Полимерная композиция для изготовления строительных изделий и способ ее получения Российский патент 2025 года по МПК C08L23/06 C08L27/06 C08J3/00 C08J11/06 

Изобретение относится к технологии переработки полимерных отходов на основе термопластичных связующих и может быть использовано в области строительных материалов, в частности при изготовлении напольных покрытий.

Известна сырьевая смесь для изготовления изделий из композиционных материалов, включающая органический наполнитель, фенопласт и отходы полиэтилена или поливинилхлорида, или сополимеров поливинилхлорида с винилиденхлоридом (RU 2020142 C1 МПК C04B 38/08, C04B 18/20, опубл. 30.09.1994).

Известна сырьевая смесь для изделий из композиционных материалов, включающая органический наполнитель , фенопласт, отходы термопластов и гипс (RU 2116281 C1 МПК C04B 38/08, C04B 26/02, B27N 3/02, опубл. 27.07.1998).

Недостатком указанных сырьевых смесей являются низкие физико-механические характеристики (предел прочности при растяжении 1,5-3,1 МПа) и высокое водопоглощение.

Известен способ изготовления строительных материалов, включающий измельчение, сушку, гомогенизацию и нагрев в форме до 260°С в течение 10-15 минут. Смесь полимерных отходов содержит отход полиэтилентерефталата, отход поливинилхлорида, отход полиэтилена, отход натурального каучука в виде отработанных медицинских перчаток (RU 2302434 C1 МПК C08J 11/04, C08L 23/06, C08L 63/02, опубл. 10.07.2007).

Недостатком указанного способа является высокая длительность технологических операций, а также не указаны упруго-прочностные характеристики получаемых композиций.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является способ переработки отходов пластмасс в строительный материал, включающий отходы в виде полиэтилентерефталата, поливинилхлорида, полиэтилена, натурального каучука, полистирола, фенопластов и полиамида. Смесь полимерных отходов смешивают при температуре 120-130°С в течение 30 мин, затем сушат, измельчают и термоформуют при температуре 200-230°С с приложением давления до 7 МПа (RU 2302433 C1 МПК C08J 11/04, опубл. 10.07.2007).

Недостатком прототипа являются невысокие показатели упруго-прочностных характеристик, а также низкая производительность.

Технический результат, при использовании заявленного изобретения, заключается в улучшении упруго-прочностных характеристик, а именно в увеличении прочности и модуля упругости при растяжении, снижении водопоглощения, а также увеличение производительности за счет применения литьевого формования.

Сущность изобретения заключается в том, что полимерная композиция включает в качестве отхода полиэтилена отходы кабельной промышленности, а в качестве отхода поливинилхлорида отходы линолеума при следующем соотношении компонентов, мас.%

отходы полиэтилена 30-70 отходы поливинилхлорида 70-30

Смесь полимерных отходов смешивают в двухшнековом экструдере с L/D=40:1 при температуре 150-170°С, полученный гранулят сушат при 95°С в течение 12 часов и изготавливают изделия литьевым формованием при скорости впрыска 12 мл/с и давлении впрыска 50 МПа.

В табл. 1 приведены составы и значения водопоглощения и упруго-прочностных характеристик полимерных композиций.

Для изготовления композиции использовались следующие компоненты:

отходы полиэтилена были получены путем измельчения отходов, образующихся при сдире кабельной оплетки, размер частиц составлял 0,5-3 мм;

отходы поливинилхлорида были получены путем измельчения отходов линолеума, размер частиц составлял 0,1-0,8 мм.

Способ изготовления полимерных композиций заключается в следующем. Предлагаемые полимерные композиции изготавливаются в два этапа:

I этап - Предварительно измельченные отходы полиэтилена и поливинилхлорида засыпают в смеситель типа «пьяная бочка»и перемешивают до однородного состояния. Далее полученная смесь подается в двухшнековый экструдер сонаправленного вращения с L/D=40:1 при температуре нагрева по всем зонам 150-170°С, устанавливается скорость вращения шнека 150 об/мин. После чего, в экструдере происходит компаундирование компонентов с получением экструдата в виде стренга. Стренг охлаждается в водяной ванне и гранулируется.

II этап - Полученные гранулы высушиваются до остаточной влажности не более 0,5%. Из полученных гранул на литьевой машине Babyplast 6/10VP получены образцы в виде двухсторонних лопаток согласно ГОСТ 33693-2015 (параметры литьевого формования: температура пластикатора - 170°С; температура пресс-формы - 30°С; температура инжекционного цилиндра - 170°С; усилие смыкания полуформ - 50 кН; давление впрыска - 50 МПа; скорость впрыска составляла 12 мл/с).

Для сравнения полимерные композиции были изготовлены методом компрессионного формования. Из полученных гранул на гидравлическом лабораторном прессе Gibitre получены образцы в виде пластины с размером 20×20×1 мм. ( параметры компрессионного формования: температура нагрева пресс-форм - 150°С, усилие смыкания - 3МПа, время формования - 15 минут). Для испытаний из пластин вырубались двухсторонние лопатки.

Предел прочности при растяжении и относительное удлинение определяют по ГОСТ 11262-2017, модуль упругости при растяжении по ГОСТ 9550-81. Значения водопоглощения образцов определяют по ГОСТ 4650-2014 (метод А, выдержка в воде в течение 24 ч).

Дозировка отхода поливинилхлорида выше 70% масс. приводит к резкому ухудшению прочности при растяжении.

Из табл. 1 следует, что полимерные композиции изготовленные методом литьевого формования обладают высокими упруго-прочностными характеристиками по сравнению с образцами, изготовленными компрессионным формованием. Также метод литьевого формования более производителен по сравнению с компрессионным формованием.

По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет повысить значения упруго-прочностных характеристик и снизить водопоглощение, а также за счет производства изделий методом литьевого формования увеличивается производительность.

Таблица 1

Компоненты Составы полимерных композиций, % по массе 1 2 3 4 Прототип Отходы полиэтилена кабельной промышленности 30 45 55 70 - Отходы поливинилхлорида-отходы линолеума 70 55 45 30 - Отход полиэтилентерефталата - - - - 10 Отход поливинилхлорида - - - - 10 Отход полиэтилена - - - - 30 Отход натурального каучука - - - - 20 Отход полистирола - - - - 5 Отход фенопласта - - - - 15 Отход полиамида - - - - 10 Физико-механические характеристики полимерных композиций Предел прочности при растяжении, МПа
литьевое формование
компрессионное формование 5,8
2,2 8,5
2,6 10,2
3,9 11,8
5,1 2,0 Модуль упругости при растяжении, МПа
литьевое формование
компрессионное формование 131
129 138
137 180
171 335
332 - Относительное удлинение, %
литьевое формование
компрессионное формование 12,2
3,8 12,4
4,7 13,1
5,9 13,5
6,2 - Водопоглощение за сутки, % 0,44 0,35 0,26 0,21 - Плотность, кг/м³ 1392 1349 1347 1297 -

Изобретение относится к полимерной композиции для получения изделия литьевым формованием и может быть использовано в области строительных материалов, в частности при изготовлении напольных покрытий. Полимерная композиция для получения изделия литьевым формованием состоит из смеси полимерных отходов, в качестве отхода полиэтилена используются отходы кабельной промышленности с размером частиц 0,5-3 мм, а в качестве отхода поливинилхлорида отходы линолеума с размером частиц 0,1-0,8 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: отходы полиэтилена 30-70, отходы поливинилхлорида 70-30. Также изобретение относится к способу изготовления изделия литьевым формованием из полимерной композиции, состоящей из смеси полимерных отходов. Технический результат изобретения заключается в улучшении упруго-прочностных характеристик, а именно в увеличении прочности и модуля упругости при растяжении, снижении водопоглощения, а также увеличении производительности за счет применения литьевого формования. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

1. Полимерная композиция для получения изделия литьевым формованием, состоящая из смеси полимерных отходов, отличающаяся тем, что в качестве отхода полиэтилена используются отходы кабельной промышленности с размером частиц 0,5-3 мм, а в качестве отхода поливинилхлорида - отходы линолеума с размером частиц 0,1-0,8 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отходы полиэтилена 30-70;

отходы поливинилхлорида 70-30.

2. Способ изготовления изделия литьевым формованием из полимерной композиции по п. 1, включающий измельчение, смешивание и сушку отходов полиэтилена и отходов поливинилхлорида, отличающийся тем, что смешивание отходов полиэтилена, в качестве которых используются отходы кабельной промышленности с размером частиц 0,5-3 мм в количестве 30-70 мас. %, и отходов поливинилхлорида, в качестве которых используются отходы линолеума с размером частиц 0,1-0,8 мм в количестве 70-30 мас. %, производят в двухшнековом экструдере с L/D=40:1 при температуре 150-170 °С, полученный гранулят сушат при 95 °С в течение 12 часов и изготавливают изделия литьевым формованием при скорости впрыска 12 мл/с, давлении впрыска 50 МПа.