МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОДИФИКАТОР Российский патент 2008 года по МПК C08L23/06 C08L23/08 C08K3/26 C08K5/20 C08L23/00 

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, а именно к составу полимерной композиции многофункционального модификатора, предназначенного для модифицирования в массе полимеров и используемого при изготовлении изделий экструзией или под давлением на литьевых машинах шнекового типа, для получения нетоксичных материалов для упаковки пищевых продуктов и/или медицинских препаратов.

Известен полимер-модификатор, вводимый в объем полимер-основы в небольших количествах - 1-2% (RU №2093532 C1, C08L 27/06, C08L 83/10, 1997.10.20).

Известны полиолефиновые композиции, содержащие по два и более компонентов из полимерных материалов с низким содержанием экстрагируемых веществ (RU №2110536 C1, C08L 23/02, 1998.05.10); (RU №2171263 C2, C08L 23/04, 2001.07.27).

Известна полимерная композиция для пленки пищевого назначения, содержащая сополимер винилхлорида (RU №2057769 C1, C08L 27/06, С08K 13/04, 1996.04.10).

Известны полимерные прозрачные композиционные материалы на основе полипропилена, способные перерабатываться литьевым и/или экструзионным способами и используемые для изготовления упаковочных материалов (JP, заявка 64-00140, С08L 23/16, 1989); (JP, заявка 11-130922, С08L 23/10, 1999); (RU №2034003 C1, C08L 27/06, С08K 5/00, 1995.04.30); (RU №2174526 C1, C08L 23/10, C08J 3/20, С08K 3/32, С08K 5/13, С08K 5/06, 2001.10.10).

Известны полимерные композиции на основе поливинилхлорида для получения нетоксичных материалов разной степени пластификации, обладающих оптимальными значениями санитарно-гигиенических свойств и используемых для упаковки пищевых продуктов, медицинских изделий и препаратов, а также различных товаров народного потребления (RU №2048493 C1, C08L 27/06, С08K 13/02, 1995.11.20); (RU №2083610 C1, C08L 23/06, C08L 53/00, C08L 91/00, С08K 13/02, 1997.07.10); (RU №2088612 C1, C08L 27/06, С08K 13/02, 1997.08.27).

Известен полимерный пленочный материал, содержащий полиэтилен высокого давления или сополимер этилена с винилацетатом для получения пленки экструзией из расплава под давлением (RU №2067987 C1, C08L 23/04, C08J 5/18, 1996.10.20).

Известны полимерные композиции на основе модифицированных полимеров винилхлорида с содержанием в них сополимера этилена с винилацетатом (RU №2045552 C1, C08L 27/06, C08L 23/08, 1995.10.10); (RU №2087496 C1, C08L 27/06, C08L 51/06, 1997.08.20).

Известна композиция для покрытия упаковочной бумаги, содержащая полиэтиленовый воск, сополимер этилена с винилацетатом и дополнительно олеиновую кислоту (RU №2049184 C1, D21H 27/10, 1995.11.27).

Известны полимерные композиции на основе поливинилхлорида, включающие карбонат кальция (SU №1681517 А1, C08L 27/06, С08K 13/02, 1996.03.27); (RU №2076119 C1, C08L 27/06, C08K 5/44, 1997.03.27); (RU №2173325 C1, C08L 27/06, С08K 13/02, 2001.09.10).

Известен способ изготовления полимерного изделия из полимерной композиции на основе полиолефинов и модификатор, входящий в состав этой композиции (RU №2203913 C1, C08L 23/04, C08L 23/06, 2003.05.10).

Все известные полимерные композиции имеют функциональные ограничения, а технологические характеристики индивидуальны и обусловлены назначением.

Известна полимерная композиция, используемая в полиолефиновых материалах для производства изделий методом экструзии и литья под давлением, содержащая полимерную композицию на основе полиэтилена высокого давления (RU №2030427 C1, C08L 23/12, С08K 13/02, 1995.03.10).

Технологические задачи в процессе переработки полимеров известной полимерной композиции ограничены.

Известна полимерная композиция, содержащая полиолефин, включающий полиэтилен высокого давления и сополимер этилена с винилацетатом, минеральную добавку в виде карбоната кальция (SU №1070143 А, C08L 23/04, С08K 3/22, С08K 3/26, С08K 3/38, С08K 5/09, 1982.06.04).

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.

Однако оно обладает недостатками.

Полимерная композиция ближайшего аналога имеет высокие механические показатели при растяжении, однако функциональные качества и технологические задачи в процессе переработки полимеров ограничены.

В основу настоящего изобретения положено решение технической задачи, позволяющей расширить функциональные качества модификатора и повысить технологические задачи в процессе переработки полимеров.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что многофункциональный модификатор, используемый в полимерных композициях, содержит полиолефин, включающий полиэтилен высокого давления и сополимер этилена с винилацетатом, минеральную добавку в виде карбоната кальция.

Модификатор содержит амид олеиновой кислоты при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Амид олеиновой кислоты2-20Карбонат кальция2-25Сополимер этилена с винилацетатом2-20Полиэтилен высокого давленияОстальное

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

За счет реализации отличительных признаков изобретения /в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы/ достигаются важные новые свойства объекта.

В предложенном техническом решении многофункциональный модификатор обеспечивает получение у полимерных материалов неожиданных положительных свойств, различных в своей направленности:

- наличие в составе композиции амида олеиновой кислоты, карбоната кальция и сополимера этилена с винилацетатом в оптимальных количествах повышает физические и механические свойства полимерного материала, придает эластичность, устраняет хрупкость;

- наличие в составе композиции амида олеиновой кислоты и сополимера этилена с винилацетатом в оптимальных количествах придает полимерным материалам антимикробные защитные свойства;

- наличие в составе композиции полиэтилена высокого давления и сополимера этилена с винилацетатом в оптимальных количествах оказывает положительное влияние на технологический процесс переработки полимеров, улучшает их перерабатываемость;

- совокупность в оптимальных количествах всех компонентов в композиции выявляет новое чистящее свойство для поверхностей деталей шнековых машин при использовании определенной дозировки многофункционального модификатора;

- использование многофункционального модификатора в полимерном материале позволяет улучшить совместимость нескольких полимеров с разными текучими свойствами и разной полярностью;

- многофункциональный модификатор расширяет спектр использования его в различных термопластах;

- многофункциональный модификатор снижает расход энергии на переработку полимерного материала.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат, в связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения подтверждают примеры.

ПРИМЕР 1.

Многофункциональный модификатор получают смешением на двухшнековом экструдере при температурах 140-195°С ингредиентов: полиэтилена высокого давления, амида олеиновой кислоты, карбоната кальция, сополимера этилена и винилацетата. На выходе из экструдера смесь охлаждают водой. Смесь гранулируется, при этом гранулы имеют размер 2-5 мм.

В качестве ингредиентов используют:

Полиэтилен высокого давления марки «ПЭВД10803-020», плотность 0,9185 _-- ⁺ 0,0015 г/см³, ПТР 2,0 г/10 мин (Россия, Казаньоргсинтез, «ПЭВД10803-020»).

Амид олеиновой кислоты (олеамид) марки «Finawax О», СН₃-(СН₂)₇-СН=СН-(СН₂)₇-CO-NH₂, молекулярная формула С₁₇ Н₃₃ CONH₂, молекулярный вес 283, температура плавления 73°С, йодное число 80-95, влажность 0,25% макс., содержание основного вещества 98%, содержание жирных кислот 0,2%, бесцветные шарики не растворимы в воде (Индия, «FineOrganics»).

Карбонат кальция марки «Omyacarb 2XKA», средний размер частиц 2,3 мкм, белизна ISO 11475, 88,7%, маслоемкость 24 г/100 г (Турция, «Omyacarb 2XKA»).

Сополимер этилена с винилацетатом марки «Сэвилен 11808-340», плотность 0,95 _-- ⁺ 0,005 г/см³, ПТР 28-40 г/10 мин, массовая доля винилацетата 26-30% (Россия, Казаньоргсинтез, «Сэвилен 11808-340»).

Многофункциональный модификатор добавляют в полиэтилен или полипропилен в процессе производства из них полимерых пленок, листов или литьевых изделий.

Композиции 1-5 представлены в таблице 1.

Многофункциональный модификатор берут в количестве 0,3-1,2 вес.%.

ПРИМЕР 2.

Определяют антимикробные свойства образцов, полученных при добавлении многофункционального модификатора.

Берут образцы пластиков размером 1 см, полученные при добавлении многофункционального модификатора в количестве 0,3 вес.% в полимерный материал, используя композиции 2 (образцы 1 и 2) и 5 (образцы 3 и 4) (таблица 1).

Биоцидную активность образцов пластиков исследуют методом диффузии в агар на среде СПА. Поверхность питательной среды, разлитой в чашки Петри, засевают газоном тест-культурами микроорганизмов. В качестве тест-культур используют:

- грамотрицательную бактерию Pseudomonas fluorescens;

- грамположительные бактерии: Staphylococcus aureus, Sarcina lutea, Bacillus mycoides, Bacillus subtilis;

- дрожжи: Saccharomyces cerevisiae, Candida maltosa.

На засеянные тест-культурами поверхности агаризованной среды раскладывают исследуемые образцы пластиков, плотно прижимая их к поверхности среды. Опыт проводят в трехкратной повторности.

Данные представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что образцы 1 и 2 (композиции 2) и образцы 3 и 4 (композиции 5) обладают антимикробной активностью на бактерии вида: Pseudomonas fluorescens, Sarcina Lutea, Staphylococcus Aureus, Bacillus mycoides, Saccharomyces cerevisiae, Candida maltosa.

ПРИМЕР 3.

Определяют физические свойства образцов, полученные при добавлении многофункционального модификатора.

Берут образцы пластин из полипропилена, полученные при добавлении модификатора в количестве 1 вес.%, используя композиции 2, 4 и 5 (таблицы 1) по сравнению с прототипом.

Определяют показатель текучести и насыпной вес.

Данные представлены в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что показатель текучести в композициях 2, 4 и 5 в два раза ниже, чем у прототипа, насыпной вес стабильный.

ПРИМЕР 4.

Определяют механические свойства образцов, полученных при добавлении многофункционального модификатора.

Берут образцы из полиэтилена и полипропилена, полученные при добавлении модификатора в количестве 0,5 и 1,0 вес.%, используя композицию 4 (таблицы 1).

Определяют показатели: разрушающее напряжение, относительное удлинение, модуль упругости.

Данные представлены в таблице 4.

Из таблицы 4 видно, что у образцов из полиэтилена с многофункциональным модификатором относительное удлинение в среднем на 6%, а модуль упругости на 22% (с использованием многофункционального модификатора в количестве 1,0 вес.%) больше, чем у полиэтилена без модификатора; у образцов из полипропилена с многофункциональным модификатором модуль упругости на 32% (с использованием многофункционального модификатора в количестве 1,0 вес.%) больше, чем у полипропилена без модификатора.

ПРИМЕР 5.

Определяют влияние многофункционального модификатора на расход энергии при переработке полипропилена.

Вводят многофункциональный модификатор в количестве 0,3 и 1,0 вес.% в полипропилен при его переработке.

Данные представлены в таблице 5.

Из таблицы 5 видно, что наилучший показатель вращающего момента при введении многофункционального модификатора в количестве 1,0%, при этом снижается и общая энергия.

ПРИМЕР 6.

Используют многофункциональный модификатор в качестве чистящей добавки для чистки рабочей зоны экструдера при переработке полиэтилена или полипропилена или полистирола в процессе производства из них полимерных пленок, листов или литьевых изделий.

Многофункциональный модификатор берут в количестве 2,0-15,0 вес.%.

Визуальная оценка рабочих зон экструдеров после переработки полимерных материалов с многофункциональным модификатором и без него подтверждает значительное преимущество проведения ее с многофункциональным модификатором (загрязнение составляет 10-15% от всей рабочей поверхности).

При анализе рассмотренных примеров определены оптимальные пределы ингредиентов, представленные в заявляемом техническом решении.

Предложенный многофункциональный модификатор, содержащий широко используемые ингредиенты, при оптимальном их количестве и обеспечивающий получение положительных свойств, различных в своей направленности, подтверждает его соответствие критерию «промышленная применимость».

Использование многофункционального модификатора:

- повышает физико-механические свойства полимерного материала, придает эластичность, устраняет хрупкость;

- придает полимерным материалам антимикробные защитные свойства;

- улучшает перерабатываемость полимерного материала;

- выявляет новое чистящее свойство для поверхностей деталей шнековых машин;

- позволяет улучшить совместимость нескольких полимеров с разными текучими свойствами и разной полярностью;

- расширяет спектр использования в различных термопластах;

- повышает производительность переработки;

- снижает расход энергии на переработку полимерного материала;

- улучшает освобождение (съем) изделий из экструдера.

Таблица 1Многофункциональный модификатор (композиции)КомпонентыКомпозиция 1Композиция 2Композиция 3Композиция 4Композиция 5Полиэтилен высокого давления, мас.%73,035,076,060,094,0Амид олеиновой кислоты, мас.%10,020,07,010,02,0Карбонат кальция, мас.%10,025,010,023,02,0Сополимер этилена и винилацетата, мас.%7,020,07,07,02,0

Таблица 2 Антимикробные свойства образцов, полученные при добавлении многофункционального модификатораТест-культураКомпозиции 2 (об. 1 и 2) и 5 (об.3 и 4) при кол. 0,3 вес.% модификатораОбразец 1Образец 2Образец 3Образец 4Pseudomonas fluorescens++++Sarcina Lutea++++Staphylococcus Aureus++++Bacillus subtilis----Bacillus mycoides++++Saccharomyces cerevisiae++++Candida maltosa+++++ наличие эффекта подавления роста микробов;- отсутствие эффекта либо статическое антимикробное действие

Таблица 3Физические свойства образцов, полученных при добавлении многофункционального модификатораПоказателиКомпозиция 2Композиция 4Композиция 5ПрототипПоказатель текучести ПТР г/10 мин при 190°С и 2,16 кг10,09,28,320Насыпной вес, г/см³0,600,600,600,93

Таблица 4Механические свойства образцов, полученных при добавлении многофункционального модификатора.Образцы из полиэтилена№Наименование показателяЕдиница измеренияМетод испытанийРезультатПЭ без модификатораПЭ+0,5% модификатораПЭ+1% модификатора1Разрушающее напряжениеКгс/см²ГОСТ 11262-8012,414,112,42Относительное удлинение%ГОСТ 11262-806286736683Модуль упругости (секущий)Кгс/см²ГОСТ 9550-81581522751

Таблица 5Влияние многофункционального модификатора на расход энергии при переработке полипропиленаРасход модификатора, вес.%Вращающий момент, НмЭнергия общая, кНм010,236,20,39,834,41,09,532,7

ПЭ - полиэтилен высокого давления марки 15813-020 (ГОСТ 16337-77/3).

Таблица 6

Образцы из полипропилена№Наименование показателяЕдиница измеренияМетод испытанийРезультатПП без модификатораПП+0,5% модификатораПП+1% модификатора1Разрушающее напряжениеКгс/см²ГОСТ 11262-8022,120,522,12Относительное удлинение%ГОСТ 11262-807136914843Модуль упругости (секущий)Кгс/см²ГОСТ 9550-81299029864425ПП - полипропилен марки 01030

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, а именно к составу полимерной композиции многофункционального модификатора, и может быть использовано при изготовлении изделий экструзией или под давлением на литьевых машинах шнекового типа и нетоксичных материалов для упаковки пищевых продуктов и/или медицинских препаратов. Многофункциональный модификатор, содержащий, мас.%: 2-20 сополимера этилена с винилацетатом; 2-25 карбоната кальция; 2-20 амида олеиновой кислоты и до 100 полиэтилена высокого давления. Изобретение обеспечивает расширение функциональных качеств модификатора и повышение технологических задач в процессе переработки полимеров. 6 табл.

Многофункциональный модификатор, используемый в полимерных композициях, содержащих полиолефин, включающий полиэтилен высокого давления и сополимер этилена с винилацетатом, минеральную добавку в виде карбоната кальция, отличающийся тем, что модификатор содержит амид олеиновой кислоты при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Амид олеиновой кислоты2-20Карбонат кальция2-25Сополимер этилена с винилацетатом2-20Полиэтилен высокого давленияОстальное