Полимерная нанокомпозиция для защиты от уф-излучения
Владельцы патента RU 2429189:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова" (RU)
Изобретение относится к полимерным нанокомпозициям, предназначенным для получения пленочных материалов, защищающих от УФ-излучения и фотохимического старения. Композиция содержит полиолефин или сополимер олефина и УФ-абсорбер. УФ-абсорбер представляет собой наноразмерный кремний с удельной поверхностью 36-97 м2/г в количестве 0,1-1,0 мас.% и величиной интегрального пропускания 80-2,5%. Полимерная нанокомпозиция позволяет получать пленочные материалы с широким спектральным диапазоном поглощения средневолнового УФ-излучения (200-420 нм). 1 табл.
Изобретение относится к полимерным пленочным материалам, защищающим от УФ-излучения и фотохимического старения.
Известен полимерный пленочный материал для ограждения теплиц, получаемый из композиции, включающей полиэтилен высокого давления или сополимер этилена с винилацетатом в количестве 99,0-99,2 мас.% и бензона ОА в количестве 0,8-1,0 мас.%. [патент 94027744, Россия, МПК C08J 5/18, C08L 23/06, опубл. 20.06.1996].
Недостатком данного изобретения является относительно узкий спектральный диапазон поглощения УФ-излучения (290-330 нм), высокое спектральное пропускание по УФ (до 15%) и технологически неудачная стадия предварительного холодного смешения порошка УФ-абсорбера с полимерными гранулами, дающая плохое распределение частиц в полимерной пленке по сравнению с настоящим изобретением.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому материалу является композиция, защищающая от проникновения УФ-излучения, включающая органический термопластичный полимерный материал, предпочтительно полиолефин в количестве 981 или 985 г, сложный олигоэфир или полиэфир заявленной формулы в количестве 13 г и микронизированный оксид цинка в количестве 6 г или микронизированный диоксид титана в количестве 2 г. В качестве полиолефина используют линейный полиэтилен низкой плотности с плотностью 0,919 г/см3 и индексом текучести расплава (190°С, 2,16 кг), равным 1,1. Смесь экструдируют при 230°С на двухшнековом экструдере. Полученные гранулы раздувают (с помощью лабораторного экструдера с раздувкой) при 230°С и получают пленку толщиной примерно 50 мкм [патент 2370502, Россия, МПК C08G 63/685, C08K 5/10, С08К 5/3492, опубл. 10.07.2007].
Недостатком данного изобретения является относительно узкий диапазон пропускания УФ (280-390 нм) и более высокое спектральное пропускание (от 9,9 до 91,0%) по сравнению с настоящим изобретением.
Техническим результатом изобретения является создание пленочного материала с расширенным спектральным диапазоном поглощения средневолнового УФ-излучения (200-420 нм), который снижает урожайность овощных культур из-за затрат части энергии роста растений на защиту от него, снижает сроки хранения пищевой продукции, ухудшает эксплуатационные характеристики изделий электронной промышленности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что полимерная композиция для защиты от УФ-излучения содержит в качестве полимерной матрицы полиолефин или сополимер на основе олефина (полиэтилен высокого давления (ПЭВД), температура плавления (max) 104°С, индекс расплава 2,0 г/10 мин, плотность 0,91 г/см3, молекулярная масса 20000-24000; сополимер этилена с винилаценатом (СЭВА), содержание винилацетата 20-30 мас.%, температура плавления 70-85°С, индекс расплава 20-80 г/10 мин, плотность 0,93-0,95 г/см3; полиэтилен низкого давления (ПЭНД), температура плавления (max) 114-120°С, индекс расплава 1,5-3,0 г/10 мин, плотность 0,93 г/см3, молекулярная масса 25000-30000; полипропилен (ПП), температура плавления (max) 140-145°С, индекс расплава 3,0 г/10 мин, плотность 0,85 г/см3) и действующего вещества - полидисперсный нанокристаллический кремний с удельной поверхностью 36-97 м2/г, инкапсулированный в оболочку оксида, диоксида кремния или их фазы переменного состава нитрида, оксинитрида кремния или их фазы переменного состава, характеризующийся направленно изменяемой функцией распределения по размерам частиц ядра нанокомпозитного материала [И.А.Туторский, А.И.Белогорохов, А.А.Ищенко, П.А.Стороженко. Структура и адсорбционные свойства нанокристаллического кремния. - Коллоидн. журнал, (2005) 67, 4, 541-547. Баграташвили В.Н., Белогорохов А.И., Ищенко А.А., Стороженко П.А., Туторский И.А. Управление спектральными характеристиками многофазных ультрадисперсных систем на основе нанокристаллического кремния в УФ-диапазоне длин волн // ДАН. (2005) 405, №3. С.360-363].
Способ получения заявляемого полимерного пленочного материала включает горячее смешение гранулированного полимера в количестве 99,0-99,9 масс.% и наноразмерного кремния 0,1-1,0 масс.% при 120-130°С для сополимера с винилацетатом, 140-150°С для полиэтилена высокого давления, 160-170°С для полиэтилена низкого давления, 170-180°С для полипропилена и 160-180°С для смесей полимеров в течение 5-10 минут до образования гомогенной смеси, либо готовят суперконцентрат, содержащий 5-15 мас.% наноразмерного кремния и 95-85% полимера или смеси полимера при тех же условиях. Затем композиционный материал разогревают до 200-230°С для смеси с полипропиленом, 190-210°С для смеси с полиэтиленом низкого давления и композиций полимеров, 170-190°С для смеси с полиэтиленом высокого давления и 130-140°С для смеси сополимера этилена с винилацетатом и формуют пленку методом экструзии расплава под давлением.
Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением пленочным полимерным материалом, выражается в снижении спектрального пропускания материала в зоне Б УФ-излучения от 80 и практически до 0% при введении в полимер частиц наноразмерного кремния в количестве 0,1-1,0 мас.% (при толщине пленки 50-100 мкм).
Примеры выполнения изобретения.
Пример 1
Осуществляют предварительное горячее смешение гранулированного полиэтилена высокого давления в количестве 99,0 и наноразмерного кремния с удельной поверхностью 36 м2/г в количестве 1,0 мас.% в смесителе открытого (вальцы) или закрытого типа (двухшнековый экструдер, кулачковая камера) в течение 5-10 мин до образования гомогенной смеси. Смешение производят при температурах от 140 до 150°С. Приготовленная смесь гранулируется и затем поступает в экструдер для получения плоской или рукавной пленки. Температурные режимы формования пленки на экструзионной установке АРП-20-25 (Россия) находятся в границах 170-190°С.
Пример 2
Аналогично примеру 1, только содержание наноразмерного кремния 0,1%.
Пример 3
Аналогично примеру 1 только в качестве полимера выбран ПП.
Пример 4
Аналогично примеру 1, только наноразмерный кремний взят с удельной поверхностью 97 м2/г в количестве 0,5%.
Пример 5
Аналогично примеру 4, только в качестве полимера взят сополимер этилена с винилацетатом.
Пример 6
Аналогично примеру 1, только в качестве полимера выбрана смесь полиэтилена высокого давления и сополимера этилена с винилацетатом (в соотношении 1:1).
Значения интегрального пропускания образцов приведены в таблице.
| Таблица. | |||
| Значения интегрального пропускания образцов | |||
| № | Образец | Величина интегрального пропускания, % | |
| 200-420 нм | 430-700 нм | ||
| 1 | Пример 1 | 5,0 | 20,0-40,0 |
| 2 | Пример 2 | 80,0 | 90,0-95,0 |
| 3 | Пример 3 | 5,0 | 20,0-40,0 |
| 4 | Пример 4 | 3,0 | 20,0-40,0 |
| 5 | Пример 5 | 2,5 | 20,0-40,0 |
| 6 | Пример 6 | 4,0 | 20,0-40,0 |
Предлагаемая полимерная нанокомпозиция позволит получить пленочные и др. материалы с широким спектральным диапазоном поглощения средневолнового УФ-излучения (200-420 нм). Данное изобретение найдет применение в сельском хозяйстве (парниковые пленки) и упаковочной индустрии (для упаковки продуктов питания, продукции электронной техники и др.).
Полимерная нанокомпозиция, защищающая от УФ-излучения, включающая полиолефин или сополимер олефина, отличающаяся тем, что в качестве УФ-абсорбера взят наноразмерный кремний с удельной поверхностью 36-97 м2/г в количестве 0,1-1,0 мас.%, а диапазон поглощения УФ-излучения и величина интегрального пропускания составляют 200-420 нм и 80-2,5% соответственно.
