Способ получения профильно-погонажных изделий из полистирола Российский патент 2024 года по МПК B29C44/24 B29C48/16 B29C48/88 B29C59/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу получения устойчивых к воздействию погодных условий и УФ-излучения профильно-погонажных изделий из полистирола с 3D-фактурой дерева различных пород, либо камня.

Уровень техники

В предшествующем уровне техники известны профильно-погонажные изделия из древесины, недостатки которых заключаются в высокой стоимости из-за сложной технологии изготовления и большого расхода исходного материала; ограничения в размерах по длине; отсутствии возможности промышленного изготовления пустотелого профиля; ограниченном изготовлении изделий из определенных пород деревьев.

Преимущество изделий из полистирола в сравнении с изделиями из других материалов (дерева, камня, пластмассы и др.) заключается в устойчивости к температурным колебаниям и образованию коррозии, невосприимчивостью к УФ-излучению и влаге, способностью переносить сильные физические нагрузки, а также легкостью монтажа/демонтажа покрытия и удобством эксплуатации. Более того, полистирол не подвергается воздействию биологических вредителей и химических веществ. Материал имеет небольшой вес.

Еще одним преимуществом является то, что изделия из полистирола в зависимости от задающей фильерой формы могут получить различные сечения досок, сайдинга, углов, соединительных планок, столбов и т.д. с 3D-фактурой натурального камня или дерева, а также, в отличие от натуральных материалов, изделия не требуют покраски или другого типа обслуживания для сохранения первоначальных свойств материала. Профильно-погонажные изделия из полистирола могут иметь различные оттенки, 3D-фактуру дерева различных пород или видов камня, что позволяет подобрать наиболее подходящий вариант под интерьер помещения.

В предшествующем уровне техники известна древесно-полимерная композиция (ДПК) на основе поливинилхлорида для профильно-погонажных изделий [Пат. РФ 2436816, МПК C08L 27/06 C08L 97/02, 07.12.2009], особенность которой заключающейся в том, что полимерная композиция, содержащая нетоксичный комплексный кальций-цинковый стабилизатор, дополнительно содержит акриловый модификатор, металлосодержащую смазку и полиэтиленовый воск. Поливинилхлорид смешивают с комплексным стабилизатором, полиэтиленовым воском, акриловым модификатором, металлосодержащей смазкой в горячем смесителе при постепенном нагреве до 120°С, затем композицию выгружают в холодный смеситель и смешивают с древесной мукой. Охлажденную до 40-60°С композицию подают в приемный бункер, из которого непрерывно загружают в экструдер по мере ее переработки в гранулы. Гранулы используют для получения профильно-погонажных изделий.

К недостаткам древесно-полимерной композиции на основе поливинилхлорида можно отнести плохую переносимость высокой влажности и высокой температуры при постоянном воздействии факторов внешней среды, что приводит к быстрому изнашиванию покрытия из ДПК. Еще одним недостатком является высокая стоимость из-за сложной технологии изготовления и большого расхода исходного материала.

Известна полимерная композиция и профильно-погонажная деталь из нее [Пат. РФ 2005752, МПК C08L 97/02, 15.07.1992], содержащая: полимер, выбранный из группы, включающей виниловые полимеры на основе винилхлорида, его сополимеров с винилацетатом, на основе этилена, пропилена, их сополимеров, на основе метилметакрилата или их смесей; органический наполнитель - целлюлозосодержащие отходы деревообрабатывающего сельскохозяйственного или текстильного производства, имеющие фракционный состав; целевые добавки. Из указанной полимерной композиции изготавливают профильно-погонажные детали строительных элементов, выполненные в виде сплошного или пустотелого профиля.

Недостатком данной композиции являются низкие показатели эксплуатации и технологические характеристики изделий (устойчивость к погодным условиям, УФ-излучению и механическим воздействиям), что сокращает срок эксплуатации.

Наиболее близким из известных технических решений к заявленному изобретению является способ получения панелей из синтетических пенопластов [Пат. РФ 2554199, МПК В29С 44/24, 25.02.2011], который и принят в качестве прототипа. Изобретение относится к способу получения устойчивых к УФ-излучению изделий из пенопластов с внешним видом дерева или с узорчатой текстурой. Способ получения изделий с узорчатой текстурой включает стадию экструзии в первом экструдере прозрачного слоя полиметилметакрилата (РММА), который содержит пигментированные гранулы, и стадию экструзии во втором экструдере слоя из полистирола, который содержит вспениватель. При этом экструзии на обоих стадиях проводят одновременно в виде совместной экструзии. Причем температуру внутри расплава слоя РММА в первом экструдере поддерживают по крайней мере на уровне выше 40°С, чем температура внутри расплава слоя из полистирола во втором экструдере. При этом значения температур в экструзионной головке первого и второго экстру деров отличаются не более чем на 10°С, предпочтительно не более чем на 5°С. В процессе экструзии происходит образование «облачков» не полностью перемешанных красителей/пигментов в РММА, которые формируют полоски, присутствующие в доске из настоящего дерева.

Недостаток способа получения панелей из синтетических пенопластов заключается в том, что внешний слой панелей содержит только рисунок дерева или камня, сама поверхность при этом гладкая без передачи 3D-фактуры.

Цель изобретения

Цель изобретения заключается в способе получения устойчивых к воздействию погодных условий и УФ-излучения, которые могут применяться в качестве строительно-отделочных материалов, элементов уличной мебели, столешниц и др.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в создании профильно-погонажного изделия с 3D-фактурой дерева различных пород или камня, который содержит в себе пористый вспененный полистирол во внутреннем слое и ударопрочный полистирол во внешнем упрочненном слое, устойчивого к воздействию природных условий, механическим повреждениям (царапины, трещины), гниению, коррозии и т.д.

Технический результат достигается тем, что способ получения профильно-погонажных изделий из полистирола, который включает совместную экструзию в двух экструдерах, отличается от прототипа тем, что при экструзии в основном экструдере внутреннего слоя из полистирола, добавляется вспенивающий агент, при экструзии во вспомогательном экструдере внешнего упрочненного слоя из ударопрочного полистирола, добавляются красящие пигменты, УФ-стабилизаторы с последующим охлаждением, затвердеванием и сушкой сжатым воздухом всего изделия, термопереносом и тиснением преднанесенного рисунка дерева различных пород или камня, с транспортной пленки на внешний упрочненный слой изделия. Показатель текучести расплава при 200°С на 5 кг нагрузки внутреннего слоя - 2,5±1,0 г/10 мин, внешнего слоя - 9,0±2,0 г/10 мин. Охлаждение формы профильно-погонажного изделия происходит до температур ниже температур размягчения - 90-140°С, предпочтительно 100-110°С. Температура этапов термопереноса и тиснения не ниже 100°С, но не более 120°С. Толщина внутреннего слоя может быть от 6 мм до 50 мм, предпочтительно от 8 мм до 40 мм, внешнего упрочненного слоя - от 100 мкм до 1 мм, предпочтительно от 100 до 400 мкм. А также при экструзии во вспомогательном экструдере добавляются красящие металлические порошки (пудры).

Подробное описание настоящего изобретения

Профильно-погонажные изделия из полистирола представляют собой прочную, и в то же время легкую полимерную продукцию, состоящую из двух слоев (внешний и внутренний). Внутренний слой состоит из пористого вспененного полистирола, внешний слой - из ударопрочного полистирола (УПС). Внешний слой обволакивает внутренний, защищая от механических повреждений. С помощью термопереноса и тиснения на внешнем упрочненном слое создается 3D-фактура дерева различных пород или камня. Визуально профильно-погонажные изделия из полистирола абсолютно не отличаются от дерева или камня, но при этом не содержат в своем составе природных материалов.

УПС представляет собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком, имеющим двухфазную структуру. Непрерывная фаза (матрица) образована полистиролом, дискретная фаза (микрогель) - частицами каучука овальной формы с размерами 2-5 мкм. Каучуковые частицы окружены тонкой пленкой привитого сополимера стирола на каучуке, а внутри частиц содержится также окклюдированный полистирол, в результате чего увеличивается эффективный объем каучуковой фазы, от которого во многом зависят свойства УПС. Ударопрочный полистирол выпускается стабилизированным, в виде белых гранул. Основные методы переработки - литье под давлением и экструзия листа с последующим пневмо- или вакуумформованием. Было установлено, что для осуществления настоящего изобретения предпочтительно использовать продукт марки 940Е.

Внутренний слой изделия экструдируют совместно с внешним упрочненным слоем из УПС с добавками (например, ПС525), улучшающими его физические свойства такие, как светостойкость, морозо- и теплостойкость. Процесс экструзии происходит одновременно в двух экструдерах (основном и вспомогательном) в виде совместной экструзии. Основной экструдер расплавляет внутренний слой, вспомогательный экструдер - внешний упрочненный слой.

Показатель текучести расплава внутреннего слоя при 200°С на 5 кг нагрузки: 2,5±1,0 г/10 мин. При экструдировании внутреннего слоя в смесь добавляется химический вспенивающий агент. Наиболее подходящий - азодикарбонамид, позволяющий получить мелкие ячейки размером от 5 до 200 мкм однородного размера. Толщина внутреннего слоя может быть от 6 до 50 мм, предпочтительно от 8 до 40 мм.

Показатель текучести расплава внешнего упрочненного слоя при 200°С на 5 кг нагрузки: 9,0±2,0 г/10 мин. Обеспечивает хорошее растекание внешнего упрочненного слоя при температурах экструдирования, что позволяет получить слой толщиной от 100 мкм до 1 мм. Предпочтительно получить слой от 100 до 400 мкм. На практике, если стойкость к УФ-излучению внешнего упрочненного слоя из УПС является важным критерием, то минимальная толщина упрочненного слоя должна составлять по крайней мере 100 мкм.

В ходе совместной экструзии внутренний и внешний упрочненный слои соединяются и получается форма профильно-погонажного изделия. В пористый вспененный полистирол и ударопрочный полистирол добавляются различные красящие пигменты на минеральной или синтетической основе. Так как добавление красящих пигментов происходит на этапе жидкой массы, то частицы равномерно распределяются, и окраска становится однородной. Опытным путем хорошо себя показали порошковые красящие пигменты. В упрочненный слой также добавляются УФ-стабилизаторы до 0,5 мас. % и пластификаторы, в зависимости от требуемых свойств получаемого изделия.

На выходе из фильеры экструдера установлено вакуумное, водоохлаждаемое калибрующее устройство, в котором экструдируемая форма профильно-погонажного изделия остывает до температур ниже температур размягчения 90-140°С, предпочтительно 100-110°С, и сохраняет форму калибра. Последующее охлаждение и затвердевание формы профильно-погонажного изделия происходит в ванне, в атмосферном давлении.

Следующий этап на линии экструдирования: сушка сжатым воздухом и переход в зону термопереноса и тиснения преднанесенного рисунка дерева различных пород или камня на внешний упрочненный слой изделия. На линии установлены валы, которые нагреваются инфракрасным излучением до температур пластической деформации полистирола (температура размягчения по Вика: не ниже 99,0°С). Термодатчики поддерживают температуру от 100°С, но не более 120°С. На изделие с рулона укладывается транспортная пленка с преднанесенным рисунком дерева различных пород или камня. После термопереноса происходит этап тиснения. На данном этапе рисунок с транспортной пленки вдавливается горячими валами в поверхность изделия, внешний упрочненный слой подплавляется и перенимает фактуру валов, а рисунок с транспортной пленки переносится на внешний упрочненный слой изделия. Отработанная пленка сматывается в рулон. При термопереносе и тиснении обеспечивается высокая адгезия рисунка с изделием. Так как нагрев изделия происходит на небольшую глубину от 100 до 300 мкм, то дополнительное охлаждение не требуется. На конечном этапе создания профильно-погонажного изделия происходит резка в необходимую длину автоматической циркулярной пилой.

Внешний упрочненный слой профильно-погонажного изделия получает 3D-фактуру дерева различных пород, либо камня за счет добавления этапа термопереноса и тиснения преднанесенного рисунка, имитирующего текстуру дерева или камня.

Способ получения профильно-погонажного изделия из полистирола, предложенный в данном патенте, позволяет произвести продукцию высокой прочности и дает возможность получить следующие преимущества: устойчивость к царапинам и механическим повреждениям; устойчивость к воздействию света и температуры, за счет содержания в составе УФ-стабилизаторов и красящих пигментов со степенью светостойкости - 6-8; устойчивость к морской и хлорированной воде из бассейна, по причине того, что внешний упрочненный слой не впитывает влагу, а значит, не подвержен гниению и коррозии.

Технические характеристики профильно-погонажного изделия из полистирола подтверждены результатами испытаний. Результаты испытаний экспонирования двух образцов профильно-погонажных изделий (бежевого и черного) в световой камере Suntest XLS представлены в таблице 1.

После экспонирования бежевого профильно-погонажного изделия в течение 100 часов в испытательной световой камере Suntest XLS (П №2 23.11.2022 беж.) получены следующие результаты:

-образец обладает хорошей светостойкостью - изменение цвета поверхности образца практически отсутствует (Ц0);

- изменение блеска покрытия отсутствует (Б0).

После экспонирования черного профильно-погонажного изделия в течение 100 часов в испытательной световой камере Suntest XLS (П №1 23.11.2022 черн.) фирмы получены следующие результаты:

-образец обладает хорошей светостойкостью - изменение цвета поверхности образца едва различимое (Ц0);

- изменение блеска покрытия отсутствует (Б0).

Профильно-погонажные изделия из полистирола - это полнотелая, прочная и в то же время легкая полимерная продукция, которая используется для изготовления уличной мебели, обустройства террас и ограждений, а также в строительстве частной и коммерческой недвижимости (фасады), спортивных и социальных объектов, при обустройстве туристических и курортных зон отдыха.

Изобретение относится к способу получения устойчивых к воздействию погодных условий и УФ-излучения профильно-погонажных изделий из полистирола с 3D-фактурой дерева различных пород либо камня. Способ включает совместную экструзию в двух экструдерах. Причем при экструзии в основном экструдере внутреннего слоя из полистирола добавляется вспенивающий агент, а при экструзии во вспомогательном экструдере внешнего упрочненного слоя из ударопрочного полистирола добавляются красящие пигменты, УФ-стабилизаторы с последующими охлаждением, затвердеванием и сушкой сжатым воздухом всего изделия, термопереносом и тиснением преднанесённого рисунка дерева различных пород или камня с транспортной пленки на внешний упрочненный слой изделия. Технический результат заявленного изобретения заключается в создании профильно-погонажного изделия, устойчивого к воздействию природных условий, механическим повреждениям гниению, коррозии. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения профильно-погонажных изделий из полистирола, включающий совместную экструзию в двух экструдерах, отличающийся тем, что при экструзии в основном экструдере внутреннего слоя из полистирола добавляется вспенивающий агент, при экструзии во вспомогательном экструдере внешнего упрочненного слоя из ударопрочного полистирола добавляются красящие пигменты, УФ-стабилизаторы с последующим охлаждением, затвердеванием и сушкой сжатым воздухом всего изделия, термопереносом и тиснением преднанесённого рисунка дерева различных пород или камня с транспортной пленки на внешний упрочненный слой изделия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показатель текучести расплава при 200°С на 5 кг нагрузки внутреннего слоя – 2,5±1,0 г/10 мин, внешнего слоя – 9,0±2,0 г/10 мин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение формы профильно-погонажного изделия происходит до температур ниже температур размягчения 90-140°С, предпочтительно 100-110°С.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура этапов термопереноса и тиснения не ниже 100°С, но не более 120°С.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина внутреннего слоя может быть от 6 мм до 50 мм, предпочтительно от 8 мм до 40 мм, внешнего упрочненного слоя – от 100 мкм до 1 мм, предпочтительно от 100 до 400 мкм.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при экструзии во вспомогательном экструдере добавляются красящие металлические порошки (пудры).