Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

биологически разрушаемая высоконаполненная термопластичная композиция с использованием крахмала и наномодификатора

Классы МПК:C08L101/16 высокомолекулярные биоразрушаемые композиции
C08L23/08 сополимеры этена
C08L3/02 крахмал; продукты его деструкции, например декстрин
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет пищевых производств" Министерства образования и науки Российской Федерации (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-02-02
публикация патента:

Изобретение относится к биологически разрушаемой высоконаполненной термопластичной композиции, применяемой в производстве пленок и потребительской тары. Композиция включает полиэтилен, биоразлагаемый наполнитель, в качестве которого используют крахмал картофельный, технологические добавки: олигоэпоксиэфир с молекулярной массой 1800-3500 и содержанием эпоксидных групп 2,0-4,0% в наноформе и неионогенные и катионные поверхностно-активные вещества. Полученная композиция обладает хорошими технологическими параметрами, изделия из указанной композиции биологически разрушаются под действием света, влаги и микрофлоры почвы. 2 табл., 6 пр.

Изобретение относится к получению пластмасс на основе полиэтилена, применяемых в производстве пленок, потребительской тары, посуды, изделий хозяйственного назначения, эксплуатируемых как в контакте с продуктами питания, так и в технических целях.

В тяжелой экологической ситуации использование биологически разрушаемых полимерных 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. 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. 5 C08J 5/18, B65D 1/10, 65/46, C08L 3/20).

В последнее время появилось значительное количество патентов и научных публикаций, содержащих информацию об использовании крахмалов в качестве наполнителей для придания полимерным композициям биологической разрушаемости (патент США 5248702, C08J 9/12, опубл. т.1154, № 4; патент США 5298267, C08J 9/02, 9/12, опубл. 03.05.2004, т.1150, № 1; патент RU 2095379, опубл. 30.06.98; патент RU 2180670, опубл. 06.01.2000; патент RU 2174132, опубл. 23.06.2000; патент 1338405 ЕПВ, МЛК В29С 67/24, C08J 5/06, опубл. 27.08.2003; патент США 6054510, МПК7 C08L 63/00, опубл. 25.04.2000, патент RU 2363711 C08L 23/06, 97/02, 3/00, C08J 1 1/04).

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 равно 5-6%. Недостатком такой композиции является то, что биологическому разрушению в ней подвергается только крахмальная составляющая.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является композиция по патенту РФ № 2418014:

Полиэтилен63,5-86,4 масс.%
Сополимер этилена и винилацетата 3,0-5,0 масс.%
Поверхностно-активное вещество0,1-0,5 масс.%
крахмал 10,0-30,0 масс.%
шунгит 0,5-1,0 масс.%

Задача изобретения - создание высоконаполненной термопластичной композиции с использованием биоразлагаемого наполнителя крахмала, изделия из которой разрушаются под действием света, влаги и микрофлоры почвы.

Это достигается тем, что биологически разрушаемая высоконаполненная термопластичная композиция, согласно изобретению, содержит: полиэтилен (77,8-13,5) масс.%, биоразлагаемый наполнитель, в качестве которого используют крахмал картофельный (20,0-80,0) масс.%, и технологические добавки, в качестве которых используют олигоэпоксиэфир с молекулярной массой 1800-3500 и содержанием эпоксидных групп 2,0-4,0% в наноформе (2-5) масс.%, неионогенное поверхностно-активное вещество синтанол АЛМ-2 (0,1-1,0) масс.%, катионное поверхностно-активное вещество четвертичные аммониевые соединения типа галогенидов алкилпиридиния и алкилтриметиламмония (0,1-0,5) масс.%.

Согласно изобретению, в качестве биоразлагаемого наполнителя, стимулирующего процесс биологического разрушения конечных изделий, изготовленных из полиэтилена, используется крахмал картофельный в количестве (20-80) масс.%.

Используемый для наполнения крахмал картофельный имеет следующие физические характеристики:

Массовая доля влаги, %: 17-20;
Массовая доля общей золы в пересчете на сухоебиологически разрушаемая высоконаполненная термопластичная композиция   с использованием крахмала и наномодификатора, патент № 2490289
вещество, %, не более: 0,3-1,0;
Кислотность - расход 0,1 н раствора NaOH на нейтрализацию биологически разрушаемая высоконаполненная термопластичная композиция   с использованием крахмала и наномодификатора, патент № 2490289
100 гр сухого вещества, мл, не более:6,0-20,0

Для наполнения можно использовать крахмал различной природы: кукурузный, картофельный, рисовый, пшеничный и др. Однако предпочтение отдается картофельному крахмалу. Зерна картофельного крахмала имеют овальную форму, размер их колеблется от 15 до 100 мкм, структура зерна, в основном, аморфная, такой крахмал легче поддается переработке.

Согласно изобретению, в качестве технологической добавки используется олигоэпоксиэфир (термореактивный олигомер). Применяется как модифицирующая добавка к полимерам, обладает высокой реакционной способностью и способен реагировать с различными функциональными группами. Твердое вещество с молекулярной массой 1800-3500, температура размягчения (85-100)°C, содержание эпоксидных групп (2,0-4,0)%; содержание гидроксильных групп (6,5-6,8)%. Для достижения поставленной цели олигоэпоксиэфир применялся в виде нанопорошка. Нанопорошок олигоэпоксиэфира получался методом ультразвукового диспергирования. Наиболее эффективно ультразвуковое диспергирование происходит при обработке растительных и животных клеток, аморфных веществ и агрегировании веществ типа почвы и горных пород, при расщеплении текстурированных материалов типа целлюлозы, асбеста. С помощью ультразвука осуществляется диспергирование порошков различных оксидов металлов (Al2 O3, SiO2, TiO2 и др.). Отличительной особенностью этого метода получения нанопорошков является высокая гомогенность полученного порошка с заранее заданными размерами частиц.

Используя модификатор олигоэпоксиэфир в виде нанопорошка, добиваемся максимального введения в смесевую композицию наполнителя крахмала за счет высокой гомогенизации ингредиентов смеси.

Поверхностно-активное вещество выбиралось по принципу необходимости создания гетерогенной системы с заданными величинами ее эффективной вязкости в выбранном температурном интервале переработки. Поверхностно-активное вещество выбиралось из катионных ПАВ - это четвертичные аммониевые соединения типа галогенидов. Число агрегаций - 169, мицеллярная масса - 62000, ККМ, мМ - 0,92. Данное КПАВ использовалось в композиции для улучшения совместимости ингредиентов и достижения высокой степени гомогенизации.

Поверхностно-активное вещество - синтанол (АЛМ-2), общая формула R-O(CH2CH2O)nH, где n=2; R - алкильный остаток, содержащий в основном (12биологически разрушаемая высоконаполненная термопластичная композиция   с использованием крахмала и наномодификатора, патент № 2490289 14) атомов углерода. Число агрегаций - 140, мицеллярная масса - 90000, ККМ, мМ - 0,24. Данное неионогенное ПАВ использовалось в композиции в качестве инициатора биоразложения.

В качестве полимера, выполняющего роль дисперсионной среды, использовался полиэтилен ПЭНП 15803-020, обладающий следующими характеристиками: плотность, кг/м3 - 919,0; ПТР, г/10 мин при нагрузке 2,16 кг - 2,0.

Такая смесевая композиция обладает реологическими характеристиками, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для переработки на традиционном для пластмасс оборудовании (экструдер, термопластавтомат и пр.).

Изделия из предлагаемой композиции обладают заданными эксплуатационными характеристиками.

Выбор оптимальных соотношений полимера, наполнителя и технологических добавок обусловлен теоретическим пределом наполнения, который определяется силой взаимодействия на границе раздела фаз.

Предлагаемая композиция изготавливается следующим образом.

Пример 1. 77,8 масс.% полиэтилена смешивают с 0,1 масс.% НПАВ, в скоростном турбосмесителе в течение 5 мин. В полученную смесь добавляют 20 масс.% крахмала; 0,1 масс.% КПАВ и 2 масс.% олигоэпоксиэфира, и перемешивают в скоростном турбосмесителе еще 12 мин. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации. Температура расплава на выходе из головки экструдера (140-150)°C. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 3-5 мм. Из полученных гранул методом плоскощелевой экструзии при температуре 130-145°C изготавливают пленку или лист.

Пример 2. Приготовление композиции по примеру 1. Количество крахмала 80 масс.%, количество полиэтилена 13,5 масс.%, количество олигоэпоксиэфира 5,0 масс.%, количество КПАВ 0,5 масс.%, количество НПАВ 1,0 масс.%. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 3-5 мм. Гранулы, полученные из этого состава, используются для изготовления методом прессования или литья под давлением изделий различных типоразмеров.

Пример 3. Приготовление композиции по примеру 1. Количество крахмала 50,0 масс.%, количество полиэтилена 45,7 масс.%, количество олигоэпоксиэфира 3,5 масс.%, количество НПАВ 0,55 масс.%, количество КПАВ 0,25 масс.%. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 3-5 мм. Гранулы, полученные из этого состава, используются для изготовления методом прессования или литья под давлением изделий различных типоразмеров.

Пример 4. Приготовление композиции по примеру 1. Количество крахмала 15,0 масс.%, количество полиэтилена 82,8 масс.%, количество олигоэпоксиэфира 2,0 масс.%, количество НПАВ 0,1 масс.%, количество КПАВ 0,1 масс.%. Из гранул, полученных методом экструзии, изготавливают пленку или лист.

Пример 5. Приготовление композиции по примеру 1. Количество крахмала 85,0 масс.%, количество полиэтилена 11,8 масс.%, количество олигоэпоксиэфира 3,0 масс.%, количество НПЛВ 0,1 масс.%, количество КПАВ 0,1 масс.%. Из гранул изготавливают методом литья под давлением различные изделия.

Пример 6. Приготовление композиции по примеру 1. Количество крахмала 20,0 масс.%, количество полиэтилена 79,8 масс.%, количество олигоэпоксиэфира 0,0 масс.%, количество НПАВ 0,1 масс.%, количество КПАВ 0,1 масс.%. Из гранул методом экструзии изготавливают пленку или лист.

В таблице 2 приведены методы определения свойств, обеспечивающих задачу изобретения.

Таблица 2
№ п/пНаименование показаний Методы испытаний
1Температура переработки композиции, °CГОСТ 11645-73
2Показатель текучести расплава композиции (ПТР) при температуре 190°C и нагрузке 2,16 кг, г/10 мин ГОСТ 11645-73
3Определение физико-механических показателей (относительное удлинение, %; прочность при растяжении, н/м 2)ГОСТ 14236-81
4Метод определения стойкости к действию химических средГОСТ 12020-72
5Микробиологическая устойчивостьГОСТ 9.053-75 ГОСТ 9.049-91
6Пластики - Оценка максимальной аэробной биодеградации и разложения в контролируемых условиях разложения - Метод анализа выделения диоксида углерода ASTM Designation: D 6002-96 (Модифицированный метод Штурма) ISO 14852

биологически разрушаемая высоконаполненная термопластичная композиция   с использованием крахмала и наномодификатора, патент № 2490289

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Биологически разрушаемая высоконаполненная термопластичная композиция для изделий, содержащая полиэтилен, биоразлагаемый наполнитель, в качестве которого используют крахмал картофельный, отличающаяся тем, что в качестве технологических добавок используют олигоэпоксиэфир с молекулярной массой 1800-3500 и содержанием эпоксидных групп 2,0-4,0% в наноформе, а также неионогенное и катионное поверхностно-активные вещества при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиэтилен77,8-13,5
Крахмал картофельный 20-80
Неионогенное поверхностно-активное вещество0,1-1,0
Катионное поверхностно-активное вещество 0,1-0,5
Олигоэпоксиэфир 2-5


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2490289

patent-2490289.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C08L101/16 высокомолекулярные биоразрушаемые композиции

Патенты РФ в классе C08L101/16:
композиция полимера молочной кислоты и формованное изделие из данной композиции -  патент 2485144 (20.06.2013)
новая биоразлагаемая полимерная композиция, пригодная для получения биоразлагаемого пластика, и способ получения указанной композиции -  патент 2480495 (27.04.2013)
биоразлагаемые многофазные композиции на основе крахмала -  патент 2476465 (27.02.2013)
биосовместимый биодеградируемый пористый композиционный материал и способ его получения -  патент 2471824 (10.01.2013)
медицинский инструмент, медицинский материал и способ получения медицинского инструмента и медицинского материала -  патент 2466744 (20.11.2012)
двухкомпонентные волокна, текстильные листы и их применение -  патент 2465381 (27.10.2012)
биоразлагаемая пленка на основе пектина и хитозана -  патент 2458077 (10.08.2012)
полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава -  патент 2446191 (27.03.2012)
универсальная добавка, инициирующая разложение полимеров, и способ ее получения -  патент 2446189 (27.03.2012)
способ получения биоразлагаемых композиций, включающих производные крахмала на основе простых и сложных эфиров полисахаридов -  патент 2445326 (20.03.2012)

Класс C08L23/08 сополимеры этена

Патенты РФ в классе C08L23/08:
термоклей на основе сополимеров олефин/ -олефин, полученных на металлоценовых катализаторах -  патент 2528665 (20.09.2014)
напольное или настенное покрытие -  патент 2524310 (27.07.2014)
изоляционное покрытие металлической проволоки -  патент 2524232 (27.07.2014)
ударопрочная композиция полиэтилена низкой плотности (lldpe) и изготовленные из нее пленки -  патент 2517166 (27.05.2014)
полимерная композиция для сшитых труб -  патент 2516544 (20.05.2014)
полиэтилен, имеющий повышенную скорость кристаллизации и улучшенное сопротивление растрескиванию под действием окружающей среды -  патент 2513703 (20.04.2014)
способ получения эластичных сополимеров этилена и альфа-олефинов -  патент 2512536 (10.04.2014)
соединения термопластических полиолефинов с пониженной чувствительностью к огневой обработке -  патент 2506287 (10.02.2014)
полиэтиленовые композиции, способ их получения, изготовленные из них изделия и способ изготовления указанных изделий -  патент 2487015 (10.07.2013)
полиэтиленовые композиции, способ их получения, изготовленные из них волокна и способ получения волокон -  патент 2486214 (27.06.2013)

Класс C08L3/02 крахмал; продукты его деструкции, например декстрин

Патенты РФ в классе C08L3/02:
способ получения термопластических композиций на основе пластифицированного крахмала и полученные им композиции -  патент 2524382 (27.07.2014)
способ получения термопластических композиций, основанных на пластифицированном крахмале, и полученные композиции -  патент 2523310 (20.07.2014)
биоразлагаемые композиции на основе наночастиц крахмала -  патент 2479607 (20.04.2013)
биоразлагаемые многофазные композиции на основе крахмала -  патент 2476465 (27.02.2013)
способ получения продукта на древесной основе -  патент 2469059 (10.12.2012)
способ получения наночастиц из биополимера -  патент 2457223 (27.07.2012)
полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава -  патент 2446191 (27.03.2012)
универсальная добавка, инициирующая разложение полимеров, и способ ее получения -  патент 2446189 (27.03.2012)
натуральный эквивалент химически модифицированного крахмала -  патент 2443122 (27.02.2012)
композиты, содержащие акрилатную гибридную смолу на основе природных жирных кислот -  патент 2435807 (10.12.2011)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Патенты РФ в классе B82B3/00:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения -  патент 2529494 (27.09.2014)
способ функционализации углеродных наноматериалов -  патент 2529217 (27.09.2014)
нанокомпонентная энергетическая добавка и жидкое углеводородное топливо -  патент 2529035 (27.09.2014)
способ получения насыщенных карбоновых кислот -  патент 2529026 (27.09.2014)
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)
композиции матриксных носителей, способы и применения -  патент 2528895 (20.09.2014)
полимерное электрохромное устройство -  патент 2528841 (20.09.2014)

Наверх