GŁÓWNY INSTYTUT

GÓRNICTWA

„Nowe przyjazne dla Środowiska

kompozyty polimerowe

z wykorzystaniem surowców

odnawialnych”

Projekt realizowany w ramach Działania 1.3 PO IG, Poddziałania 1.3.1.

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków budżetu państwa w ramach

Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013.

Zadanie 2.

Opracowanie napełniaczy i wzmocnień pochodzenia

naturalnego (roślinnego i naturalnego) do przetwarzania

z materiałami polimerowymi

Główny Instytut GórnictwaInstytut Włókien Naturalnych

i Roślin Zielarskich

MATERIAŁY ZASTOSOWANE

W BADANIACH Skrobia ziemniaczana

Skrobia pszeniczna

Skrobia kukurydziana

Skrobia kukurydziana woskowa

Gliceryna

Polietylen LDPE i HDPE

PE szczepiony bezwodnikiem maleinowym

Włókna naturalne/kompozyty (IWNIRZ)

PRZYGOTOWANIE SKROBI

DO MODYFIKACJI

Nawilżenie skrobi plastyfikatorem i granulacja

w intensywnym mieszalniku przeciwbieżnym Eirich R 02

Najczęściej stosowane plastyfikatory:

Woda

Gliceryna

Sorbitol

Glikol etylenowy i dietylenowy

Inne

Wpływ zawartości gliceryny jako plastyfikatora na właściwości

mechaniczne i Tg skrobi termoplastycznych [2]

0

20

40

60

80

100

120

140

15 20 25

Gliceryna, %

Wy

dłu

że

nie

, %

.

SKW

SP

SZ

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

15 20 25

Gliceryna, %

Rm

, M

Pa

SKW

SP

SZ

0

2

4

6

8

10

12

15 20 25

Gliceryna, %

Ud

arn

oś

ć, k

J/m

2 .

SKW

SP

SZ

30

40

50

60

70

80

90

100

15 20 25

Gliceryna, %

Te

mp

era

tura

ze

szk

len

ia,

oC

.

SKW

SP

SZ

2. Wilpiszewska K., Spychaj T.: Polimery, 2006, 51, nr 5, 325-404

Homogenizacja

i granulacja mieszaniny

skrobi natywnych i gliceryny

MODYFIKACJA

SKROBI NATYWNYCH

W PROCESIE WYTŁACZANIA

TPSP TPSKWTPSK

WYTŁACZARKA DWUŚLIMAKOWA

LEISTRITZ 27

średnica ślimaka 27mm

moc napędowa 20 kW

stosunek L/D = 44

zakres obrotów ślimaka 10-500

min-1 z płynną regulacją

moment obrotowy ślimaka 190 Nm

stały w całym zakresie obrotów

pomiar ciśnienia w zakresie

od 0-350 bar z funkcją alarmu

PARAMETRY PROCESU WYTŁACZANIA

SKROBI NATYWNYCH

Rodzaj

skrobi

Profil temperaturowy wytłaczarki, oC L/D

T,oC

C,

bar

M,

Nm

OS,

min-1

W,

kg/hS1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2

SZ

60 80 90 110 120 130 130 130 32

141 5 152 320 18

SP 143 9 156 350 20

SK 143 7 152 330 20

SKW 139 8 162 350 22

gdzie:

SZ – skrobia ziemniaczana, SP – pszeniczna, SK – kukurydziana, SKW – kukurydziana woskowa;

S1 – S6 – termostatowane strefy grzewcze;

P1 – pierścień pośredni pomiaru ciśnienia;

P2 – płyta mocowania głowicy;

T – temperatura wytłaczanej skrobi;

C – ciśnienie wytłaczanej skrobi;

M – moment obrotowy;

OS – obroty ślimaków;

W – wydajność

WYTŁACZANIE SKROBI

SKW

SP

L/D = 32

L/D 44

NIEPOWODZENIE

XRD SKROBI MODYFIKOWANYCH

TPSK

0

50

100

150

200

250

300

350

5 12 19 26 33 40 47 54

2Q

Counts

TPSK

TPSP

0

50

100

150

200

250

300

350

400

5 12 19 26 33 40 47 54

2Q

Counts

TPSP

TPSZ

0

50

100

150

200

250

300

350

5 12 19 26 33 40 47 54

2Q

Counts

TPSZ

TPSWK

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

5 12 19 26 33 40 47 54

2Q

Counts

TPSKW

WYTŁACZANIE MIESZANIN PELD/TPS

Parametry procesu wytłaczania

ślimaki: współbieżne, L/D = 44

strefa zasilania: 140 °C

strefa uplastyczniania: 160 °C

strefa dozowania: 180 °C

obroty ślimaków wytłaczarki: 350 obr/min

ciśnienie przed głowicą: 26-30 bar

wydajność procesu: 20-22 kg/godz.

Składnik % wag

TPS 30 45

LDPE 65 47,5

KP 5 7,5

FORMOWANIE KSZTAŁTEK

W TECHNOLOGII WTRYSKIWANIA

Alburg Allounder:

średnica ślimaka: 25 mm

ciśnienie wtryskiwania: maks. 1400 bar

siła zamknięcia formy: maks. 500 kN

Parametry wtryskiwania:

temperatura stopu tworzywa: 180 °C ± 2 °C

temperatura formy: 50 °C ± 1 °C

prędkość wtryskiwania: 190 mm/s

czas cyklu: 60 s

ciśnienie wtryskiwania: 500 bar

ciśnienie docisku: 350 bar

Wytrzymałość na rozciąganie

17,2614,8817,7715,5517,9115,6817,2315,7113,54

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

PELD TPSK, 30% TPSK, 45% TPSKW, 30% TPSKW, 45% TPSZ, 30% TPSZ, 45% TPSP, 30% TPSP, 45%

MP

a

WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE

Moduł sprężystości, 0,1 - 0,4%

654,04477,73688,14553,89672,03503,05681,63483,61

274,33

0

100

200

300

400

500

600

700

800

PELD TPSK, 30% TPSK, 45% TPSKW, 30% TPSKW, 45% TPSZ, 30% TPSZ, 45% TPSP, 30% TPSP, 45%

MP

a

MODUŁ SPRĘŻYSTOŚCI, 01-04%

Wydłużenie

40,23

78,65

10,8812,95

60,07

104,18

18,78

68,95

119,29

0

20

40

60

80

100

120

PELD TPSK, 30% TPSK, 45% TPSKW, 30%TPSKW, 45% TPSZ, 30% TPSZ, 45% TPSP, 30% TPSP, 45%

%

WYDŁUŻENIE

Nr próbki OSNOWA WYPEŁNIENIE KOMPAKT.

B22 PELD, 65% SK, 30% PB 3029, 5%

B27 PELD, 70% TPSK, 30% -

B28 PELD, 70% TPSK, 30% -

B29 PELD, 65% TPSK, 30% PB 3029, 5%

B30 PELD, 65% TPSK, 30% PB 3029, 5%

B31 PELD, 50% TPSK, 45% PB 3029, 5%

B32 PELD, 35% TPSK, 60% PB 3029, 5%

B33 PELD, 32,5% TPSK, 62,5% PB 3029, 5%

B34 PELD, 30% TPSK, 65% PB 3029, 5%

B35 PELD, 25% TPSK, 70% PB 3029, 5%

B36 PELD, 65% TPSKW, 30% PB 3029, 5%

B37 PELD, 47,5% TPSKW, 45% PB 3029, 7,5%

B38 PELD, 65% TPSZ, 30% PB 3029, 5%

B39 PELD, 47,5% TPSZ, 45% PB 3029, 7,5%

B40 PELD, 65% TPSP, 30% PB 3029, 5%

B41 PELD, 47,5% TPSP, 45% PB 3029, 7,5%

Przykładowe mieszaniny polimerowe

PELD/skrobia termoplastyczna

Nr próbki OSNOWA WYPEŁNIENIE KOMPAKT.

B54 IWN3, 70% TPSP, 30%

B55 IWN3, 60% TPSP, 40% -

B56 IWN3, 50% TPSP, 50% -

B57 PEHD, 65% TPSP, 30% PB 3039, 5%

B58 PEHD, 47,5% TPSP, 45% PB 3039, 7,5%

B60 PEHD, 30% TPSP, 60% PB 3039, 10%

B62 PEHD, 17,5% TPSP, 70% PB 3039, 12,5%

B72 PEHD, 65% TPSPOP, 30% PB 3039, 5%

B73 PEHD, 47,5% TPSPOP, 45% PB 3039, 7,5%

B74 PEHD, 30% TPSPOP, 60% PB 3039, 10%

B80 PEHD, 65% TPSKW44, 30% PB 3039, 5%

B81 PEHD, 47,5% TPSKW44, 45% PB 3039, 7,5%

B82 PEHD, 30% TPSKW44, 60% PB 3039, 10%

B83 PEHD, 65% TPSP44, 30% PB 3039, 5%

B84 PEHD, 47,5% TPSP44, 45% PB 3039, 7,5%

B85 PEHD, 30% TPSP44, 60% PB 3039, 10%

Przykładowe mieszaniny polimerowe

PEHD/skrobia termoplastyczna

ZREALIZOWANO Przegląd literatury i stanu techniki

Opracowano dynamiczny plan badań

Opracowano sposób modyfikacji skrobi pod kątem napełniania PE

Określono okno przetwórcze uzyskanej skrobi (TG, DSC, XRD)

Opracowano technologię wytwarzania mieszanin PE/TPS

Przeprowadzono badania uzyskanych materiałów

Wytypowano materiały do dalszych badań

Zaplanowano kolejne eksperymenty

NA ROK 2011 ZAPLANOWANO

PRZEPROWADZENIE BADAŃ MAJĄCYCH NA CELU:

Określenie wpływu konfiguracji i długości ślimaków zastosowanych do

modyfikacji skrobi pod kątem wytwarzania mieszanin polimerowych PE/TPS

Określenie wpływy sposobu wprowadzania kompaktybilizatora na właściwości

fizykomechaniczne uzyskanych mieszanin polimerowych

Ocenę skuteczności modyfikatorów poprawiających wydłużenie PE/TPS

Opracowanie jednoetapowego sposobu wytwarzania mieszanin polimerowych

PE/TPS

Wytworzenie kompozytów na bazie PE/TPS pełniących rolę osnowy

wzmacnianych włóknami naturalnymi (GIG + IWNIRZ)

Opracowanie technologii modyfikacji skrobi pod kątem uzyskania skrobi

termoplastycznej o parametrach zbliżonych do komercyjnych skrobi

termoplastycznych

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ