專(zhuān)利名稱(chēng)：由碳化合物組成的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由碳化合物組成的材料，它可以利用所有公知的塑料加工機(jī)械加工成模塑件、板材、管材或薄膜等。
在市場(chǎng)上除了可以獲得許多不同種類(lèi)的純塑料，例如聚氯乙烯、聚乙烯(低密度和高密度的)、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等之外，還有一部分塑料填料組合物從成本等因素看有著重要的意義。為了滿(mǎn)足專(zhuān)門(mén)的市場(chǎng)需求，還有一些組合物是由制成微粒的炭粉、焦炭粉和石油焦炭粉摻入熱塑性聚合物中而制成的，并且在某些情況下，用煤炭、焦炭或石油焦炭制成的最細(xì)的粉末已經(jīng)不能被當(dāng)作通常意義上的填料對(duì)待了，它們多少已經(jīng)變成了熱塑性聚合物的必要組分，對(duì)該種塑料的性質(zhì)發(fā)揮著決定性的影響。
此外，公知的還有一種制造可塑性變形的材料的方法，該材料由聚乙烯和焦炭細(xì)粉填料組成，該方法在聚乙烯基體中至少加入相當(dāng)于其重量四分之一的，最好是等量或更多的焦炭細(xì)粉，并以公知的方式將其混合在一起。(參見(jiàn)德國(guó)專(zhuān)利展出說(shuō)明書(shū)1065607)。
炭粉或焦炭粉在塑性模塑材料中并不象大多使用的填料那樣會(huì)使材料的性質(zhì)變劣，而是出人意料地能改善成形材料的物理性質(zhì)(改善拉伸強(qiáng)度、彎曲拉伸強(qiáng)度、延伸率和冷脆穩(wěn)定性);模塑材料還易于成型加工。特別適合于填件聚乙烯基體的有煙煤焦炭、石油焦炭和瀝青焦炭。特別是低灰分煙煤焦炭和等量的聚乙烯相混合可制成具有良好彈性的板材，它在彎曲試驗(yàn)中和在聚乙烯基體中填充了其他填料，如頁(yè)巖粉的材料相比，具有有良好的穩(wěn)定性。具有同樣混合比例的頁(yè)巖粉-聚乙烯板僅在幾次彎曲應(yīng)力的作用之后便告折斷。
在公知的方法中，焦炭粉是以通常的方式研磨而成的。生產(chǎn)高質(zhì)量的模塑材料不僅可以使用高細(xì)度(6400目/cm2)，而且也可使用粗粒度(900目/cm2)的粉末。
在由聚乙烯和焦炭粉末組成的混合物中還可以加入浸潤(rùn)劑、潤(rùn)滑劑和其他公知的添加劑，例如紫外線穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑等。
特別應(yīng)當(dāng)指出的是，用公知的模塑材料制成的模塑件具有良好的焊接性。
還有一類(lèi)公知的模塑材料，由聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯-丙烯、乙烯-丁烯或丙烯-丁烯共聚物制成并含有直徑小于60微米的微粒焦炭，其中的100份聚合物中含有200至400份微粒石油焦炭，其中至少有80%的平均粒度在0.75至50微米之間(參見(jiàn)德國(guó)專(zhuān)利展出說(shuō)明書(shū)第1259095號(hào))。這種模塑材料的機(jī)理是，石油焦炭微粒的粒度分布會(huì)影響最終產(chǎn)物高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上不可能在這種聚合物中添加150至200份平均直徑大于50微米(?。?的石油焦炭微粒。此外這種產(chǎn)品也不具有所要求的高的沖擊拉伸強(qiáng)度和彎曲拉伸強(qiáng)度。如果將石油焦炭進(jìn)一步細(xì)化并將粒度在0.75至約50微米之間的微粒與聚合物混合，則會(huì)出人意料地達(dá)到最為有利的物理性質(zhì)。
為了制造這種公知的模塑材料，可以采用任何市售的普通聚烯烴或者混合聚烯烴，其熔融系數(shù)約在10至0.2之間，分子量約在50000至700000之間。
在將石油焦炭用到公知的模塑材料中之前，要通過(guò)球磨機(jī)、棒磨機(jī)、錘磨機(jī)的研磨將石油焦炭粉碎和校準(zhǔn)，或者通過(guò)蒸汽或空氣的噴吹將焦炭顆粒甩到一個(gè)表面上，通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片(帕爾曼[Pallmann].制粉裝置)的離心分離作用，通過(guò)超聲波振動(dòng)或者使用間距為0.0254cm或者更小的相對(duì)設(shè)置的鋼輥將石油焦炭粉碎并校準(zhǔn)。
因?yàn)槭徒固?，特別是相對(duì)高灰分石油焦炭的硬度可能會(huì)相當(dāng)高，例如為7.5-8摩斯(Mohs)刻度，所以用上述方法粉碎石油焦炭時(shí)，粉碎裝置會(huì)很快地磨損，并且要導(dǎo)致金屬屑、鐵屑或者鋼屑混入被研磨料中，其后果或者是必須費(fèi)力地并且代價(jià)高昂地將其分離，或者造成模塑材料的性質(zhì)不能被所有的應(yīng)用領(lǐng)域所接受。
另外還有一種公知的方法用于制造專(zhuān)門(mén)的研磨煤炭，以作為塑料的填料，它是將硬煤，如無(wú)煙煤置于非氧化氣氛中粉碎，直至平均粒不大于2.5微米，并且特別要達(dá)到粒度分布為，至少90%的材料粒度小于5微米(參見(jiàn)德國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)第1592914號(hào))。
這種公知的煤粉一般是通過(guò)粉碎或研磨普通煤炭而獲得的，優(yōu)選通過(guò)自動(dòng)研磨機(jī)獲得的，特別是采用一般稱(chēng)之為“旋風(fēng)磨”的利用流體工作的研磨機(jī)。這類(lèi)研磨機(jī)在粉碎時(shí)不得含有空氣或游離氧氣，因?yàn)榉駝t的話流體就會(huì)對(duì)被研磨的煤炭產(chǎn)生不利的影響，所加工的煤粉例如可用于橡膠和其他聚合物。在公知的煤炭研磨中，保持非氧化氣氛是必要的，因?yàn)榻固课⒘７鬯闀r(shí)會(huì)形成非常高的反應(yīng)性;這很可能是由于鍵的斷裂而造成的。這種現(xiàn)象可以在研磨過(guò)程中出現(xiàn)，其后果是，斷裂的鍵和空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，從而失了其反應(yīng)性。然而如果對(duì)斷裂的鍵加以足夠的保護(hù)，則該鍵便可以與聚合物的其他成分相反應(yīng)，從而形成具有出色物理性質(zhì)的聚合物或橡膠。
氧氣的影響可以在粉碎過(guò)程中通過(guò)某種惰性氣體氣氛來(lái)阻止，而在分級(jí)時(shí)則可向產(chǎn)品噴灑約相當(dāng)于其重量的0.1至1%的硬脂酸鋅，使每個(gè)微粒都被硬脂酸鋅所覆蓋，直至獲得相對(duì)一致的覆層。當(dāng)被保護(hù)的焦炭粉加到天然橡膠中并被硫化時(shí)，覆層即可熔化。
用公知方法制備的煤炭粉不僅可以作為天然橡膠的填料，而且還可以用作普通塑料的填充材料。
還有一種公知的制造焦炭混合物的方法，如德國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)第1719517號(hào)所述，可使研磨的微粒具有很高的表面積擴(kuò)大率，它適用于混合在塑料中。利用摻出法或注塑法制造塑料管、板、片和其他模塑件時(shí)，可以在塑料中擠入導(dǎo)電的炭材料，使其具備電子抗靜電性能(見(jiàn)德國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)第2017410號(hào))，以及對(duì)于含有親油性石墨的改性塑料而言，將天然或合成石墨在有機(jī)液體中隔絕空氣進(jìn)行研磨而制成石墨粉。
所有這些材料的缺點(diǎn)是，煤炭或者焦炭的制備工藝復(fù)雜，成本高，從而提高了成品的單位重量的價(jià)格，盡管這些材料具有很多優(yōu)點(diǎn)，但卻由于價(jià)格的原因而仃留在很小的使用范圍。
此外，這種塑料或塑料-填料組合物的再生利用的能力也多少有些過(guò)低。迄今為止所公知的塑料填料-塑料組合物再生后其質(zhì)量會(huì)有很大的下降，所以經(jīng)常要將再生的塑料和新塑料結(jié)合在一起繼續(xù)使用，或者不與后者混合而制成低價(jià)值的模塑件。
除此之外還會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題是，這種材料要花很大代價(jià)才能清除，特別是處理掉，如果能處理掉的話。這種材料例如在垃圾場(chǎng)中不能自行分解，并且在燃燒時(shí)要在廢氣中產(chǎn)生有害物質(zhì)。由于塑料的使用量不斷增加，這一缺點(diǎn)就顯得尤為嚴(yán)重。例如僅于1990年在德國(guó)，不算新增加的德國(guó)東部的各州，連化學(xué)纖維在內(nèi)共計(jì)生產(chǎn)了九百萬(wàn)噸以上的塑料。按照官方確定的塑料市場(chǎng)每年8%的增長(zhǎng)率，在原聯(lián)邦德國(guó)的領(lǐng)土范圍內(nèi)到2000年時(shí)每年要消耗多達(dá)一千九百萬(wàn)噸的塑料。僅這一問(wèn)題便會(huì)使諸如政府頒布的包裝規(guī)定的指標(biāo)到1996年時(shí)成為無(wú)法完成的任務(wù)，因?yàn)楣I(yè)和家庭中產(chǎn)生的舊塑料廢物的處理目前是無(wú)法解決的，其回收再生率在西德目前只有約7%。然而鋁的回收率在38.3%，廢紙為40.7%，廢玻璃為43.2%。如果只是將不能通過(guò)生物分解的塑料簡(jiǎn)單地堆置，則積累起來(lái)的堆積物從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)將進(jìn)入無(wú)法預(yù)知的命運(yùn)，其后果要通過(guò)在空氣和水中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化來(lái)擴(kuò)散。
大多數(shù)塑料的燃燒，例如在垃圾燃燒裝置中的燃燒也會(huì)由于裝置所產(chǎn)生的大量填料灰分以及由于燃燒而在排煙中產(chǎn)生的毒性聯(lián)8-羥基喹啉或其他物質(zhì)而造成嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)擔(dān)。這類(lèi)毒性危險(xiǎn)物質(zhì)組在燃燒中會(huì)在經(jīng)過(guò)250℃至400℃的溫度區(qū)間時(shí)釋放出來(lái)，并且經(jīng)過(guò)排煙進(jìn)入接近地表的大氣。因于害怕出現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題，所以目前在政策上幾乎不允許建立用于特種垃圾的專(zhuān)用垃圾燃燒裝置。
代價(jià)極高的工作首先是將塑料包裝材料和家庭垃圾按其品種分門(mén)別類(lèi)，例如從混合在一起的家庭垃圾中分出圓珠筆、薄膜、容器、桶罐、玩具以及化學(xué)纖維。所有這些塑料均由新塑料或者二次塑料，即已至少回收再生過(guò)一次的塑料組成。二次塑料由于熱作用和輻射作用以及在回收過(guò)程中的熔化和再造粒，和新塑料相比其質(zhì)量大大變劣。如果由于分門(mén)別類(lèi)進(jìn)行得不徹底，使塑料品種不純(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺等)或者一次塑料和二次塑料混合回收，或者塑料中含有首先是在其首次應(yīng)用中摻入的顏料、穩(wěn)定劑、增塑劑或其他添加劑，則會(huì)使質(zhì)量進(jìn)一步變劣，以致造成從經(jīng)濟(jì)的理由出發(fā)禁止重新利用這類(lèi)塑料。所以只有很少一部分廢棄的塑料能得到回收。塑料質(zhì)量無(wú)明顯變劣的回收只能出現(xiàn)在品種單純的塑料中。但是即便如此，也要在單品種塑料中按其使用的填料或顏料進(jìn)行分類(lèi)，因此質(zhì)量損失是不可避免的。
即便是在諸如在德國(guó)正在建立中的“雙系統(tǒng)”的支持下，也很難在將來(lái)收集到全部一次塑料產(chǎn)品中的8-10%較純品種(如聚乙烯)，和10-13%的類(lèi)似品種以及約10%的混合品種和雜質(zhì)。
再生的塑料由于其質(zhì)量必然下降，其外觀的缺陷以及其過(guò)高的價(jià)格而不能必然地被市場(chǎng)所接受。按照現(xiàn)行的法律標(biāo)準(zhǔn)和DIN(德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的規(guī)定，再生塑料的使用是受到很大限制的。
綜上所述可以認(rèn)為，塑料的回收由于其收集、分類(lèi)、重新加工、造粒、運(yùn)輸?shù)某杀疽约爸匦落N(xiāo)售的成本很高，所以被限制在很少的數(shù)量上。
再加之破廢塑料產(chǎn)品的制造商或銷(xiāo)售商因其回收義務(wù)而將其一次塑料產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格提高了25-30%，以補(bǔ)償由于收集和分類(lèi)以及除此之外因處理這些塑料而付出的大量支出。
迄今為止的塑料再生方法遲早會(huì)使舊的再生塑料堆積成山，它們不再能夠再生，也不再能用來(lái)燒掉。
為此本發(fā)明提出的任務(wù)是，制造一種可以廉價(jià)生產(chǎn)、幾乎可用所有的現(xiàn)有塑料加工機(jī)械和裝置加工的，由碳化合物組成的材料，它和公知的由碳化合物組成的材料相比，不但應(yīng)具備至少同樣好的機(jī)械、物理和加工工藝性能，而且除此之外還能在不產(chǎn)生質(zhì)量損失的條件下重新回收利用，并且毫無(wú)問(wèn)題地在符合環(huán)保要求的情形下被處理。
該任務(wù)被發(fā)現(xiàn)能以簡(jiǎn)單的方式加以解決，其方案是，該碳化合物中除了含有以很高的撞擊速度由低有害物質(zhì)含量和低灰分有煙煤、焦炭或石油焦炭制造的微粒碳粉外，還含有烴類(lèi)的熱塑性聚合物，該聚合物與碳粉微粒一起，通過(guò)碳粉微粒在材料加工裝置的封閉系統(tǒng)中因被高速撞擊粉碎而釋放出的鍵能，不用其他添加劑即化合成一種可多次回收利用而不產(chǎn)生質(zhì)量損失的材料，該材料的熱值大于37500千焦/千克。
利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在利用固體燃料，如呈焦炭、煤、煙煤、石油焦炭、特別是無(wú)煙煤形式的碳的熱能(燃燒)之前，可先將其用于多種新型的，不同的用途，但前提是這種燃料的有害物質(zhì)含量和灰分含量要低，并且以很高的撞擊速度加工成微粒狀碳粉。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這種碳粉的微粒在材料加工裝置的封閉系統(tǒng)中因被高速撞擊粉碎而釋放出鍵能，在該能量的作用下，不用其他添加劑就能與熱塑性聚合物化合成所述的材料。該材料以及由其制造的產(chǎn)品的物理和工藝性能和目前所使用的任何聚合物相比都有很大的改善。出人意料的是，這種新型材料可多次回收利用而不出現(xiàn)質(zhì)量損失，并且最后可以高熱值通過(guò)燃燒而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，同時(shí)燃燒室中或燃燒產(chǎn)生的煙氣中的有害物質(zhì)卻不會(huì)超出允許值。這種處在循環(huán)中的新型材料因而是一種有利于環(huán)境保護(hù)的能源儲(chǔ)備。
由于有了本發(fā)明，這一能源儲(chǔ)備向熱能的轉(zhuǎn)變也可以在經(jīng)多次回收利用后進(jìn)行，從而更有利于環(huán)保，既不增加成本，也不需要垃圾堆放場(chǎng)或垃圾燃燒裝置。
該燃料的粉碎原則上可以在適于進(jìn)行高速撞擊式粉碎的粉碎裝置中進(jìn)行。但人們發(fā)現(xiàn)，最為有利并且特別廉價(jià)和經(jīng)濟(jì)的粉碎是使用如德國(guó)專(zhuān)利第3802260D2號(hào)所述的渦流式粉碎機(jī)。這種渦流式粉碎機(jī)以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的、徑向疊置的葉片環(huán)工作，使葉片環(huán)之間的環(huán)形腔內(nèi)形成渦流區(qū)，在該渦流區(qū)內(nèi)燃料顆粒以高速度相互撞擊，從而不致發(fā)生有害的金屬磨損。平均每個(gè)燃料微粒在其穿過(guò)沿徑向疊置在一起的渦流區(qū)時(shí)要與其他微粒撞擊八次，特別是在倒數(shù)第二個(gè)渦流區(qū)和外葉片環(huán)之間的最后一個(gè)渦流區(qū)內(nèi)以及在外葉片環(huán)的另一側(cè)能產(chǎn)生接近于聲速的撞擊速度。
在一臺(tái)渦流式粉碎機(jī)內(nèi)粉碎的時(shí)間和在一臺(tái)球磨機(jī)或諸如其他粉碎裝置中的燃料粉碎時(shí)間相比極為短暫，僅為0.5秒，這樣不僅可以做到加工成本低于其他研磨機(jī)，而且還可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)工藝上的重要優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗尫懦鰜?lái)的鍵能(主要是離子或電子)不會(huì)很快地經(jīng)加工裝置的金屬構(gòu)件被導(dǎo)入大地。
在上述類(lèi)型的渦流式粉碎機(jī)中進(jìn)行的材料粉碎和其他粉碎方式相比，還具有另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。由于粉碎中的撞擊速度高，特別是讓燃料微粒自己相互碰撞，并不是通過(guò)離心力而將微粒甩到一個(gè)壁上或類(lèi)似物上，完全通過(guò)球磨機(jī)中的球使表面積壓縮，從而能讓很高的鍵能釋放出來(lái)，并保留其中的大部分。該鍵能在燃料微粒與聚合物的碳?xì)浠衔镌跀D出機(jī)內(nèi)混合時(shí)，幾乎全部被用來(lái)改善本發(fā)明所述的材料的質(zhì)量。在上述高速撞擊式粉碎過(guò)程中，首先釋放出的是最弱的鍵能，這與剪切或撕裂粉碎的情形是完全不同的(例如德國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)第1592914號(hào))。在所述的高速撞擊式粉碎過(guò)程中，釋放出來(lái)的總是燃料微粒的最弱的鍵能，所以燃料會(huì)分解成為更穩(wěn)定的微粒。所生成的產(chǎn)物可稱(chēng)為微粉，其微粒中具有固定的結(jié)合質(zhì)量并且進(jìn)入相應(yīng)的聚合物的化學(xué)化合物內(nèi)，從而為所述的新型材料帶來(lái)出色的性能。
高速撞擊式粉碎可為氫離子/電子和碳-電子提供激勵(lì)能量，使其能進(jìn)入自由運(yùn)行軌道或進(jìn)入更高的能級(jí)。這一過(guò)程和溫度有關(guān)。所以本發(fā)明所述的高速撞擊式粉碎以及活性碳粉和聚合物在擠出機(jī)中的混合可以在加入熱量的條件下進(jìn)行，并且部分地在惰性氣氛中進(jìn)行，以避免釋放出來(lái)的鍵能與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。此外在擠出機(jī)之前及之中導(dǎo)入熱能還可以提高碳粉的反應(yīng)適應(yīng)性。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，碳粉和聚合物在擠出機(jī)中結(jié)合成所述材料的最佳操作溫度在240℃至300℃之間。如果過(guò)分降低該溫度，則就不能使該新型材料具備高值材料性能，包括良好的電導(dǎo)率。
上述接近聲速的高速撞擊式粉碎的加工過(guò)程可以使無(wú)煙煤的表面發(fā)生改變，在微粒組織上形成直徑小于3.6微米的微孔，其效果是微粒的表面積比球磨機(jī)或振磨機(jī)加工的無(wú)煙煤增大了10倍。(粒度在40微米分層)高速撞擊式粉碎可以達(dá)到的表面積為28m2/g，而球磨機(jī)或振磨機(jī)的只有2.6m2/g和2.8m2/g。微孔產(chǎn)生的方法是，在接近聲速的高速撞擊粉碎過(guò)程中，撞擊過(guò)程的溫度短時(shí)間地升到300℃，使無(wú)煙煤中的揮發(fā)性成分釋放出來(lái)。特別要注意的是，這些微孔會(huì)增加無(wú)煙煤的吸濕性(可吸收達(dá)6%的水分，甚至從周?chē)目諝庵形找徊糠?。這種將液體吸入并保持在微孔中的能力產(chǎn)生的原因在于相應(yīng)的液體的分子結(jié)構(gòu)。H+離子，或者至少是H+偶級(jí)子會(huì)在微孔中占據(jù)相應(yīng)的位置，從而使OH-離子或者OH-偶極子不再能占據(jù)該位置。(這一過(guò)程和時(shí)間相關(guān))在用擠出機(jī)繼續(xù)加工無(wú)煙煤之前如果延長(zhǎng)其放置時(shí)間的話，則要相應(yīng)地降低其接受帶OH-基團(tuán)分子的能力。這一過(guò)程在將碳粉，特別是無(wú)煙煤粉和聚合物在擠出機(jī)內(nèi)混合時(shí)起著重要的作用，因此必須特別注意。
從碎解無(wú)煙煤親和H+離子這一可通過(guò)與水或苯酚的吸收性試驗(yàn)得到證實(shí)的現(xiàn)象出發(fā)，可以推論出，在本發(fā)明所述的材料中，聚合物CH-2CH2鏈中的氫與無(wú)煙煤中的碳鏈C-C-C-已化合在一起。
作為本發(fā)明所采用的聚合物應(yīng)當(dāng)盡可能是純聚乙烯或聚丙烯，它們例如可在240℃至300℃的溫度下，在雙螺桿式并且螺桿同向旋轉(zhuǎn)式擠出機(jī)中熔化。在熔化物中連續(xù)地加入已加工好的碎解微粒無(wú)煙煤碳粉，最好是在200℃至300℃的溫度下加入。無(wú)煙煤的含量根據(jù)微粒類(lèi)型的不同可在40-80M%之間變動(dòng)。對(duì)所生產(chǎn)的擠出物再進(jìn)行造粒，以便在不降低質(zhì)量的條件下能將其儲(chǔ)藏，進(jìn)而用幾乎所有種類(lèi)的公知塑料加工機(jī)械或裝置加工成市場(chǎng)所需求的產(chǎn)品(例如模塑料、板材、管材，薄膜以及因其化學(xué)性質(zhì)和耐紫外線輻射性質(zhì)而制造的容器、儲(chǔ)槽、桶罐等，以用于處理化學(xué)廢料和制種垃圾)。
適于加工成微粒的碳粉最好用低灰分和低硫無(wú)煙煤作為原料，其分析值如下碳含量 大于94%灰分含量 小于3.5%硫含量 小于1.5%揮發(fā)物含量 小于2.5%熱值 大于35500KJ/Kg這種材料由重量百分比為70%的粉末狀無(wú)煙煤和30%的聚乙烯組成。
按照本發(fā)明，加工成微粒的無(wú)煙煤粉與聚乙烯相化合，形成一種新型的材料，它和純聚乙烯相比具有如下性能值特性值 DIN(德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)) 聚乙烯新型材料(標(biāo)準(zhǔn)型)拉伸強(qiáng)度 53455 25N/mm235N/mm2延伸率 53455 6% 2%彎曲強(qiáng)度 53452 18N/mm244N/mm2彈性模量 53457 840N/mm22460N/mm2沖擊韌性 53453 無(wú)斷裂 無(wú)斷裂軟化溫度ISO306 VICAT78℃107℃電導(dǎo)率 2×1014Ω 1×105Ω冷沖擊韌性 無(wú)斷裂 無(wú)斷裂其他數(shù)據(jù)和比較見(jiàn)附表所示。
以上性能值要優(yōu)于大多數(shù)通過(guò)已有技術(shù)所公知的材料。在大氣條件作用下這種新型材料和純聚乙烯相比，其拉伸強(qiáng)度下降得并不多。沖擊韌性即便在500小時(shí)后仍能保持不變。
本發(fā)明所述的微粒碳粉，根據(jù)材料的使用規(guī)定的不同可碎解和篩分成粒度為10微米至90微米之間的粉末。它在新型材料中的重量分額在20至70%之間，其余的為聚合物，兩者共同組成100%的重量。
十分重要的是，該新型材料的熱值超過(guò)了普通的燃料，如下表所示材料 熱值煙煤 21-33KJ/g天然氣 37KJ/g新型材料 達(dá)38.5KJ/g(依聚合物含量不同)因此該新型材料可以毫無(wú)問(wèn)題地在經(jīng)過(guò)多次回收利用后通過(guò)在電廠、水泥廠、石灰廠等或垃圾燃燒裝置中的燃燒而回收其熱能，從而有利于環(huán)境。迄今為止在專(zhuān)用的垃圾燃燒裝置中燃燒塑料要支付達(dá)400馬克/噸的費(fèi)用。然而如果向電廠、水泥廠、石灰廠等提供高熱值燃料反而要向提供者付費(fèi)！由于該材料中的碳含量超過(guò)90%，所以其廢料也可被鋼鐵工業(yè)用于改善鋼的質(zhì)量！并且燃燒中也不會(huì)對(duì)燃燒裝置產(chǎn)生污染或使排煙中的有害物質(zhì)超出排放標(biāo)準(zhǔn)。
如果把材料放在與外界空氣完全隔絕的加工系統(tǒng)中在惰性氣體氣氛或在惰性氣體氣氛與小于3%的剩余氧氣含量的氣氛中加工，并且直到繼續(xù)加工以前一直保持與外界空氣隔絕的氣密包裝，則該材料顆?；蚍勰┍銜?huì)具備出色的加工質(zhì)量，具有高強(qiáng)度、高的溫度穩(wěn)定性、和高的電導(dǎo)率。
至于使有害物質(zhì)含量少的處理則可通過(guò)使所加熱塑性塑料只含有選擇的添加劑、穩(wěn)定劑、電導(dǎo)體或者顏料來(lái)實(shí)現(xiàn)，使其中不含有在材料或其產(chǎn)品的燃燒的煙氣中發(fā)生毒性作用的物質(zhì)，或者不使有害物質(zhì)超出允許排放標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該材料中的粉末狀無(wú)煙煤占總重量的70%，聚乙烯占30%時(shí)，在最高為37℃的環(huán)境溫度下該材料不會(huì)受到化學(xué)試劑的侵蝕并且能耐受紫外線輻射。(試驗(yàn)時(shí)間為2000小時(shí)，無(wú)煙煤粉的粒度上限為60微米)。
利用一種電子加速劑對(duì)本發(fā)明所述的材料進(jìn)行浸潤(rùn)還可以大大提高由其所制產(chǎn)品的強(qiáng)度和熱負(fù)荷性(例如管材、容器、罐、模塑件等)。當(dāng)然其熱塑性也會(huì)平行于浸潤(rùn)的程度而減低。深度浸潤(rùn)的材料不再適于回收利用，但是它作為具有高熱值和有害物質(zhì)含量低并有利于環(huán)保處理的燃料的重要優(yōu)點(diǎn)都不會(huì)失掉！
下面對(duì)照附圖以及考慮到各項(xiàng)參數(shù)來(lái)說(shuō)明該新型材料的主要性質(zhì)。
如

圖1所示，本發(fā)明所述材料在粒度為60微米的無(wú)煙煤的含量提高時(shí)其拉伸強(qiáng)度(＝延伸極限應(yīng)力)也隨之升高。比較的基礎(chǔ)是100%的純聚乙烯(PE)。無(wú)煙煤的分析值如權(quán)利要求2的特征部分所述。當(dāng)無(wú)煙煤粉末的粒度減小時(shí)，拉伸強(qiáng)度只有很小的提高。
圖2所示的是該新型材料強(qiáng)度的增加與無(wú)煙煤質(zhì)量份額之間的關(guān)系。比較的基礎(chǔ)是強(qiáng)度為25.2N/mm2的聚乙烯和強(qiáng)度為32.6N/mm2的聚丙烯。無(wú)煙煤的粒度為60μ。有趣的是，以聚乙烯作為聚合物組份的材料的拉伸強(qiáng)度明顯地高于以聚丙烯作為聚合物組分的材料。顯然按本發(fā)明加工出的無(wú)煙煤與聚乙烯的反應(yīng)比聚丙烯更穩(wěn)定。隨著無(wú)煙煤質(zhì)量份額的增加，兩種材料的強(qiáng)度的增長(zhǎng)是不同的。
圖3所示的是新型材料的沖擊韌性和材料中不同的無(wú)煙煤粒度之間的關(guān)系。當(dāng)無(wú)煙煤粉末的粒度為90微米，質(zhì)量份額達(dá)30%時(shí)，沖擊韌性基本上完全保持不變。隨著無(wú)煙煤質(zhì)量份額的增加，沖擊韌性便下降，當(dāng)無(wú)煙煤質(zhì)量份額為60%達(dá)到其下限值20%。當(dāng)無(wú)煙煤粉末的粒度分別為60微米、30微米和10微米時(shí)，材料也呈現(xiàn)出類(lèi)似的性質(zhì)。當(dāng)該新材料的無(wú)煙煤質(zhì)量份額較高而希望沖擊韌也高時(shí)，建議選擇較小的粒度。
如圖4所示，本發(fā)明所述材料的沖擊韌性不會(huì)因大氣條件的影響而變化。聚乙烯則在250小時(shí)之后變脆。在工業(yè)生產(chǎn)中，聚乙烯的這一缺點(diǎn)通常通過(guò)添加穩(wěn)定劑而消除，而本發(fā)明所述材料則不需要使用這種添加劑。
如圖5所示，無(wú)煙煤的質(zhì)量份額也會(huì)影響電導(dǎo)率。當(dāng)無(wú)煙煤的質(zhì)量分額為60%時(shí)電導(dǎo)率達(dá)到最大值(相當(dāng)于表面電阻最小)。
如圖6所示，材料的拉伸強(qiáng)度在多次回收利用后實(shí)際上完全保持原狀。延伸率則有所增加。只是在第三次回收后沖擊韌性才下降了50%。隨著回收循環(huán)的增加，缺口沖擊韌性隨之下降。但這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)于許多產(chǎn)品而言即便是經(jīng)過(guò)五次回收循環(huán)后仍然是完全足夠的。軟化溫度只有少許下降?；厥昭h(huán)次數(shù)并不會(huì)影響該新材料的高熱值。
如圖7所示，無(wú)煙煤質(zhì)量份額也會(huì)影響該新型材料的軟化溫度。純聚乙烯的軟化溫度為78℃，以它作為100%的出發(fā)點(diǎn)，則具有70%無(wú)煙煤質(zhì)量份額的材料的軟化溫度在粒度為60微米的條件下幾乎為137%，即約107℃。
權(quán)利要求
1.由碳化合物組成的，可利用所有公知的塑料加工機(jī)械加工成模塑件、板材、管材、薄膜等的材料，其特征在于，所述的碳化合物中除了含有以很高的撞擊速度由低有害物質(zhì)含量和低灰分的碎解煙煤、焦炭或石油焦炭制造的微粒碳粉外，還含有烴類(lèi)的熱塑性聚合物，該聚合物與碳粉微粒一起，通過(guò)碳粉微粒在材料加工裝置的封閉系統(tǒng)中因被高速撞擊而釋放出的鍵能，不用其他添加劑即化合成為一種可以多次回收利用而不產(chǎn)生質(zhì)量損失的材料，該材料的熱值大于37500KJ/Kg。
2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征是，作為被加工成微粒的碳粉最好采用低灰分和低硫無(wú)煙煤，其分析值如下碳含量 ＞94%灰分含量 ＜2%揮發(fā)物含量 ＜2.5%硫含量 ＜1.5%。
3.如權(quán)利要求1和2所述材料，其特征是，將微粒炭粉按材料的使用要求粉碎成10μm和90μm之間的粒度，并使其占材料總重的20至70%，其余為聚合物。
4.如權(quán)利要求1和3所述的材料，其特征是，熱塑性聚合物最好是采用聚乙烯或聚丙烯。
5.如權(quán)利要求1和4所述的材料，其特征是，碳粉最好在渦流式碎解機(jī)內(nèi)以高達(dá)320米/秒的高撞擊速度被碎解，并且具有低的金屬磨損量。
6.如權(quán)利要求1至5所述的材料，其特征是，所述的材料被置于與外界空氣完全隔絕的加工系統(tǒng)中在隋性氣體氣氛中或者在隋性氣體氣氛與小于3%的剩余氧氣含量的氣氛中加工，并且直到繼續(xù)被加工之前一直保持在與外界空氣隔絕的氣密式包裝內(nèi)儲(chǔ)存。
7.如權(quán)利要求1至6所述的材料，其特征是，微粒碎解碳粉和所選擇的聚合物之間的化合在擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行，并通過(guò)輸入熱量使加工溫度位于200℃至300℃之間。
8.如權(quán)利要求1至7所述的材料，其特征是，加到擠出機(jī)內(nèi)的微粒碎解碳粉和所選擇的聚合物在200N/mm2的工作壓力下被混合和加工。
9.如權(quán)利要求1至8所述的材料，其特征是，微粒碎解碳粉在加到擠出機(jī)之前先被加熱到工作溫度。
10.如權(quán)利要求1至9所述的材料，其特征是，添加的熱塑性聚合物中的添加劑、穩(wěn)定劑、電導(dǎo)體或顏料中僅含有不致使材料或其產(chǎn)品燃燒的煙氣中產(chǎn)生毒性的物質(zhì)或不致使有害物質(zhì)超出允許排放標(biāo)準(zhǔn)。
11.如權(quán)利要求1至10所述的材料，其特征是，該材料最好由重量百分比為60%的粉末狀無(wú)煙煤和40%的聚乙烯組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由碳化合物組成的材料，它可以利用所有公知的塑料加工機(jī)械加工成模塑件，板材、管材或薄膜等，并且具有高質(zhì)量。它可在無(wú)明顯質(zhì)量損失的情形下多次重復(fù)利用，特別是具有高熱值，可通過(guò)燃燒處理，同時(shí)不會(huì)造成燃燒裝置的超標(biāo)污染或通過(guò)毒性有害物質(zhì)而超標(biāo)污染大氣。
文檔編號(hào)C08K3/04GK1076433SQ9211494
公開(kāi)日1993年9月22日 申請(qǐng)日期1992年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月4日
發(fā)明者K-D·尼克爾 申請(qǐng)人:堡壘投資有限公司