Способ производства композитного материала на основе волокон полимера путем компаундирования органического волокнистого компонента в виде частиц с прессуемым полимерным компонентом с образованием текучей нагретой пасты. Пасте, которую формуют в изделие, дают затвердеть с образованием твердой матрицы, в которой диспергированы частицы волокнистого компонента. Способ включает стадию окрашивания частиц волокна путем пропитки красителем перед затвердеванием полимерного компонента с образованием матрицы. Изобретение предлагает также композитный материал, который включает органический волокнистый компонент в виде частиц, диспергированных в затвердевшем полимерном компоненте в форме матрицы. Частицы волокна окрашивают с помощью красителя, который вводят пропиткой.

 

(57) Реферат / Формула:
производства композитного материала на основе волокон полимера путем компаундирования органического волокнистого компонента в виде частиц с прессуемым полимерным компонентом с образованием текучей нагретой пасты. Пасте, которую формуют в изделие, дают затвердеть с образованием твердой матрицы, в которой диспергированы частицы волокнистого компонента. Способ включает стадию окрашивания частиц волокна путем пропитки красителем перед затвердеванием полимерного компонента с образованием матрицы. Изобретение предлагает также композитный материал, который включает органический волокнистый компонент в виде частиц, диспергированных в затвердевшем полимерном компоненте в форме матрицы. Частицы волокна окрашивают с помощью красителя, который вводят пропиткой.

 

---

КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКОН И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к композитным материалам, широко известным как композитные материалы на основе полимерных волокон (FPC) (также известным как композитные материалы на основе полимеров целлюлозы (СРС)), важную составную часть которых образуют композитные материалы на основе полимеров древесного происхождения (WPC). Более конкретно изобретение относится к способу производства FPC-материалов с нужной окраской и кроме того изобретение относится к окрашенным FPC-материалам.
FPC-материалы включают органический волокнистый компонент в виде частиц, например, древесные опилки, диспергированные и внедренные в матрицу из затвердевшего полимерного компонента. Такие FPC-материалы обычно получают компаундированием текучей первичной смеси, состоящей из частиц волокнистого компонента и полимерного компонента с образованием текучей нагретой пасты, которую формуют, обычно экструзией, в изделие, которому дают затвердеть с образованием твердого изделия, представляющего собой затвердевшую полимерную матрицу, в которой диспергированы частицы волокнистого органического компонента, являющиеся волокнистым армирующим средством и наполнителем.
В прошлом такие FPC-материалы окрашивали добавлением основной порции пигмента в виде частиц или порошка к текучей первичной смеси и при компаундировании частицы пигмента из исходной смеси диспергировались в полимерном компоненте текучей нагретой пасты, так что после затвердевания пасты с образованием изделия они оказываются диспергированными вместе с частицами волокнистого компонента в матрице из затвердевшего полимерного компонента и окрашивали полученное изделие.
Этот способ предшествующего уровня техники имеет тот недостаток, что частицы волокнистого компонента остаются по существу неокрашенными, поскольку не происходит существенной пропитки частиц волокна полимерным компонентом или частицами
пигмента, диспергированными в полимерном компоненте, так что частицы волокна и матрица обычно окрашиваются по-разному. Это приводит к пестрой окраске затвердевшего продукта из-за присутствия частиц с различной окраской на поверхности матрицы или вблизи нее. Более того, частицы волокна в матрице, особенно на ее поверхности или вблизи нее, быстрее обесцвечиваются при контакте с атмосферой, особенно под действием ультрафиолетового (УФ) облучения на солнечном свету, что увеличивает и интенсифицирует нежелательную пестроту окраски.
Главное, если не самое важное, применение FPC-материалов заключается в экструзионном прессовании плиток или досок, используемых для пешеходных дорожек, полов или в частности настилов, которые часто снабжают при экструзии рифленой поверхностью для того, чтобы они не были скользкими, что особенно важно, когда они мокрые. На практике такие плитки или доски часто подвергаются истиранию в результате движения пешеходов; при этом стираются слои поверхности матрицы с частицами волокна, в результате чего волокна подвергаются прямому воздействию УФ-облучения окружающей среды; это обычно усиливает нежелательную пестроту и ускоряет ее образование, поскольку частицы обычно бывают светлее исходной матрицы, и при эксплуатации происходит дальнейшее их обесцвечивание под влиянием атмосферных воздействий.
Важно также то, что возникающая пестрота и ее дальнейшие изменения могут создавать проблемы с заменой потертых или поврежденных изделий, когда эти изделия продают в соответствии с цветным кодом или цветовыми техническими условиями. Так, например, если поврежденная в результате воздействия погоды и солнечного света плитка или доска на пешеходной дорожке, в полу или настиле потребует замены, ее замена на новую плитку или доску приведет к нежелательному возникновению пятен, т.к. не подвергшаяся атмосферному воздействю доска будет иметь в целом другую окраску и пестрота от ее присутствия рядом с остальными досками будет достаточно заметна.
В опубликованной патентной заявке Германии DE-A-10058848 сообщается о стадии окраски частиц волокна путем пропитки их красящим веществом. Упоминается возможность использования такого окрашивания для композитных материалов. Данное предложение не относится к композитным материалам на основе полимерных волокон.
Настоящее изобретение ставит целью по меньшей мере частично решить указанные проблемы.
Согласно одному аспекту изобретения, предлагается способ производства композитных материалов на основе полимерных волокон (FPC) путем компаундирования частиц органического волокнистого компонента с полимерным компонентом для получения текучей нагретой пасты, которая формуется в изделие, которому дают застыть с образованием твердой матрицы, в которой диспергированы частицы волокнистого компонента. Способ включает окрашивание полимерного компонента до затвердевания пасты и до затвердевания полимерного компонента с образованием матрицы; способ включает стадию окрашивания частиц волокна путем их пропитки красящим веществом, причем частицы волокна и полимерного компонента окрашивают в сочетающиеся между собой цвета, подобранные таким образом, чтобы уменьшить пестроту затвердевшей матрицы, возникающую из-за разницы между цветом частиц волокна и матрицы.
Хотя в принципе частицы волокнистого компонента можно смешать с полимерным компонентом во время компаундирования в более или менее сплошную и по меньшей мере частично размягченную текучую пасту или расплав, удобно проводить компаундирование волокнистого компонента с полимерным компонентом для получения текучей нагретой пасты путем компаундирования частиц первичней смеси из частиц волокнистого компонента и полимерного компонента, причем первичная смесь содержит как частицы волокнистого компонента, так и полимерного компонента.
Более того, хотя в принципе можно окрашивать частицы волокна во время компаундирования и до затвердения пасты в изделие, можно ожидать, что частицы волокна обычно будут
окрашивать до компаундирования, например, до или во время приготовления частиц первичной смеси, т.е. до диспергирования частиц волокна в термопластичном компоненте текучей пасты.
Данное изобретение включает использование красящего вещества или пигмента, так называемого прочного красителя, путем пропитки частиц волокна, в результате чего пропитанные частицы сохраняют цвет и предпочтительно остаются невосприимчивыми к суровым погодным условиям, например, к действию солнечного света, воды, в том числе морской воды, и их комбинаций и т.п.
Пропитку частиц волокна можно осуществить путем их контакта с красящей жидкостью, при этом красящая жидкость поступает во взаимно связанные полости и/или каналы внутри частиц волокна через поры на поверхности частиц. В этом случае контакт частиц волокна с красящей жидкостью можно осуществить путем распыления красящей жидкости на поверхности частиц волокна. Естественно, что в зависимости от природы жидкого красящего вещества, оно может окрашивать во время компаундирования также и полимерный компонент, особенно при контакте с частицами волокна.
Красящее вещество или пигмент, используемые для распыления, обычно находятся в виде жидкости, чтобы облегчить пропитку и диспергирование в частицах волокна, причем распыление удобно проводить до атомизации, чтобы распыление красителя на поверхность частиц волокна проходило в виде дисперсного спрея или тумана, похожего на пар. При окрашивании частиц волокна, как указано выше;, до компаундирования, например, до или во время получения первичной смеси, спрей, пар или туман можно направить на частицы волокна, крутящиеся во вращающемся барабане, или сами по себе или в составе первичной смеси. Вращение в барабане можно осуществить с помощью ротационного миксера, ленточного блендера или высокоскоростного смесителя.
Перед пропиткой красящей жидкостью частицы волокна можно обработать при пониженном давлении или в вакууме, чтобы убрать газ, пар и/или жидкость из связанных друг с другом внутренних
полостей и/или каналов в частицах волокна через поры поверхности и тем самым облегчить последующую пропитку красящей жидкостью. Пониженное давление, при котором обрабатывают частицы, может быть абсолютным давлением в интервале 30-70 кПа, обычно 40-50 кПа, что эквивалентно низкому вакууму; частицы можно обрабатывать при таком пониженном давлении в течение 30-60 сек для удаления газа, пара и/или жидкости из частиц волокна перед пропиткой красящей жидкостью.
Частицы волокна можно высушить для компенсации той нежелательной жидкости, которая проникает в частицы волокна во время пропитки красящей жидкостью. При этом следует иметь в виду, что, с одной стороны, газ, пар и/или жидкость, удаляемые из частиц при пониженном давлении, обычно представляют собой газообразные или паровые компоненты воздуха и воды, причем сушка обычно способствует удалению жидкой воды или водяного пара из частиц волокна, но, с другой стороны, любая используемая красящая жидкость будет содержать воду.
Частицы волокна, которые пропитывают красящей жидкостью, обычно перед пропиткой содержат влагу (воду) в количестве не более чем 5 масс. %, и специалисты считают их более или менее сухими; в этом случае способ может включать стадию предварительной сушки для уменьшения содержания влаги (воды) в частицах волокна до нужного значения, например, не более 20 масс. %, обычно 2-2 0% и предпочтительно 5-15%. Вместо этого или вдобавок к тому пропитанные частицы, содержащие введенную пропиткой красящую жидкость, можно снова высушить до достижения нужного содержания влаги (воды), например, не более чем 20 масс. %, обычно 2-20% и предпочтительно 5-15%. В принципе при желании можно пропитывать красящим веществом и частицы волокна, которые считаются более или менее влажными, т.е. с содержанием влаги (воды) до 20-40 масс. %.
Частицы волокна можно пропитывать красящим веществом на глубину по меньшей мере 5 мкм глубже поверхности частиц волокна, обычно 5-10 мкм, конечно, в том случае, когда отдельные частицы не столь малы, что полностью пропитываются, и
насыщаются красящим веществом. При этом заявитель нашел, что можно достичь адекватной глубины проникновения красящего вещества в частицы волокна при использовании красящего вещества в количестве, равном по меньшей мере 1 масс. % от волокнистого компонента; например, массовое соотношение сухих волокнистого компонента и красящего вещества составляет не более чем 200:1, предпочтительно 30:1 - 150:1 и обычно 100:1.
Частицы волокна могут быть з форме гранул, более или менее кубических или сферических, или они могут быть более или менее вытянутыми и иметь форму волокна или нитей. Можно применять комбинации частиц волокна в указанных формах, или частицы волокна могут иметь форму гранул, полученных гранулированием частиц исходного волокна, например, опилок. В какой бы форме ни использовались волокна, они будут иметь волокнистую и пористую внутреннюю структуру, представляющую собой взаимосвязанные внутренние полости и/или каналы, ведущие к поверхности частиц через поры в этих поверхностях.
Пористый компонент можно компаундировать с полимерным компонентом путем одновременного прессования волокнистого и полимерного компонентов. Одновременное прессование можно проводить путем совместной экструзии в двухшнековом экструдере, обеспечивающем необходимое сдвиговое усилие для компаундирования. Вместо этого одновременную экструзию текучей первичной смеси частиц волокнистого и полимерного соединений можно осуществлять в одношнековом экструдере. В любом случае, если сдвиговое усилие при экструзии и компаундировании недостаточно для нагрева полимерного компонента до необходимой пастообразной консистенции, по желанию можно применить дополнительное нагревание.
Следовательно, обычно изделие формуют экструзией с последующим охлаждением и затвердеванием. Однако в принципе изобретение включает способы, в которых изделие формуют литьем или формовкой, например, инжекционной формовкой в шаблон или в матрицу или механической обработкой затвердевших фрагментов или кусков охлажденной компаундированной смеси. В случае, когда формуемый полимерный компонент, с которым компаундируют
органический волокнистый компонент, представляет собой по природе термопластичное вещество, изобретение может быть распространено в принципе на полимерные компоненты, которые являются по природе термореактивными. Если они по природе термопластичны, их можно отвердить просто охлаждением, но если они термореактивны по природе, то для их затвердевания после формования изделия можно применить продолжительное нагревание. Обе возможности включены в способ настоящего изобретения.
Частицы волокна могут содержать целлюлозу, которую выбирают из группы веществ, включающей лен, рисовую шелуху, тростник, джут, сизаль, паклю, кокосовый орех, кенаф, дерево (например, древесную массу) , бумажную макулатуру и их подходящие смеси. Обычно волокнистый компонент содержит древесные волокна, например, опилки. В конкретном воплощении изобретения волокнистый компонент представляет собой частицы опилок, особенно сосновых опилок. При желании волокнистый компонент может также включать одно или более неорганических волокон, например, стекловолокно, углеродные волокна, керамические волокна и подходящие смеси любых двух или более веществ.
Полимерный компонент может быть выбран из группы, включающей поливинилхлориды, полиэтилены, полипропилены, нейлоны (полиамиды), полиэфиры, полистиролы и смеси двух или более компонентов. В отличие от указанных выше термопластичных компонентов, полимерные компоненты могут быть
термореактивными, например, такими, как формальдегидные смолы.
Согласующие окраски можно выбирать такими, чтобы они имели одинаковые оттенки, одинаковую способность к отражению и одинаковое насыщение. Окрашивание полимерного компонента может включать добавление особого пигмента в полимерный компонент до компаундирования, например, добавление массы, содержащей особый пигмент, в первичную смесь, содержащую частицы волокна и полимерного компонента. Добавление частиц пигмента в первичную смесь может включать покрытие частиц полимерного компонента оболочкой еще до получения первичной смеси, причем оболочка может представлять собой красящее вещество в виде
частиц пигмента, диспергированного в матрице, которая совместима с веществом полимерного компонента в процессе компаундирования.
При желании частицы волокна могут быть окрашены до компаундирования более или менее одинаково путем покрытия их красящим веществом, которое в процессе компаундирования достаточно разжижается, чтобы пропитать частицы волокна и проникнуть внуть пор. Соответственно, красящее вещество выбирают таким образом, чтобы оно обладало достаточно малой вязкостью при температуре компаундирования. В каждом случае покрытые оболочкой частицы образуют так называемый цветной жемчуг, причем оболочки обычно готовят на основе воска с частицами пигмента. С одной стороны, вещество для покрытия частиц полимера можно выбрать в виде исходной смеси для окрашивания полимерной матрицы, а с другой стороны, можно выбрать другое вещество для покрытия частиц волокна оболочкой, которая при температуре компаундирования образует красящую жидкость для пропитки частиц волокна. В каждом случае покрытие наносят до образования первичной смеси частиц волокна и полимера.
В целом для окрашивания полимерного компонента можно использовать такое же красящее Е.ещество или пигмент, что и для волокна, или можно применять разные пигменты или красители. Пигменты или красители могут быть органическими, неорганическими или их комбинациями. Более того, любой краситель, особенно если он жидкий, при желании можно использовать в качестве носителя для введения добавок в текучую пасту, таких как ингибиторы УФ-облучения, тепловые стабилизаторы, огнезащитные и противодымные добавки, вещества, способствующие экструзии, например, смазки, модификаторы, связующие и т.п. Когда для получения изделия используют экструзию, полимерный компонент может включать одну или более обычных смазок в обычных пропорциях, применяемых специалистами для эффективной экструзии. Такие смазки можно выбрать из группы, включающей полимерные воски, например, стеарат цинка или этиленбисстеарамид или их смеси. Например, смазкой
является смесь стеарат цинка/этиленбисстеарамид, и смазка может составлять 2-6 масс. % текучей пасты, предпочтительно 35%. Патентованные вещества, которые заявитель успешно использовал в качестве смазок/модификаторов, производятся в Южной Африке фирмой Sasol Limited под торговыми марками "Sasolwax Hi", "Sasolwax А28", "Sasolwax B29" и "Sasolwax Enhance".
Из сказанного ясно, что способ настоящего изобретения предлагает много возможностей для окрашивания волокна и полимерного компонента. Так, частицы пигмента в оболочке можно добавлять в качестве красителя к частицам волокна или к первичной смеси частиц волокна и полимерного компонента, который также может быть в виде частиц, причем частицы пигмента могут быть покрыты веществом, которое при температуре компаундирования плавится с образованием достаточно маловязкой жидкости и пропитывает частицы волокна, доставляя частицы пигмента в пространство пор, или для окрашивания полимерного компонента частицы пигмента можно смешать с текучей нагретой пастой, причем необязательно одновременно. Таким образом, можно рассматривать одновременное окрашивание волокнистого компонента и полимерного компонента в одной стадии окрашивания, особенно при использовании подходящей оболочки для защиты частиц пигмента, которая может быть воском или веществом на основе воска.
Следует отметить, что способ можно по желанию осуществлять непрерывно или периодически; компаундирование можно проводить в смесителе с обогреваемой рубашкой, которую нагревают, например, воздухом, водой или маслом, либо с помощью электрических или инфракрасных нагревательных элементов. Естественно, при непрерывном способе краситель надо добавлять на стадию компаундирования со скоростью, соответствующей скорости введения на эту стадию волокнистого компонента и полимерного компонента.
Следует учитывать, что в периодическом режиме осуществления способа можно использовать на стадии компаундирования высокоскоростные смесители, в частности при
использовании красящей жидкости или частиц пигмента в оболочке для окрашивания волокнистого компонента. Тепло, генерируемое такими высокоскоростными смесителями, может способствовать плавлению и уменьшению вязкости оболочек частиц пигмента, которые содержат воск или приготовлены на основе воска, как описано выше. Такие высокоскоростные смесители можно также использовать для окрашивания частиц волокна до стадии компаундирования с использованием частиц пигмента в оболочках, которые плавятся.
При сушке частиц волокна для удаления нежелательной жидкости, вводимой при пропитке во время окрашивания, следует избегать избыточной сушки после окрашивания, т.к. она может отрицательно повлиять на окраску частиц. При необходимости следует проявить осторожность и ограничить увеличение содержания влаги при окрашивании частиц волокна, скажем, только на 0,5-2 масс. %; тогда отпадает необходимость в последующей энергичной сушке. Естественно, что когда частицы волокна окрашивают на стадии компаундирования, а не до нее, выделяющееся тепло или тепло, подведенное на стадию компаундирования, можно использовать для удаления
нежелательного избытка влаги из пасты в виде пара до отверждения пасты с образованием полимерной матрицы.
Согласно другому аспекту изобретения, предлагается композит на основе полимерных волокон (FPC), который включает органический волокнистый компонент в виде частиц, диспергированных в полимерном компоненте, который представляет собой матрицу, окрашенную диспергированным в ней красителем, причем композит представляет собой изделие, а частицы волокна окрашены с помощью красителя пропиткой, и краситель, введенный пропиткой в частицы волокна, и краситель, диспергированный в матрице, дают согласующиеся между собой цвета, подобранные таким образом, чтобы уменьшить пестроту затвердевшей матрицы, обусловленную различием цветов частиц волокна и матрицы.
Органический волокнистый компонент и полимерный компонент могут присутствовать в FPC-материале в массовом соотношении 1:9 - 4:1. Каждый волокнистый компонент и другие компоненты
можно выбирать в зависимости от возможностей способа, приведенных выше. Обычно в зависимости от природных ресурсов и моды, преобладающей в странах-производителях, популярными комбинациями являются сочетание полиэтиленов низкой и высокой плотности с древесными волокнами, полипропиленов высокой или низкой плотности с древесными волокнами и поливинилхлоридов с древесными волокнами, например, с сосновыми опилками, которые заявитель успешно использовал.
Соответственно, волокнистый компонент может быть, в частности, в виде древесных частиц, а полимерный компонент может представлять собой поливинилхлорид (PVC). Полимерный компонент может быть свежим ил:и повторно используемым, и в зависимости от способа изготозления изделия плотность его вещества обычно составляет 1,1-1,4 г/см3; плотность можно уменьшить за счет использования на соответствующей стадии пенного реагента, так что в результате матрица получаемого изделия будет представлять собой расширившийся вспененный материал и содержать нужную долю малых пузырьков воздуха или газа, а также полости нужного размера и/или с нужным распределением по размерам.
Краситель, введенный пропиткой в частицы волокна, и краситель, диспергированный в матрице, выбирают таким образом, чтобы частицы и матрица имели одинаковый цвет в основном того же оттенка, той же отражательной способности и той же насыщеннности, чтобы отсутствовали пятна или пестрая окраска. Более конкретно, один и тот же краситель может быть диспергирован в матрице и введен пропиткой в частицы волокна, так что FPC-материал до воздействия атмосферы будет лишен пестроты, обусловленной присутствием частиц в матрице.
Хотя FPC-материал может быть в гранулированном виде, например в форме таблеток или гранул, предназначенных для продажи предприятию-изготовителю, тем не менее обычно его производят в виде изделия, готового для продажи конечному потребителю. Такое изделие может представлять собой штампованный профиль, либо, например, пустотелую штампованную плиту или доску. По меньшей мере одна сторона плиты или доски
может иметь протяженные ребра или выступы, разделенные длинными пазами или впадинами, которые образуют профиль, препятствующий скольжению по поверхности, причем плита или доска имеет внутреннюю полость, по меньшей мере с одной продольной полостью, сформированной при экструзии. Такая упрочненная структура обычно имеет ребро или перегородку, которая разделяет пестотелую внутренность плиты или доски на отсеки, что способствует упрочнению плиты или доски и повышает ее сопротивление изгибу.
Как указано выше при описании способа, продукт может содержать различные добавки, которые могут присутствовать в пропорциях, обычных для конкретных целей, либо в конечном продукте, либо в процессе приготовления.
Как указано выше, композитный материал в виде пустотелых плит или досок можно использовать также для изготовления блоков или настилов, декоративных фасонных изделий или изделий, полученных экструзией, оконных рам, дверных рам, оконных отливов, полов или настилов, контейнеров и полов контейнеров, грузовых поддонов, наружной обшивки зданий, ливневых стоков, карнизов, оборудования для детских и игровых площадок, изделий для наружного оформления, водосточных желобов и т.п.
Для более глубокого проникновения красителя в частицы волокна можно применять разные способы, известные специалистам и включающие использование химических соединений, таких как протравы и/или другие реакционноспособные соединения.
Следует отметить, что для предложенного способа и FPC-материалов настоящего изобретения реальные размеры частиц волокна не являются критичными, и в используемых FPC-материалах их размер может варьироваться в широких пределах. Размер таких частиц может быть от 5 мкм или меньше до б мм или больше, обычно в интервале 5 мкм-6 мм. Стараются получить однородные по размерам частицы, например, просеиванием исходного волокна или повторно измельченного гранулированного волокна. С одной стороны, можно использовать крупные частицы размером 0,1-3 мм, например, исходные или дробленные
гранулированные опилки, или, с другой стороны, можно использовать мелкие частицы размером 5-100 мкм, например, древесную муку.
Заявитель установил, что когда один и тот же краситель распыляют или приводят в контакт другим способом с относительно мелкими просеянными частицами, то получают более светлые и менее интенсивно окрашенные частицы, чем при распылении той же красящей жидкости или при другом способе контакта с относительно крупными просеянными частицами; для окрашивания мелких частиц до такой же степени, что и крупные частицы, необходимы повышенные количества красящей жидкости. Для решения этой проблемы заявитель с успехом сначала смешивал частицы или порошок пигмента с мелкими частицами с образованием сухой смеси и затем приводил смесь в контакт с красящей жидкостью в виде суспензии в жидкости или раствора красителя, который может быть органическим и/или неорганическим по природе. В этом случае, как и разумеется всегда, можно использовать добавки (поверхностно-активные вещества или моющие средства) для уменьшения поверхностного натяжения красящей жидкости, чтобы способствовать хорошей или высокой абсорбции красящей жидкости частицами. В этом случае заявитель с успехом применил поверхностно-активное вещество, доступное под торговой маркой "Woodsperse 50" от Liquid Colours (Propietary) Limited, Modderfontein, South Africa.
Далее следует описание изобретения с помощью не ограничивающих иллюстраций со ссылкой на следующие примеры:
ПРИМЕР 1
Использовали органический волокнистый компонент, представляющий собой гранулы древесных волокон диаметром 6 мм с различной длиной в интервале 5-30 мм. Гранулы готовили из сосновых опилок, содержащих до 4 0 масс. % влаги, которые сушили в сушилке горячим воздухом до содержания влаги 8-9 масс. %.
Перед гранулированием опилки кондиционировали, добавляя 23 масс. % воды до содержания влаги 10-12 масс. %, и затем
гранулировали путем пропускания через ротационный пресс. Тепло, выделяющееся при гранулировании, снижало содержание влаги в гранулах до 7-8 масс. %. Затем гранулированные опилки либо сразу перерабатывали, либо размалывали до размера 0,8-2,1 мм. Содержание влаги в частицах опилок все время поддерживали ниже 10 масс. %, ив некоторых случаях его понижали даже до 12 масс. %.
В зависимости от обстоятельств, гранулы или дополнительно измельченные опилки помещали Е. камеру ротационного миксера, затем миксер герметизировали и приводили в действие, при этом гранулы или частицы опилок перемешивались в камере.
В камеру добавляли жидкий пигмент в виде интенсивно окрашенного раствора темно-коричневого цвета, который получался при смешении красноте, черного и желтого пигментов; он доступен под торговой маркой "Multisperse" от Liquid Colours (Propietary) Limited, 69 Brunton Circle, Founderview, Modderfontein, Gauteng Province, Republic of South Africa. Струю распыленного раствора пигмента направляли на перемешиваемые гранулы или опилки в ротационном миксере через регулируемые сопла, входящие в камеру через ее стенки. На 300 кг гранул или опилок распыляли 6 л жидкого пигмента. Для достижения нужной степени пропитки опилок пигментом его надо было добавлять к опилкам в течение 15 мин, т.е. по 1 мин на каждые 20 кг гранул или опилок. Во время пропитки пигментом гранул или опилок содержание влаги возрастало на 2-4 масс. %. В каждом случае независимо от формы частиц (гранулы или измельченные опилки) распыляли достаточное количество жидкого пигмента для достижения эффективного насыщения и пропитки на глубину по меньшей мере 10 мкм от поверхности гранулы или частицы до тех пор, пока не насыщалась вся частица. Пигмент поглощался в количестве 100 г "Multisperse" на каждый кг гранул или опилок.
Термопластичный полимерный компонент в виде частиц поливинилхлорида (PVC) размером 1-3 мкм затем смешивали в бункере с окрашенными гранулами или опилками и получили первичную смесь частиц полимерного компонента
поливинилхлорида - с частицами волокна на основе окрашенных опилок. Первичную смесь затем пропускали через двухшнековый экструдер вместе с обычными смазками и другими химическими реагентами, способствующими экструзии. Экструзию проводили при повышенной температуре 140-190°С с последующей сушкой волокон для дальнейшего снижения содержания влаги. Влагу, выделившуюся из волокон, отдували, чтобы избежать попадания образующегося водяного пара в камеру экструдера.
Подходящую пресс-форму для экструзии выбирали в зависимости от нужной формы изготовляемого изделия из композитного материала. Выбранная пресс-форма определяла форму изделия. На выходе из пресс-формы композит проходил через зону охлаждения на дне пресс-формы и затем в калибратор, где охлаждался без искажения размеров, и затем окончательно охлаждался в водяной бане. Затем при желании профиль изделия обрезали по длине, особенно в случае изделий в виде экструдированных полых плиток или досок, которые экструдировали с рифленой поверхностью во избежание скольжения, и с внутренними армирующими ребрами.
В качестве варианта этого примера предложено просто пропускать окрашенную первичнувэ смесь через пресс-форму для гранулирования и получения экструдированных гранул диаметром 2-6 мм и длиной 3-6 мм в качестве исходного материала для продажи потребителям, которые смогут их экструдировать с образованием профилированных изделий.
ПРИМЕР 2
В развитие способа, описанного в примере 1, или для его варьирования способ примера 1 повторили за исключением того, что до гранулирования исходные сосновые опилки после сушки до содержания влаги 7-8 масс. % просеяли для получения однородных частиц размером 1-6 мм. Аналогично, после гранулирования или повторного дробления гранул и перед распылением на них раствора пигмента волокна снова просеяли до получения однородных гранул длиной 0,5-3 мм и однородных частиц повторно дробленного вещества размером 0,25-2 мм.
Кроме того, в дополнение к окрашиванию волокна, как описано в примере 1, PVC гранулы также окрашивали, смешивая их с заранее приготовленной смесью порошка пигмента. Порошок пигмента получали от Polymer Colour Systems (Propietary) Limited of 69 Brunton Circle, Founderview, Modderfontein, Gauteng Province, Republic of South Africa под торговой маркой "Masterbatch VC Range" и использовали в количестве 3 кг порошка пигмента/150 кг PVC. Гранулы PVC и порошок пигмента равномерно смешали до того, как их соединили с окрашенными гранулами волокон с образованием конечной однородной смеси, которую затем компаундировали путем истирания в двухшнековом экструдере после предварительного нагревания для удаления влаги. Как и в примере 1, пе;ред компаундированием вводили обычно применяемые добавки, такие как смазки для экструзии, ингибиторы ултрафиолетового облучения, антиоксиданты и противоударные модификаторы.
Были получены результаты, аналогичные данным примера 1, за исключением того, что пестрота окраски продукта уменьшилась, т.к. для этой цели цвета распыляемого пигмента и смеси порошка подбирали специально.
Способ окрашивания композитного материала настоящего изобретения, описанный в примерах, дает возможность получить экструзией более или менее прочно окрашенный композит, который сохраняет цвет в течение длительного времени несмотря на то, что он подвергается действию . солнечного света и резких изменений погоды или воздействию окружащей среды, например, воды. Таким образом, прочная окраска композита настоящего изобретения обуславливает стойкую окраску продукта, доставлящую эстетическое удовольствие.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ изготовления композитного материала на основе полимерных волокон путем компаундирования органического волокнистого компонента в виде частиц с прессуемым полимерным компонентом с образованием текучей нагретой пасты, которую формуют в изделие, которому дают затвердеть с образованием твердой матрицы, в которой диспергированы частицы волокнистого компонента, причем способ включает окрашивание полимерного компонента до затвердевания пасты и стадию окрашивания частиц волокна пропиткой их красителем до затвердевания полимерного компонента с образованием матрицы, причем частицы волокна и полимерного компонента окрашивают в согласующиеся цвета, выбранные для уменьшения пестроты матрицы, возникающей из-за различия в окраске частиц волокна и матрицы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частицы волокна пропитывают путем их контактирования с красящей жидкостью, при котором красящая жидкость проникает во взаимосвязанные внутренние полости и/или каналы внутри частиц волокна через поры на поверхности частиц.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что контактирование частиц волокна с красящей жидкостью осуществляют путем распыления красящей жидкости по поверхности частиц волокна.
4. Способ по п. п. 2 или 3, отличающийся тем, что перед пропиткой красящей жидкостью частицы волокна подвергают вакуумированию для удаления газа, пара и/или жидкости из взаимосвязанных внутренних полостей и/или каналов в частицах волокна через поры поверхности частиц для облегчения последующей пропитки красящей жидкостью.
5. Способ по любому из п. п. 2-4, отличающийся тем, что частицы волокна сушат для удаления нежелательной жидкости, которая поступает в частицы волокна во время пропитки красящей жидкостью.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что краситель впитывается на глубину по меньшей мере 5 мкм ниже поверхности частиц волокна.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выбираемые согласующиеся цвета имеют одинаковые оттенки, одинаковую отражающую способность и одинаковую насыщенность цвета.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что окрашизание полимерного компонента включает смешение частиц пигмента с первичной смесью перед компаундированием.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что смешение частиц пигмента с первичной смесью включает покрытие частиц полимерного компонента до образования первичной смеси окрашенной оболочкой, содержащей частицы пигмента, диспергированные в матрице, которая совместима с полимерным компонентом во время компаундирования.
10. Композитный материал на основе полимерных волокон, который включает органический волокнистый компонент в виде частиц, диспергированных в затвердевшем полимерном компоненте, который имеет форму матрицы, причем матрица окрашена с помощью диспергированного красителя и материал имеет форму изделия, в котором частицы волокна окрашены красителем, введенным пропиткой, причем краситель, введенный пропиткой в частицы волокна, и краситель, диспергированный в матрице, имеют согласующиеся цвета, которые выбирают так, чтобы уменьшить пестроту затвердевшей матрицы, возникающую из-за разницы в окраске частиц волокна и матрицы.
11. Материал по п. 10, отличающийся тем, что органический волокнистый компонент и полимерный компонент присутствуют в нем в массовом соотношении волокно:полимер в интервале 1:9 -4:1.
12. Материал по п. п. 10 или 11, отличающийся тем, что волокнистый компонент представляет собой древесные частицы, а полимерный компонент является поливинилхлоридом.
13. Материал по любому из п. п. 10-12, отличающийся тем, что краситель, введенный пропиткой в частицы волокна, и краситель, диспергированный в матрице, выбирают таким образом, чтобы окраска частиц и матрицы по существу совпадала и имела одинаковые оттенки, одинаковую отражающую способность и одинаковую насыщенность цвета.
14. Материал по п. 13, отличающийся тем, что один и тот же краситель диспергирован в матрице и введен пропиткой в частицы волокна, так что в веществе, не подвергшемся воздействию природных факторов, присутствие частиц в матрице не приводит к пестроте.
15. Материал по любому из п. п. 10-14, отличающийся тем, что имеет форму гранул.
16. Материал по любому из п.п. 10-15, отличающийся тем, что изделие представляет собой экструдированный профиль.
17. Материал по п. 16, отличающийся тем, что имеет вид полой экструдированной плитки или доски.
18. Материал по п. 16, отличающийся тем, что по меньшей мере на одной стороне плитки или доски имеется рифленая сторона, которая делает поверхность нескользкой, а плитка или доска являются полыми внутри и содержат по меньшей мере одну протяженную армированную полость, сформированную экструзией.