Полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий

Изобретение относится к получению полимерных композиций, содержащих полиэтилен и биоразлагаемый наполнитель, применяемых в производстве упаковочных термоформованных изделий и пленок, способных к биодеструкции под действием климатических факторов и микроорганизмов, с высокими эксплуатационными и технологическими характеристиками. Полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий содержит биоразлагаемый наполнитель - свекловичный жом, технологическую добавку - полиэтиленгликоль, сополимер этилена и винилацетата, смесь полиэтиленов низкого и высокого давления в соотношении 1:1 при заданном соотношении компонентов. Изобретение позволяет при одинаковом (30%) содержании биоразлагаемого наполнителя, обеспечивающем высокую способность к биодеструкции, существенно улучшить эксплуатационные (прочность до 2 раз) и технологические (вязкость до 9 раз при температуре экструзионнной переработки 150°С, скорости сдвига 1000 с-1) характеристики. 1 табл.

 

Изобретение относится к получению полимерных композиций, содержащих полиэтилен и биоразлагаемый наполнитель, применяемых в производстве упаковочных термоформованных изделий и пленок, способных к биодеструкции под действием климатических факторов и микроорганизмов, с высокими эксплуатационными и технологическими характеристиками.

Известна полимерная композиция для получения биодеградируемых формованных изделий, содержащая крахмал и синтетический термопластичный полимерный компонент (RU 2095379, МПК C08L 3/02, опубл. 30.06.1998).

Известна биоразлагаемая термопластичная композиция, содержащая сополимер этилена и винилацетата, биоразлагаемый наполнитель в виде какаовеллы и поверхностно-активное вещество, из ряда моноэфиров дикарбоновых кислот (RU 2349612, МПК C08J 5/18, опубл. 20.03.2009).

Известна биологически разрушаемая термопластичная композиция, содержащая сополимер этилена и винилацетата, в качестве биоразлагаемого наполнителя применяют ржаную муку, в качестве технологической добавки используют катионное поверхностно-активное вещество, амилацетат кукурузный и метилцеллюлозу (RU 2318006, МПК C08J 5/18, опубл. 27.02.2008).

Недостатком известных композиций является то, что в качестве активного биоразлагаемого наполнителя (крахмал, какаовелла, ржаная мука) используются ценные пищевые продукты. Также в известных технических решениях отсутствуют значения упругопрочностных показателей и оценка технологичности композиций, что не позволяет оценить возможности их переработки в пленочные изделия и использования последних в качестве упаковок хозяйственного назначения.

Известна биоразлагаемая композиция, где в качестве полимерной матрицы используют полиэтилен, а в качестве совместителя (компатибилизатора), повышающего прочность связи между полимерной матрицей и наполнителем, служит сополимер этилена и винилацетата (RU 2473578, МПК C08L 97/02, опубл. 27.01.2011).

Недостатком биоразлагаемой композиции является отсутствие полярных винилацетатных и гидроксидных звеньев, способных образовывать водородные связи, что не позволяет обеспечить необходимый уровень упругопрочностных характеристик.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является полимерная композиция для получения биодеградируемых формованных изделий из расплава, включающая производственные и бытовые отходы полиэтилена, биоразлагаемый наполнитель - отходы сахарной промышленности (свекловичный жом) и технологическую добавку (бентонит) (RU 2408621, МПК C08L 23/06, опубл. 10.01.2011).

В известной работе авторов патента [Кирш И.А. Биоразлагаемые полимерные композиции на основе отходов агропромышленного комплекса / И.А. Кирш, Е.П. Чуткина // Пластические массы. - №5. - 2010. С. 45-48] для полимерной композиции с содержанием свекловичного жома 30% приведены значения прочности при растяжении (4,75±0,08 МПа), относительного удлинения при разрыве (11,25±0,09%) и реологические характеристики в виде графика зависимости логарифма вязкости от логарифма напряжений сдвига. Обработка приведенных результатов показывает, что зависимость вязкости композиции от скорости сдвига с коэффициентом корреляции 0,993 подчиняется степенному уравнению Оствальда - Де Вале [Малкин А.Е., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения / Пер. с англ. - СПб.: Профессия. 2007, 560 с.]:

в котором коэффициент консистенции k=49300 Па⋅cn, а индекс течения n=0,677. Исходя из данного уравнения, значения эффективной вязкости при температуре 150°С и скоростях сдвига 100, 1000 и 10000 с-1, характерных для процессов переработки полиэтиленовых композиций методами прессования, экструзии и литья под давлением, составляют соответственно 11140, 5300 и 2520 Па⋅с.

Недостатком полимерной композиции являются низкие значения прочности при растяжении, недостаточные для изготовления надежных упаковочных изделий и пленок, обеспечивающих сохранность продуктов при значительной их массе и наличии внешних нагрузок. При этом низкие значения относительного удлинения исключают возможность повышения прочности пленок методами аксиальной или биаксиальной вытяжки при экструзионном формовании. Прочность пленок может быть увеличена за счет толщины, но это приведет к удорожанию упаковки. Кроме того, приведенные значения реологических характеристик свидетельствуют о невысокой технологичности композиции для производства качественных пленок.

Технический результат заключается в повышении эксплуатационных и технологических характеристик полимерной композиции для изготовления биодеградируемых изделий.

Сущность изобретения заключается в том, что полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий содержит биоразлагаемый наполнитель - свекловичный жом, технологическую добавку - полиэтиленгликоль, сополимер этилена и винилацетата, смесь полиэтиленов низкого и высокого давления в соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Свекловичный жом 10-30
Полиэтиленгликоль 0,5-1
Функционализированный методом алкоголиза
сополимер этилена и винилацетата 9-11
Смесь полиэтиленов низкого и высокого
давления в соотношении 1:1 остальное

В полимерной композиции используют следующие компоненты:

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) по ГОСТ 16338-85 марки 273-73, предназначенный для изготовления технических и профильно-погонажных изделий методами экструзии и литья под давлением.

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) по ГОСТ 16337-77 марки 15303-003, предназначенный для изготовления изделий технического назначения, контактирующих с пищевыми продуктами, игрушек и пленочных изделий.

Биоразлагаемый наполнитель - свекловичный жом, полученный измельчением гранулированного жома на роторно-ножевой мельнице, с размером частиц менее 200 мкм, влажностью менее 5%.

Сополимер этилена и винилацетата (СЭВА) по ТУ 6-05-1636-97 марки 12206-007 (массовая доля винилацетата в пределах 15-20%), функционализированный методом алкоголиза. Для функционализации СЭВА методом алкоголиза используют 30% раствор КОН в очищенном перегонкой над магнием этаноле. Реакцию проводят при температуре 80°С в течение 3 ч. При этом часть ацетатных групп на поверхности гранул СЭВА замещается на гидроксидные, что подтверждают данные ИК-спектроскопии. Функционализированный СЭВА способствует лучшему совмещению компонентов и распределению их в полимерной матрице (Мышак В.Д. Функционализация сополимеров этилена с винилацетатом методом алккоголиза и их свойства / В.Д. Мышак, В.В. Грищенко, В.В Семиног, В. П. Бойко, Е.В. Лебедев // Вопросы химии и химической технологии. - 2013. - №5. С. 38-44).

Полиэтиленгликоль марки (ПЭГ-115 (4000)) по ТУ-6-00205601.083-2000 представляет собой воскообразные чешуйки белого цвета; применяется в производстве: диспергаторов и антистатиков в текстильной и кожевенной промышленности, пластификаторов в целлюлозно-бумажной промышленности, вискозы, резино-технических изделий, упаковки пищевых продуктов (водорастворимые пленки).

Способ приготовления полимерной композиции для изготовления биодеградируемых изделий заключается в следующем. Производят плавление смеси полиэтиленов низкого и высокого давления и функционализированного методом алкоголиза сополимера этилена и винилацетата в лабораторном смесителе периодического действия HAAKE PolyLab Rheomix 600 OS с роторами Banbury при температуре 150-160°С со скоростью вращения роторов 50 об/мин в течение 5 мин. Затем вводят предварительно перемешанные в миксере свекловичный жом и полиэтиленгликоль. После чего все компоненты компаундируют до достижения постоянных значений крутящего момента на приводном валу смесителя и температуры расплава. Полученную смесь выгружают в лоток и охлаждают до комнатной температуры. Формование пластин из приготовленной полимерной композиции для физико-механических и реологических испытаний проводят в пресс-форме с размером формующей полости 200×200×1 мм методом горячего прессования при температуре 150°С и усилии пресса 100 кН с последующим охлаждением пластин в сомкнутой пресс-форме до температуры 50°С.

Предел прочности при растяжении определяют по ГОСТ 11262-80, модуль упругости при растяжении - по ГОСТ 9550-81. Значения водопоглощения образцов определяют по ГОСТ 4650-80 (метод А, выдержка в воде в течение 24 часов). Реологические испытания проводят в динамическом режиме с использованием измерительной системы «плоскость-плоскость» с диаметрами ротора и плоскости 20 мм на реометре Haake MARS III. Амплитуда осцилляций ротора составляет 0,001 рад, диапазон частот - 0-80 Гц, диапазон температур расплава - 150-170°С, рабочий зазор между рифлеными плоскостями измерительной системы задают равным 1 мм при толщине образцов (дисков), вырубленных из пластин 1,1-1,2 мм. Обработку результатов проводят на основе принципа температурно-временной суперпозиции Больцмана, реализованного в программе RheoWin TTS, с температурой приведения 150°С, отвечающей условиям компаундирования компонентов в смесителе и формования в прессе пластин для физико-механических и реологических испытаний.

В табл. 1 приведены составы, значения физико-механических и реологических характеристик полимерных композиций, из которых следует, что оптимальными являются 2-6.

Чаще всего для производства упаковочных пленок и пленочных изделий используется полиэтилен высокого давления, который придает эластичность композиции. Добавление полиэтилена низкого давления способствует приданию пленке большей прочности. Увеличение концентрации в смеси полиэтилена низкой плотности приводит к существенному снижению упругопрочностных показателей. Повышение концентрации полиэтилена высокой плотности нецелесообразно из-за ухудшения свойства биодеградируемости. Оптимальным в смеси полиэтиленов высокого и низкого давления является соотношение 1:1 в сравнении с составами 8,9 (табл. 1) при концентрации смеси полиэтиленов 0,7:0,3; 0,85:0,15

В известных патентах для придания свойства биоразлагаемости используют активные биоразлагаемые наполнители (кукурузный и картофельный крахмал, какаовелла, ржаная мука, свекловичный жом), которые способствуют быстрому разложению композиций на основе полиэтилена. При этом содержание биоразлагаемого наполнителя составляет 10-40% в известных аналогах, что позволяет в широких пределах регулировать свойства композиционных материалов. Введение большего количества наполнителя затрудняет переработку методами экструзии и литья под давлением из-за роста вязкости, а при малом содержании не обеспечивается способность к биоразложению.

Выбор концентрации функционализированного метода алкоголиза сополимера этилена и винилацетата в предлагаемом изобретении (9-11%) обусловлен наличием полярных винилацетатных звеньев, облегчающих адгезию микроорганизмов на образцах композиционных материалов и их дальнейшее биоповреждение. Функциионализация сополимера этилена и винилацетата в предлагаемых концентрациях повышает прочностные характеристики и способствует лучшему распределению свекловичного жома в полимерной матрице за счет полярных винилацетатных и гидроксидных звеньев.

Полиэтиленгликоль (ПЭГ) вводят в композицию в качестве технологической добавки - пластификатора. В работе (Роговина С.З. Влияние олигомеров полиэтиленгликоля на механические свойства и биоразлагаемость композиций на основе полилактида и полисахаридов / С.З. Роговина, К.В. Алексанян и др. // Известия Волгоградского технического университета. - №7(164). - 2015. - С. 68-71) показано, что введение ПЭГ в биоразлагаемые композиции способствует, кроме того, ускорению процесса биодеструкции. Полиэтиленгликоль в предлагаемом количестве (0,5-1%) улучшает технологичность композиции и снижает энергозатраты при компаундировании, практически не изменяя упругопрочностные показатели.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известным решением при одинаковом (30%) содержании биоразлагаемого наполнителя (свекловичного жома), обеспечивающем высокую способность к биодеструкции, позволяет существенно улучшить эксплуатационные (прочность до 2 раз) и технологические (вязкость до 9 раз при температуре экструзионнной переработки 150°С, скорости сдвига 1000 с-1) характеристики. Кроме того, улучшение показателя относительного удлинения (в 3 раза) позволяет проводить упрочнение биодеградируемых изделий методом вытяжки.

Полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий, включающая биоразлагаемый наполнитель - свекловичный жом, технологическую добавку, отличающаяся тем, что в качестве технологической добавки содержит полиэтиленгликоль, дополнительно содержит функционализированный методом алкоголиза сополимер этилена и винилацетата, смесь полиэтиленов низкого и высокого давления в соотношении 1:1, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Свекловичный жом 10-30
Полиэтиленгликоль 0,5-1
Функционализированный методом алкоголиза
сополимер этилена и винилацетата 9-11
Смесь полиэтиленов низкого и высокого
давления в соотношении 1:1 остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов в виде матов, а именно сырьевой смеси, предназначенных для строительства, в частности для многослойных стеновых вертикальных и горизонтальных панелей, и для теплоизоляции различных сооружений.

Изобретение относится к области получения и применения композиций гидрофобизирующих агентов и стабилизаторов в продуктах на основе композиционных лигноцеллюлозных материалов.
Настоящее изобретение относится к составу для изготовления адгезива, композиции для изготовления адгезива и способу ее получения, а также к лигноцеллюлозному материалу, полученному с использованием указанных состава или композиции.
Настоящее изобретение относится к композиции для изготовления клея для древесины. Композиция получена одновременным смешиванием по меньшей мере одного изоцианата, по меньшей мере одного простого полиэфира и по меньшей мере одной аминной смолы.

Изобретение относится к производству плитных материалов типа древесноволокнистых плит из древесного сырья без использования связующих веществ и может быть использовано для изготовления изделий в строительной и мебельной отраслях.

Изобретение относится к области строительных материалов и изделий, а именно к способу приготовления асфальтобетонной смеси. Способ приготовления асфальтобетонной смеси, содержащей битум в количестве 3-9 мас.%, гидролизный лигнин фракции от 0 до 2,5 мм влажностью 10-50% в количестве 3-10 мас.% и минеральный материал, включающий щебень в количестве 30-70 мас.% и песок из отсевов дробления - остальное, включает одновременную подачу гидролизного лигнина и разогретого до 130-150°С битумного вяжущего в смеситель с разогретым до 130-150°С минеральным материалом.

Изобретение относится к деревоперерабатывающей промышленности, а именно к технологии получения древесноволокнистых материалов для производства плит. Древесноволокнистый материал для плит содержит древесное волокно и связующее.

Группа изобретений относится к применению модифицированных наночастиц оксида кремния в древесно-стружечных плитах, к древесно-стружечной плите и к способу ее изготовления.

Изобретение относится к производству лигноцеллюлозных полимерных композиционных материалов и изделий на их основе и может быть использовано для получения строительных, конструкционных и отделочных материалов, а также для изготовления мебели, товаров бытового и промышленного назначения.
Группа изобретений относится к экструдированному композиционному материалу, способу его получения и к применению. Композиционный материал содержит древесноволокнистый материал и полимер.

Изобретение относится к композиции лигнина, которая может применяться при получении фенольных смол, фенолформальдегидных смол, древесностружечных плит или фанер. Композиция включает лигнин и по меньшей мере одно из меньше чем приблизительно 150 мг серы на кг указанного лигнина; или меньше чем приблизительно 525 мг железа на кг указанного лигнина; суммарно меньше чем приблизительно 2000 мг элементов на кг указанного лигнина.

Изобретение относится к получению сорбентов, обладающих развитой микропористой структурой, регулируемым размером пор и прочностными характеристиками, достаточными для использования в качестве сорбентов, изготовленных на основе активированных углеродных волокон, полученных из полиакрилонитрила с максимально высоким содержанием гидролизного лигнина.

Изобретение относится к области получения и применения композиций гидрофобизирующих агентов и стабилизаторов в продуктах на основе композиционных лигноцеллюлозных материалов.
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способу получения ацетилированных производных торфа, которые могут быть использованы в производстве пластических масс и для получения композиционных материалов с минеральными и органическими наполнителями.

Изобретение относится к способу подачи гидролизного лигнина на сушку, включающему в себя следующие стадии: укладку гидролизного лигнина с низким содержанием влаги в пределах 0-45% на рабочую поверхность механизма подачи; укладку гидролизного лигнина с высоким содержанием влаги в пределах 55-80% поверх гидролизного лигнина с низким содержанием влаги, избегая соприкосновения гидролизного лигнина с низким содержанием влаги с рабочей поверхностью механизма; при этом отношение гидролизного лигнина с высоким содержанием влаги к гидролизному лигнину с низким содержанием влаги составляет 1:6-10:1; и подачу гидролизного лигнина с низким содержанием влаги и гидролизного лигнина с высоким содержанием влаги в сушильное устройство.
Изобретение относится к области получения углеродных адсорбентов. Описан способ получения композитного волокнистого адсорбента, характеризующийся тем, что в качестве исходных компонентов берут гидролизный лигнин и полиакрилонитрил, готовят их смесь при соотношении 80:20 по массе, эту смесь помещают в пиролизер, осуществляют его продув током азота, после этого ведут прогрев смеси в пиролизере со скоростью подъема температуры 15 град·мин-1 до достижения температуры смеси 800°C, поддерживают эту температуру в течение 0,5 часа, прекращают прогрев и ведут охлаждение карбонизованных волокон до комнатной температуры в атмосфере азота со скоростью его тока 50 см3·мин-1.

Изобретение относится к области полимерных композиций с органическими наполнителями и технологиям их получения и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении.
Изобретение относится к области получения композиционного волокна на основе гидролизного лигнина с полиакрилонитрилом и может быть использовано для формирования прекурсорных композитных волокон в качестве исходного материала для образования углеродных волокон повышенной прочности и термостойкости.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при производстве древесностружечных плит. В составе композиции для внутреннего слоя используется 10-40% стружки из отходов гниющих заготовок и 20% стружки из отходов оцилиндровки круглых лесоматериалов, а также 40-70 мас.% стружки, полученной из технологической щепы марки ПС, с применением связующего на основе низкомольной карбамидоформальдегидной смолы и эмульсии.

Изобретение относится к получению лигнина из лигноцеллюлозной биомассы, а также к снижению засорения лигнином технологического оборудования при переработке лигноцеллюлозной биомассы.

Изобретение относится к полиэтиленовой композиции, подходящей для приготовления формованных изделий различных видов. Описана полиэтиленовая композиция для формованных изделий, имеющая следующие характеристики: 1) плотность от 0,945 до 0,952 г/см3, предпочтительно от 0,948 до 0,951 г/см3, определяемая в соответствии с ИСО 1183 при 23°C; 2) соотношение MIF/MIP от 15 до 30, в частности от 17 до 29, где MIF - это индекс текучести расплава при 190°C с нагрузкой в 21,60 кг, a MIP - это индекс текучести расплава при 190°C с нагрузкой в 5 кг, оба определяемые в соответствии с ИСО 1133; 3) индекс SIC от 2,5 до 5,5, предпочтительно от 2,5 до 4,5, а более предпочтительно от 3,2 до 3,9; где индекс SIC - это индекс кристаллизации при сдвиге, определенный согласно следующему соотношению: индекс SIC=(tначал.,SIC при 1000×tначал.,неподвиж.)/(100×HLMI), где tначал.,SIC при 1000 измеряется в секундах и означает время, необходимое для начала кристаллизации при скорости сдвига, равной 1000 сек-1, tначал.,неподвиж.

Изобретение относится к получению полимерных композиций, содержащих полиэтилен и биоразлагаемый наполнитель, применяемых в производстве упаковочных термоформованных изделий и пленок, способных к биодеструкции под действием климатических факторов и микроорганизмов, с высокими эксплуатационными и технологическими характеристиками. Полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий содержит биоразлагаемый наполнитель - свекловичный жом, технологическую добавку - полиэтиленгликоль, сополимер этилена и винилацетата, смесь полиэтиленов низкого и высокого давления в соотношении 1:1 при заданном соотношении компонентов. Изобретение позволяет при одинаковом содержании биоразлагаемого наполнителя, обеспечивающем высокую способность к биодеструкции, существенно улучшить эксплуатационные и технологические характеристики. 1 табл.

Наверх