Биоразлагаемая композиция на основе полиэтилена и природных продуктов переработки древесины


 


Владельцы патента RU 2451697:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к биологически разрушаемой термопластичной композиции. Композиция содержит полиэтилен, древесную муку и функциональные добавки, такие как бетонит, поливиниловый спирт, компатибилизатор и наночастицы. В качестве компатибилизатора преимущественно использован сополимер этилена и винилацетата, а в качестве наночастиц - химически осажденные гидроксид железа или сульфат кальция. Использование в композиции по изобретению качестве биоразлагаемого материала недорогих и доступных отходов механической обработки древесины при высокой их концентрации позволяет обеспечить нормальную эксплуатацию изделий в обычных условиях, а также заданную скорость биоразрушения в условиях захоронения после завершения эксплуатации. Причем полиэтилен в композиции может быть использован в виде производственных и/или бытовых отходов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к производству полимерных композиций, содержащих в качестве основы полиэтилен или пропилен, в качестве наполнителя - органические материалы растительного происхождения, а также различные функциональные добавки. Композиции предназначены для получения биологически разрушаемых изделий различного назначения, например пленок, термоформованных изделий, с использованием традиционных технологий и оборудования.

Известна биологически разрушаемая термопластичная композиция, изготовленная из производственных и бытовых отходов полиэтилена как полимерной основы, свекловичного жома в качестве биоразлагаемого наполнителя и бентонита в качестве функциональной добавки (заявка RU 2008138385, МПК C08L 30/00, C08J 3/02, опубл. 10.04.2010 г.). Компоненты в композиции содержатся в следующем соотношении, в мас.%: отходы полиэтилена - 89-60, свекловичный жом - 10-30, бентонит - 1-10. Бентонит в этом составе используют в качестве диспергатора, облегчающего распределение компонентов в полимерной матрице.

К недостаткам способа следует отнести высокую вязкость расплавов композиции в рабочем режиме ее переработки, а также высокий расход полимера.

Наиболее близкой по технической сущности и назначению композицией к составу в предлагаемом изобретении является композиция, содержащая в качестве основы производственные и/или бытовые отходы полиэтилена, в качестве биоразлагаемого наполнителя - рисовую лузгу, основными компонентами которой являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, а также функциональные добавки - двуокись титана и олигомерный краситель (RU 2363711, МПК C08L 23/06, C08L 97/02, C08L 3/00, C08J 11/04, опубл. 10.08.2009 г.). Соотношение компонентов в композиции, в мас.%: отходы полиэтилена 67-76,5, рисовая лузга 20-30, двуокись титана 0,5-1, олигомерный краситель 1-2. Двуокись титана вводят в композицию для снижения ее светостойкости и, соответственно, для сокращения срока биоразложения материала.

К недостаткам этой композиции следует отнести ее низкое влагопоглощение, низкий модуль упругости полученных из нее изделий, а также высокий расход полимера.

Новыми положительными свойствами предлагаемой композиции являются более высокое водопоглощение и, соответственно, более высокая скорость процесса биоразложения, использование в качестве биоразлагаемого материала недорогих и доступных отходов механической обработки древесины, высокая концентрация биоразлагаемого наполнителя в композиции и, соответственно, в изделиях при обеспечении приемлемых механических показателей.

Указанные результаты достигаются тем, что в биоразлагаемой композиции на основе полиэтилена и природных продуктов переработки древесины, содержащей полимер, лигноцеллюлозный материал в качестве биоразлагаемого наполнителя, функциональные добавки, согласно изобретению в качестве лигноцеллюлозного материала используют древесную муку, а в качестве функциональных добавок - бентонит, сшитый поливиниловый спирт, компатибилизатор и наноразмерные частицы неорганического материала при следующем соотношении компонентов в композиции, в маc.ч.:

полиэтилен 100
древесная мука 70
бентонит 6
сшитый поливиниловый спирт 3
компатибилизатор 12
наноразмерные неорганические частицы 4

В качестве компатибилизатора используют сополимер этилена и винилацетата, а в качестве наноразмерных неорганических частиц - химически осажденные гидроксид железа или сульфат кальция.

Назначение функциональных добавок следующее. При контакте изготовленных из композиций изделий с водой она по микроскопическим дефектам в матрице полимера проникает вглубь материала к поверхностям всех частиц, что вызывает постепенное набухание способных к этому компонентов. При набухании бентонита объем его частиц увеличивается в 2-3 раза, частиц поливинилового спирта (ПВС) - в 10-12 раз. Вследствие возникающих при набухании частиц локальных напряжений в полимере образуются новые дефекты, способствующие более быстрому и глубокому проникновению в объем материала воды, воздуха, микроорганизмов. Тем самым обеспечиваются условия для биоразложения древесных частиц и, соответственно, механического разрушения материала в целом. В определенных условиях частицы бентонита играют роль «купе» воды для частиц ПВС. Кроме того, бентонит обладает хорошими диспергирующими свойствами.

Компатибилизатор, в качестве которого используют сополимер этилена с винилацетатом, хорошо совмещается в расплаве с полиэтиленом и имеет хорошую адгезию к древесному материалу. Поэтому добавки данного компатибилизатора упрочняют полимерную композицию в целом.

Наноразмерные неорганические частицы, равномерно распределенные в матрице полимера, также повышают его механическую прочность. Это дает возможность добавлять в композицию большее количество биоразлагаемой древесной муки без уменьшения механических показателей изделий ниже допустимого уровня и обеспечивать тем самым более быстрое разрушение изделий в условиях, возникающих, например, при захоронении использованных изделий на полигонах.

Соотношения массовых долей компонентов в предлагаемой композиции и, в первую очередь, между долями полимерной основы и биоразлагаемого материала выбраны в пределах, обеспечивающих создание гетерогенной системы с допустимыми величинами ее вязкости в рабочем диапазоне температуры расплава и, соответственно, возможность использования общепринятых технологий и оборудования - смесителей, экструдеров, термопластавтоматов - для приготовления смесей и получения из них изделий.

При определении верхней границы доли древесной муки и оптимального расхода функциональных добавок учтены допустимые технические характеристики изделий, обеспечивающие нормальную эксплуатацию в обычных условиях и заданную скорость биоразрушения в условиях захоронения после завершения эксплуатации.

На всех этапах технологической цепи, включающей подготовку сырья и других компонентов композиций, приготовление промежуточных продуктов, получение конечных изделий, контроль технологических процессов и измерение технических характеристик изделий проводят с использованием известных приемов и оборудования и с учетом требований соответствующих ГОСТов.

При изготовлении композиций и изделий по примерам используют полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), сополимер этилена с винилацетатом, древесную муку фракции 140-200 мкм (Пример 1) и менее 140 мкм (Пример 2), бентонит и ПВС с размером частиц менее 140 мкм, сульфат кальция (Пример 1), гидроксид железа (Пример 2). Смесь компонентов готовят в смесителе типа «Брабандер» в течение 10 минут при температуре 140°C. Полученную смесь охлаждают и измельчают в дробильном устройстве. Из дробленки с использованием пресса при температуре 140°C и давлении 60 кгс/см2 в течение 4 минут получают пластины толщиной 1000 мкм (Пример 1), а на экструдере с щелевой головкой при температуре 170°C получают пленку толщиной 200 мкм.

Для сравнения в этих же условиях получают пластины толщиной 1000 мкм из композиции по прототипу. Используют фракцию измельченной в истирающей мельнице рисовой лузги 140-200 мкм (Пример 3).

В таблице приведены показатели технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств композиций и изделий из них.

Таблица
Показатели технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств композиций и изделий из них
№ примеров Показатель текучести расплава (ПТР) Модуль упругости Влагопоглощение на воздухе за 24 часа Микробиологическая устойчивость
Потеря массы за 15 недель Оценка в баллах
г/10 мин МПа % %
1 1,6 (140°C) 282 11 12 4
2 3,4 (170°C) 291 10 12 4
3 (прототип) 3,9 (140°C) 180 6 8 2

Изготовление композиций и изделий в промышленном масштабе проводят таким же образом, как и в примерах, с использованием оборудования соответствующей производительности. В качестве основного сырья предпочтительно перерабатывать промышленные и/или бытовые отходы полиэтилена.

1. Биоразлагаемая композиция на основе полиэтилена и природных продуктов переработки древесины, содержащая полимер, лигноцеллюлозный материал в качестве биоразлагаемого наполнителя, функциональные добавки, отличающаяся тем, что в качестве лигноцеллюлозного материала используют древесную муку, а в качестве функциональных добавок - бентонит, сшитый поливиниловый спирт, компатибилизатор и наноразмерные частицы неорганического материала при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.ч.:

полиэтилен 100
древесная мука 70
бентонит 6
сшитый поливиниловый спирт 3
компатибилизатор 12
наноразмерные неорганические частицы 4

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве компатибилизатора используют сополимер этилена и винилацетата.

3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве наноразмерных неорганических частиц используют химически осажденные гидроксид железа или сульфат кальция.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии жестких поливинилхлоридных (ПВХ) композиций с использованием в качестве органического наполнителя древесной муки, модифицированной кремнезолем, для изготовления высоконаполненных древесно-полимерных материалов.
Изобретение относится к дисперсиям воска в форме наночастиц, применяемым для гидрофобизации материалов на основе лигноцеллюлозы и/или целлюлозы. .
Изобретение относится к применению древесных материалов для изготовления деталей мебели, облицовки стен, изоляционных материалов и тому подобное для снижения содержания формальдегида в окружающем воздухе.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и касается композиции для производства древесностружечных плит. .
Изобретение относится к полиолефиновым композитам, содержащим целлюлозные волокна. .
Изобретение относится к массе из частиц растительного сырья для изготовления лигноуглеводного пластика. .
Изобретение относится к химии полимеров, а именно к древесно-полимерным композициям на основе поливинилхлорида, которые могут быть использованы для получения профильно-погонажных изделий.

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

Изобретение относится к пресс-композициям для плитных материалов, используемых в промышленности строительных и конструкционных материалов, в частности в производстве тепло-, огнезащитных изделий, предназначенных для промышленного и жилищного строительства, авиа-, судо-, вагоностроения, электро- и радиотехнике и быту.

Изобретение относится к смазочной композиции для изготовления целлюлозно-термопластовых композитных изделий, используемых в архитектуре и автомобилестроении. .

Изобретение относится к пленкам, полученным из полиэтиленовой композиции, и изделиям, полученным из данных пленок, таким как транспортные мешки и листовой материал.

Изобретение относится к полиэтиленовой пленке, предназначенной для получения пакетов, мешков для продуктов, мешков для мусорных баков, упаковки для продуктов Пленка выполнена из мультимодальной полимерной композиции, полученной с использованием двойного металлоценового катализатора, и содержит гомополимер этилена или сополимер этилена и альфа-олефинового сомономера или их комбинацию и, необязательно, добавки и модификаторы.

Изобретение относится к сополимеру этилена и -олефина, полученному взаимодействием, по меньшей мере, одного металлоценового катализатора на носителе, этилена и, по меньшей мере, одного другого -олефина в газофазном реакторе.

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 области полимерных термопластичных композиций на основе полиуретанов и фторполимеров. .

Изобретение относится к технологической добавке для экструзии полиолефинов или термопластических смол. .

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