CZ20001512A3 - Složený materiál - Google Patents

Abstract

Složený materiál, tvořený pryskyřicí a vláknyjako vlákna obsahuje celulózová nebo lignocelulózová vlákna, přičemž nejméně 2 % hmotnosti těchto vláken je strukturováno. Způsob výroby tohoto materiálu spočívá v tom, že se celulózová nebo lignocelulózová vlákna rozřežou a takto strukturovaná vlákna rozřežou a takto strukturovaná vlákna se smísí s pryskyřicí.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká složených materiálů z pryskyřice a celulózových nebo lignocelulózových vláken.

Dosavadní stav techniky ——-—Kryskyřice jsou-vc§oučasné době-Uzivái ly^i iapč. pr-OJvyTGjb-u_O:ba:íii pro potravinářské výrobky. Jde typicky o výrobky pro jedno použití, zejména v případě krabiček.

Celulózové a lignocelulózóvé materiály se rovněž ve velkém množství využívají pro celou řadu účelů. Po jednom použití se tyto vláknité materiály obvykle mění na odpadní produkty. V důsledku toho dochází ke stále většímu hromadění odpadových celulózových a lignocelulózových vláken a také výrobků z pryskyřice.

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří složený materiál, který je tvořen pryskyřicí a nejméně 2 % hmotnostními vláken, jde o celulózová nebo lignocelulózová vlákna, která byla zpracována tak, že se na povrch dostávají vnitřní vlákna, přičemž nejméně 2 % hmotnostní vláken jsou strukturována.

V případě pryskyřice může jít např. o thermoplastickou pryskyřici. Složený materiál může obsahovat např. polyethylen a nejméně 50 % hmotnostních strukturovaných celulózových nebo lignocelulózových vláken.

• · · · · · • · • ·

Vynález se dále týká složených materiálů tvořených pryskyřicí a celulózovými nebo lignocelulózovými vlákny s pevností v ohybu nejméně 2,1 MPa nebo s pevností v tahu nejméně 2,1 MPa.

Vynález se také týká způsobu výroby složeného materiálu, při němž se celulózová nebo lignocelulózová vlákna zpracovávají otěrem za vzniku strukturovaných ceiuiózových nebo liynocelulozovych vláken, která se pak mísí s pryskyřicí. Výhodný způsob spočívá v tom, že se vlákna zpracovávají rotačním řezacím zařízením, opatřeným noži. Pak se takto zpracovaná celulózová nebo lignocelulózová vlákna mísí s pryskyřicí.

Pod pojmem „strukturovaná nebo texturovaná“ celulózová nebo lignocelulózová vlákna se rozumí vlákna, která byla zpracována otěrem nebo rozstříháním tak, že se na povrch dostávají vnitřní vlákna. Alespoň 50 % a s výhodou nejméně 70 % těchto vláken má poměr délky a průměru nejméně 5, s výhodou nejméně 25 nebo nejméně 50. Příklad takového vlákna je znázorněn na obr. 1.

Složené materiály podle vynálezu jsou pevné, lehké a levné. Suroviny pro výroby těchto materiálů jsou snadno dostupné, je např. možno použít odpadový materiál, zejména obalové materiály na bázi pryskyřice a odpadová celulózová nebo lignocelulózová vlákna.

Další vlastnosti složeného materiálu podle vynálezu budou zřejmé z následujícího popisu výhodných provedení v souvislosti s přiloženým výkresem.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněna fotografie strukturovaného novinového papíru ve zvětšeném měřítku.

Á'

Výhodný složený materiál obsahuje pryskyřici a strukturovaná celulózová nebo lignocelulózová vlákna.

Pryskyřice v tomto materiálu je zapouzdřujícím materiálem pro celulózová nebo lignocelulózová vlákna a na pomáhá vhodnému tvaru materiálu. Pryskyřice také přenáší zatížení na vlákna a chrání vlákna před poškozením. Výhodné složené materiály obsahují 20 až 60, s výhodou 30 až 50 % hmotnostních pryskyřice.

Příkladem vhodné pryskyřice může být polyethylen včetně polyethylenu s nízkou hustotou a s vysokou hustotou, polypropylen, polystyren, polykarbonát, polybutylen, thermoplastické polyestery, polyethery, thermoplastický polyurethan, polyvinylchlorid PVC, nylon a další pryskyřice. Je výhodné, aby byla použita pryskyřice s nízkým indexem toku taveniny. Výhodné pryskyřice zahrnují polyethylen a polypropylen s indexem toku taveniny nižším než 3 a s výhodou nižším než 1 g/10 minut.

Pryskyřice mohou být do složeného materiálu přidávány jako nově vyrobené materiály nebo mohou pocházet z odpadových materiálů a obvykle jsou dodávány v peletované formě. Pro výrobu složeného materiálu se s výhodou užívají odpadové pryskyřice vzhledem k tomu, že jsou levnější. Výhodným zdrojem pryskyřice jsou zejména polyethylenové obaly od mléka.

Strukturovaná celulózová nebo lignocelulózová vlákna dodávají složenému materiálu pevnost. Složený materiál může obsahovat 30 až 90, s výhodou 50 až 70 % hmotnostních strukturovaných celulózových nebo lignocelulózových vláken. Jako příklad celulózových vláken je možno uvést papír a výrobky z papíru, příkladem lignocelulózových vláken může být dřevo, vlákna ze dřeva a příbuzné materiály a také materiály na bázi kenafu, travin, rýžových plev, bagassu, bavlny a juty.

Výhodným zdrojem celulózových vláken je novinový papír. Výhodnými lignocelulózovými vlákny jsou juta a kenaf.

• · • · • ···

Složené materiály podle vynálezu také obsahují vazná činidla, která napomáhají vazbě hydrofilních vláken na hydrofobní pryskyřici. Jako příklad vazných činidel je možno uvést polyethyleny, niOQiiiKuvane cunlydridem kyseliny maleinove, dodávané napr. pod názvy Fusabond^R (Dupont, Delaware) a Polybond^R (Uniroyal Chemical, Connecticut). Výhodným vazným činidlem je polyethylen s vysokou hustotou, modifikovaný anhydridem kyseliny maLeinové, napr, Fusabond MB 100D.

Složené materiály podle vynálezu mohou ještě obsahovat další přísady, obvykle užívané v obdobných materiálech, jako změkčovadla, kluzné látky, antioxidační látky, stabilizátory proti působení tepla, látky, vyvolávající zakalení materiálu, barviva, látky, bránící hoření, biocidní látky, stabilizátory proti působení světla, látky, zvyšující odolnost proti nárazu a antistatické látky.

Příprava výchozích materiálů

V případě, že je použit odpadní materiál, obsahující celulózová nebo lignocelulózová vlákna, je nutno tento materiál očistit a usušit. Celulózová nebo lignocelulózová vlákna je také nutno zpracovat otěrem nebo rozstříháním před smísením s thermoplastickou pryskyřicí. Vlákna je možno zpracovat jakýmkoliv mechanickým způsobem nebo kombinací takových způsobů. Výhodný postup spočívá v tom, že se nejprve celulózová nebo lignocelulózová vlákna rozřežou běžným řezacím zařízením na úseky s délkou přibližně 0,6 až

1,2 cm. Tyto úseky se pak dále zpracovávají rotačním řezacím zařízením, např. zařízením, popsaným v publikaci Perry’s Chem. Eng. Handbook, 6 vydání, str. 8-29, 1984, zařízení se běžně dodává • · · · · · ···· • · · · · ··· · · · · ·· ··· ·· · · · · · · ···· · · · · · · · ·

5............

(Sprout, Waldron Companies). Takto zpracovaná vlákna se pak nechají projít sítem s průměrem otvorů 2 mm. Vlákna je možno uložit do uzavřených vaků, nejprve však je nutno je sušit přibližně 4 až 18 hodin při teplotě přibližně 105 °C nebo tak dlouho, až obsah vody ve vláknech je nižší než 0,5 %. Takto sušená vlákna je pak možno přímo použít.

Pryskyřice se běžně dodává v peletované nebo granulované formě a je možno ji použít bez dalšího čištění nebo sušení. V případě, že se na neletm/aném nebo o ra nul ováném materiálu nachází _ r*_^w ~ ............... ~ . ......... .

povrchová vlhkost, je však nutno materiál před použitím sušit.

Příprava složených materiálů

Složené materiály podle vynálezu je možno připravit následujícím způsobem. Běžný dvouválcový mlýn pro zpracování pryže nebo plastických hmot se zahřeje na teplotu 325 až 400 °C. Do takto zahřátého mlýna se vloží pryskyřice, obvykle ve formě pelet nebo granulátu. Přibližně’ po 10 minutách se přidá do mlýna vazné činidlo.

Po dalších 5 minutách se přidají strukturovaná celulózová nebo lignocelulózová vlákna přímo do roztavené směsi pryskyřice a vazného činidla. Vlákna se přidávají v průběhu 10 minut.

Pak se složený materiál vyjme ze mlýna, rozdělí se a nechá se zchladnout při teplotě místnosti. Pak je možno materiál lisovat na desky v běžném lisovacím zařízení.

Je také možno postupovat tak, že se složky uloží do mísícího zařízení, např. typu Banbury. V průběhu míšení se teplota udržuje na hodnotě nižší než 190 °C. Takto připravenou směs je pak možno lisovat pod tlakem.

V dalším možném provedení je možno složky mísit ve vytlačovacím zařízení, např. v zařízení Maris (Turín) TM 85, které je opatřeno současně se otáčejícími šneky. Do zařízení se přivádí pryskyřice a vazné činidlo na vstupu do mísícího úseku, přibližně v jedné třetině se pak přivádí celulózová nebo lignocelulózová vlákna do roztavené pryskyřice. Vnitřní teplota vytlačovacího zařízení se udržuje — t___4 nn lid IIUUIIULC 1114.01 1104. IOU .

+ -το τ ř í-r/>»<» í o/*N

INCI VyOLUfJU 4.0 4QI 14.0111 OO 0l04.0liy materiál peletuje rozřezáním chladných provazců, vystupujících ze zařízení.

Je také možno postupovat tak, že se nejprve směs připraví v mísícím zařízení a pak se přenese do vytlačovacího zařízení pro vytlačení a rozřezání na pelety.

Podle dalšího možného provedení je možno složený materiál zpracovat na vlákna při použití běžných postupů.

Vlastnosti složených materiálů

Výsledné složené materiály jsou tvořeny sítí vláken, zapouzdřených v pryskyřičné matrici. Vlákna vytvářejí síť, dodávající složenému materiálu pevnost. Vzhledem k tomu, že celulózová nebo lignocelulózová vlákna jsou strukturována, zvětšuje se povrch vláken, který je k dispozici pro vazbu s pryskyřicí ve srovnání s materiály, k jejichž výrobě byla užita nestrukturovaná celulózová nebo lignocelulózová vlákna. Pryskyřice se váže na povrch exponovaných vláken, takže vzniká homogenní směs vláken a pryskyřičné matrice. Tato homogenita vláken a matrice dále přispívá k pevnosti výsledného složeného materiálu.

···· ·»

Použití

Složené materiály z pryskyřice a vláken je možno použít pro celou řadu účelů. Materiály jsou pevné a lehké. Mohou být použity např. jako náhražky dřeva. Pryskyřičný povlak působí odolnost materiálů proti vodě, takže je možno je použít i vně budov. Je možno je napi. Zpi dUUVdVdl lid (Jdiciy, orxiduO ναίΊ6 Για VnOjSíCh pTOStranStVíCh po delší časové období.

Qř.ílz.lo.d.v nmvadoní \/\/nálp7H

I I I l\ 1 Μ Y HIV» I . T . .

Složené materiály byly připraveny následujícím způsobem.

Běžný dvouválcový mlýn pro zpracování pryží nebo plastických hmot byl zahřát na teplotu 325 až 400 °C. Pryskyřice, obvykle ve formě pelet nebo granulátu byla uložena do zahřátého válcového mlýna. Přibližně po 10 minutách došlo k roztavení pryskyřice a k jejímu přilnutí na válce mlýna. V tomto okamžiku bylo přidáno do válcového mlýna vazné činidlo. Přibližně po dalších 5 minutách byla do roztavené směsi pryskyřice a vazného činidla přidána celulózová nebo lignocelulózová vlákna v průběhu přibližně 10 minut.

Složený materiál byl po průchodu válcovým mlýnem rozdělen a ponechán zchladnout při teplotě místnosti. Vždy 80 g materiálu pak bylo lisováno na desky s rozměry 15 x 15 x 0,3 cm při použití běžného lisovacího zařízení.

Dále budou uvedeny příklady typického složení jednotlivých materiálů podle vynálezu.

Materiál č. 1

Složka___množství v gramech polyethylen s vysokou hustotou^{* 1} 160 starý novinový papír² 240 vazné činidlo³ 8 pevnost v ohybu (psi) modul v ohybu (10⁹ psi) má následující vlastnosti:

9,810 (ASTM D790) 6,27 (ASTM D 790)

Materiál č. 2

Složka __množství v gramech polyethylen s vysokou hustotou^{1 * *} 160 staré časopisy² 240 vazné činidlo³ 8

Výsledný materiál č. 2 má následující vlastnosti: pevnost v ohybu (psi) 9,060 (ASTM D790) modul v ohybu (10⁹ psi) 6,78 (ASTM D790) ¹Marlex 16007 ²Strukturováno pomocí rotačního řezacího zařízení s otvory 2 mm ³Fusabond^R 100D

Je zřejmé, že by bylo možno navrhnout ještě řadu změn nebo modifikací, rovněž spadajících do rozsahu vynálezu.

Zastupuje:

.. .. rVíooo-tsiA

Claims (19)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Složený materiál, tvořený pryskyřicí a vlákny, vyznačující se t í m, že jako vlákna obsahuje celulózová nebo lignocelulózová vlákna, přičemž nejméně 2 % hmotnostní těchto vláken je strukturováno.
2. 2. Složený materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že nejméně 5 % hmotnostních vláken je strukturováno.
3. 3. Složený materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že jako vlákna obsahuje novinový papír.
4. 4. Složený materiál podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se tím, že jako vlákna obsahuje jutu.
5. 5. Složený materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že jako vlákna obsahuje kenaf.
6. 6. Složený materiál podle nároku 1, v y z n a č u j í c í s e tím, že jako vlákna obsahuje papír z časopisů.
7. 7. Složený materiál podle nároku 1,vyznačující se tím, že jako vlákna obsahuje tuhý balicí papír.
8. 8. Složený materiál podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že jako pryskyřici obsahuje thermoplastickou pryskyřici.
9. 9. Složený materiál podle nároku 8, vyznačující se tím, že jako thermoplastickou pryskyřici obsahuje polyethylen.

   ··to to ·· • to ·· ·· ·· ·· • >·· ···· • to ···· · toto · ··· ·· ··· ·· ·

   IQ··**··* *··* *......
10. 10. Složený materiál podle nároku 8, vyznačující se tím, že jako thermoplastickou pryskyřici obsahuje polypropylen.
11. 11. Složený materiál podle nároku 1, v y z n a č u j i c í setím, že obsahuje 50 až 70 % hmotnostních pryskyřice a 37 až 50 % hmotnostních vláken.
12. 12. Složený materiál, tvořený polyethylenem a vlákny, vyznačující se tím, že jako vlákna obsahuje celulózová nebo lignocelulózová vlákna, přičemž nejméně 50 % hmotnostních vláken je strukturováno.
13. 13. Složený materiál, tvořený pryskyřicí a celulózovými nebo lignocelulózovými vlákny, v y z n ač u j í c í se t í m, že jeho pevnost v ohýbu je nejméně 2,1 MPa.
14. 14. Složený materiál podle nároku 13, v y z n a č u j í c í se tím, že jeho pevnost v ohybu je nejméně 4,2 MPa.
15. 15. Složený materiál podle nároku 13, v y z n a č u j í c í setím, že jeho pevnost v ohybu je nejméně 7,0 MPa.
16. 16. Způsob výroby složeného materiálu, vyznačující se t í m, že se zpracovávají rozřezáním celulózová nebo lignocelulózová vlákna za vzniku strukturovaných vláken, která se pak mísí s' pryskyřicí.
17. 17. Způsob podle nároku 16, v y z n a č u j í c í se t í m, že se strukturovaná vlákna mísí s thermoplastickou pryskyřicí.

    • tttt· ·«
18. 18. Způsob podle nároku 17, v y z n a č u j í c í se t í m, že se rozřezávání ceiuiózových nebo lignocelulózových vláken provádí při použití řezacího zařízení s rotačními noži.

    • tt tttt • tttt • tt ··· • · · ♦ • tt tttt • tt • tttt · tt tttt · • · · tt • tttt ·
19. 19. Způsob výroby složeného materiálu, vyznačující se t í m, že se rozřežou celulózová nebo lignocelulózová vlákna a tato

    ViaKna se paK si »» í A i ** »·» ·“» lži / «· I í iiioi o pi yor\yi ιυι.

    Zastupuje:

    ''i . tobO-iP/Q.

    ·· ft' » • · • · • · • ft

    WO 99/23138 ···· • ·

    1ΛΡ • ft ftft « « · • · ftftft • ftft * • ftft * »· ftft .PCT/US98Z22661

    FIG. í

    SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)