ПОЛИМЕРНАЯ ОКРАШЕННАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2011 года по МПК C08J3/20 C09B61/00 C08L23/06 

Изобретение относится к полимерным окрашенным композициям на основе полиэтиленовых концентратов пигментов (П2КП), полиэтиленов высокого и низкого давлений. В последние годы в процессе изготовления различных типов и модификаций окрашенных полимерных изделий возросли технические требования и, как следствие, необходимость внедрения новых прогрессивных материалов.

Органические желтые красители, применяемые для различных полимерных изделий, на мировом рынке реализуются по высоким ценам в связи с относительно дорогим сырьем.

В процессе изготовления окрашенных полимерных композиций желтого цвета, предназначенных для изоляции проводов и кабелей по рецептуре П2КП, применяют желтый 301, 307, 302, изоиндолинон 109, 110, иргазин, бензидин желтый для полистирола и др. Содержание пигмента желтого в окрашенной композиции 0,6 мас.%. Качество композиции определяют в соответствии с научно-технической документацией.

Предлагаемое изобретение относится к производству принципиально новых красителей. Целью изобретения является расширение ассортимента окрашенных композиций и сырьевой базы для их производства за счет применения микробного пигментного препарата в технологии крашения полиолефинов.

Поставленная задача достигается тем, что полимерная окрашенная композиция содержит полиолефин и краситель - микробный желтый пигментный препарат сарцинаксантин.

В зависимости от природы желтые пигменты получают путем химического и микробного синтеза, например каротиноиды. Идентификация каротиноидных пигментов производится на основании спектров поглощения каротиноидов. Современный аналитический метод количественного определения каротиноидов описан [Kaiser Ph., Surmann P., Valentin G., Fuhrmann H. A small-scale method for quantitation of carotenoids in bacteria and yeasts. J.Microbiol. Methods, 2007, v.70, p.142-149]. Существует метод выделения каротиноидов из культуры Sarcina lutea трихлоруксусной кислотой с последующей экстракцией метанолом [Mathews M.M., Sistrom W.R. Intracellular location of carotenoid pigments and some respiratory enzymes in Sarcina lutea. J.Bacteriol. 1959, v.78, N 6, p.778-787]. Ввиду термочувствительности выделенного пигмента этот способ непригоден для технологии крашения полимеров.

Микробные пигменты очень разнообразные по структуре соединения. Их биосинтез и максимальное накопление осуществляются в период стационарной фазы роста. В процессе биосинтеза микробные пигменты в качестве конечного целевого продукта не метаболизируют, что дает возможность получить необходимый объем биомассы - исходного сырья для их извлечения. Способ экстракции биологического пигмента из биомассы представляет специфику биотехнологической разработки в процессе производства конечного продукта.

Ближайшей по технической сущности - прототипом - является полимерная окрашенная композиция-концентрат, описанная в патенте РФ № 219136 «Полимерная красящая композиция-концентрат» на основе красного пигмента - продигиозина.

Предлагаемое изобретение включает следующие разработанные стадии крашения полимеров: наработку микробной биомассы, выделение из биомассы желтого пигментного препарата сарцинаксантина, изготовление полимерных композиций, окрашенных желтым пигментным препаратом.

В изобретении используется продуцент желтого пигмента сарцинаксантина Micrococcus luteus (Sarcina lutea), клетки культуры сферические, Грамположительные, в результате характерного деления в трех плоскостях образуют пакеты (Skerman V.B.D., McGowan V. And Sneath P.H.A. (ed.): Approved lists of Bacterial Names. Int.J.Syst.Bacteriol., 1980, 30, 225-420). Пигментный препарат, выделенный из культуры Micrococcus luteus, в растворе этанола имеет три максимума поглощения 416, 439, 469 нм, характерные для бактериального С₅₀ каротиноида сарцинаксантина желтого пигмента (Справочник по биохимии. Киев, Наукова Думка, 1976, с.1013; Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. - М.: Мир, 1986, с.57).

В данном изобретении разработан метод выделения из биомассы культуры Micrococcus luteus желтого пигментного препарата сарцинаксантина, который осуществляется следующим образом: суспензию культуры, выросшую на агаризованной среде (мясопептонный агар - МПА), используют в качестве инокулята. Количество инокулята для посева составляет 0,2-0,5% объема питательной среды. Оптимальный рост культуры при 28-34°С. Максимальная концентрация пигмента достигается в период стационарной фазы роста на 60-72 час инкубации. Затем клетки отделяют от культуральной жидкости и биомасса служит сырьем для выделения пигмента. Биомассу обрабатывают ионным детергентом, например додецилсульфатом (ДДС) из расчета 0,5-2,0% к сырому весу. На следующей стадии проводят щелочной гидролиз биомассы: вносят NaOH (КОН) из расчета 4,0-20,0 г/кг биомассы. Микробную биомассу тщательно перемешивают в течение 2-4 час при температуре 18-23°С. Экстракцию желтого пигмента из обработанной биомассы осуществляют полярным органическим растворителем, например, этанолом.

В процессе крашения полимеров желтый пигментный препарат сарцинаксантин применяют в виде одной из двух альтернативно значимых форм: продукта щелочного гидролизата указанной биомассы или продукта экстракта щелочного гидролизата указанной биомассы полярным органическим растворителем, например, этанолом.

Концентрацию сарцинаксантина рассчитывали при 450 нм, усредненный удельный коэффициент поглощения для каротиноидов 2500 (A¹⁷⁰ _{1 см, 450}) (Mathews M.M., Sistrom W.R. Intracellular location of carotenoid pigments and some respiratory enzymes in Sarcina lutea. J. Bacteriol. 1959, v.78, N 6, p.778-787).

Окрашенные желтым пигментным препаратом сарциноксантином полимеры изготавливают на основе базовых марок полиэтилена ГОСТ 16337-77, качество окрашенного полиэтилена определяли по свойствам согласно техническим условиям на полиэтиленовые концентраты пигментов (ТУ 6-05-1565-83 «Полиэтиленовые концентраты пигментов (П2КП)» рег. № ВИФС 2383592, ТУ 2243-171-00203335-2007, ТУ 2243-175-00203335-2007).

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения для полиэтиленов высокого и низкого давлений.

Пример 1 (по прототипу)

В смеситель, обеспечивающий интенсивное перемешивание (далее «смеситель»), вводят полиэтилен марки 10803-020 90,0 мас.% и краситель - пигментный препарат продигиозина в количестве 10,0 мас.%, полученный обработкой биомассы 0,2% ДДС с последующей экстракцией пигмента этанолом, и подают на стадию окраски полиэтилена. В процессе окрашивания происходит равномерное смешение красителя с полиэтиленом. Грануляцию товарного продукта осуществляют из расплава полимерной массы.

Пример 2

В смеситель вводят полиэтилен марки 153-02К 90,0 мас.% и краситель -пигментный препарат сарцинаксантин, экстрагированный из щелочного гидролизата биомассы этанолом 10,0 мас.%, который подают на стадию окраски указанного полимера. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 3

В смеситель вводят полиэтилен марки 10803-020 95,0 мас.% и краситель - пигментный препарат сарцинаксантин 5,0 мас.% в биомассе после щелочного гидролизата. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 4

В смеситель вводят полиэтилен марки 153-02К 80,0 мас.%, краситель - пигментный препарат сарцинаксантин, экстрагированный из щелочного гидролизата биомассы этанолом 19,8 мас.%, и стабилизатор - химассорб 81 в количестве 0,2 мас.%. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 5

В смеситель вводят полиэтилен марки 153-02К 90,0 мас.% и краситель - пигментный препарат сарцинаксантин, продукт щелочного гидролизата биомассы 1 0,0 мас.%. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 6

В смеситель вводят полиэтилен марки 153-02К 90,0 мас.% и краситель - пигментный препарат сарцинаксантин, экстрагированный из щелочного гидролизата биомассы этанолом 10,0 мас.%. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 7

В смеситель вводят полиэтилен марки 153-02К 95,0 мас.% и краситель - пигментный препарат сарцинаксантин, продукт щелочного гидролизата биомассы 5,0 мас.%. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Результаты сравнения показателей окрашенного полиэтилена по примерам 1-7 приведены в таблице 1.

Пример 8

В смеситель вводят полиэтилен марки 80Б-277 89,7 мас.%, пигментный препарат сарцинаксантин 10,0 мас.% (пигмента 0,045), стабилизатор ирганокс В-225 0,3 мас.%. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 9

В смеситель вводят полиэтилен марки 80Б-277 89,7 мас.%, пигментный препарат сарцинаксантин 10,0 мас.% (пигмента 0,06), стабилизатор ирганокс В-225 0,3 мас.%. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 10

В смеситель вводят полиэтилен марки 2НТ11 89,7 мас.%, пигментный препарат сарцинаксантин 10,0 мас.% (пигмента 0,06), стабилизатор ирганокс В-225 0,3 мас.%. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Пример 11

В смеситель вводят полиэтилен марки 2НТ11 89,64 мас.%, пигментный препарат сарцинаксантин 10,0 мас.% (пигмента 0,06), стабилизатор ирганокс В-225 0,3 мас.% и дайномар 0,06 мас.%. Процесс окраски полиэтилена по примеру 1.

Результаты сравнения показателей окрашенного полиэтилена низкого давления по примерам 8-11 приведены в таблице 2. Количество пигмента указано в примерах 8-11, а массовая доля пигментного препарата - экстракта щелочного гидролизата биомассы этанолом составляет 10 мас.%

Приведенные в таблице 1 результаты сравнения критериев окрашенного полимера на основе базовых марок полиэтилена соответствуют техническим условиям на полиэтиленовые концентраты-композиции и незначительно отличаются по показателям от прототипа. Полиэтилен, окрашенный как желтым пигментным препаратом сарцинаксантином, экстрагированным из биомассы этанолом после щелочного гидролизата, так и пигментным препаратом в биомассе, сохраняет термостойкость и светостойкость окраски согласно техническим условиям на полиэтиленовые концентраты ТУ 6-05-1565-83. В полиэтиленовой пленке, окрашенной желтым пигментным препаратом, экстрагированным из биомассы, отсутствуют агломераты, а также миграционная способность пигмента из полимера.

Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что при оптимальном соотношении компонентов в окрашенной полимерной композиции (примеры 8,10) на базовых марках ПЭ 80Б-227 и ПЭ 2НТ22 показатели соответствуют нормам ТУ 2243-171-00203335-2007 и ТУ 2243-175-00203335-2007. Предлагаемая полимерная окрашенная композиция характеризуется высокой распределяемостью в высокомолекулярных органических соединениях - олефинах, обеспечивает равномерную окраску полимеров. С использованием биологического красителя - микробного пигмента сарцинаксантина полимерная окрашенная композиция не изменяет физико-механические свойства полиэтилена.

Существенным преимуществом микробного желтого пигментного препарата сарцинаксантина является низкое содержание пигмента в полиэтиленовых концентратах, до 0,1 мас.%, по сравнению с органическим красителем, применяемым в современной химической технологии, Микроленом 3G желтым, где его содержание в концентрате составляет 4-10 мас.%, а в полиэтиленовых композициях - 0,2-0,6 мас.%.

На основе использования биологического красителя - желтого пигмента сарцинаксантина расширяется ассортимент полимерных окрашенных композиций, что соответствует современным инновациям в химической индустрии и экологии.

Изобретение относится к полимерным окрашенным композициям на основе полиолефинов. Предлагается полимерная окрашенная композиция, включающая полиэтилен высокого или низкого давления и пигмент - желтый пигментный препарат сарцинаксантин, полученный из биомассы Micrococcus luteus в виде продукта ее щелочного гидролиза или экстракта продукта щелочного гидролиза указанной биомассы полярным органическим растворителем, в количестве 5,0-20,0 мас.%. Предложенная полимерная окрашенная композиция характеризуется равномерностью окраски при низком содержании пигмента в полиэтиленовых концентратах, до 0,1 мас.%, и сохранении физико-механических свойств полиэтилена. Изобретение также позволяет расширить сырьевую базу для получения микробных красителей и ассортимент окрашенных композиций. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Полимерная окрашенная композиция, включающая полиэтилен высокого давления и пигмент, отличающаяся тем, что в качестве пигмента она содержит желтый пигментный препарат сарцинаксантин, полученный из биомассы Micrococcus luteus в виде продукта ее щелочного гидролиза или экстракта продукта щелочного гидролиза указанной биомассы полярным органическим растворителем, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный желтый пигментный препарат 5,0-20,0 указанный полиэтилен остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержание биологического желтого пигмента сарцинаксантина в окрашенной полиэтиленовой композиции 0,02-0,1 мас.%.

3. Полимерная окрашенная композиция, включающая полиэтилен низкого давления и пигмент, отличающаяся тем, что в качестве пигмента она содержит желтый пигментный препарат сарцинаксантин, полученный из биомассы Micrococcus luteus в виде продукта ее щелочного гидролиза или экстракта продукта щелочного гидролиза указанной биомассы полярным органическим растворителем, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный желтый пигментный препарат с   содержанием пигмента 0,045-0,06 мас.% 10,0 указанный полиэтилен остальное

4. Композиция по пп.1, 3, отличающаяся тем, что она содержит
а) желтый пигментный препарат сарцинаксантин, выделенный из микробной биомассы Micrococcus luteus, обработанной щелочью с последующей экстракцией пигмента из биомассы полярным растворителем,
б) желтый пигментный препарат сарцинаксантин, содержащийся в обработанной щелочью биомассе.

5. Композиция по пп.1, 3, отличающаяся тем, что щелочной гидролиз осуществляют путем введения в биомассу NaOH из расчета 4,0-20,0 г/кг биомассы.