта, наноалмазы, фуллереновые нанотрубки, наноглина и т.д. от 0,0001 до 50 мас.%.

Измельчение органического наполнителя, по обоим вариантам предложенного способа, может быть осуществлено, например, посредством устройства, описанного в журнале «ЛесПромИнформ» №2 (68) за 2010 год, с.92-102.

Сушка органического наполнителя, по обоим вариантам предложенного способа, может быть осуществлена, например, с помощью сушильных камер, описанных в журнале «Деловой лес» №3(50) (март 2005), №6(42) (июнь-июль 2004), «Лесной Эксперт» №14 (январь-февраль 2004), №15 (март-апрель 2004), №21 (декабрь 2004), О.А. Кизина, А.Л. Адамович, Ю.Г. Грозберг «Анализ современных методов и оборудования для сушки древесины», Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. В, Прикладные науки. - 2011. - N 3. - С.32-37, «Расчет и проектирование сушильных установок», Государственное энергетическое издательство, М., 1963, с.109-113, 119-121.

Измельчение и сушку органического наполнителя, по обоим вариантам предложенного способа, можно также осуществить посредством устройства, описанного в патенте RU 103754 U1, 21.10.2010.

Смешение компонентов композиции, по обоим вариантам предложенного способа, может быть осуществлено, например, в смесительных аппаратах, описанных в литературе Д.Д. Рябинин, Ю.Е. Лукач «Смесительные машины для пластмасс и резиновых смесей». - М: Машиностроение, 1972. - 272 с., Ю.И. Макаров «Аппараты для смешения сыпучих материалов». - М.: Машиностроение, 1973. - 216 с.

Компаундирование и грануляцию композиции, по обоим вариантам предложенного способа, можно осуществить, например, в миксерах или экструдерах, описанных в журнале «Полимерные материалы. Изделия, оборудование, технологии», 25.04.2011 г., «Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология» учеб. пособие / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, B.C. Головкин и др.; под ред. А.А. Берлина. - Спб.: Профессия, 2008. - 560 с, с.344-348.

Шаржирование можно осуществить, например, способом, описанным в литературе Н.И. Макленко «Слесарное дело с основами материаловедения», 1976 г. стр.393, с помощью ручного валка; «Перемешивание и аппараты с мешалками», перевод с польск. под ред. И.А. Щупляка, Л.: «Химия», 1975, 384 с., с.353, с помощью смесителя периодического действия с вращающейся камерой.

Полученную по двум вариантам гранулированную композицию можно перерабатывать в изделия литьем под давлением, экструзией, прессованием, формованием и другими возможными способами [Отчет Академии Коньюктуры Промышленных Рынков «Рынок древесно-полимерных композиционных материалов в России» от 10.06.2010 г., журнал «Фурнитура и деревообработка», №4 от 11.2005 г, журнал «Дерево. RU», №№1-3/2008, стр.78-92, №4-2008, стр.88-94, «Основы технологии переработки пластмасс» / Под редакцией В.Н. Кулезнева, В.К. Гусева, М. Химия, 2004, стр.331-545.

Изделия из полимерной композиции на основе органического наполнителя, полученной по обоим вариантам предложенного способа, устойчивы к атмосферным явлениям, хорошо обрабатываются режущим инструментом, шлифуются, покрываются грунтами, лаками и красками, не деформируются от влаги.

На основе вышеприведенных ссылок (стр.7-8) рассмотрим примеры конкретной реализации способа получения полимерной композиции по его обоим вариантам.

Пример первый конкретной реализации по первому варианту предложенного способа.

В установку для сушки и измельчения органического наполнителя (импеллерная мельница) загружают органический наполнитель, в качестве которого используют древесные опилки, температура переработки составляет 92°C. Далее полученную древесную муку загружают в лопастной смеситель в количестве 80 кг (57,61% из расчета на всю композицию), фракции 560 мкм, влажностью 25%, температура нагрева составляет 90°C, процесс проводят до достижения заданной температуры. Далее взвешивают необходимое количество полимерного связующего из расчета на древесную муку, чтобы получить соотношение древесная мука/полимер=70/30. Из расчета на один замес смесителя выходит 80*30/70=34,3 кг (24,7% из расчета на всю композицию) необходимо полимерного связующего, в качестве которого применяется полиэтилен высокой плотности с показателем текучести расплава от 1,5 г/мин.

Затем производится расчет целевых добавок. Лубрикантом служит стеарат цинка, в количестве 4% от массы полиэтилена и составляет 34,3*4/100=1,37 кг (1% из расчета на всю композицию). Компатибилизатор в данной рецептуре - малеинизированный полиэтилен 3% от массы полиэтилена, количество которого равняется 34,3*3/100=1 кг (0,72% из расчета на всю композицию). В качестве минерального наполнителя применяется карбонат кальция размером частиц 120 мкм в количестве 15% от общего количества полиэтилена и древесной муки и составляет (80+34,3)*15/100=17,1 кг (12,31% из расчета на всю композицию). Пространственно-затрудненный фенольный антиоксидант добавляется в количестве 1,5% из расчета на полиэтилен и составляет 34,3*1,5/100=0,5 кг (0,36% из расчета на всю композицию). Пигмент железоокисный составляет 4% от общей массы полиэтилена и древесной муки, (80+34,3)*4/100=4,6 кг (3,31% из расчета на всю композицию). Общее количество целевых добавок, введенных в композицию составляет 17,69%.

По достижении заданной температуры в смеситель загружают полиэтилен и целевые добавки. Температура смешивания 115°C.

Далее смесь засыпают в двухшнековый экструдер - гранулятор, температура переработки смеси от 135°C в зоне загрузки до 157°C на фильере, число оборотов шнеков 1500 об./мин., после чего в готовые гранулы вводят модифицирующую добавку в виде наноразмерных частиц сухим шаржированием в смесителе типа «пьяная бочка» при температуре 90°C, атмосферном давлении и скорости вращения камеры 57 об/мин. В качестве модифицирующей добавки применяются многослойные углеродные нанотрубки их вводят в количестве 0,139 гр., наружный диаметр которых колеблется в пределах от 20 до 70 нм, а длина составляет от 2 мкм, таким образом, получается композиция с содержанием наномодифицирующей добавки 0,0001%. Затем из модифицированных гранул изготавливают профилированное изделие методом непрерывной экструзии.

Результаты испытаний модифицированного материала и изделия из него показывают, по сравнению с немодифицированной композицией, увеличение прочностных характеристик (прочность при растяжении, прочность при изгибе) в среднем на 13,1%, увеличивается стойкость к агрессивному воздействию окружающей среды на 8,9%, определяемая с помощью экспресс анализатора разрушения под воздействием атмосферных явлений. Технический результат выражен в снижении времени протекания технологического процесса за счет применения сухого шаржирования и отсутствия операции дополнительной обработки органического наполнителя, что соответственно снижает трудоемкость и стоимость материала.

Пример второй конкретной реализации по первому варианту предложенного способа.

Загружают в импеллерную мельницу органический наполнитель, в качестве которого применяется солома, температура переработки составляет 87°C. Измельченную солому (соломенная мука) загружают в лопастной смеситель в количестве 70 кг (51,73% из расчета на всю композицию), фракции 200 мкм влажностью 10%, температура составляет 78°C, процесс нагревания проводят до достижения заданной температуры. Далее взвешивают необходимое количество полимерного связующего из расчета на соломенную муку, чтобы получить соотношение соломенная мука/полимер=60/40. Из расчета на один замес смесителя выходит 70*40/60=46,7 кг (34,51% из расчета на всю композицию) необходимо полимерного связующего, в качестве которого применяется блок-сополимер полипропилена с этиленом с показателем текучести расплава от 21 г/мин.

Затем производится расчет целевых добавок. Лубрикантом служит стеарат цинка, в количестве 1,5% от массы сополимера и составляет 46,7*1,5/100=0,7 кг (0,52% из расчета на всю композицию). Компатибилизатор в данной рецептуре - малеинизированный полипропилен 3% от массы сополимера, количество которого равняется 46,7*3/100=1,4 кг (1,03% из расчета на всю композицию). В качестве минерального наполнителя применяется микротальк размером частиц 10 мкм в количестве 10% от общего количества сополимера и соломенной муки и составляет (70+46,7)*10/100=11,7 кг (8,65% из расчета на всю композицию). Пространственно-затрудненный фенольный антиоксидант добавляется в количестве 1% из расчета на сополимер и составляет 46,7*1/100=0,5 кг (0,37% из расчета на всю композицию). В качестве пигмента применяется углерод технический канальный и составляет 2% от общей массы сополимера и соломенной муки, (70+46,7)*2/100=2,3 кг (1,7% из расчета на всю композицию). Общее количество целевых добавок, введенных в композицию составляет 12,27%.

По достижении заданной температуры в смеситель загружают полипропилен и целевые добавки. Температура смешивания 120°C.

Далее смесь засыпают в двухшнековый экструдер - гранулятор, температура переработки смеси от 164°C в зоне загрузки до 181°C на фильере, количество оборотов шнеков составляет 1300 об/мин. В готовые гранулы вводят модифицирующую добавку в виде наноразмерных частиц сухим шаржированием в смесителе типа «пьяная бочка» при температуре 107°C, давлении 0,1 МПа и скорости вращения камеры 72 об/мин. В качестве модифицирующей добавки применяются многослойные углеродные нанотрубки в количестве 2,03 кг, наружный диаметр которых колеблется в пределах от 20 до 70 нм, а длина составляет от 2 мкм и получают композицию с содержанием модифицирующей добавки 1,5%. Затем из модифицированных гранул изготавливают автомобильную деталь литьем под давлением.

Результаты испытаний образцов, изготовленных по стандартам для пластмасс, и изделий из модифицированного материала, по сравнению с немодифицированной композицией, показывают улучшение эксплуатационных характеристик (прочность на разрыв, стойкость к истиранию) в среднем на 23,2%; стойкость к агрессивному воздействию окружающей среды (стойкость к изменению цвета, расслаиванию, растрескиванию, охрупчиванию) увеличивается на 16,5%, снижение времени протекания технологического процесса за счет сухого шаржирования и отсутствия операции дополнительной обработки органического наполнителя, что соответственно снижает трудоемкость и стоимость материала.

Пример третий конкретной реализации по первому варианту предложенного способа.

В установку для сушки и измельчения органического наполнителя (импеллерная мельница) загружают органический наполнитель, в качестве которого используют древесные опилки, температура переработки составляет 96°C. Далее полученную древесную муку загружают в лабораторный лопастной смеситель в количестве 1 кг (17,36% из расчета на всю композицию), фракции 180 мкм, влажностью 4,5%. Далее взвешивают необходимое количество полимерного связующего из расчета на древесную муку, чтобы получить соотношение древесная мука/полимер=40/60, что составляет 1*60/40=1,5 кг (26,05% из расчета на всю композицию) необходимо полимерного связующего, в качестве которого применяется полипропилен и загружают в смеситель.

Затем производится расчет целевых добавок. Лубрикантом служит стеариновая кислота, в количестве 1,2% от массы полимера и составляет 1,5*1,2/100=0,018 кг (0,31% из расчета на всю композицию). Компатибилизатор в данной рецептуре - малеинизированный полипропилен 3% от массы полимера, количество которого равняется 1,5*3/100=0,045 кг (0,78% из расчета на всю композицию). В качестве минерального наполнителя применяется тальк размером частиц 5 мкм в количестве 10% от общего количества полимера и древесной муки и составляет (1+1,5)*10/100=0,25 кг (4,34% из расчета на всю композицию). Модификатор ударопрочности термопластичный вулканизат марки Santoprene в количестве 0,6% от массы полипропилена 1,5*0,6/100=0,009 кг (0,16% из расчета на всю композицию). Пространственно-затрудненный фенольный антиоксидант добавляется в количестве 0,5% из расчета на полимер и составляет 1,5*0,5/100=0,0075 кг (0,13% из расчета на всю композицию). В качестве пигмента применяется углерод технический канальный и составляет 2% от общей массы полимера и древесной муки, (1+1,5)*2/100=0,05 кг (0,87% из расчета на всю композицию). Общее количество целевых добавок, введенных в композицию составляет 6,59%. Все добавки загружают в лабораторный смеситель, перемешивают (150 об/мин) при комнатной температуре.

Далее смесь засыпают в лабораторный двухшнековый экструдер -гранулятор, температура переработки смеси от 175°C в зоне загрузки до 197°C на фильере, число оборотов шнеков 700 об./мин., после чего в готовые гранулы вводят модифицирующую добавку в виде наноразмерных частиц сухим шаржированием в смесителе типа «пьяная бочка» при температуре 77°C, атмосферном давлении и скорости вращения камеры 60 об/мин. В качестве модифицирующей добавки применяются детонационные наноалмазы, их вводят в количестве 2,88 кг, таким образом, получается композиция с содержанием наномодифицирующей добавки 50%.

Результаты испытаний модифицированного материала показывают, по сравнению с немодифицированной композицией, увеличение прочностных характеристик (прочность при разрыве) на 76,1%, увеличивается стойкость к агрессивному воздействию окружающей среды на 10,9%, определяемая с помощью экспресс анализатора разрушения под воздействием атмосферных явлений. Технический результат выражен в снижении времени протекания технологического процесса за счет применения сухого шаржирования и отсутствия операции дополнительной обработки органического наполнителя, что соответственно снижает трудоемкость и стоимость материала.

Пример первый конкретной реализации по второму варианту предложенного способа.

Загружают в импеллерную мельницу органический наполнитель, в качестве которого применяется солома, температура переработки составляет 87°C. Измельченную солому (соломенная мука) загружают в лопастной смеситель в количестве 70 кг (52,51% из расчета на всю композицию), фракции 200 мкм влажностью 10%, температура составляет 78°C, процесс нагревания проводят до достижения заданной температуры. Далее взвешивают необходимое количество полимерного связующего из расчета на соломенную муку, чтобы получить соотношение соломенная мука/полимер=60/40. Из расчета на один замес смесителя выходит 70*40/60=46,7 кг (35,03% из расчета на всю композицию) необходимо полимерного связующего, в качестве которого применяется полипропилен с показателем текучести расплава 20 г/мин.

Затем производится расчет целевых добавок. Лубрикантом служит стеарат цинка, в количестве 1,5% от массы полипропилена и составляет 46,7*1,5/100=0,7 кг (0,53% из расчета на всю композицию). Компатибилизатор в данной рецептуре - малеинизированный полипропилен 3% от массы полипропилена, количество которого равняется 46,7*3/100=1,4 кг (1,05% из расчета на всю композицию). В качестве минерального наполнителя применяется микротальк размером частиц 10 мкм в количестве 10% от общего количества полипропилена и соломенной муки и составляет (70+46,7)*10/100=11,7 кг (8,78% из расчета на всю композицию). Пространственно-затрудненный фенольный антиоксидант добавляется в количестве 1% из расчета на полипропилен и составляет 46,7*1/100=0,5 кг (0,38% из расчета на всю композицию). В качестве пигмента применяется углерод технический канальный и составляет 2% от общей массы полипропилена и соломенной муки, (70+46,7)*2/100=2,3 кг (1,73% из расчета на всю композицию). Общее количество целевых добавок, введенных в композицию составляет 12,45%.

По достижении заданной температуры в смеситель загружают полипропилен и целевые добавки. Температура смешивания 120°C.

Далее смесь засыпают в двухшнековый экструдер - гранулятор, температура переработки смеси от 160°C в зоне загрузки до 189°C на фильере, количество оборотов шнеков составляет 1300 об/мин. В готовые гранулы вводят модифицирующую добавку в виде наноразмерных частиц сухим шаржированием в смесителе типа «пьяная бочка» при температуре 107°C, давлении 0,1 МПа и скорости вращения камеры 72 об/мин. В качестве модифицирующей добавки применяются многослойные углеродные нанотрубки в количестве 3,46 гр. (что составляет 0,0026% из расчета на всю композицию), наружный диаметр которых колеблется в пределах от 20 до 70 нм, а длина составляет от 2 мкм. Модифицированные гранулы вводят в полученную по вышеприведенной рецептуре новую смесь в количестве 133,3 кг на стадии компаундирования с помощью дозатора и получают готовые гранулы с концентрацией наномодифицирующей добавки 0,0013%, из которых изготавливают изделие литьем под давлением.

Результаты испытаний образцов, изготовленных по стандартам для пластмасс, и изделий из модифицированного материала, по сравнению с немодифицированной композицией, показывают улучшение эксплуатационных характеристик (прочность на разрыв, устойчивость к истиранию) в среднем на 11,2%; стойкость к агрессивному воздействию окружающей среды (стойкость к изменению цвета, расслаиванию, растрескиванию, охрупчиванию) увеличивается на 6,5%, снижение времени протекания технологического процесса за счет сухого шаржирования и отсутствия операции дополнительной обработки органического наполнителя, что соответственно снижает трудоемкость и стоимость материала.

Пример второй конкретной реализации по второму варианту предложенного способа.

В импеллерную мельницу загружают органический наполнитель в виде древесных опилок, температура переработки составляет 96°C.

Полученную древесную муку загружают в лопастной смеситель в количестве 90 кг (36,41% из расчета на всю композицию), фракции 180 мкм, влажностью 6%, температура нагрева составляет 70°C, процесс проводят до достижения заданной температуры. Далее взвешивают необходимое количество полимерного связующего из расчета на древесную муку, чтобы получить соотношение древесная мука/полимер=85/15. Из расчета на один замес смесителя выходит 90*15/85=15,9 кг (6,43% из расчета на всю композицию) необходимо полимерного связующего, в качестве которого применяется полипропилен с показателем текучести расплава от 20 г/мин.

Затем производится расчет целевых добавок. Внешней смазкой служит воск парафиновый, в количестве 2% от общей массы древесной муки полипропилена и составляет 105,9*2/100=2,1 кг (0,85% из расчета на всю композицию), а внутренней смазкой - этилен бис стеарамид (EBS) в количестве 5% от массы полипропилена и составляет 15,9*5/100=0,8 кг (0,32% из расчета на всю композицию). Компатибилизатор в данной рецептуре - малеинизированный полипропилен 5% от массы полипропилена, количество которого равняется 15,9*5/100=0,8 кг (0,32% из расчета на всю композицию). В качестве минерального наполнителя применяется тальк размером частиц 5 мкм в количестве 8% от общего количества полипропилена и древесной муки и составляет (90+15,9)*8/100=8,4 кг (3,44% из расчета на всю композицию). Пространственно-затрудненный фенольный антиоксидант добавляется в количестве 1,5% из расчета на полипропилен и составляет 15,9*1,5/100=0,2 кг (0,08% из расчета на всю композицию). Пигмент железоокисный черный составляет 5% от общей массы полипропилена и древесной муки, (90+15,9)*5/100=5,3 кг (2,14% из расчета на всю композицию). Общее количество целевых добавок, введенных в композицию составляет 7,16%.

По достижении заданной температуры в смеситель загружают полипропилен и целевые добавки. Температура смешивания 120°C.

Далее смесь засыпают в двухшнековый экструдер - гранулятор, температура переработки смеси от 160°C в зоне загрузки до 189°C на фильере, количество оборотов шнеков составляет 1300 об/мин., гранулируют 10 кг, в которые вводят модифицирующую добавку в виде наноразмерных частиц сухим шаржированием в смесителе типа «пьяная бочка» при температуре 112°C, давлении 0,1 МПа и скорости вращения камеры 81 об/мин. В качестве модифицирующей добавки применяются наноразмерные частицы монтмориллонита в количестве 5 кг, размер частиц которого 100 нм и получают композицию с содержанием модифицирующей добавки 50%. Далее модифицированные гранулы с помощью дозатора вводят в оставшуюся немодифицированную смесь на стадии компаундирования композиции и получают готовые гранулы с концентрацией наномодифицирующей добавки 3,89%.

Данный способ также позволяет модифицировать весь объем полученного гранулированного материала с последующим введением его в немодицированную смесь, полученную по вышеприведенной рецептуре с помощью дозатора при компаундировании.

Результаты испытаний модифицированного материала показывают, по сравнению с немодифицированной композицией, увеличение прочностных характеристик (прочность на разрыв, твердость, жесткость) в среднем на 30,3%, увеличивается стойкость к агрессивному воздействию окружающей среды на 18%, определяемая с помощью экспресс анализатора разрушения под воздействием атмосферных явлений. Технический результат достигается за счет применения сухого шаржирования и отсутствия дополнительной операции обработки древесной муки. Такой способ введения наномодифцированных гранул в немодифицированные позволяет дополнительно снизить время, за счет того, что отсутствует необходимость модифицировать весь объем полученного материала, модифицируют только его небольшую часть в таком количестве, чтобы после введения модифицированных гранул в немодифицированный материал получился материал с необходимой концентрацией наноразмерных частиц.

Изобретения относятся к производству органонаполненных полимерных композиций и могут быть использованы в производстве строительных материалов и других отраслях народного хозяйства. Первый вариант способа получения включает измельчение органического наполнителя в количестве от 10 до 90 мас.% до размеров частиц от 1 до 20000 мкм. Затем его сушат до содержания влаги от 0 до 50 мас.% и смешивают органический наполнитель с целевыми добавками в количестве от 0 до 20 мас.%. Затем смешивают компоненты с высокомолекулярным соединением в количестве от 10 до 90 мас.% и вводят модифицирующую добавку в виде наноразмерных частиц от 0,0001 до 50 мас.% после грануляции композиции во всю массу полученного гранулята методом сухого шаржирования. Второй вариант способа получения полимерной композиции отличается от первого варианта, тем что при модификации полимерной композиции на основе органического наполнителя вводят гранулят с количеством модифицирующей добавки в виде наноразмерных частиц до 50% в получаемую композицию на стадии компаундирования. Изобретение позволяет снизить время протекания технологического процесса, трудоемкость изготовления и стоимость. 2 н.п. ф-лы, 5 пр.

1. Способ получения полимерной композиции, включающий измельчение и сушку органического наполнителя, смешение его с целевыми добавками, смешение органического наполнителя и целевых добавок с высокомолекулярным соединением, компаундирование указанных компонентов, грануляцию композиции, отличающийся тем, что измельчение органического наполнителя в количестве от 10 до 89,99 мас.% осуществляют до размеров частиц от 1 до 20000 мкм, его сушку осуществляют до содержания влаги от 0 до 50 мас.%, смешение органического наполнителя целевыми добавками осуществляют в количестве от 0,001 до 20 мас.%, смешение компонентов с высокомолекулярным соединением осуществляют в количестве от 10 до 89,99 мас.%, введение модифицирующей добавки в виде наноразмерных частиц от 0,0001 до 50 мас.% осуществляют после грануляции композиции, во всю массу полученного гранулята сухим шаржированием.

2. Способ получения полимерной композиции, включающий измельчение и сушку органического наполнителя, смешение с целевыми добавками, смешение органического наполнителя и целевых добавок с высокомолекулярным соединением, компаундирование указанных компонентов, грануляцию композиции, отличающийся тем, что измельчение органического наполнителя в количестве от 10 до 89,99 мас.% осуществляют до размеров частиц от 1 до 20000 мкм, его сушку осуществляют до содержания влаги от 0 до 50 мас.%, смешение органического наполнителя с целевыми добавками осуществляют в количестве от 0,001 до 20 мас.%, смешение компонентов с высокомолекулярным соединением осуществляют в количестве от 10 до 89,99 мас.%, на стадии компаундирования в получаемую композицию осуществляют введение гранулята с содержанием модифицирующей добавки до 50 мас.% в виде наноразмерных частиц.