полиэтиленовых изделий и древесных отходов

Изобретение относится к композитному материалу из бытовых отходов на базе полиэтиленовых отходов и отходов деревообрабатывающей промышленности, и может быть использовано для изготовления изделий для использования в различных отраслях хозяйства.

Этот материал может быть использован при производстве изделий - плиток, плит, листов и стержней, отдельных деталей или узлов, отделки и другого для последующего использования в строительстве, приусадебном хозяйстве и другом.

Из уровня техники известен древесно-полимерный композитный материал (патент РФ N° 2041060, МПК B27N 3/02, С04В38/00, опубл. 09.08.1995), содержащий древесные частицы размером 80-500 мкм и термопластичное связующее отходов вторичной переработки полиолефинов, при следующем соотношении компонентов смеси, масс.:

Древесные частицы 80-90

Отходы переработки полиолефинов 10-20.

К недостаткам этого древесно-полимерного композитного материала следует отнести следующее.

Для выполнения известного материала необходимы заранее подготовленные компоненты.

В деревообрабатывающем производстве наиболее отходоёмким является лесопиление. При переработке древесных пиломатериалов отходы в виде тырсы (опилок) составляют примерно 12%. Как древесные отходы при создании этого материала используют частицы размером до 0,5 мм - это древесная пыль. Ее невозможно собрать без специального оборудования - воздушных фильтров. Использование больших по размеру частиц отходов деревообрабатывающих предприятий, таких как опилки в этой композиции невозможно, потому что даже под воздействием высокого давления не удастся создать материал с удовлетворительными физико-механическими свойствами при столь малом содержании связующего в виде полиолефинов.

Кроме того, как связующее используют отходы переработки полиолефинов, уже подготовленные под последующее использование. Недостатком является то, что при производстве этой композиции невозможно использовать связующее, заранее не подготовленное, такое как использованные полиэтиленовые изделия, которые еще не очищены и не гранулированы.

При этом себестоимость известного материала является высокой за счет сложного и затратного его производства.

Также из уровня техники известен теплоизоляционный материал на основе древесных и термопластичных отходов (патент РФ 2581047, МПК С04В18/26, C08L97/02, C08L23/06, C08L25/06, C08L67 / 03, опубл.

10.04.2016), в котором в качестве наполнителя используют древесную технологическую щепу толщиной 4 ± 2 мм, в качестве связующего термопластичные пластмассы, которые состоят из полиэтилентерефталата (ПЭТ), полистирола (ПС), полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и полиэтилена высокого давления (ПЭВД), как химическую добавку используют вспенивающий агент азодикарбонамид при следующем соотношении компонентов смеси, масс.%: ПЭТ- 11-13, ПС- 12-14, ПЭНД- 11- 13, ПЭВД- 10-13, азодикарбонамид 1-2, технологическая щепа 55-45.

Недостатком известного материала является использование химической добавки азодикарбонамид, которая смешивается с термопластичными пластмассами при высокой температуре, и может испаряться, что делает производство материала опасным для работников, ибо известно, что азодикарбонамид может вызвать аллергические реакции. Кроме того, при производстве применяются только термопластичные пластмассы, выполненные по государственным стандартам, что делает невозможным создание материала из использованных пластмассовых изделий. Материал, в результате, имеет высокую себестоимость. Ближайшим аналогом выбрана полимерная композиция для твердых кровельных покрытий (Патент UA N° 46942, МПК C08L23/22, опубл. 17.06.2002), которая содержит полиолефин, наполнитель, пигменты, модификатор, антиоксидант и другие химические добавки. В качестве полиолефина применена отработанная тепличная и упаковочная полиэтиленовая пленка, а в качестве наполнителя - отходы растительного происхождения, например, лузга риса и/или неорганического происхождения, а как модификатор - бутилкаучук, а как пигменты - оксиды металлов, например оксиды железа, хрома, кобальта, титана, а как химические добавки применяются светостабилизатор УФ-абсорбер и смазка парафин при следующем соотношении компонентов композиции, масс.ч: пленка полиэтиленовая 100, наполнитель 25-45, пигменты 1-6, бутилкаучук 3-5, антиоксидант 0,1 -1,0, химические добавки, светостабилизатор 0, 3-2,0, УФ-абсорбер (УФА), смазка парафин 0.2- 1,0.

При производстве известной полимерной композиции в качестве связующего полиолефина используют отработанную полиэтиленовую пленку, которая применяется для покрытия теплиц, парников, сенажа и упаковки продукции и других пленочных изделий, в качестве наполнителя используют, в частности, отходы растительного происхождения, что позволяет выпускать материал из отходов, но при производстве композиции используют достаточно большое количество химических добавок, что вредно для работников производства, и изготовленный материал не является экологически чистым. Кроме этого использование различных химических добавок повышает стоимость полученного материала.

В качестве наполнителя используют шелуху риса, которая, как известно, содержит большое количество (до 23%) диоксида кремния, который отличается очень низкой адгезией. Это усложняет процесс "склеивания" композиции и не обеспечивает достаточную прочность созданного материала. В результате получают материал, который имеет неоднородные физико-механические свойства, в частности различную шероховатость поверхностей и плотность в разных областях материала, низкие показатели прочности. При этом возможно образование трещин, расколов, что в свою очередь приводит к разрушению материала под воздействием воды, не обеспечивает влагостойкость известного материала.

Количество наполнителя растительного происхождения в композиции составляет, в пересчете, около 17-30% массы материала, а полиэтилена около 62-77%. Изменение соотношения компонентов материала в достаточно узком диапазоне не позволяет, в достаточной мере, варьировать механические свойства готового материала, что ограничивает область его применения.

В основу изобретения поставлена задача создать новый экологически чистый, однородный, водостойкий композитный материал на основе использованных полиэтиленовых изделий и древесных отходов с повышенной прочностью с широким диапазоном механических свойств, которые можно менять в зависимости от назначения изготовленных из этого материала изделий с расширением области применения при низкой себестоимости.

При разработке изобретения принято во внимание как необходимость использования отходов деревообрабатывающей промышленности, так и утилизация использованных полиэтиленовых изделий. Учитывалось то, что вторичная переработка полиэтилена не загрязняет окружающую среду, позволяет получить материал, который не разрушают вода, щелочи, растворы солей, органические и неорганические кислоты, устойчивый к механическим воздействиям, который можно использовать в различных сферах хозяйства. Кроме того, использование в качестве сырья только отходов позволит значительно снизить себестоимость изделия.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в композитном материале на основе использованных полиэтиленовых изделий и древесных отходов, который содержит отходы растительного происхождения и использованные полиэтиленовые изделия, согласно изобретению , как отходы растительного происхождения применены сухие мелкие древесные отходы, такие как сухие опилки, сухие листья, как использованные полиэтиленовые изделия - предварительно измельченные использованные полиэтиленовые изделия со степенью загрязнения до 30%, которые смешаны с сухими мелкими древесными отходами при следующем соотношении, масс.%:

использованные полиэтиленовые изделия 20-70,

сухие мелкие древесные отходы 30-80.

Перечисленные признаки предложенного технического решения в отношении композитного материала являются существенными признаками заявляемого изобретения, а их совокупность обеспечивает достижение ожидаемого технического результата - обеспечение однородности структуры, водостойкости композитного материала на основе использованных полиэтиленовых изделий и древесных отходов с повышением прочности, обеспечение возможности создания материалов с широким диапазоном механических свойств, которые можно менять в зависимости от назначения изготовленных из этого материала изделий с расширением области применения заявленного материала при снижении его себестоимости.

Применение в качестве отходов растительного происхождения сухих мелких древесных отходов, таких как сухие опилки, сухие листья позволяет создать экологически чистый композитный материал, при производстве которого не используют вредные, ценные химические добавки. Сухие мелкие древесные отходы, такие как сухие опилки, сухие листья, которые являются хрупкими и легко измельчаются на мелкие кусочки, в отличие от шелухи риса, которая применяется в ближайшем аналоге, имеют лучшую адгезию, что в совокупности с другими существенными признаками, позволяет создать однородный композитный материал с повышенной прочностью, влагостойкий, с более однородными физико-механическими свойствами в различных областях материала.

Применение в качестве связующего использованных полиэтиленовых изделий значительно расширяет возможности использования при осуществлении изобретения различных использованных полиэтиленовых изделий, таких как полиэтиленовые пленки, пакеты, одноразовые стаканчики для напитков и другие изделия из полиэтилена, вторичная переработка которых является важной, неотложной проблемой современности.

Применение использованных полиэтиленовых изделий со степенью загрязнения до 30% позволяет существенно удешевить полученный композитный материал за счет отсутствия предварительного мытья использованных полиэтиленовых изделий, при сохранении его прочности и широкого диапазона механических свойств, которые можно менять в зависимости от назначения изготовленных из этого материала изделий.

При получении композитного материала применяют предварительно измельченные использованные полиэтиленовые изделия. Это необходимо для унификации свойств этих различных по форме, размеру, степени загрязнения и специфическим характеристикам изделий. Предварительное измельчение можно определить как формирование частиц определенного размера для уменьшения объема и гомогенизации смеси использованных полиэтиленовых изделий и сухих мелких древесных отходов. Применение измельченных использованных полиэтиленовых изделий позволяет повысить качество полученного композитного материала за счет создания при холодном смешивании с мелкими древесными отходами достаточно однородной смеси, которая при следующем смешивании под воздействием давления и температуры превращается в материал, в котором мелкие древесные отходы полностью смочены расплавленным полиэтиленом. Осуществляется качественное связывание компонентов смеси в результате обволакивания частиц древесины расплавленным полиэтиленом, хорошего сцепления компонентов смеси, и получения, как следствие, материала высокого качества, однородности и прочности.

Измельченные использованные полиэтиленовые изделия смешивают с сухими мелкими древесными отходами при следующем соотношении, масс.%:

использованные полиэтиленовые изделия 20-70, сухие мелкие древесные отходы 30-80.

Изменение соотношения компонентов материала в широком диапазоне позволяет, в достаточной мере, варьировать механические свойства готового материала, при сохранении его качества, прочности и влагостойкости.

Когда количество полиэтилена относится к количеству древесных отходов как 70:30, свойства такого материала определяются, в основном, свойствами полиэтилена. При обратном соотношении, когда количество полиэтилена соотносятся с древесными отходами как 20:80, свойства полученного материала в первую очередь определяются свойствами частиц древесины и характером связи между древесными частицами и полиэтиленом.

При любом соотношении в указанных пределах компонентов смеси получается прочный материал с высокой влагостойкостью за счет всестороннего тщательного обволакивания частиц древесины полиэтиленом.

Композитный материал на основе использованных полиэтиленовых изделий и древесных отходов изготавливают следующим образом.

Используют различные использованные полиэтиленовые изделия. Это могут быть использованные полиэтиленовые пакеты, уже отработанная полиэтиленовая пленка, одноразовые полиэтиленовые стаканчики, которые собирают, например, в специальные контейнеры, которые установлены во дворах многоэтажек, и другие полиэтиленовые изделия.

Собранные использованные полиэтиленовые изделия не очищают, не моют. Используют изделия со степенью загрязнения до 30% массы.

Собранные использованные полиэтиленовые изделия измельчают до частиц, размер которых не превышает 1 мм.

Далее измельченные использованные полиэтиленовые изделия в количестве 20-70% массы вместе с сухими древесными отходами в количестве 30-80% массы подвергают предварительному тщательному перемешиванию без влияния температуры. В качестве сухих, мелких древесных отходов используют сухие опилки, сухие опавшие листья.

Желательно использовать опилки с размером не более 2 мм.

Перемешивание осуществляют очень тщательно до получения однородной массы.

Далее гомогенную смесь измельченных использованных полиэтиленовых изделий и сухих мелких древесных отходов нагревают до расплавления измельченных использованных полимерных изделий и перемешивают в экструдере, получая заявленный композитный материал на основе использованных полиэтиленовых изделий и древесных отходов.

Материалу можно задавать любую форму, и получать какую угодно форму изделий, например, брус, садовую плитку, тротуарную плитку, разнообразную тару и другое.

Изделия, полученные из изготовленного материала устойчивы к воздействию влаги, не подвержены коррозии и гниению, имеют высокие электроизоляционные показатели. Они имеют однородную структуру, без трещин и пустот, прочные, дешевые. Производство такого материала направлено на утилизацию использованных полиэтиленовых изделий и отходов деревообрабатывающих предприятий, способствует очищению окружающей среды. Композитный материал на основе использованных полиэтиленовых изделий и древесных отходов имеет более низкую, по сравнению с ближайшим аналогом, себестоимость, при его выполнении не используют вредные для производителей химические добавки. Предварительное измельчение использованных полиэтиленовых изделий значительно улучшает качество полученного материала, способствует в дальнейшем лучшему перемешиванию именно измельченных использованных полиэтиленовых изделий с сухими, мелкими древесными отходами с образованием достаточно однородной массы. Поэтому на изломе образцов предлагаемого композитного материала при их визуальном обследовании не обнаружены не склеенные частицы древесины. Изобретение позволяет создать новый экологически чистый, однородный, водостойкий композитный материал на основе использованных полиэтиленовых изделий и древесных отходов с повышенной прочностью с широким диапазоном механических свойств, которые можно менять в зависимости от назначения изготовленных из этого материала изделий с расширением области применения при низкой себестоимости.

В существующих источниках патентной и научно-технической информации не обнаружен композитный материал на основе использованных полиэтиленовых изделий и древесных отходов, который имеет заявленную совокупность существенных признаков, поэтому представленное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Сравнительный анализ вышеуказанного технического решения с наиболее близким аналогом, показал, что реализация совокупности существенных признаков, которые характеризуют предлагаемое изобретение, приводит к появлению качественно новых указанных выше технических свойств, совокупность которых не была установлена ранее из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Предложенное техническое решение является промышленно применимым, так как не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов или материалов, которые невозможно воспроизвести на современном этапе развития техники в условиях промышленного

производства.