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 Górnictwa Instytut 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
Udarność, kj/m 2. Temperatura zeszklenia, o C. Rm, MPa Wydłużenie, %. Wpływ zawartości gliceryny jako plastyfikatora na właściwości mechaniczne i T g skrobi termoplastycznych [2] 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 15 20 25 Gliceryna, % SKW SP SZ 140 120 100 80 60 40 20 0 15 20 25 Gliceryna, % SKW SP SZ 12 100 10 8 6 4 2 SKW SP SZ 90 80 70 60 50 40 SKW SP SZ 0 15 20 25 30 15 20 25 Gliceryna, % Gliceryna, % 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 TPSK TPSP TPSKW
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, o C L/D T, S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 o C C, bar M, Nm OS, W, min -1 kg/h SZ 141 5 152 320 18 SP 143 9 156 350 20 60 80 90 110 120 130 130 130 32 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 SP SKW L/D = 32
NIEPOWODZENIE L/D 44
Counts Counts Counts Counts XRD SKROBI MODYFIKOWANYCH 450 400 TPSWK TPSKW 400 350 TPSP 350 300 300 250 200 250 200 150 150 100 100 50 50 0 5 12 19 26 33 40 47 54 2Q 0 5 12 19 26 33 40 47 54 2Q 350 TPSZ TPSZ 350 TPSK TPSK 300 300 250 250 200 200 150 150 100 100 50 50 0 5 12 19 26 33 40 47 54 2Q 0 5 12 19 26 33 40 47 54 2Q
WYTŁACZANIE MIESZANIN PELD/TPS Składnik % wag TPS 30 45 LDPE 65 47,5 KP 5 7,5 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.
FORMOWANIE KSZTAŁTEK W TECHNOLOGII WTRYSKIWANIA Alburg Allounder: średnica ślimaka: ciśnienie wtryskiwania: siła zamknięcia formy: 25 mm maks. 1400 bar 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
MPa WYTRZYMAŁOŚĆ Wytrzymałość na NA rozciąganie ROZCIĄGANIE 18 16 14 12 13,54 15,71 17,23 15,68 17,91 15,55 17,77 14,88 17,26 10 8 6 4 2 0 PELD TPSK, 30% TPSK, 45% TPSKW, 30% TPSKW, 45% TPSZ, 30% TPSZ, 45% TPSP, 30% TPSP, 45%
MPa MODUŁ Moduł SPRĘŻYSTOŚCI, sprężystości, 0,1-01-04% 0,4% 800 700 600 500 400 483,61 681,63 503,05 672,03 553,89 688,14 477,73 654,04 300 200 274,33 100 0 PELD TPSK, 30% TPSK, 45% TPSKW, 30% TPSKW, 45% TPSZ, 30% TPSZ, 45% TPSP, 30% TPSP, 45%
% WYDŁUŻENIE Wydłużenie 120 100 119,29 80 104,18 60 40 68,95 60,07 78,65 20 40,23 0 18,78 12,95 10,88 PELD TPSK, 30% TPSK, 45% TPSKW, 30% TPSKW, 45% TPSZ, 30% TPSZ, 45% TPSP, 30% TPSP, 45%
Przykładowe mieszaniny polimerowe PELD/skrobia termoplastyczna 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 PEHD/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%
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