биологически разрушаемая термопластичная композиция
Классы МПК: | C08L23/06 полиэтен C08L97/02 лигниноцеллюлозные материалы, например древесина, солома или выжатый сахарный тростник C08L3/00 Композиции крахмала, амилозы или амилопектина или их производных, или продуктов их деструкции |
Автор(ы): | Ананьев Владимир Владимирович (RU), Кирш Ирина Анатольевна (RU), Губанова Марина Ивановна (RU), Сдобникова Ольга Алексеевна (RU), Самойлова Лидия Галактионовна (RU), Пешехонова Аза Леонидовна (RU), Филинская Юлия Александровна (RU), Чуткина Екатерина Павловна (RU), Во Тхи Хоай Тху (RU), Колпакова Валентина Васильевна (RU), Панкратов Георгий Несторович (RU), Мельников Евгений Михайлович (RU), Изосимов Виктор Павлович (RU), Чевокин Алексей Александрович (RU), Смрчек Владимир Алексеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет прикладной биотехнологии" (RU), Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет пищевых производств" Министерства образования Российской Федерации (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-02-28 публикация патента:
10.08.2009 |
Изобретение относится к полимерным композициям, предназначенным для получения биодеградируемых изделий, таких как пленки и термоформованные изделия в виде потребительской тары. Композиция содержит производственные и/или бытовые отходы полиэтилена, олигомерный краситель, двуокись титана и в качестве биоразлагаемого наполнителя - рисовую лузгу. Композиция по изобретению обладает реологическими характеристиками, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к полимерным материалам для возможности их переработки на традиционном оборудовании, а также необходимыми эксплуатационными характеристиками, в том числе биологической разрушаемостью после срока эксплуатации в течение 18 месяцев. 2 табл.
Формула изобретения
Биологически разрушаемая термопластичная композиция для изготовления изделий, включающая полимер, биоразлагаемый наполнитель, двуокись титана и краситель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве полимера производственные и/или бытовые отходы полиэтилена, в качестве биоразлагаемого наполнителя - рисовую лузгу, а в качестве красителя - олигомерный краситель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отходы полиэтилена | |
(производственные и/или бытовые) | 67-76,5 |
рисовая лузга | 20-30 |
олигомерный краситель | 1-2 |
двуокись титана | 0,5-1 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к полимерным композициям, содержащим наполнители и синтетические термопластичные полимеры, пригодные для получения биодеградируемых изделий с удовлетворительными эксплуатационными свойствами традиционной технологией переработки термопластичных материалов.
В тяжелой экологической ситуации, сложившейся в мире, использование биологически разрушаемых материалов для получения изделий массового потребления является основным направлением сокращения количества твердого мусора, так как будет обеспечивать их быстрое разложение под действием климатических факторов и микроорганизмов.
Одним из возможных направлений получения биологически разрушаемых материалов является модификация традиционных полимеров. Сочетание синтетического полимера с природным активным наполнителем может придавать материалу новый набор свойств.
Такие материалы представляют собой наполненные системы, где в качестве активного наполнителя используется крахмал. Известны низко- и высоконаполненные крахмальные композиции. Наиболее важным качеством этих композиций является их способность к деструкции под действием природных факторов окружающей среды: света, тепла, микроорганизмов. Известен биологически разрушаемый упаковочный материал на основе крахмала (Франция, 2691467, кл. С08J 5/18, В65D 1/10, 65/46, С08L 3/20).
В последнее время появилось значительное количество патентов и научных публикаций, содержащих информацию об использовании крахмалов в качестве наполнителей для придания полимерным композициям разрушаемости (патент США 5248702, С08J 9/12, опубликован, том 1154, № 4, патент США 5208267, С08J 9/02, 9/12, опубликован 93.05.2004 г., том 1150, № 1; патент RU 21800670, опубл. 06.01.2000 г.; патент RU 2174132, опубликован 23.06.2000 г.; патент 1338405 ЕПВ, МПК В29С 67/24, С08J 5/06, опубликован 27.08.2003 г.; патент США 6054510, МПК7 С08L 63/00, опубликован 25.04.2000 г.).
Фирмой «Archer Daniels Midland» США разработан концентрат марки Poly Clean на основе полиэтилена для получения биоразлагаемых пленок. Концентрат содержит 40% крахмала и окисляемую добавку, количество крахмала в конечном продукте 5-6%. Термопластичные композиции вышеупомянутого типа известны и раскрыты, например, в NN ЕР-А-0400532, ЕР-А-0032802; ЕР-А-0327505, WO 91/02024.
Обычно подобные композиции могут быть получены смешиванием компонентов на основе крахмала с синтетическим термопластичным компонентом в условиях для экструзии.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является композиция по патенту РФ № 2180670, включающая: крахмал (100 мас.%) и продукт сополиконденсации капролактама, адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (1-10 мас.%).
Получение композиции по прототипу требует использования пластификатора (водно-глицериновой смеси).
При наличии воды технологическая схема переработки требует дополнительного узла - дегазации, увеличивающего энергозатраты.
Предлагаемое решение упрощает технологию изготовления термопласта и исключает использование жидких компонентов.
Задача изобретения - создание термопластичной композиции, включающей отходы полиэтилена производственные и бытовые, технологические добавки и биоразлагаемый наполнитель - рисовую лузгу, изделия из которой разрушаются под действием света, влаги, микрофлоры.
Это достигается тем, что биологически разрушаемая термопластичная композиция для изготовления пленок и изделий содержит отходы полиэтилена производственные и бытовые (67-76,5 мас.%), олигомерный краситель (1-2 мас.%), двуокись титана (0,5-1 мас.%) и биоразлагаемый наполнитель - рисовая лузга (0,5-1 мас.%).
Технологические добавки функционального назначения (окрашивающие, тонирующие) выбирались по принципу необходимости создания гетерогенной системы с заданными величинами ее эффективной вязкости (103-104 Па·с) в выбранном температурном интервале переработки (100-135°С).
Указанные компоненты вводили в необходимых количествах, используя общепринятые в технологии получения пластмасс приемы введения малых добавок твердой консистенции.
Такая композиция обладает реологическими характеристиками, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для переработки на традиционном для пластмасс оборудовании (экструдер, термопластавтомат).
Изделия из предлагаемой композиции обладают необходимыми эксплуатационными характеристиками, в том числе биологической разрушаемостью после срока эксплуатации в течение 18 месяцев.
Используемая в качестве наполнителя рисовая лузга имеет следующие характеристики: влажность 10-13%; зольность не менее 18%; белок не более 3,5%; крахмал 36%; клетчатка не менее 45%; жирность не более 1,2%; измельчается на центробежном классификаторе до состояния тонкодисперсного порошка со средним размером частиц 100-120 мкм.
В качестве полимера использовались производственные и/или бытовые отходы полиэтилена, имеющие следующие показатели: частицы (крошка) разного цвета без механических примесей, количество посторонних включений не более 10%, массовая доля влаги не более 2%.
В качестве красителя использовался олигомерный краситель (олигоэпокси-эфир), полученный с использованием эпоксидной смолы, модифицированной канифолью с температурой размягчении 60-140°С. Краситель обладает низкой светостойкостью, что ускоряет процесс биоразложения материала и обладает большим сродством к полиэтилену.
Для снижения светостойкости полимерного материала дополнительно вводилась двуокись титана, изменением процентного содержания которой в рецептуре композиции можно регулировать срок биоразложения материала.
Полимерное связующее играет роль дисперсионной среды. Поверхность наполнителя способна активно взаимодействовать с полимерным связующим, оказывая определенное влияние на реологические свойства композиций и физико-механические характеристики изделий.
Адгезионное взаимодействие на границе раздела "полимер - биоразлагаемый наполнитель" представляет собой адсорбционное взаимодействие двух тел.
Выбор оптимальных соотношений полимера и наполнителя обусловлен теоретическим пределом наполнения, который определяется силой взаимодействия на границе раздела фаз.
Согласно изобретению в качестве биоразлагаемого наполнителя, стимулирующего процесс биологического разрушения конечных изделий из отходов полиэтилена, используется рисовая лузга в количестве 20-30 мас.%. Оптимальное, согласно изобретению, соотношение "рисовая лузга - отходы полиэтилена" составляет (20-30%):(67-76,5%) соответственно.
Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом.
Пример 1.
60 мас.% отходов полиэтилена смешивают с 30 массовыми частицами рисовой лузги и 2 мас.% олигомерного красителя, 1 мас.% двуокиси титана в скоростном турбосмесителе в течение 7 минут.
Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации. Температура расплава на выходе из головки экструдера 140-160°С.
Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 4-6 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой получают пленку или лист, из которого формуют различные изделия.
Пример 2.
Приготовление композиций по примеру 1. Количество рисовой лузги 20 мас.%. Отходов полиэтилена 78,5 мас.%, красителя 1 мас.%, двуокиси титана 0,5 мас.%.
Пример 3.
Приготовление композиции по примеру 1. Количество рисовой лузги 30 мас.%, количество отходов полиэтилена 70 мас.%.
Составы композиций по примерам приведены в таблице 1.
В примерах даны оптимальные количества используемых добавок.
В таблице 2 приведены методы определения свойств изделий, обеспечивающих цель изобретения.
Таблица 2 | ||
№ № п/п | Наименование показателей | Методы испытаний |
1 | Показатель текучести расплава композиций (ПТP) при температуре 150°С, г/10 мин | ГОСТ 11645-72 |
2 | Температура переработки композиции, °С | ГОСТ 11645-73 |
3 | Водопоглощение, % за 24 ч | ГОСТ 4650-80 |
4 | Микробиологическая устойчивость | ГОСТ 9.053-75 |
ГОСТ 9.049-91 | ||
5 | Метод испытания на растяжение | ГОСТ 14236-81 |
6 | Метод определения стойкости к действию химических сред. Определение изменения линейных размеров образца | ГОСТ 12020-72 |
Класс C08L97/02 лигниноцеллюлозные материалы, например древесина, солома или выжатый сахарный тростник
Класс C08L3/00 Композиции крахмала, амилозы или амилопектина или их производных, или продуктов их деструкции