Плита покрытия резинополиолефиновая (варианты) Российский патент 2024 года по МПК E01C5/18 C08L17/00 C08J5/00 

Группа изобретений относится к изготовлению изделий и формованных материалов на основе вторичных полимеров. Полученные согласно изобретению резино-полиолефиновые плиты обладают демпфирующими свойствами и могут найти применение для защиты от ударных нагрузок бетонный, стальных и иных конструкций, в том числе для изготовления отбойников, футеровочных покрытий, облицовок для защиты поверхностей от истирания, в качестве элементов шумо-виброизляции, в том числе при устройстве покрытий полов производственных помещений, железнодорожных переездов, спортивных площадок и т.д.

Известны плиты модульного покрытия Vinforce Flex-20 [https://ooo-aksioma.ru/catalog/industrialnye-napolnye-pokrytiya/modulnoe-rezinovoe-pokrytie.html]. На сайте производителя описаны цельнолитые напольные плиты из плотной вулканизированной резины. Размер плит 500 × 500 × 20 мм. По краям плит выполнены выступы и впадины, обеспечивающие сборку покрытия из плит по принципу паззлов.

Плиты имеют следующие характеристики: температура эксплуатации от -60° до +70°С. твердость: Шор А - 75 ед, плотность: 1,65 г/см³, твердость на вдавливание: 6.5-7.2 МПа, предел прочности при продольном растяжении: 3,9 МПа, предел прочности на изгиб: 2,8 МПа, модуль упругости при давлении: 68.0 МПа, статическая деформация (макс.0,1 мм):0,02 мм. Плиты производятся из первичной резиновой смеси, изготовление осуществляется на дорогостоящем и энергоемком оборудовании с низкой производительностью за счет большого (до 4 часов) времени вулканизации плит. Плиты обладают повышенной плотностью и жесткостью и не подлежат вторичной переработке.

С целью удешевления процесса производства плит, в том числе за счет применения вторичного сырья, разработаны и достаточно широко применяются материалы на основе резиновой крошки, полученной в результате переработки автомобильных шин.

В патенте RU 2129133 описан Материал для защитных покрытий строительных сооружений и конструкций. Листовой материал выполнен из основной композиции, состоящей из термопластов и каучукосодержащих отходов. В качестве термопластов содержит полиолефин (смесь полиолефинов), а в качестве каучукосодержащих отходов - резиновую крошку при следующем содержании компонентов на 100 мас. ч. основной композиции: полиолефин (смесь полиолефинов) - 10-60 мас. ч.; резиновая крошка - 40-90 мас. ч. При этом в качестве полиолефинов могут быть использованы полиэтилен низкой плотности (смеси полиэтиленов низкой плотности) или вторичный полиэтилен низкой плотности (смеси вторичных полиэтиленов низкой плотности) или смеси полиолефинов, содержащие полиэтилен низкой плотности в количестве от 95 до 70 мас. %, имеющие показатель текучести расплава смеси от 0.2 до 10.0 г/10 мин. Описанный листовой материал получают из рулонной заготовки, формование которой проводят по каландровой технологии или с применением экструдера со щелевой головкой, при этом расплав полиолефинов производят непосредственно в упомянутом формующем оборудовании. Используемая в технологии крошка имеет мелкий размер частиц (от 0.5-до 1.0 мм), что позволяет достаточно тщательно перемешать компоненты и применять описанные в патенте технологии. Крошка с размером частиц до 1.0 мм, так называемая резиновая мука или резиновая пыль, специально практически не производится, это отсев - побочный продукт дробления автомобильных покрышек. Объем такого продукта составляет 5…30% от товарной продукции [см. на стр. Интернет https://building-ooo.ru/uncategorized/rezinovaya-kroshka-vidyformaxarakteristikiproizvodstvokak-vybratfotoobzoropisanie/.html?ysclid=lcxknanabz633038181]. Резиновая пыль не сохраняет упругих свойств вулканизированной резины, поэтому полученный по патенту RU 2129133 рулонный материал не обладает шумо- и виброизоляционными свойствами. В патенте RU 2129133 даны примеры полученных продуктов - рулонные материалы (гидроизоляционные материалы), высокопрофильные кровельные покрытия, но не вибро- и шумоизоляционные плиты.

Традиционно используемые технологии переработки автомобильных покрышек позволяют получать крошку с размером частиц 1,5 - 5 мм (средняя фракция), и именно она применяется при изготовлении тротуарных плиток и массивных плит [https://www.waste.ru/modules/section/item.php ?itemid=331&ysclid=lcxgih8xyd377667049].

Использование каландра или экструзионной установки со щелевой головкой для изготовления рулонного материала с применением резиновой крошки с размером частиц 1,5- 5 мм при ее количестве 75-85% масс в смеси с полиолефинами принципиально не возможно, т.к на этом оборудовании невозможно тщательно перемешать компоненты композиции и получить однородную массу, а соответственно получить качественную плиту. По расчетам, проведенным согласно литературе [О.И. Николаева, В.А Бурмистров. Конструкции и расчеты валковых машин для переработки полимеров. - Иваново 2014. Стр. 41-46, 56-58, https://lizantan.com] для валковых машин с зазором 25 мм можно получить рулонный материал толщиной не более 20 мм. С помощью экструдера со щелевой головкой также невозможно получить рулонный материал значительной толщины. То есть, описанный в патенте RU 2129133 не применим для производства плит покрытий, тем более невозможно получить плиты, края которых сформированы таким образом, что образуют замковые соединения с соседними плитами, а также плиты с дополнительным верхним слоем.

Известны плиты покрытий, полученные из резиновой крошки в смеси со связующим -полиуретаном.

В патенте RU 2465294 описана плита для сооружения тротуаров, детских и спортивных площадок. Плита является двухслойной и выполнена на основе резиновой крошки и связующего - полиуретана. Базовый слой содержит резиновую крошку фракции 2-12 мм, верхний слой содержит крошку фракции 1-3 мм и пигментный краситель. При этом в верхнем слое массовое соотношение связующего к наполнителю равно 1+3 частей связующего вещества к 15 частям наполнителя, а в базовом соотношение связующего к наполнителю равно 1÷2 частей связующего вещества к 20 частям наполнителя. Плита изготовлена методом двухэтапного прессования. За счет химической однородности компонентов изделия обладают высоким качеством и упругими свойствами. Недостаток обусловлен высокой стоимостью полиуретана.

В патенте RU 2220178, описано ударогасящее покрытие, выполненное из композиции, содержащей, мас. ч.:

Резиновая крошка - 500,

Полиуретановый клей - 100

Пигмент - 1-2

Полученную в смесителе композицию разливают в формы заданного размера, в которых происходит отверждение плит влагой воздуха.

В описании к патенту RU 2220178 даны следующие характеристики: деформация 30-35 мм, упругость 0,24-0,36 К и прочность при растяжении 0,8-0,9 МПа. Относительно невысокая прочность и высокая цена полиуретанового клея ограничивает сферу применения описанного покрытия.

В патенте RU 172285 U1 описана плита, принятая за прототип. Плита выполнена из термопластичного полимера с наполнителем. В качестве термопластичного полимера и наполнителя использовано вторичное сырье, а именно, продукты переработки автомобильных шин - грязный текстильный корд (полиэфирный или анидный) и резиновая крошка. Толщина плиты составляет от 15 до 20 мм. В патенте RU 172285 U1 размер крошки не упомянут, но поскольку сказано, что это результат переработки автомобильных шин, то по умолчанию это крошка среднего размера -1,5-5 мм (самая востребованная и широко выпускаемая). В описании к патенту сказано, что исходное сырье смешивается в экструдере при заданной температуре в результате чего на выходе экструдера получают тестообразную массу, т.е. в экструдере корд расплавляется. Представляется совершенно очевидным, что количество расплавленного полимера в экструдере должно быть достаточно для смачивания поверхностей частиц резиновой крошки и получения тестообразной массы, которая направляется в прессформу для формования плит. Боковые стороны полученных плит снабжены замковыми элементами для соединения соседних плит.

К сожалению в патенте RU 172285 U1 не приведены свойства полученных плит. Однако известно, что анидный (капроновый) корд изготавливают из поликапроамида -хорошо кристаллизующегося полимера с температурой плавления около 220°С, а полиэфирный корд (лавсан) изготавливается из полиэтилентерефталата с температурой плавления 255-265°С [А.Ф. Ахметгареева, и др. Технология увеличения адгезии полиэфирный корд-резина.- Вестник технологического университета, 2015, т.18. №15, стр. 202. См.: https://cyberleninka.ru/article/ri/telmologiva-uvelicheniya-uvelicheniya-agdezii-poliefirnyy-kord-rezina/viewer]. Также известно, что резина изготавливается из натурального каучука с применением вулканизаторов, температура разложения которых не превышает 200°С [Богословский Б. М. и др. Общая химическая технология органических веществ. -Москва, Госхимиздат 1955 г., стр. 366]. Из этого следует, что в процессе переработки текстильного корда плавлением в экструдере, резиновая крошка подвергнется деструкции и утратит упругие свойства, а полученные плиты не будут обладать эластичными свойствами, а будут обладать свойствами жестких пластиков.

В основу изобретения поставлена задача расширения арсенала средств и создание плиты покрытия из вторичных материалов - резиновой крошки и полиолефинов. Достигаемый технический результат - обеспечение сохранения демпфирующих и шумо- и виброизоляционных свойств исходной резиновой крошки в плитах покрытий.

В первом варианте изобретения заявленный результат достигается тем, что плита покрытия выполнена методом прессования из композиции, включающей расплав термопластичного полимера и наполнитель, в качестве которого использована резиновая крошка с размером частиц 1-5 мм. От прототипа отличается тем, что в качестве термопластичного полимера использован полиолефин или смесь полиолефинов, при следующем соотношении исходных компонентов % масс:

резиновая крошка - 75-85

полиолефин или смесь полиолефинов -15-25.

В качестве полиолефинов композиция содержит вторичные полиолефины: полиэтилен низкого давления, и/или полиэтилен высокого давления, и/или полипропилен, и/или этиленвинилацетат.

Плита дополнительно может содержать закладные детали, а по краям плиты могут быть сформированы замковые элементы, обеспечивающие соединение соседних плит.

Во втором варианте изобретения заявленный результат достигается тем, что плита покрытия выполнена методом прессования из композиции, включающей расплав термопластичного полимера и наполнитель, в качестве которого использована резиновая крошка с размером частиц 1-5 мм. От прототипа отличается тем, что что в качестве термопластичного полимера использован полиолефин или смесь полиолефинов при следующем соотношении исходных компонентов, % масс:

резиновая крошка - 75-85

полиолефин или смесь полиолефинов - 15-25,

при этом плита дополнительно содержит верхний слой, выполненный из термэластопласта, или полиолефина. Как и в первом варианте в качестве полиолефинов композиция содержит вторичные полиолефины: полиэтилен низкого давления, и/или полиэтилен высокого давления, и/или полипропилен, и/или этиленвинилацетат.

Плита по второму варианту также дополнительно может содержать закладные детали, а краям плиты могут быть сформированы замковые элементы, обеспечивающие соединение соседних плит.

Верхний слой в качестве термэластопласта содержит SEBS термоэластопласт.

Верхний слой в качестве полиолефина содержит полиэтилен низкого давления, или полиэтилен высокого давления, или полипропилен, или этиленвинилацетат.При этом предпочтительно выбирать в качестве полиолефина верхнего слоя тот же полиолефин который использован в качестве связующего самой плиты.

Материал изготовления плиты и технология разработаны автором впервые и впервые применены для этих целей.

Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации.

Для получения композиции в качестве исходного сырья используют резиновую крошку с размером частиц 1-5 мм, полученную в результате переработки изношенных автомобильных шин или резинотехнических изделий. Крошку предварительно смешивают с одним или несколькими термопластичными полиолефинами, также предварительно измельченными. Предпочтительное соотношение компонентов исходной смеси:

75-85% _масс - резиновая крошка.

15-25% _масс - полиолефин(ы).

Смесь измельченных компонентов подается в специально разработанную экструзионную установку, подробно описанную в заявке на изобретение №2022128898. Экструдер имеет обогреваемый сборный цилиндрический корпус, в котором установлен шнек, имеющий изменяющуюся по его длине конфигурацию стержня и нарезку витков. Форма шнека определяет разделение внутреннего объема экструдера на четыре последовательно расположенные технологические зоны:

- зона загрузки и нагрева,

- зона плавления полиолефинов,

- зона интенсивного смешивания и дегазации,

- зона повышения скорости потока расплава.

Чередование зон с повышенным и пониженным давлением, экспериментально подобранные отношения глубины винтовой нарезки и длин зон, наличие дополнительных смесительных элементов (пальцы, прорези в витках шнека, статический смеситель), а также чередование зон с одно и двухзаходной нарезкой шнека - все в совокупности позволяет получить резино-полиолефиновую композицию с максимальным содержанием резиновой крошки и без разрушения ее структуры.

Полученная композиция имеет консистенцию тестообразной массы, температура которой не превышает 140-160 градусов. Готовая резино-полиолефиновая композиция накапливается в специальном термостатическом бункере-накопителе при температуре 150°С.

Плиту получают из полученной композиции методом прессования. Для формования плиты нужны минимальные усилия.

После прессования, в зависимости от применяемых полиолефинов и их конкретных соотношений с резиновой крошкой, можно получить плиту со следующими характеристиками:

1. Условная прочность при разрыве, МПа 2,5 - 6

2. Относительное удлинение при разрыве % 50-150

3. Твердость по Шор А ед. 55 - 95

4. Температурный интервал применения -50°С - +70°С

5. Водопоглощение % не более 0,5

6. Плотность г/см³ 1,05-1,1.

Резино-полиолефиновая плита обладает стойкостью к ультрафиолету и озону, кислым и щелочным средам.

Как видно из приведенных данных, полученный с помощью экструдера и прессования конечный композитный материал плиты по характеристикам близок к вулканизованной резине, а не жестким пластикам, поскольку резиновая крошка не претерпевает изменений, ее структура сохраняется, при этом содержание полиолефинов минимально возможное и они введены лишь для обеспечения тщательного смачивания поверхности кроши и ее связки в единую гомогенную тестообразную массу без газовых пузырей и это количество не ухудшает основных свойств, присущих резине. Увеличение количества полиолефинов свыше заявленного предела ухудшает свойства композитного материала и делает его неприемлемым для обеспечение сохранения демпфирующих и шумо- и виброизоляционных свойств исходной резиновой крошки в плитах покрытий.

Размер плит определяется размером пресса, например, это может быть плита покрытия размером 1550×600×300 мм, однако это далеко не предел.

В плитах возможно изготовление различных по форме пазов, шипов, отверстий, рисунка на поверхности. При необходимости в прессформе размещают закладные детали (крепежные и технологические элементы). По к краям плиты могут быть сформированы замковые элементы, обеспечивающие соединение соседних плит.Это могут быть чередующиеся пазы и выступы по типу соединения «ласточкин хвост», «паззл» как это представлено в прототипе, или продольные вдоль края пазы и выступы, образующие шпунтовое соединение. Готовые плиты при монтаже могут соединяться на пазах. Однако, поскольку связующее является термопластичным материалом соединение может осуществляться термосваркой, например, экструзионным или контактным способом.

Второй вариант изобретения повторяет первый вариант, но отличается наличием верхнего слоя. Например, плиты переездов могут иметь верхний слой из термэластопласта (ТЭП - например, стирол-этилен-бутадиен-стирольные каучуки) стойкого к истиранию, толщина слоя 10-15 мм. Также из цветного ТЭПа или полиэтилена или иного упомянутого полиолефина можно сделать верхний слой для напольных плит в помещениях. Верхний слой может составлять от 1-2 до 20-30 мм толщиной (в зависимости от задач). Для верхнего слоя подходят термопласты имеющие температуру плавления 150-200°С.

Для получения плиты с верхним защитным или декоративным слоем используется композиция, описанная выше (первый вариант изобретения). Эта композиция загружается в пресс-форму. На выровненную поверхность сверху укладывается предварительно разогретый лист ТЭП, или полиолефина. После этого осуществляют совместное прессование. Под действием давления на границе слоев происходит частичное проникновение материала верхнего слоя в основную резино-полиолефиновую плиту, что обеспечивает высокую прочность соединения слоев.

Полученные с применением резиновой крошки плиты покрытий надежны в эксплуатации, не имеет скрытых дефектов, которые могли бы проявиться в процессе эксплуатации упомянутого покрытия, долговечны, обладает упругостью, что позволяет отнести его к травмобезопасным и устанавливать на детских площадках, или спортивных площадках, или других объектах, например тротуарах, приусадебных участках, в качестве отмостки для жилых домов и пр. Плиты также обладают шумо- и виброизоляционными свойствами, присущими вулканизированной резине.

В прототипе плиты изготавливаются с применением полимерного корда, который используется только в шинах легковых автомобилей и его процент в них не велик. В настоящей заявке описаны плиты, которые изготавливаются с применением полиолефинов, которые отсортировываются практически на всех мусороперерабатывающих заводах из бытовых отходов. Поэтому их количество несопоставимо больше, чем отходов из корда. Таким образом, настоящее изобретение решает проблемы экологии существенно эффективней, чем прототип.

Группа изобретений относится к изготовлению изделий и формованных материалов на основе вторичных полимеров и касается резинополиолефиновых плит покрытия. Плита покрытия выполнена методом прессования из композиции, включающей расплав термопластичного полимера и наполнитель, в качестве которого использована резиновая крошка с размером частиц 1-5 мм. В качестве термопластичного полимера использован полиолефин или смесь полиолефинов, при следующем соотношении исходных компонентов мас. %: резиновая крошка - 75-85, полиолефин или смесь полиолефинов - 15-25. В качестве полиолефинов композиция содержит вторичные полиолефины: полиэтилен низкого давления, и/или полиэтилен высокого давления, и/или полипропилен, и/или этиленвинилацетат. Плита дополнительно может содержать закладные детали, а по краям плиты могут быть сформированы замковые элементы, обеспечивающие соединение соседних плит. По второму варианту плиту выполняют двухслойной и дополнительный верхний слой выполнен из термэластопласта или полиолефина. Полученные согласно изобретению резинополиолефиновые плиты обладают демпфирующими свойствами и могут найти применение для защиты от ударных нагрузок бетонных, стальных и иных конструкций. 2 н. и 8 з.п. ф-лы.

1. Плита покрытия, выполненная методом прессования тестообразной массы, полученной смешиванием расплава термопластичного полимера и наполнителя, в качестве которого использована резиновая крошка с размером частиц 1-5 мм, отличающаяся тем, что в качестве термопластичного полимера использован полиолефин или смесь полиолефинов,

при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %:

резиновая крошка - 75-85;

полиолефин или смесь полиолефинов - 15-25.

2. Плита покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве полиолефинов композиция содержит вторичные полиолефины: полиэтилен низкого давления, и/или полиэтилен высокого давления, и/или полипропилен, и/или этиленвинилацетат.

3. Плита покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит закладные детали.

4. Плита покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что по краям плиты сформированы замковые элементы, обеспечивающие соединение соседних плит.

5. Плита покрытия, выполненная методом прессования тестообразной массы, полученной смешиванием расплава термопластичного полимера и наполнителя, в качестве которого использована резиновая крошка с размером частиц 1-5 мм, отличающаяся тем, что в качестве термопластичного полимера использован полиолефин или смесь полиолефинов при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %:

резиновая крошка - 75-85;

полиолефин или смесь полиолефинов - 15-25,

при этом плита дополнительно содержит верхний слой, выполненный из термэластопласта или полиолефина.

6. Плита покрытия по п. 5, отличающаяся тем, что в качестве полиолефинов композиция содержит вторичные полиолефины: полиэтилен низкого давления, и/или полиэтилен высокого давления, и/или полипропилен, и/или этиленвинилацетат.

7. Плита покрытия по п. 5, отличающаяся тем, что дополнительно содержит закладные детали.

8. Плита покрытия по п. 5, отличающаяся тем, что по краям плиты сформированы замковые элементы, обеспечивающие соединение соседних плит.

9. Плита покрытия по п. 5, отличающаяся тем, что верхний слой в качестве термэластопласта содержит SEBS термоэластопласт.

10. Плита покрытия по п. 5, отличающаяся тем, что верхний слой в качестве полиолефина содержит полиэтилен низкого давления, или полиэтилен высокого давления, или полипропилен, или этиленвинилацетат.