Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава



Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава
Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава

 


Владельцы патента RU 2446191:

Балакирева Наталья Андреевна (RU)

Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пластмасс, и может быть использовано для изготовления формованных или пленочных изделий различного назначения, в том числе пищевого. Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава включает полиолефины, биоразлагаемый наполнитель - крахмал и технологическую добавку, представляющую собой белковый фосфатидный концентрат (или фуз) - сопутствующий продукт производства нерафинированного подсолнечного или рапсового масла. Технический результат - получение полимерной композиции, способной деструктурироваться под воздействием факторов окружающей среды и усваиваться микроорганизмами, обладающей высокими биодеградирующими свойствами, а также способствующей снижению себестоимости продукта и энергоемкости производства. 2 ил., 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пластмасс, и может быть использовано для изготовления формованных или пленочных изделий различного назначения, в том числе пищевого.

Известен материал, представляющий собой биоразлагаемую полиолефиновую композицию с добавлением технологических и целевых добавок, таких как биоразлагаемая добавка, термостабилизаторы, антиоксиданты, смазки, антистатики, пигменты, наполнители и т.д. [Патент РФ №2352597 от 20.04.2009 г. «Биоразлагаемая гранулированная полиолефиновая композиция и способ ее получения»], который получают в несколько стадий, обеспечивающих равномерное распределение всех добавок в полиолефине. Используют четыре потока порошкообразных материалов: три набора добавок смешивают с тремя частями исходного порошкообразного полиолефина в соотношении 1:4, 1:3 и 1:2 соответственно; полученные маточные смеси концентратов подают в четвертый общий смеситель с оставшейся частью того же полиолефина, при необходимости вводят жидкую биоразлагающую добавку; проводят перемешивание и гомогенизацию композиции при 150-250°C; после подводного гранулирования и сушки получают непылящий и неслеживаемый гранулированный продукт стабильного качества, с хорошими технологическими и эксплуатационными свойствами, легко перерабатываемый на обычном оборудовании в различные изделия с регулируемой биоразлагаемостью.

Недостатком известного аналога является многокомпонентность состава композиции, многопоточность и многостадийность процесса получения композиции, высокая температура перемешивания и гомогенизации композиции, возникающая в связи с необходимостью равномерного распределения компонентов в смеси.

Известна композиция [Патент №2056443 от 20.03.1996 г. «Композиция, способ переработки композиции и способ получения ее расплава»], способная формоваться в изделия из расплава, включающая 50-99 мас.% неструктурированного крахмала и по крайней мере один термопластичный полимер в количестве 1-50 мас.%, отличающаяся тем, что в качестве термопластичного полимера она содержит гидролизованный сополимер винилацетата с олефином, выбранным из группы, включающей этилен, пропилен, изобутилен и стирол, при этом влажность композиции равна 5-40%.

Недостатком аналога является использование гидролизованного сополимера винилацетата с непредельными углеводородами или сополимера этилен-виниловый спирт, производство которых в России отсутствует, а их синтез и модификация относятся к высокотехнологичным производствам. Кроме того, необходимость введения в композицию воды требует дополнительных материало- и энергозатрат.

Известна полимерная композиция [Патент РФ №2408621 от 10.01.2011 г. «Полимерная композиция для получения биодеградируемых формованных изделий из расплава»], которая содержит отходы полиэтилена производственные и бытовые, биоразлагаемый наполнитель, в качестве которого используют свекловичный жом, и технологическую добавку, в качестве которой используют бентонит, при следующем соотношении компонентов, мас.%: отходы полиэтилена - 60-89; свекловичный жом - 10-30: бентонит - 1-10.

Согласно прототипу в качестве биоразлагаемого наполнителя, стимулирующего процесс биологического разрушения конечных изделий, изготовленных из отходов полиэтилена, используется жом свекловичный в количестве 10-30 мас.%, а технологическая добавка выбиралась по принципу необходимости создания гомогенной системы: бентонит используют как диспергатор - вещество, облегчающее равномерное распределение компонентов в полимерной матрице при смешении.

Недостатком прототипа является следующее:

- относительно невысокая степень наполнения полиэтилена, которая не превышает 40 мас.%, что обусловлено теоретическим пределом наполнения, который определяется силой взаимодействия на границе раздела фаз, что, в свою очередь, ограничивает возможность биодеградации полимерной композиции;

- введение свекловичного жома в качестве биоразлагаемого наполнителя не позволяет получать стабильную по составу массу, в которой помимо органической части присутствуют минеральные примеси;

- наличие в составе биоразлагаемой композиции бентонита, представляющего собой неорганическое соединение, т.е. инертное вещество, которое не способствует биодеградации композиции.

- одним из отрицательных качеств жома является то, что свежий свекловичный жом содержит большое количество воды, по этой причине в нем активно развиваются микроорганизмы, и он быстро закисает; избыточное содержание воды в жоме затрудняет и удорожает его транспортировку, а также требует дополнительной энергоемкой стадии производственного процесса - сушки.

Техническая задача изобретения заключается в разработке полимерной композиции для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава, включающей полиолефины, биоразлагаемый наполнитель и технологическую добавку, способной деструктурироваться под воздействием факторов окружающей среды и усваиваться микроорганизмами, обладающей высокими биодеградирующими свойствами, позволяющей регулировать сроки службы изделий, изготовленных из биоразлагаемой композиции, и сроки биодеградации указанных изделий после их утилизации, а также способствующей снижению себестоимости продукта и энергоемкости производства.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в полимерной композиции для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава, включающей полиолефины, биоразлагаемый наполнитель и технологическую добавку, новым является то, что технологическая добавка представляет собой белковый фосфатидный концентрат (или фуз) - сопутствующий продукт производства нерафинированного подсолнечного или рапсового масла, а в качестве биоразлагаемого наполнителя применяется крахмал; при этом композицию готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- полиолефины - 47,5-35;

- биоразлагаемый наполнитель - 47,5-35;

- технологическая добавка - 5-30.

Технический результат изобретения заключается в разработке полимерной композиции для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава, включающей полиолефины, биоразлагаемый наполнитель и технологическую добавку, способной деструктурироваться под воздействием факторов окружающей среды и усваиваться микроорганизмами, обладающей высокими биодеградирующими свойствами, позволяющей регулировать сроки службы изделий, изготовленных из биоразлагаемой композиции, и сроки биодеградации указанных изделий после их утилизации, а также способствующей снижению себестоимости продукта и энергоемкости производства.

Полиолефины (полиэтилен, полипропилен и др.) используются в композиции в качестве матрицы для придания материалу необходимых прочностных характеристик.

Применение в полимерной композиции для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава полиолефинов обусловлено их доступностью, дешевизной, химической инертностью, возможностью совмещения с другими компонентами композиции. Также возможно применение вторичных полиолефинов: вторичного полиэтилена, вторичного полипропилена и др.

Применение в полимерной композиции для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава крахмала в качестве биоразлагаемого наполнителя обусловлено малым размером частиц крахмала, что способствует лучшей гомогенизации смеси.

Введение технологической добавки в полимерную композицию для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава обеспечивает улучшение биоразложения композиции в окружающей среде, так как технологическая добавка - белковый фосфатидный концентрат (фуз) - является источником белков, жиров, углеводов, фосфора, витаминов и других питательных веществ, необходимых для развития микроорганизмов [А.И.Нетрусов, И.Б.Котова. Микробиология. М.: Академия, 2007 г.].

Технологическая добавка является многофункциональной.

Состав фуза позволяет ему в данной композиции выполнять одновременно роль пластификатора (что обусловлено содержанием масел), связующего (что обусловлено содержанием белков), а также аппретирующей добавки, способствующей улучшению адгезии компонентов, содержание влаги в фузе позволяет упразднить дополнительную стадию увлажнения композиции при необходимости.

Все вышеописанное позволяет утверждать, что введение одного компонента - фуза - может заменить одновременно несколько функциональных добавок, что позволяет отказаться от дополнительных компонентов полимерной композиции для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава и снизить себестоимость продукта.

Фуз подсолнечный (рапсовый) или белковый фосфатидный концентрат (или белково-фосфолипидная масса (БФМ)) - сопутствующий продукт производства нерафинированного подсолнечного (рапсового) масла. Это жиробелковый продукт, состоящий из фосфатидов, масла, примесей белковой природы. Фуз широко применяют в сельском хозяйстве в качестве добавки к кормам, что обусловлено его некоторыми свойствами, а именно:

- низкая себестоимость;

- содержание кормовых единиц - 1,5 КЕ;

- содержание масла и фосфотидов, которые являются энергетической добавкой к кормам;

- высокое содержание белка - от 20 до 30 мас.%;

- метод холодного отжима позволяет сохранить многие витамины в процессе производства масла, поэтому фуз можно применять также в качестве витаминной добавки.

Полимерную композицию для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава изготавливают следующим образом.

В емкость вносят полиолефин (в виде гранул или порошка) в количестве 47,5-35 мас.%, биоразлагаемый наполнитель (в виде порошка) в количестве 47,5-35 мас.%, технологическую добавку (в мазеобразном состоянии) в количестве 5-30 мас.% и перемешивают с помощью механической мешалки. Далее полученную смесь экструдируют с получением листового или пленочного материала.

Изготовление полимерной композиции для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава поясняется следующими примерами.

Пример 1 (прототип). 30 массовых частей свекловичного жома смешивают с 60 массовыми частями отходов полиэтилена и 10 массовыми частями бентонита в скоростном турбосмесителе в течение 5 минут. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации. Температура расплава на выходе 140-160°C. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 4-6 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой изготавливают пленку или лист.

Пример 2. В емкость вносят 47,5 г (47,5 мас.%) гранул полиэтилена высокого давления (ПВД) марки 12003-200 (ГОСТ 16337-77), имеющего плотность 0,9170±0,001 г/см3 и показатель текучести расплава 20,0±15% г/10 мин, 47,5 г (47,5 мас.%) порошка крахмала кукурузного, 5 г (5 мас.%) фуза подсолнечного и тщательно перемешивают с помощью механической мешалки в течение 5 минут, затем экструдируют при температуре 180°C.

Пример 3. Готовят композиционную добавку аналогично примеру 1, но количество гранул полиэтилена составляет 35 г (35 мас.%), количество крахмала кукурузного составляет 35 г (35 мас.%), количество фуза подсолнечного составляет 30 г (30 мас.%).

Полученные композиции анализируют, определяют показатель текучести расплава, водопоглощение, кинетику биоразложения, реологические характеристики.

Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1
Определяемые параметры Данные по примерам
1(прототип) 2 3
Диапазон значений показателей текучести расплава, г/10 мин (количество исследуемых образцов - 10) 0,9…1,5 2,7…3,1 10,8…11,5
Диапазон значений водопоглощения материала, мас.% / 1 сутки (количество исследуемых образцов - 10) 19,1…21,0 20,4…22,3 14,8…16,2
Диапазон значений уменьшения массы материала в процессе биоразложения через 60 дней, мас.% (количество исследуемых образцов - 10) 1,0…1,2 6,6…7,4 16,1…18,5

Как видно из таблицы 1, с увеличением концентрации фуза в композиции увеличиваются показатели текучести расплава полимерных композиций, что говорит о пластифицирующих способностях фуза; также с увеличением концентрации фуза уменьшается водопоглощение материала, что обусловлено наличием в фузе лиофобных компонентов, а снижение водопоглощения приводит к увеличению прочности материала; увеличение потери массы образцов материала в процессе биоразложения с увеличением концентрации фуза в композиции свидетельствует об улучшении способности материала, содержащего в своем составе фуз, к биоразложению, кроме того, изменением процентного содержания фуза в композиции можно регулировать срок службы изделия и время его биоразложения в окружающей среде.

Содержание фуза в композиции лимитируется значением 30 мас.%, так как превышение данного значения влечет снижение прочностных характеристик материала за счет уменьшения процентного содержания полиолефинов, которые придают материалу необходимую прочность.

Реологические характеристики композиций были исследованы с помощью вискозиметра SmartRheo, в результате испытаний установлено, что увеличение концентрации фуза в композиции влечет уменьшение вязкости расплава и снижение сдвиговых напряжений, что доказывает пластифицирующие способности фуза как технологической добавки.

На фигуре 1 представлен график зависимости вязкости (кривая 1) и напряжения сдвига (кривая 2) от скорости сдвига для композиции «полиэтилен:крахмал:фуз» с соотношением компонентов 35:35:30 при температуре 170°C, данные получены с помощью вискозиметра SmartRheo, обработаны с помощью программного обеспечения вискозиметра SmartRheo «CeastVIEW 5.94 4D».

На фигуре 2 представлен график зависимости вязкости (кривая 1) и напряжения сдвига (кривая 2) от скорости сдвига для композиции «полиэтилен:крахмал:фуз» с соотношением компонентов 45:45:10 при температуре 170°C, данные получены с помощью вискозиметра SmartRheo, обработаны с помощью программного обеспечения вискозиметра SmartRheo «CeastVIEW 5.94 4D»,

На графиках, представленных на фигурах 1 и 2, обозначения осей: горизонтальная ось - log скорости сдвига, 1/с; левая вертикальная ось - log напряжения сдвига, Па; правая вертикальная ось - log вязкости, Па*с.

Использование полимерной композиции для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава, включающей полиолефины, биоразлагаемый наполнитель и технологическую добавку, позволяет:

- создавать полимерные композиции, способные деструктурироваться под воздействием факторов окружающей среды и усваиваться микроорганизмами, обладающие высокими биодеградирующими свойствами;

- регулировать сроки службы изделий, изготовленных из биоразлагаемой композиции, и сроки биодеградации указанных изделий после их утилизации;

- отказаться от дополнительных компонентов композиции, таких как пластификаторы, связующие, аппретирующие добавки и т.д.;

- снизить себестоимость продукта и энергоемкость производства.

Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава, включающая полиолефины, биоразлагаемый наполнитель и технологическую добавку, отличающаяся тем, что технологическая добавка представляет собой белковый фосфатидный концентрат (или фуз) - сопутствующий продукт производства нерафинированного подсолнечного или рапсового масла, а в качестве биоразлагаемого наполнителя применяется крахмал, при этом композицию готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиолефины 47,5-35
биоразлагаемый наполнитель 47,5-35
технологическая добавка 5-30


 

Похожие патенты:
Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пластмасс, и может быть использовано для изготовления формованных или пленочных изделий различного назначения, в том числе пищевого.

Изобретение относится к композиции, пригодной в качестве заменителя химически модифицированного крахмала, к способу получения композиции, к напитку и соусу, содержащим указанную композицию, и к применению композиции в качестве добавок в пищевые продукты, кормовые продукты, фармацевтические или косметические продукты.

Изобретение относится к композитным продуктам, в частности композитной плите, содержащей гибридные смолы на основе природных кислот. .

Изобретение относится к композитным продуктам, в частности композитной плите, содержащей гибридные смолы на основе природных кислот, а также к способу получения композитного продукта.

Изобретение относится к клеевой композиции, в частности для производства ламинированного картона. .

Изобретение относится к биологически разрушаемой термопластичной композиции, применяемой в производстве пленок и различных термоформованных изделий в виде потребительской тары.
Изобретение относится к получению биологически разрушаемой термопластичной композиции, используемой для производства различных тароупаковочных изделий. .

Изобретение относится к технологии производства бумаги, в частности к композиции, используемой при изготовлении бумаги и способу уменьшения пылеобразования и пыления бумаги.
Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к комбинированным способам получения нетканых материалов с использованием пропитки жидким связующим.

Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пластмасс, и может быть использовано для изготовления формованных или пленочных изделий различного назначения, в том числе пищевого.
Изобретение относится к композиционным материалам, которые могут быть использованы в качестве конструкционных материалов в машиностроении, авиастроении, приборостроении.

Изобретение относится к полиэтиленовым композициям, предназначенным для изготовления продуктов из полиэтилена низкого давления, а также предусматривает способ получения указанных композиций и изготовления изделий из них.

Изобретение относится к получению резиновых смесей на основе фторкаучука, используемых для изготовления магнитных эластомеров, работающих в агрессивной среде, и может быть использовано в автомобильной промышленности.

Изобретение относится к полимерным материалам для ротационного формования. .

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано для изготовления морозоустойчивых деталей - прокладок, покрытий, манжет, уплотнений, колец и других конструкционных изделий различного функционального назначения, работающих в режиме интенсивного истирания в среде нефти, масел, смазок и топлива.
Изобретение относится к полиолефиновым композитам, содержащим целлюлозные волокна. .
Изобретение относится к области создания полимерных композиционных материалов на основе термопластичных полимеров, в частности, для изготовления электролизных ванн для рафинирования меди, цинка и кадмия.
Изобретение относится к области получения термоусаживающихся материалов на основе стабилизированного и радиационно-сшитого полиэтилена, предназначенных для упаковки продуктов питания, различных изделий, термоусаживающихся трубок для защиты кабельных соединений, и может найти применение при получении изделий (манжет, лент) для защиты трубопроводов от коррозии.
Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пластмасс, и может быть использовано для изготовления формованных или пленочных изделий различного назначения, в том числе пищевого.
Наверх