полимерная красящая композиция-концентрат

Формула изобретения

1. Полимерная красящая композиция-концентрат, содержащая полиолефин и краситель, отличающаяся тем, что в качестве красителя она содержит биологический красный пигментный препарат-продигиозин, выделенный путем обработки пигментсодержащей микробной биомассы ионным детергентом с последующей экстракцией пигмента полярным органическим растворителем, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиолефин - 90,0 - 95,0

Пигментный препарат продигиозина - 5,0 - 10,0

2. Композиция-концентрат по п.1, отличающаяся тем, что в качестве ионного детергента используют додецилсульфат натрия в количестве 0,1 - 5,0 мас.% к биомассе.

3. Композиция-концентрат по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полярного растворителя используют этанол.

4. Композиция-концентрат по п.1, отличающаяся тем, что содержание пигмента продигиозина в полимерной композиции-концентрате 0,0015 - 0,003 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству красящих полимерных композиций, используемых для окрашивания полимеров и материалов на их основе.

Известны красящие композиции-концентраты, содержащие в своем составе органические, неорганические пигменты и суперконцентраты пигментов, предназначенные для окраски полимерных материалов в процессе их изготовления методами экструзии и литья под давлением и позволяющие получить широкий спектр окрашенных полимеров.

Ближайшей по технической сущности является полимерная композиция, полученная по технологии, используемой в промышленности [ТУ 6-05-1565-83 "Полиэтиленовые концентраты пигментов (П2КП)" Рег.номер ВИФС 2383592]. Для изготовления полиэтиленовых концентратов пигментов красного цвета используют красители: органические - лак красный ЖЕ ГОСТ 8573-77, лак рубиновый СК ГОСТ 7436-74 по рецептуре П2КП 108; неорганические - пигменты красные кадмиевые по рецептуре П2КП 101, П2КП 102, П2КП 154. Содержание пигмента в красящей композиции 4 мас. %. Качество красящей композиции определяют по свойствам окрашенного полиэтилена.

Применяемые концентраты неорганических пигментов красной окраски, как правило, высокотоксичны за счет наличия соединений кадмия.

Целью изобретения является расширение ассортимента красящих композиций на основе полиолефинов, таких как полиэтилен, сополимер этилена с винилацетатом (сэвилен) и др., а также сырьевой базы их получения.

Поставленная задача достигается тем, что полимерная красящая композиция-концентрат содержит полиолефин и краситель - биологический красный пигментный препарат продигиозин.

Среди пигментов микроорганизмов встречаются представители различных классов веществ [Е.П. Феофилова. Пигменты микроорганизмов. М. Наука, 1974, с. 217] . По структуре они являются производными обычных метаболитов или компонентов клетки, и их можно отнести к экологически безопасным соединениям.

Возможно получение красного пигмента из пигментсодержащего гриба Hypomucos rosellus штамм 94/77 [патент RU N 2016026, МКИ C 09 B 61/00, БИ N 13, 1994]. Недостатком способа получения красителя является низкий выход целевого продукта за счет длительности процесса культивирования и многостадийности его получения.

В качестве пигмента в состав красящей композиции предлагается красный пигмент продигиозин. Продигиозин синтезируется микроорганизмами различных систематических групп [Gerber Н.Н. 1975. Prodigiosin-like pigments. Crit. Rev. Microbiol. v.3, p.469-485], что обеспечивает широкую сырьевую базу для получения красителя.

Известен способ получения продигиозина из пигментсодержащей биомассы, который заключается в экстракции пигмента органическими растворителями [Williams R. P. , Gott C.L., Green J.A. Studies on pigmentation of Serratia marcescens. J. Bacteriol 1961, v.8, N 3, p. 376-379; патент Японии N 61-43039, МКИ⁴ C 12 P 17/16, C 12 R, 1:43, 1986]. Способ предложен для количественного определения содержания продигиозина в биомассе. Продигиозин, полученный этим способом, термочувствителен.

Предлагается получение пигментного препарата продигиозина осуществлять следующим образом. Пигментированную культуру, например Serratia marcescens, выращивают на глицерин-пептонной среде. В качестве посевного материала используют водную суспензию культуры, выросшую на агаризованной среде. Количество инокулята составляет 0,5% от объема питательной среды. Культуру выращивают при 28-30^oC в течение 48-60 ч до максимального накопления пигмента. Затем клетки осаждают центрифугированием.

С целью повышения термостабильности пигментного препарата предлагается биомассу, полученную после центрифугирования, обрабатывать ионным детергентом, например, додецилсульфатом натрия (ДДС) с последующей экстракцией полярным органическим растворителем, например этанолом. Оптимальные концентрации для детергента, определенные экспериментально, составляют 0,1-5,0% к сырой биомассе. Снижение содержания додецилсульфата натрия сопровождается потерей термостабильности продигиозина. Повышение концентрации ДДС ухудшает технологичность переработки концентрата пигмента. Данный способ получения термоустойчивого препарата продигиозина технологически прост и включает две стадии выделения пигмента.

Для получения красящей композиции-концентрата препарат продигиозина используют в виде густой суспензии или преимущественно пасты. Содержание пигмента в концентрате определяют по коэффициенту абсорбции продигиозина, который при 535 нм равен 51,510^-3 см²/мг [Williams R.P., Gott С.L., Green J. A. Studies on pigmentation of Serratia marcescens. J.Bacteriol. 1961, v. 81, N 3, p.376-379]. Показатели полимерной композиции на основе продигиозина определяют по свойствам окрашенного полиэтилена согласно техническим условиям на полиэтиленовые концентраты пигментов [ТУ 6-05-1565-83 "Полиэтиленовые концентраты пигментов (П2-КП) Рег.номер ВИФС 2383592].

Пример 1 (по прототипу).

A. В смеситель, обеспечивающий предварительное интенсивное перемешивание, вводят полиэтилен и краситель-пигмент кадмиевый красного цвета в количестве 15 мас.% в виде порошка. Полученный красящий полимерный концентрат в количестве 4 мас.% подают на агрегат для окрашивания полиэтилена, где происходит равномерное смешение концентрата с полиэтиленом, расплав полимерной массы с последующей грануляцией товарного продукта.

B. В смеситель, обеспечивающий предварительное интенсивное перемешивание, вводят полиэтилен и краситель-лак рубиновый СК в количестве 5 мас.% в виде раствора. Полученный красящий полимерный концентрат в количестве 4 мас. % подают на агрегат для окрашивания полиэтилена, где происходит равномерное смешение концентрата с полиэтиленом, расплав полимерной массы с последующей грануляцией товарного продукта.

Пример 2.

В смеситель, обеспечивающий предварительное интенсивное перемешивание, вводят полиэтилен и краситель - пигментный препарат продигиозин красного цвета в количестве 5 мас.%, полученный обработкой биомассы 0,1% ДДС. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 3.

В смеситель вводят полиэтилен и краситель - пигментный препарат продигиозин в количестве 5 мас.%, полученный обработкой биомассы 2% ДДС. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 4.

В смеситель вводят полиэтилен и краситель - пигментный препарат продигиозин в количестве 5 мас.%, полученный обработкой биомассы 1% синтетического моющего средства (CMC). Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 5.

В смеситель вводят полиэтилен и краситель - пигментный препарат продигиозин в количестве 5 мас.%, полученный обработкой биомассы 0,2% ДДС с последующей экстракцией пигментного препарата этанолом и подают на стадию окраски полиэтилена. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 6.

В смеситель вводят полиэтилен и краситель - пигментный препарат продигиозин в количестве 8 мас.%, полученный обработкой биомассы 0,2% ДДС с последующей экстракцией пигментного препарата этанолом. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 7.

В смеситель вводят полиэтилен и краситель - пигментный препарат продигиозин в количестве 10 мас.%, полученный обработкой биомассы 0,2% ДДС с последующей экстракцией пигментного препарата этанолом. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 8.

В смеситель вводят сэвилен и краситель - пигментный препарат продигиозин в количестве 10 мас.%, полученный обработкой биомассы 0,2% ДДС с последующей экстракцией пигментного препарата этанолом. Процесс окраски сэвилена по примеру 1.

Пример 9.

Приведен в качестве контроля к примеру 8, в котором для сравнения указан показатель текучести расплава сэвилена марки 11306-075.

Результаты сравнения показателей окрашенного полиэтилена приведены в таблице.

Полиэтилен, окрашенный полимерной композицией на основе продигиозина, полученного обработкой биомассы ионным детергентом, незначительно отличается по показателю термостойкости от прототипа. Проведение экстракции солюбилизированного пигмента этанолом придает окрашенной полимерной композиции термостойкость окраски, которая соответствует техническим условиям на полиэтиленовые концентраты.

Преимуществом биологического пигмента является низкий расход продигиозина для окраски полимерных концентратов, что отражает низкое содержание пигмента в окрашенном полимере. Количество продигиозина в пределах 0,0015 - 0,003 мас. % является оптимальным содержанием пигмента в красящем концентрате. При этом в окрашенной полиэтиленовой пленке существенно снижается количество агломератов, отсутствует миграционная способность пигмента из полимера. Использование биологического красителя не снижает физико-механических свойств полиэтилена и показателя текучести расплава концентрата.

Предлагаемая полимерная красящая композиция-концентрат отличается лучшей распределяемостью в высокомолекулярных органических соединениях, обеспечивая равномерную окраску.

Полимерная красящая композиция расширяет область применения новых композиций и сырьевую базу за счет использования красителя биологического происхождения.