Модифицированный вспененный материал на основе полиэтилена высокого давления и способ его производства Российский патент 2024 года по МПК C08J9/14 C08L23/06 C08K3/105 C08K5/103 

Изобретение относится к составу полимерного материала, используемого в области дорожного строительства, а также строительной промышленности в целом, особенно для изготовления теплоизоляции вспененных изделий.

В патенте РФ 129119 (2013) в качестве заполнителя полости шва в железобетонных плитах используют пенополиэтилен, однако при заливке его жидким гудроном при температуре 200 ᵒС произойдет расплавление пенополиэтилена (температура плавления 105 ᵒС).

Известен огнестойкий полимерный композиционный материал, содержащий полимерную основу и наполнитель, отличающийся тем, что полимерной основой является перфорированный вспененный полимер, поры которого заполнены наполнителем, содержащим синтетический каучук, обладающий огнестойкостью в диапазоне температур от 200 до 700 ᵒС, отвердитель и стабилизатор (Патент RU №2430138C1, 2010). Недостатком композиции является ее высокая стоимость ввиду использования каучука и необходимости огромного склада для хранения основного сырья – вспененную подложку.

Известна технология производства вспенивающихся полимерных шариков из модифицированного стиролом и полиэтилена низкой плотности (Патент ЕP 1607436B2,2004. Недостатками является отсутствие жаростойкости изделий, получаемых по данной технологии.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав композиции из полиэтилена, смолы на основе полиэтилена, антиоксиданта, стеарата металла и неорганического вещества, зачастую диоксид углерода. Вспенивание происходит под действием следующих видов газа: воздуха, азота и углекислого газа (Патент США 20180163008A1,2018). Недостатками композиции является большая стоимость переоснащения существующего оборудования для осуществления дозирования углекислого газа (СО₂), а также сложность самого процесса дозирования (СО₂). В процессе экструзии полиэтилена высокого давления в экструдере образуется давление порядка 150-200 бар. Для дозирования СО₂ в экструдер необходимо подавать жидкую фракцию СО₂, давление которого должно составлять не менее 250 бар. В случае понижения давления жидкая фракция превращается в газообразную, что не представляется возможным ее точно дозировать в экструдер. Сложность процесса добавляет разность давлений в экструдере (150-200 бар) и подачи СО₂ (250 бар), что приводит к выдавливанию расплавленной массы полимера со шнека в обратную сторону движения шнека, то есть в сторону засыпки полимера в экструдер. Дополнительно можно отметит что, плотность готового изделия с использованием газа СО₂ не может составлять менее 250-350 кг/м³ в следствии его плохой гомогенизации с полиэтиленом.

Целью изобретения является разработка состава, модифицированного вспененного полимерного материала на основе полиэтилена высокого давления с повышенными эксплуатационными характеристики и способа его производства.

Поставленная цель достигается тем, что состав композиции состоит из технического углерода с размером частиц 100-400 нм и/или микронизированного порошока политетрафторэтилена 5-10 мас.%, 55 % концентрата талька 1-2 мас.%, 95 % концентрата моностеарата глицерина 1-2 мас.% и полиэтилена высокого давления марки 158 86-93 мас.%.

Способ производства модифицированного вспененного полимерного материала:

Гранулы полиэтилена высокого давления марки 158 предварительно высушивают в специальном устройстве(бункере) для сушки полимеров емкостью 1000 литров. Данный бункер снабжен: энергоэффективной системой воздушной рециркуляции, предотвращающей загрязнение воздуха и повышения температуры в производственном помещении; растарочным патрубком для выгрузки осушенного материала и магнитной ловушкой для улавливания частиц металла. Для достижения необходимого уровня влажности готового к применению полимера 0,02 %, используется горячий воздух, нагретый с помощью электрических тэнов в защитном корпусе с температурой 72-73 ᵒС в течении 3 часов, с постоянным перемешиванием полимера внутри бункера с помощью шнека, который перемещает полимер с нижней части бункера в верхнюю, тем самым весь объем сырья проходит сушку равномерно. Моностерат глицерина требуется сушить в течении 4 часов под температурой не выше 35 ᵒС в следствии его маленькой температуры плавления 54-68 ᵒС. Концентрат талька, который является нуклеатором, для сокращения цикла кристаллизации полимеров, требует сушки при температуре 50-55 ᵒС в течение 3 часов. Стабилизатор пенной структуры ‒ 95 % концентрат моностеарата глицерина, требует сушки при температуре 35 ᵒС в течении 4 часов. Порошок технического углерода с размером частиц от 100 до 400 нанометров и/или микронизированный порошок политетрафторэтилена с размером частиц от 150 до 300 нанометров сушат в таком же сушильном бункере что и основные компоненты только меньшего объема около 200 л при температуре 120-125 ᵒС в течении 3 часов, с постоянным перемешиванием, для равномерной сушки.

После этого, соблюдая герметичность соединительных шлангов от сушильных бункеров для того, чтобы не попал атмосферный влажный воздух, смешать все компоненты в гравиметрическом дозирующем устройстве (дозаторе). Далее приготовленный премикс самотеком попадает в загрузочное окно экструдера, рабочие зоны которого нагреты до температуры от 160 ᵒС до 190 ᵒС в зависимости от зоны самого экструдера

В одну из зон экструдера или в несколько зон одновременно вводят сжиженный газ изобутан в количестве от 1 л/мин до 3 л/мин в зависимости от необходимой толщины готового изделия и плотности.

Для проведения физико-механических испытаний было подготовлено 5 образцов вспененного материала в виде жгута. В таблице 1 указано соотношение компонентов, в таблице 2 – физико-механические характеристики.

Таблица 1 – Составы композита

Компоненты Содержание, мас. % Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5 1 Технический углерод и/или микронизированный порошок политетрафторэтилена 2 4 6 8 10 2 Тальк 1 2 2 2 2 3 Моностеарат глицерина 1,5 1,5 1,5 1,5 2 4 ПВД марки 158 95,5 92,5 90,5 88,5 86

Таблица 2 – Физико-механические характеристики

композита

Свойства Показатели для состава Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5 Плотность, кг/м³ 25 23 26 30 35 Предел прочности при разрыве, МПа 0,36 0,36 0,36 0,36 0,36 Модуль упругости при нагрузке 2000 Па, МПа 0,31 0,32 0,32 0,32 0,32 Прочность на сжатие при 10% линейной деформации, МПа 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 Относительное удлинение при разрыве по длине%, не менее 163 160 160 160 159 Плавление через 30 секунд при температуре 200 ᵒС да да нет нет нет Плавление через 60 секунд при температуре 200 ᵒС да нет нет нет да Плавление через 90 секунд при температуре 200 ᵒС да да да нет да

Группа изобретений относится к составу полимерного материала, используемого в области дорожного строительства, а также строительной промышленности в целом, особенно для изготовления теплоизоляции вспененных изделий, а также к способу его получения. Модифицированный вспененный материал состоит из технического углерода и/или микронизированного порошка политетрафторэтилена 5-10 мас.%, 55% концентрата талька 1-2 мас.%, 95% концентрата моноастеарата глицерина 1-2 мас.% и полиэтилена высокого давления марки 158 86-93 мас.%. Производство вспененного материала осуществляется экструзией при определенных температурных параметрах сушки каждого компонента, вспенивание материала осуществляется подачей в одну из зон экструдера или в несколько зон одновременно сжиженного газа изобутана. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик вспененного материала и снижении горючести. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

1. Модифицированный вспененный материал состоящий из технического углерода с размером частиц 100-400 нм и/или микронизированного порошка политетрафторэтилена 5-10 мас.%, 55% концентрата талька 1-2 мас.%, 95% концентрата моноастеарата глицерина 1-2 мас.% и полиэтилена высокого давления марки 158 86-93 мас.%.

2. Способ производства модифицированного вспененного полимерного материала по п.1, включающий предварительное высушивание компонентов: гранулы ПВД марки 158 при температуре 72-73°С в течение 3 часов; моностерат глицерина при температуре 35°С в течение 4 часов; концентрат талька при температуре 50-55°С в течение 3 часов; порошок технического углерода с размером частиц 100-400 нм и/или микронизированный порошок политетрафторэтилена при температуре 120-125°С в течение 3 часов; высушенные компоненты смешиваются в гравиметрическом дозирующем устройстве, через которое подается в загрузочное окно экструдера, рабочие зоны которого нагреты до температуры от 160°С до 190°С, в одну из зон экструдера или в несколько зон одновременно вводят сжиженный газ изобутан в количестве от 1 л/мин до 3 л/мин в зависимости от необходимой толщины готового изделия и плотности.