ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ Российский патент 2015 года по МПК C08L27/06 C08K3/04 C08K3/26 

Описание изобретения

МПК C08L 27/06 (2006.01)

С08КЗ/26 (2006.01)

С08КЗ/24 (2006.01)

С08К 3/04 (2006.01)

С08К5/02 (2006.01)

С08К5/09 (2006.01)

С08К 5/098 (2006.01)

C08L 91/06 (2006.01)

Изобретение относится к составу полимерной композиции для изготовления труб содержащей, по меньшей мере, семь основных компонентов, вес.ч.: (I) НПВХ со значением константы Фикентчера (K) 66,0-69,0 и насыпной плотностью 0,4-0,6 г/см³ - 100 вес.ч., (II) от 20 до 40 вес.ч. компонента (В) в расчете на компонент (А), состоящего из карбоната кальция; (III) от 1,5 до 2,5 вес.ч. компонента (С) в расчете на компонент (А), состоящего из комплексного термостабилизатора; (IV) от 1 до 2 вес.ч. компонента (D) в расчете на компонент (А), состоящего из модификатора ударопрочности; (V) 0,7 до 1,2 вес.ч. компонента (Е) в расчете на компонент (А), являющегося модификатором текучести; (VI) 0,2 до 0,4 вес.ч. компонента (F) в расчете на компонент (А), являющегося смазкой; (VII) 0,1 вес.ч. компонента (G), в расчете на компонент (А), являющегося сажей; (VIII) 20 вес.ч. компонента (H), в расчете на компонент (А), являющегося вторично переработанной мебельной пленкой ПВХ; (IX) 20 вес.ч. компонента (I), в расчете на компонент (А), являющегося браком панелей ПВХ. Причем компоненты (Н) и (I), применяются в полимерных композициях 2 и 3 соответственно.

Примеры состава композиций для изготовления труб приведены в таблице 1.

[I] ПВХ: НПВХ со значением константы Фикентчера (К) 66,0-69,0 по ISO 1628-2 и насыпной плотностью 0,4-0,6 г/см³ по ISO 60;

[II] Карбонат кальция: микрокальцит СаСO₃ 2 мкм необработанный;

[III] Комплексный термостабилизатор: трехосновный сульфат свинца Pb₂(SO₄)₃ - 17%, двухосновный фосфит свинца 2PbO·PbHPO₃·0,5Н₂О - 18%, стеарат свинца Pb(С₁₈Н₃₅O₂)₂ - 28%, стеарат кальция Са(С₁₈Н₃₅O₂)₂ - 27%, антиоксидант трис-(2,4-ди-трет-бутилфенил)-фосфат С₄₂Н₆₃O₃Р - 10%;

[IV] Модификатор ударопрочности: полиэтилен хлорированный СРЕ 135;

[V] Модификатор текучести: акриловая процессинговая антипригарная добавка;

[VI] Смазки: воск полиэтиленовый, стеариновая кислота;

[VII] Сажа: технический углерод;

[VIII] Пленка ПВХ: вторично переработанная мебельная пленка ПВХ, содержащая 100 частей ПВХ, до 2,8 частей свинцовых стабилизаторов, до 3 частей стеариновой кислоты, до 10 частей карбоната кальция;

[IX] Брак панелей ПВХ: отходы производства панелей из поливинилхлорида, содержащие 100 частей ПВХ, до 5 частей карбоната кальция, до 5 частей двуокиси титана TiO₂, до 5,4 частей комплексного металлического стабилизатора, до 6,5 частей модификатора.

Результатами данного изобретения являются: удешевление конечного продукта производства - канализационной трубы НПВХ, за счет добавления в базовую полимерную композицию продуктов утилизации - мебельной пленки ПВХ и отходов панели ПВХ, оказывающих негативное влияние на экологию; получение материалов с высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками.

Для производства труб актуальна задача поиска и рециклинга термопластичных полимеров, которые при нагревании приобретают свойства пластичности и текучести.

Известна полимерная композиция на основе вторичного полиэтилена, применяемая при изготовлении труб, предназначенных для транспортировки воды и прокладки кабелей (патент РФ №2375391, МПК⁶ C08L 23/06, С08К 3/04, С08К 3/36, C08J 11/06, F16L 9/12), содержащая, мас.%: сажа - 0,1-0,5; диоксид кремния - 0,5-3,0; ПЭВД вторичный - 40-72; ПЭНД вторичный - остальное.

Недостатками изделий из полиэтилена является высокая проницаемость кислорода, недостаточная устойчивость к воздействиям механического характера, солнечному излучению

Известная композиция позволяет частично решить проблему утилизации отходов полимеров, однако технология утилизации и переработки полиэтилена в изделия достаточно проста и уже нашла широкое применение в промышленности. Переработка ПВХ относится к сложным технологическим процессам, поэтому утилизация отходов изделий из ПВХ является достаточно важным изобретением и соответствует критерию "новизна". Ко всему прочему, преимуществом готовых изделий из поливинилхлорида по сравнению с полиолефинами является высокая химическая стойкость и низкая горючесть. Трубы из ПВХ обладают высокими эксплуатационными свойствами: они малочувствительны к ультрафиолетовому излучению, имеют самый низкий коэффициент линейного расширения, у них лучшее соотношение цены и качества.

Научно-технических работ по использованию жёсткой ПВХ мебельной плёнки для производства канализационных труб НПВХ не обнаружено. Готовых технических решений по применению обрези жёсткой ПВХ плёнки в рециклинге при производстве НПВХ канализационных труб не найдено. И факты применения данного отхода для указанных целей неизвестны. Использование брака (отходов) панелей ПВХ для производства труб не получило практического применения.

Наиболее близкой по составу к заявляемому объекту является полимерная композиция для изготовления труб на основе поливинилхлорида, используемая при получении труб, литьевых и профильно-погонажных изделий (патент РФ №2251557, МПК⁷ C08L 27/06, С08К 13/02, С08К 3/22, С08К 3/30, С08К 5/01, С08К 5/09, С08К 5/103), содержащая, мас.ч.: поливинилхлорид с К=55 - 60-100, трехосновной сульфат свинца - 3-5, двухосновной стеарат свинца - 0,2-2, двуокись титана - 0,1, парафин - 0,3, металлсодержащую смазку - 0,2-1,5.

Недостатком известного изобретения является дополнительный технологический процесс получения многокомпонентной металлической смазки. Техническим результатом является улучшение перерабатываемости полимерной композиции, повышение термостабильности и показателя текучести расплава, получение изделия с глянцевой поверхностью, однако этих эффектов можно достичь и с помощью общедоступных добавок.

Задачей предлагаемого изобретения является получение полимерных композиций для изготовления труб с низкой себестоимостью и доступными компонентами, утилизация отходов поливинилхлорида, получение материалов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Осуществление изобретения достигается добавлением в состав ПВХ композиции продуктов, полученных из полимерных отходов мебельного производства - вторично переработанной мебельной пленки ПВХ, содержащей 100 вес.ч. ПВХ, до 2,8 вес.ч. свинцовых стабилизаторов, до 3 вес.ч. стеариновой кислоты, до 10 вес.ч. карбоната кальция, и отходов производства панелей из поливинилхлорида, содержащих 100 вес.ч. ПВХ, до 5 вес.ч. карбоната кальция, до 5 вес.ч. двуокиси титана ТiO₂, до 5,4 вес.ч. комплексного металлического стабилизатора, до 6,5 вес.ч. модификатора.

При разработке состава полимерной композиции для изготовления труб важно учитывать, что в отличие от первичного материала (ПМ) полимер в отходах деструктирован. Степень деструкции может быть разной в зависимости от стабильности первичного материала и условий его переработки. При вторичной переработке (переработке отходов) степень деструкции возрастает из-за наличия в материале инициаторов деструкции, которые образовались при первичной переработке. С увеличением числа повторных переработок рост деструкции ПМ принимает лавинообразный характер. Применение стабилизаторов прерывает лавинообразный характер нарастания деструкции и поддерживает деструкцию примерно на одном уровне, при котором степень деструкции сравнительно небольшая и свойства изменяются в допустимых пределах (по ударной вязкости до 10-15 %). Кроме этого, стабилизаторы оказывают влияние на технологические режимы переработки и эксплуатационные характеристики готовых изделий. Введение стабилизаторов задерживает начало разложения ПВХ, и не происходит заметного выделения НС1.

Свинцовые стабилизаторы являются старейшей и крупнейшей группой соединений, которые применяются в качестве стабилизаторов ПВХ. Применение свинцовых недорогих термостабилизаторов позволяет экструдировать строительные ПВХ изделия с отличной тепловой и световой стабильностью, диэлектрической константой, нулевым водопоглощением, отличной устойчивостью к механическим динамическим и статическим нагрузкам. Однажды будучи внедрён в состав ПВХ компаунда, свинцовый термостабилизатор уже никак не может мигрировать из его состава, и свинец никак не выделяется из состава стабилизатора, даже при сгорании ПВХ профиля. Наиболее широкое применение получили комплексные свинецсодержащие стабилизаторы. Следует заметить, что использование двух видов правильно подобранных стабилизаторов в комплексе со смазывающими веществами дает не простой суммарный эффект, а во много раз больший, чем каждый из них в отдельности. Комплексный термостабилизатор, используемый в данном изобретении, имеет высокую степень дисперсности (в пределах 2-4 мкм).

Механизм упрочнения полимерных материалов сегодня достаточно изучен. Принцип модификации заключается в диспергировании модификаторов в полимерной матричной фазе. Частицы модификатора выполняют функцию поглощения энергии и являются препятствием на пути распространения трещины.

Хлорированный полиэтилен является модификатором ударной прочности для изделий из ПВХ, значительно повышает стойкость к удару при пониженной температуре. Применение хлорированного полиэтилена приводит к снижению стоимости рецептуры при неизменном или улучшенном качестве.

Модификатор текучести применяется для улучшения технологического процесса при производстве изделий из ПВХ. Использование акрилового модификатора текучести уменьшает адгезию расплава ПВХ к металлическим поверхностям экструдера, и, как результат, предотвращает налипание и позволяет увеличить цикл работы оборудования без профилактических остановок. Помимо улучшения текучести модификатор делает поверхность готовых изделий очень чистой и глянцевой, а также применяется для улучшения гомогенности расплава. Увеличение времени нахождения ПВХ в расплаве и уменьшение вращающего момента экструдера также можно отнести к преимуществам применения акриловых модификаторов.

Тем самым, использование в данном изобретении комплекса предложенных наполнителей и стабилизаторов позволяет существенно снизить стоимость производимой продукции, увеличить цикл работы оборудования, при этом готовый полимерный материал обладает отличными эксплуатационными характеристиками.

Процесс переработки технологических отходов полимерных строительных материалов из поливинилхлорида достаточно прост. Вторично сырье в предлагаемом изобретении используются непосредственно после дробления и измельчения бракованных изделий. При этом получаются отходы размером 4-5 мм и менее. Для рационального использования вторичное сырье после дробления гранулируют. Основные стадии технологического процесса переработки технологических отходов приведены на рисунке 1.

После прохождения данного технологического процесса вторичное сырье используется в производстве изделий.

Смешивание всех компонентов полимерной композиции проводится в три этапа: смешение в горячем смесителе, смешение в холодном смесителе, выдержка смеси при температуре 15-30°С в течение 24 часов. Подготовленная таким образом смесь подается в экструдер с коническими шнеками.

Механические свойства композиций ПВХ согласно изобретению, измеренные для экструдированных канализационных труб, приведены в весовых частях в расчете на 100 весовых частей компонента (А) и представлены в таблице 2.

Прототип изобретения направлен на увеличение индекса расплава и повышение термостабильности, в свою очередь композиции, описанные в предлагаемом изобретении, рекомендуется использовать при изготовлении канализационных труб, где наиболее важными являются свойства, приведенные в таблице 2.

Изобретение относится к составу полимерной композиции на основе непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ), которая находит применение в производстве безнапорных (канализационных) труб методом экструзии. Полимерная композиция для изготовления труб содержит НПВХ со значением константы Фикентчера (К) 66,0-69,0 и насыпной плотностью 0,4-0,6 г/см³, карбонат кальция, комплексный термостабилизатор: трехосновный сульфат свинца Pb₂(SO₄)₃ - 17%, двухосновный фосфит свинца 2PbO·PbHPO₃·0,5Н₂О - 18%, стеарат свинца Pb(С₁₈Н₃₅O₂)₂ - 28%, стеарат кальция Са(С₁₈Н₃₅O₂)₂ - 27%, антиоксидант - 10%, модификатор ударопрочности: полиэтилен хлорированный СРЕ 135, модификатор текучести: акриловая процессинговая антипригарная добавка, смазку: воск полиэтиленовый, стеариновая кислота, сажу. Полимерная композиция может дополнительно содержать вторично переработанную мебельную пленку ПВХ или вторично переработанный брак панелей ПВХ. Смешивание всех компонентов проводится в три этапа: смешение в горячем смесителе, смешение в холодном смесителе, выдержка смеси при температуре 15-30°C в течение 24 часов. Подготовленная таким образом смесь подается в экструдер. Изобретение позволяет получить поливинилхлоридное изделие с высокой ударной вязкостью, отличным качеством наружной и внутренней поверхностей и низкой себестоимостью. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Полимерная композиция для изготовления труб на основе непластифицированного поливинилхлорида ПВХ, содержащая, вес.ч.: ПВХ - 100, карбонат кальция - 20-40, комплексный термостабилизатор: трехосновный сульфат свинца Pb₂(SO₄)₃ - 17%, двухосновный фосфит свинца 2PbO·PbHPO₃·0,5Н₂О - 18%, стеарат свинца Pb(С₁₈Н₃₅O₂)₂ - 28%, стеарат кальция Са(С₁₈Н₃₅O₂)₂ - 27%, антиоксидант - 10%, - 1,5-2,5, модификатор ударопрочности: полиэтилен хлорированный СРЕ 135 - 1-2, модификатор текучести: акриловая процессинговая антипригарная добавка - 0,7-1,2, смазку: воск полиэтиленовый, стеариновая кислота - 0,2-0,4, сажу - 0,1.

2. Полимерная композиция для изготовления труб по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вторично переработанную мебельную пленку ПВХ, вес.ч. - 20.

3. Полимерная композиция для изготовления труб по п.1 отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вторично переработанный брак панелей ПВХ, вес.ч. - 20.