187403. lajstromszámú szabadalom • Poli(vinil-klorid) vagy poliolefin tartalmú kompozíció
1 . 187 403 2 A találmány tárgya olyan PVC vagy poliolefin kompozíció, amelynek töltőanyaga erőművi szénpernye. A műanyag kompozíciókban leggyakrabban ásványi eredetű töltőanyagokat, pl. őrölt kalciumkarbonátot, talkumot, azbesztet stb. alkalmaznak. A töltött keverékek számos kedvező tulajdonsággal rendelkeznek: megnövelt felületi keménység, jobb kopásállóság, alacsonyabb ár. Általánosan elfogadott követelmény a töltőanyagokkal szemben, hogy a lehető legkisebb mennyiségben tartalmazzanak fémvegyületeket. A leggyakoribb ilyen szennyező a vas, ezért a felhasználók átvételi követelményei általában kikötik a maximális vastartalmat. A szennyezőkkel szemben támasztott szigorú követelmények egyik alapvető oka, hogy a fémvegyületek - elsősorban a vasvegyületek - a polimer stabilitását jelentősen rontják. Például kalcium-karbonát és a dolomit esetében az irodalom legfeljebb 0,28% Fe203 tartalmat tart elfogadhatónak (R. Gächter, H. Miller: Taschenbuch der Kunststoff 326. o., Carl Hanser. Verlag München, 1979). A töltőanyagokkal szemben támasztott szigorú követelményeket kielégítő kalcium-karbonátot csak kevés helyen bányásznak. Európa jelentős részét például -a nagy szállítási távolság és költség ellenére Franciaországból látják el őrölt kalciumkarbonáttal. Kísérleteztek már töltőanyagként például széntüzelésű hőerőművek pernyéjének alkalmazásával is, amely különösen nagy mennyiségben, gyakran 10 tömeg% felett tartalmaz vas-oxidot, de ilyen esetekben mindig a szokványosnál lényegesen nagyobb mennyiségben kellett a kompozícióban stabilizátort alkalmazni. Bizonyára az erőművi szénpemyében található átmeneti fémvegyületeknek, elsősorban a vasnak a degradációt elősegítő (katalizáló) hatásával magyarázható, hogy a 475 373 sz. szovjet szabadalmi leírásban erőmüvi pernyével töltött lágy PVC keverékeknél 100 tömegegység polimerre 1,6-8 tömegegység stabilizátort javasolnak, szemben a lágy PVC receptúrákban szokásos 1-2 tömegegységgel. Ugyancsak'feltűnően magas stabilizátor-koncentrációt említ a 3 991 005 sz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírás 4. példájában, aholis lágy vinil-klorid/vinil-acetát kopolimer feldolgozása során 7,6 tömegegység stabilizátort használnak 100 tömegegység polimerre. A találmány alapja az a meglepő felismerés, hogy vas-oxidot jelentős mennyiségben tartalmazó töltőanyag, az eröművi szénpemye is felhasználható a kompozíció stabilitásának romlása nélkül, sőt a stabilitás javulása mellett, ha a pernyéhez 0,3*-6 tömeg% kalcium-oxidot és/vagy mészhidrátot adunk. Véleményűnk szerint ez a tény azzal magyarázható, hdgy a fenti adalék megakadályozza a degradációt katalizáló nehézfémionok - pl. vasionok - kijutását a polimer mátrixba. A kalcium-öxid ugyanis erősebb bázis mint a vas-oxid, így leköti a bomlás során képződő savakat (PVC-nél a sósavat, polioleíinek és más szénhidrogén polimerek esetében az oxidáció során képződő karbonsavakat), mielőtt azok a vas-oxiddal reagálnának. A találmány ily módon lehetővé teszi az eddig csak korlátozott mértékben alkalmazott erőművi szénpemye széles körű felhasználását PVC és poliolefin kompozíciók töltőanyagaként. A szénportüzelésű erőművekben képződő pernye előnye a hagyományos töltőanyagokkal szemben, hogy melléktermékként nagy mennyiségben keletkezik és a megfelelő méretfrakció elkülönítése után általában további őrlés nélkül alkalmazható. Keletkezésekor nedvességmentes, tehát megfelelő tárolás esetén szárítást sem igényel. További előnye, hogy sűrűsége kisebb a legtöbb szokásosan használt ásványi töltőanyagoknál. A pernyék kémiai összetétele és fizikai szerkezete az elégetett szén minőségének, ásványi kísérőinek és az égetési körülményeknek megfelelően erőművenként eltér egymástól. Az erőművi szénpemye alapvetően kalcium-alumínium-szilikát jellegű, jelentős (3—16 tömeg%) Fe203 tartalommal. Kisebb mennyiségben azonban sok más kísérőelem is előfordul benne, így pl. Ti, Mg, Mn, S. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy kalcium-oxiddal vagy mészhidráttal adalékolt erőművi szénpemyét, melynek a sűrűsége 1,8-2,6 és szemcsemérete legfeljebb 100 pm, lágy PVC kompozícióban alkalmazva, a töltetlen keveréknél lényegesen jobb stabilitást értünk el, de kedvező eredményeket kaptunk kemény PVC és poliolefin kompozícióknál is. További előnyként állapítottuk meg azt is, hogy a töltőanyagként kiválóan használható, megfelelő szemcseméretű pemyefrakció az erőmű pemyeleválasztóiból vagy pneumatikus pemyeszállító rendszeréből szelektíven kinyerhető, tekintettel arra, hogy a sorbakapcsolt porleválasztókban előbb a durvább, később a finomabb szemcsék válnak le, könnyen kiválasztható a megfelelő szemcseméretű pernye kinyerési helye. A töltőanyagként! alkalmazással éppen a legfinomabb frakciót - amely a legveszélyesebb környezetszennyező - lehet értékes termék előállításánál felhasználni. Előnyként említendő, hogy az így nyert pemyefrakciók zömében gömbalakú üreges zárt szemcséket tartalmaznak, így sűrűségük az anyagösszetétel alapján vártnál lusebb, ezért a velük készült kompozíció alkalmazása a hagyományossal szemben súly- és anyagmegtakarítást eredményez. Azonos tömegarányban pernyével helyettesítve a hagyományos töltőanyagot műanyag-megtakarítás érhető él. További munkánk folyamán megállapítottuk, hogy ha a pernye felületét hidrofobizáló hatású felületkezelésnek vetjük alá, úgy tovább javíthatók a tulajdonságok. Ilyen felületkezelést pl. sztearinsav vagy más alifás karbonsavak, glicerin részészterék, szililezőszerek alkalmazásával végezhetünk. Azt tapasztaltuk, hogy a 100 pm átlagos szemcseméretnél finomabb erőművi szénpemye felhasználása a műanyagipar szokásqs módszereinél (kalanderezés, extrodálás, fröccsöntés, pasztakészítés stb.) sem reológiai, sem egyéb problémát nem okoz, ha bekeverése előtt 0,3-6 tömeg% kalcium-oxidot és/vagy mészhidrátot adunk a pernyéhez. Kísérleteink azt bizonyították, hogy a PVC és poliolefin kompozíciókban extrém esetben még 65 tömeg% ilyen adalékolt erőművi szénpemyét is 5 10-15 20 25 30 35 40 \ 45 50 55 60 65 2
