Биоразлагаемый полимерный композиционный материал на основе вторичного полипропилена



Владельцы патента RU 2678675:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" (RU)
Общество с Ограниченной Ответственностью Завод Пластмассовых Изделий "Альтернатива", ООО "ЗПИ "Альтернатива" (RU)

Изобретение относится к области создания биоразлагаемых полимерных композиционных материалов, имеющих долгосрочный энерго- и ресурсосберегающий эффект, используемых для изготовления пластмассовых изделий с регулируемыми сроками эксплуатации. Предложен материал, полученный путем совмещения смеси, содержащей шелуху гречихи 7-10 мас. %, вторичный полипропилен 70-88 мас. % и сверхмолекулярный полиэтилен 5-20 мас. %, в расплаве на лабораторной станции (пластографе) при температуре смесительной камеры 180°С и скорости вращения роторов 30 об/мин в течение 15 мин при нагрузке 200 Н с последующим прессованием на автоматическом гидравлическом прессе при 210°С и выдержке под давлением 7000 кгс в течение 3 мин с получением листового материала толщиной 1 мм. Полученный биоразлагаемый полимерный композиционный материал характеризуется повышенной совместимостью компонентов композиции и улучшенными физико-механическими свойствами, а использование вторичного полипропилена в его составе позволяет эффективно экономить ресурсы. 1 табл.

 

Изобретение относится к области создания биоразлагаемых полимерных композиционных материалов, имеющих долгосрочный энерго- и ресурсосберегающий эффект, с улучшенными физико-механическими свойствами, используемых для изготовления пластмассовых изделий с регулируемыми сроками эксплуатации.

Известна полимерная композиция [Патент RU 2424263, кл. C08L 97/00, C08L 97/02, опубл. 27.07.2011] на основе целлюлозного наполнителя и термопластичной полимерной матрицы. Термопластичная полимерная матрица состоит из полиэтилена высокой плотности, компатибилизатора, в виде графт полиолефина и смазочного агента. В качестве смазочного агента используют смесь предварительно озонированных гомологов полиэтилена в виде сверхмолекулярного полиэтилена, линейного полиэтилена низкой плотности и этиленвинилацетата при соотношении их 1:3:5, при этом используют следующее содержание компонентов, мас. %:

полиэтилен высокой плотности 10-30
смазочный агент 5,5-17,5
компатибилизатор 2-6
целлюлозный наполнитель остальное

В качестве графт полиолефина в составе компатибилизатора используют полиэтилен высокой плотности, к молекулярной структуре которого привит глицидилметакрилат. Композиционные материалы на основе полученного целлюлозосодержащего полимерного суперконцентрата обладают повышенными физико-механическими характеристиками по прочности и влагостойкости.

Недостатком известной композиции является невысокая эластичность и необходимость проведения предварительного озонирования компонентов смазочного агента: сверхмолекулярного полиэтилена, линейного полиэтилена низкой плотности и этиленвинилацетата.

Известен материал для защитных покрытий изобретение по патенту RU 2129133 C1 (кл. C08L 23/02, C08J 5/00, E04D 5/06), который используется для производства гидроизоляционных, кровельных материалов, напольных покрытий, материалов предназначенных для защиты фундаментов, крыш, полов различных строительных сооружений, то есть нуждающихся в повышенном уровне стойкости к внешнему воздействию, высокими деформационно-прочностными свойствами и хорошей перерабатываемостью в изделия используется. Рассматриваемый материал содержит основную композицию, состоящую (на 100 мас.ч.) из полиолефина (смеси полиолефинов) 10-60 и резиновой крошки с размером частиц преимущественно до 1 мм 40-90. Возможно использование ПЭНП (смесей ПЭНП, в т.ч. бытовых отходов) с ПТР от 0,2 до 10,0 г/10 мин, а также введение различных целевых добавок. Изобретение включает и способ получения материала, заключающийся в смешении компонентов композиции, формовании рулонной заготовки по каландровой или экструзионной технологии и охлаждении полученной заготовки. Все операции способа осуществляются при определенных температурных режимах. Возможно получение листового жесткого материала с различным дизайном поверхности, в том числе имитирующим черепицу.

Данное изобретение позволяет использовать материалы наиболее массовых полимерных отходов: вторичных полиолефинов и продуктов переработки амортизированных резин и получать при этом материалы с хорошими эксплуатационными и потребительскими свойствами (деформации, прочности, стойкости к пропусканию воды под давлением, морозостойкости, поглощении, стойкости к воздействию кислот и щелочей, широкой гаммой цветовых оттенков).

Недостатком известной композиции является низкая способность к биоассимиляции микроорганизмами.

Известна биоразлагаемая древесно-полимерная композиция [RU 2132347, кл. C08L 97/02], обладающая повышенными физико-механическими свойствами, включающая дисперсный древесно-растительный наполнитель, термопластичное полимерное связующее, целевые добавки, дополнительно содержит полиэлектролит, сшивающий агент и органическую перекись при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Дисперсный древесно-растительный наполнитель - 70-90;
Термопластичное полимерное связующее - 5-30;
Полиэлектролит - 0,5-2,0;
Сшивающий агент - 0,5-5,0;
Органическая перекись - 0,5-2,0;
Целевые добавки - остальное

По предлагаемому техническому решению в качестве древесного наполнителя могут служить древесная стружка, отходы лесопиления, фанерного, мебельного, деревоперерабатывающих производств, технологическая щепа по ГОСТ 17642-77, а также другие отходы растительного происхождения, например, рисовая шелуха.

При термообработке происходит плавление термопласта и омоноличивание массы, одновременно инициируются реакции поперечного сшивания макромолекул термопласта между собой и с сшивающим агентом (мономером), образуя трехмерную пространственную структуру. Находящийся в порах и капиллярах наполнителя мономер отверждается и, с одной стороны, повышает адгезию древесной частицы к термопласту за счет химического сродства, а с другой, повышает плотность и непроницаемость наполнителя. Суммарным результатом является повышение целого ряда физико-механических свойств композиции, таких как предел прочности при изгибе (более чем в 4 раза), ударная вязкость (в 5 раз).

Недостатком известной композиции является низкий модуль упругости получаемых полимерных материалов.

Известна полипропиленовая композиция [Патент RU2 635 565кл. C08L23/12, С08К 13/02, С08К 7/02] для деталей, изготавливаемых литьем под давлением. Композиция содержит полипропилен, полиолефиновый эластомер, наполнитель из биологического сырья, синтетический наполнитель и минеральный наполнитель. Причем в качестве полипропилена в композиции может быть использован первичный полипропилен, вторичный полипропилен или комбинация первичного и вторичного полипропилена. В качестве наполнителя из биологического сырья в композиции могут быть использованы размолотая скорлупа кокосовых орехов, древесное волокно или волокна агавы. Также в состав могут быть включены армирующее вещество, нуклеатор и усилитель текучести расплава для улучшения эксплуатационных характеристик и обработки продукта. Композиция по изобретению обладает хорошим балансом свойств, таких как плотность, жесткость, ударная прочность и низкий коэффициент термического расширения.

Недостатком известной композиции являются затруднения при формовании композиций методом литья под давлением и необходимость включения в состав композиции усилителя текучести расплава.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являются лигноцеллюлозные полимерные композиционные материалы и изделия на их основе, которые могут быть использованы для получения строительных, конструкционных и отделочных материалов, а также для изготовления мебели, товаров бытового и промышленного назначения [Патент RU 2595655 кл. C08L 97/02, C08L 23/12, С08L 25/06, С08L 23/06, С08L 27/06].Лигноцеллюлозный полимерный композиционный материал содержит полимерную матрицу и лигноцеллюлозный наполнитель, в качестве полимерной матрицы используют полиэтилен в количестве 80-20 вес. %, а в качестве наполнителя используют шелуху гречихи в количестве 20-80 вес. %. Технический результат выражается в повышении экологичности готовой продукции за счет увеличения доли используемого отхода переработки гречихи и минимального использования химических добавок в технологии производства и получение материалов и изделий с высоким уровнем технических характеристик.

Недостатком известной композиции являются неудовлетворительные деформационно-прочностные характеристики.

Технической задачей изобретения является получение биоразлагаемого полимерного композиционного материала с низкой стоимостью, улучшенными физико-механическими свойствами и возможностью использования в составе композиции вторичного полипропилена (втор-ПП) с целью его утилизации.

Поставленная задача достигается предлагаемым составом биоразлагаемого полимерного композиционного материала на основе вторичного полипропилена, содержащий полиэтилен и целлюлозосодержащий наполнитель природного растительного происхождения. Биоразлагаемый полимерный композиционный материал в качестве полиэтилена содержит сверхмолекулярный полиэтилен, в качестве целлюлозосодержащего природного наполнителя растительного происхождения используется шелуха гречихи. В заявляемый биоразлагаемый полимерный композиционный материал дополнительно включен вторичный полипропилен, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шелуха гречихи 7-10
сверхмолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) 5-20
втор-ПП 70-88

Биоразложение заявляемого полимерного материала обеспечено наличием в композиции природного целлюлозосодержащего наполнителя растительного происхождения - шелухи гречихи. В процессе упруго-деформационного воздействия в пластографе при смешении шелухи гречихи, СВМПЭ и втор-ПП происходит химическое модифицирование макромолекул смеси синтетических полимеров (СВМПЭ, ПП) блоками природных высокомолекулярных соединений, имеющихся в составе лузги гречихи, за счет процессов рекомбинации образующихся макрорадикалов.

Использование вторичного полипропилена в составе заявляемого материала позволяет снизить стоимость и улучшить совместимость компонентов композиции, т.к. отходы полипропилена имеют более гидрофильную поверхность по сравнению первичным полипропиленом и СВМПЭ, и, соответственно, лучшую адгезию к шелухе гречихи.

Заявляемый композиционный материал получают совмещением смеси измельченных исходных компонентов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шелуха гречихи 7-10
сверхмолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) 5-20
втор-ПП 70-88,

в расплаве на лабораторной станции (пластографе) «Plastograph ЕС» фирмы Brabender при температуре смесительной камеры 180°С и скорости вращения роторов 30 об/мин в течение 15 мин при нагрузке 200 Не последующим прессованием на автоматическом гидравлическом прессе "AutoMH-NE" (Carver, США) при 210°С и выдержке под давлением 7000 кгс в течение 3 мин с получением листового материала толщиной 1 мм. Количество загружаемой смеси исходных компонентов составляло 25 г. Дозировка наполнителей рассчитывалась в массовых частях (м.ч.) на 100 м.ч. втор-ПП.

Деформационно-прочностные свойства материала определяли на прессованных образцах материала толщиной 1 мм согласно ГОСТ 11262-80 на разрывной машине "ShimadzuAGS-X" (Shimadzu, Япония) при температуре 20°С и скорости движения подвижного захвата разрывной машины 1 мм/мин.

В качестве вторичного полипропилена использованы образцы втор-ПП, соответствующего полипропилену марки H-350FF/3, представляющий собой дробленый материал из некондиционных изделий, производимых методом литья под давлением в технологическом производстве ООО "ЗПИ Альтернатива" (Республика Башкортостан, г. Октябрьский).

В качестве природного наполнителя растительного происхождения использована измельченная шелуха гречихи, предоставленная ООО «МАГИСТРАЛЬ»,со средним размером частиц 0,2 мм, содержащая 47-58% целлюлозы, 10-12% лигнина, 5-7% гемицеллюлозы, остальное - минеральные вещества.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является получение биоразлагаемого полимерного композиционного материала с лучшей совместимостью компонентов композиции и улучшенными физико-механическими свойствами (модулем упругости, прочностью при разрыве, относительным удлинением при разрыве).

Верхний предел содержания шелухи гречихи - 10% масс. - обусловлен необходимостью обеспечения удовлетворительных деформационно-прочностных свойств композиции. При содержании шелухи гречихи более 10% масс. ухудшается разрывная прочность материала. При содержании шелухи гречихи менее 7% масс. снижается скорость биодеструкции композиции.

Оптимальное содержание связующего компонента - смеси втор-ПП/СВМПЭ - должно быть в пределах 75-93 масс. %. При суммарном содержании втор-ПП/СВМПЭ менее 75% снижается механическая прочность материала. Более высокое содержание втор-ПП/СВМПЭ (более 93%) приводит к уменьшению способности композиций к биоразложению при контакте с почвенными микроорганизмами.

Содержание СВМПЭ в пределах 5-20% масс. обеспечивает оптимальные значения модуля упругости композиций.

Изобретение иллюстрируется следующим примером:

Пример 1. Сверхмолекулярный полиэтилен (полиэтилен высокомолекулярный низкого давления 21606 производства ООО «Томскнефтехим») массой 3 г, втор-ПП (отходы производства ПП ООО «ЗПИ Альтернатива») массой 20 г и шелуху гречихи массой 2 г совмещаютв расплаве на лабораторной станции (пластографе) «Plastograph ЕС» фирмы Brabender при температуре смесительной камеры 180°С и скорости вращения роторов 30 об/мин в течение 15 мин при нагрузке 200 Н.Соотношение компонентов, масс. %, составляет: шелуха гречихи 8, СВМПЭ 12, втор-ПП 80. Формование осуществляют прессованием на автоматическом гидравлическом прессе "AutoMH-NE" (Carver, США) при 210°С и выдержке под давлением 7000 кгс в течение 3 мин с получением листового материала толщиной 1 мм.

Для проведения физико-механических испытаний из полученного листового материала вырубают лопатки согласно ГОСТ 11262-80.

Образцы материала, полученные в соответствии с примером 1, обладают высоким значением модуля упругости - 2153 МПа, к тому же, имеют удовлетворительные показатели прочности при разрыве (18 МПа) и относительного удлинения при разрыве (5%), поэтому могут использоваться для изготовления пластмассовых изделий.

Увеличение модуля упругости композиции втор-ПП/СВМПЭ/шелуха гречихи по сравнению с исходными втор-ПП и СВМПЭ и их смесями может быть объяснена отличием в условиях кристаллизации образцов, и, следовательно, различной степенью кристалличности и надмолекулярной структурой материалов, что влияет на их физико-механические свойства.

Полученные полимерные композиционные материалы обладают биоразлагаемостью, о чем свидетельствуют испытания по выдерживанию образцов в почве. Установлено, что в течение первых шести месяцев масса образцов материала, полученного в соответствии с примером 1, уменьшается на 3-4%.

Остальные образцы композиций получены согласно примеру 1. Состав и свойства композиций приведены в таблице 1 (примеры 2-4)

Таким образом, предлагаемый биоразлагаемый полимерный композиционный материал с улучшенными физико-механическими свойствами обеспечивает долгосрочный энерго- и ресурсосберегающий эффект и может быть использован для изготовления пластмассовых изделий с регулируемыми сроками эксплуатации.

1. Биоразлагаемый полимерный композиционный материал на основе вторичного полипропилена, содержащий полиэтилен и целлюлозосодержащий природный наполнитель растительного происхождения, отличающийся тем, что биоразлагаемый полимерный композиционный материал в качестве полиэтилена содержит сверхмолекулярный полиэтилен, в качестве целлюлозосодержащего наполнителя растительного происхождения содержит шелуху гречихи и дополнительно содержит вторичный полипропилен в виде отходов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шелуха гречихи 7-10
сверхмолекулярный полиэтилен 5-20
вторичный полипропилен 70-88,

при этом композиционный материал получают путем совмещения смеси, содержащей шелуху гречихи, вторичный полипропилен в виде отходов и сверхмолекулярный полиэтилен в расплаве на лабораторной станции - пластографе при температуре смесительной камеры 180°С и скорости вращения роторов 30 об/мин в течение 15 мин при нагрузке 200 Н с последующим прессованием на автоматическом гидравлическом прессе при 210°С и выдержке под давлением 7000 кгс в течение 3 мин с получением листового материала толщиной 1 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способ разделения фракции частиц лигноцеллюлозы и фракции частиц лигнина, в котором сырой лигнин образуется из исходного материала, включающего частицы лигноцеллюлозы и частицы лигнина, при этом способ включает добавление в сырой лигнин стабилизирующего химического реагента отдельно или в сочетании с гидрофобным химическим реагентом на по меньшей мере одной стадии, так что по меньшей мере стабилизирующий агент добавляют в сырой лигнин, причем указанный стабилизирующий агент представляет собой полисахарид или модифицированный полисахарид, и обработку сырого лигнина путем отделения фракции частиц лигнина и фракции частиц лигноцеллюлозы друг от друга на по меньшей мере одной стадии твердофазного разделения.

Изобретение относится к получению биоразлагаемых полимерных композиций, содержащих синтетические и природные полимеры, и может найти применение в производстве тары и упаковки, упаковочных и сельскохозяйственных пленок, других товаров потребительского назначения с коротким сроком использования, способных к биодеструкции под воздействием факторов окружающей среды.

Настоящее изобретение относится к волокнистому материалу и способу его уплотнения. Способ уплотнения волокнистого материала включает добавление к волокнистому материалу связующего с температурой стеклования менее 25°С для получения комбинации из волокнистого материала и связующего, прессование комбинации из волокнистого материала и связующего для получения уплотненного волокнистого материала, имеющего объемную плотность, которая, по меньшей мере, в примерно два раза больше объемной плотности волокнистого материала.

Изобретение относится к области создания биоразлагаемых полимерных композиционных материалов, используемых при разделении и очистке газовых и паровых смесей различной природы, для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов, для очистки сточных вод от белковых токсикантов, а также для изготовления пластмассовых изделий с регулируемыми сроками эксплуатации.

Настоящее изобретение относится к способу регулирования значения клейкости для материала связующего. Связующее получено из композиции, содержащей эмульсию, которая содержит эмульгируемый форполимер и воду.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к получению плитных материалов из пресс-массы в виде растительного сырья. В результате кавитационного воздействия образуется пресс-масса с содержанием легко- и трудногидролизуемых полисахаридов 14-16% и 34-36% соответственно, содержанием целлюлозы 56-58% и медным числом 2,1-2,3 г/100 г, содержанием лигнина по Комарову 36-37%.

Изобретение относится к получению пресс-композиций, применяемых в качестве строительных элементов, конструкционного материала, в дачном строительстве и в мебельной промышленности.

Настоящее изобретение относится к армированному композиционному материалу на основе органических волокон природного происхождения, применяемому в качестве тепловой или аккустической изоляции, а также к способу его получения.

Изобретение относится к области производства древесно-стружечных композиционных материалов, а именно связующего для изготовления древесно-стружечных плит, фанеры, древесно-волокнистых плит и т.п.
Настоящее изобретение относится к композиции клеевого материала для древесины, составу клеевого материала для древесины и способу его получения, а также к лигноцеллюлозному массиву.

Настоящее изобретение относится к компонентам волоконно-оптического кабеля типа буферных трубок, трубок сердечника или трубок профилированного сердечника, изготовленным из экструдированной композиции, включающей полиэтилен высокой плотности, кристаллический полипропилен и олефиновый блочный композит.

Изобретение относится к полипропилену с широким распределением молекулярной массы и способу его получения. Полипропилен имеет скоростью течения расплава MFR2 (230°С) от 30 до 300 г/10 мин, соотношение комплексной вязкости eta*(0,05 рад/сек)/eta*(300 рад/сек) при 200°С от 20,0 до 60,0 и содержание 2,1 эритрорегиодефектов, равным или менее 0,4 мол.%.

Изобретение относится к полиолефиновым составам, пригодным для производства напорных труб. Предложен состав полиолефина, включающий компонент А), содержащий 90,0-99,0 вес.% этиленпропиленового сополимера, в котором i) содержание этиленовых звеньев составляет 1,0-8,0 вес.%; (ii) температура плавления составляет 135-155°C; (iii) скорость течения расплава (230°C/5 кг ISO 1133) составляет 0,2 г/10 мин - 3,5 г/10 мин; (iv) содержание растворимых в ксилоле веществ при 25°C составляет 10,0-4,0 вес.%; (v) коэффициент полидисперсности (PI) составляет 3,0-7,0; и компонент В), содержащий 1,0-10,0 вес.% этиленпропиленового сополимера, включающего 8,0-20,0 вес.% этиленовых звеньев; указанный сополимер имеет скорость течения расплава (измеренную при 190°C с массой груза 2,16 кг) от 0,5 г/10 мин до 5,0 г/10 мин; где получаемый состав полиолефина имеет скорость течения расплава (230°C/5 кг ISO 1133) от 0,2 г/10 мин до 4,0 г/10 мин, а сумма A + B составляет 100.

Группа изобретений относится к полимерной промышленности и может быть использована для изготовления изделий в автомобильной, кабельной, электротехнической, обувной промышленности, в производстве резинотехнических изделий, в производстве товаров бытового назначения.

Изобретение относится к пригодным для нанесения печати смесям и пригодным для нанесения печати пленкам, в частности к многослойным упаковочным пленкам. Полимерная смесь для изготовления слоя пленки, пригодной для нанесения печати, содержит (i) гомополимер или сополимер на основе пропилена в количестве от 75 до 95 мас.% от общей массы смеси и (ii) олефиновый блок-сополимер в количестве от 5 до 25 мас.% от общей массы смеси, причем олефиновый блок-сополимер представляет собой сополимер этилена/С3-20 α-олефина с плотностью от 0,85 до 0,89 г/см3 и индексом расплава (190°С, 2,16 кг) от 0,5 г/10 мин до 10 г/10 мин.

Изобретение относится к композиции полипропилена, ее получению и применению. Композиция представляет собой бинарную смесь, в состав которой входит две фракции полимера пропилена.

Изобретение относится к композиции полипропилена, предназначенной для изготовления изделий, получаемых литьем под давлением, и способу ее получения. Композиция содержит гетерофазный сополимер пропилена (НЕСО), в состав которого входит матрица, представляющая полипропилен, эластомерный сополимер этилена и пропилена (ЕС), диспергированный в указанной матрице, и нуклеирующий агент, представляющий собой полимерный нуклеирующий агент.

Изобретение относится к сополимеру пропилена. Сополимер пропилена (R-PP) содержит этилен в пределах 2,0-11,0 мол.

Изобретение относится к сополимеру пропилена. Сополимер пропилена (R-PP) содержит этилен в пределах 2,5-11,5 мол.

Описан способ получения полипропилена в процессе полимеризации. Способ включает реактор предварительной полимеризации (PR) и по меньшей мере один реактор полимеризации.

Изобретение относится к мономодальному сополимеру этилена, используемому для трубопроводов горячего водоснабжения. Сополимер этилена характеризуется плотностью от 0,935 до 0,945 г/см3, индексом текучести расплава MIF (190°C, 21,60 кг) от 10 до 18 г/10 мин и индексом текучести расплава MIP (190°C, 5 кг) от 1 до 2,5 г/10 мин, а также отношением MIF/MIP от 5 до 10.

Изобретение относится к области создания биоразлагаемых полимерных композиционных материалов, имеющих долгосрочный энерго- и ресурсосберегающий эффект, используемых для изготовления пластмассовых изделий с регулируемыми сроками эксплуатации. Предложен материал, полученный путем совмещения смеси, содержащей шелуху гречихи 7-10 мас. , вторичный полипропилен 70-88 мас. и сверхмолекулярный полиэтилен 5-20 мас. , в расплаве на лабораторной станции при температуре смесительной камеры 180°С и скорости вращения роторов 30 обмин в течение 15 мин при нагрузке 200 Н с последующим прессованием на автоматическом гидравлическом прессе при 210°С и выдержке под давлением 7000 кгс в течение 3 мин с получением листового материала толщиной 1 мм. Полученный биоразлагаемый полимерный композиционный материал характеризуется повышенной совместимостью компонентов композиции и улучшенными физико-механическими свойствами, а использование вторичного полипропилена в его составе позволяет эффективно экономить ресурсы. 1 табл.

Наверх