БИОРАЗЛАГАЕМАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА И ПРИРОДНЫХ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 2012 года по МПК C08L23/06 C08L97/02 C08L23/08 B82B1/00 C08J11/04 

Описание патента на изобретение RU2451697C1

Изобретение относится к производству полимерных композиций, содержащих в качестве основы полиэтилен или пропилен, в качестве наполнителя - органические материалы растительного происхождения, а также различные функциональные добавки. Композиции предназначены для получения биологически разрушаемых изделий различного назначения, например пленок, термоформованных изделий, с использованием традиционных технологий и оборудования.

Известна биологически разрушаемая термопластичная композиция, изготовленная из производственных и бытовых отходов полиэтилена как полимерной основы, свекловичного жома в качестве биоразлагаемого наполнителя и бентонита в качестве функциональной добавки (заявка RU 2008138385, МПК C08L 30/00, C08J 3/02, опубл. 10.04.2010 г.). Компоненты в композиции содержатся в следующем соотношении, в мас.%: отходы полиэтилена - 89-60, свекловичный жом - 10-30, бентонит - 1-10. Бентонит в этом составе используют в качестве диспергатора, облегчающего распределение компонентов в полимерной матрице.

К недостаткам способа следует отнести высокую вязкость расплавов композиции в рабочем режиме ее переработки, а также высокий расход полимера.

Наиболее близкой по технической сущности и назначению композицией к составу в предлагаемом изобретении является композиция, содержащая в качестве основы производственные и/или бытовые отходы полиэтилена, в качестве биоразлагаемого наполнителя - рисовую лузгу, основными компонентами которой являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, а также функциональные добавки - двуокись титана и олигомерный краситель (RU 2363711, МПК C08L 23/06, C08L 97/02, C08L 3/00, C08J 11/04, опубл. 10.08.2009 г.). Соотношение компонентов в композиции, в мас.%: отходы полиэтилена 67-76,5, рисовая лузга 20-30, двуокись титана 0,5-1, олигомерный краситель 1-2. Двуокись титана вводят в композицию для снижения ее светостойкости и, соответственно, для сокращения срока биоразложения материала.

К недостаткам этой композиции следует отнести ее низкое влагопоглощение, низкий модуль упругости полученных из нее изделий, а также высокий расход полимера.

Новыми положительными свойствами предлагаемой композиции являются более высокое водопоглощение и, соответственно, более высокая скорость процесса биоразложения, использование в качестве биоразлагаемого материала недорогих и доступных отходов механической обработки древесины, высокая концентрация биоразлагаемого наполнителя в композиции и, соответственно, в изделиях при обеспечении приемлемых механических показателей.

Указанные результаты достигаются тем, что в биоразлагаемой композиции на основе полиэтилена и природных продуктов переработки древесины, содержащей полимер, лигноцеллюлозный материал в качестве биоразлагаемого наполнителя, функциональные добавки, согласно изобретению в качестве лигноцеллюлозного материала используют древесную муку, а в качестве функциональных добавок - бентонит, сшитый поливиниловый спирт, компатибилизатор и наноразмерные частицы неорганического материала при следующем соотношении компонентов в композиции, в маc.ч.:

полиэтилен 100 древесная мука 70 бентонит 6 сшитый поливиниловый спирт 3 компатибилизатор 12 наноразмерные неорганические частицы 4

В качестве компатибилизатора используют сополимер этилена и винилацетата, а в качестве наноразмерных неорганических частиц - химически осажденные гидроксид железа или сульфат кальция.

Назначение функциональных добавок следующее. При контакте изготовленных из композиций изделий с водой она по микроскопическим дефектам в матрице полимера проникает вглубь материала к поверхностям всех частиц, что вызывает постепенное набухание способных к этому компонентов. При набухании бентонита объем его частиц увеличивается в 2-3 раза, частиц поливинилового спирта (ПВС) - в 10-12 раз. Вследствие возникающих при набухании частиц локальных напряжений в полимере образуются новые дефекты, способствующие более быстрому и глубокому проникновению в объем материала воды, воздуха, микроорганизмов. Тем самым обеспечиваются условия для биоразложения древесных частиц и, соответственно, механического разрушения материала в целом. В определенных условиях частицы бентонита играют роль «купе» воды для частиц ПВС. Кроме того, бентонит обладает хорошими диспергирующими свойствами.

Компатибилизатор, в качестве которого используют сополимер этилена с винилацетатом, хорошо совмещается в расплаве с полиэтиленом и имеет хорошую адгезию к древесному материалу. Поэтому добавки данного компатибилизатора упрочняют полимерную композицию в целом.

Наноразмерные неорганические частицы, равномерно распределенные в матрице полимера, также повышают его механическую прочность. Это дает возможность добавлять в композицию большее количество биоразлагаемой древесной муки без уменьшения механических показателей изделий ниже допустимого уровня и обеспечивать тем самым более быстрое разрушение изделий в условиях, возникающих, например, при захоронении использованных изделий на полигонах.

Соотношения массовых долей компонентов в предлагаемой композиции и, в первую очередь, между долями полимерной основы и биоразлагаемого материала выбраны в пределах, обеспечивающих создание гетерогенной системы с допустимыми величинами ее вязкости в рабочем диапазоне температуры расплава и, соответственно, возможность использования общепринятых технологий и оборудования - смесителей, экструдеров, термопластавтоматов - для приготовления смесей и получения из них изделий.

При определении верхней границы доли древесной муки и оптимального расхода функциональных добавок учтены допустимые технические характеристики изделий, обеспечивающие нормальную эксплуатацию в обычных условиях и заданную скорость биоразрушения в условиях захоронения после завершения эксплуатации.

На всех этапах технологической цепи, включающей подготовку сырья и других компонентов композиций, приготовление промежуточных продуктов, получение конечных изделий, контроль технологических процессов и измерение технических характеристик изделий проводят с использованием известных приемов и оборудования и с учетом требований соответствующих ГОСТов.

При изготовлении композиций и изделий по примерам используют полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), сополимер этилена с винилацетатом, древесную муку фракции 140-200 мкм (Пример 1) и менее 140 мкм (Пример 2), бентонит и ПВС с размером частиц менее 140 мкм, сульфат кальция (Пример 1), гидроксид железа (Пример 2). Смесь компонентов готовят в смесителе типа «Брабандер» в течение 10 минут при температуре 140°C. Полученную смесь охлаждают и измельчают в дробильном устройстве. Из дробленки с использованием пресса при температуре 140°C и давлении 60 кгс/см2 в течение 4 минут получают пластины толщиной 1000 мкм (Пример 1), а на экструдере с щелевой головкой при температуре 170°C получают пленку толщиной 200 мкм.

Для сравнения в этих же условиях получают пластины толщиной 1000 мкм из композиции по прототипу. Используют фракцию измельченной в истирающей мельнице рисовой лузги 140-200 мкм (Пример 3).

В таблице приведены показатели технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств композиций и изделий из них.

Таблица Показатели технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств композиций и изделий из них № примеров Показатель текучести расплава (ПТР) Модуль упругости Влагопоглощение на воздухе за 24 часа Микробиологическая устойчивость Потеря массы за 15 недель Оценка в баллах г/10 мин МПа % % 1 1,6 (140°C) 282 11 12 4 2 3,4 (170°C) 291 10 12 4 3 (прототип) 3,9 (140°C) 180 6 8 2

Изготовление композиций и изделий в промышленном масштабе проводят таким же образом, как и в примерах, с использованием оборудования соответствующей производительности. В качестве основного сырья предпочтительно перерабатывать промышленные и/или бытовые отходы полиэтилена.

Похожие патенты RU2451697C1

название год авторы номер документа
Биологически разрушаемая термопластичная композиция 2019
  • Ашрапов Фархат Умарович
  • Ашрапова Тахмина Фархатовна
  • Разумейко Дмитрий Николаевич
  • Бойко Андрей Андреевич
  • Подденежный Евгений Николаевич
  • Дробышевская Наталья Евгеньевна
RU2724249C1
Биоразлагаемая полимерная композиция 2018
  • Здор Олеся Анатольевна
  • Чадова Татьяна Владимировна
RU2674212C1
БИОРАЗЛАГАЕМАЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2011
  • Пантюхов Петр Васильевич
  • Колесникова Наталия Николаевна
  • Попов Анатолий Анатольевич
RU2473578C1
Многослойный пленочный или листовой биоразлагаемый материал и биоразлагаемая полимерная композиция для создания биоразлагаемого слоя в материале 2020
  • Пантюхов Петр Васильевич
  • Масталыгина Елена Евгеньевна
  • Попов Анатолий Анатольевич
RU2752345C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2022
  • Мазов Илья Николаевич
  • Аншин Сергей Михайлович
  • Шарафутдинова Альфия Радифовна
RU2804143C1
БИОДЕГРАДИРУЕМЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА 2022
  • Зенитова Любовь Андреевна
  • Янов Владислав Владимирович
  • Алексеев Евгений Игоревич
RU2783825C1
Полимерный мульчирующий материал сельскохозяйственного назначения 2022
  • Подзорова Мария Викторовна
  • Тертышная Юлия Викторовна
RU2806644C1
Биоразлагаемый полимерный композиционный материал на основе вторичного полипропилена 2018
  • Захаров Вадим Петрович
  • Базунова Марина Викторовна
  • Кулиш Елена Ивановна
  • Садритдинов Айнур Радикович
  • Фахретдинов Раиль Камилович
  • Галиев Линар Ризович
RU2678675C1
Композиционный материал с ускоренным биоразложением и повышенной термостабильностью 2023
  • Алексанова Елизавета Александровна
  • Масталыгина Елена Евгеньевна
  • Ольхов Анатолий Александрович
  • Аншин Сергей Михайлович
  • Овчинников Василий Андреевич
  • Кузьмин Антон Михайлович
RU2826497C1
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКОГО НАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ 2011
  • Галеев Марат Мухамадеевич
  • Исрафилов Загир Хуснимарданович
RU2520462C2

Реферат патента 2012 года БИОРАЗЛАГАЕМАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА И ПРИРОДНЫХ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Изобретение относится к биологически разрушаемой термопластичной композиции. Композиция содержит полиэтилен, древесную муку и функциональные добавки, такие как бетонит, поливиниловый спирт, компатибилизатор и наночастицы. В качестве компатибилизатора преимущественно использован сополимер этилена и винилацетата, а в качестве наночастиц - химически осажденные гидроксид железа или сульфат кальция. Использование в композиции по изобретению качестве биоразлагаемого материала недорогих и доступных отходов механической обработки древесины при высокой их концентрации позволяет обеспечить нормальную эксплуатацию изделий в обычных условиях, а также заданную скорость биоразрушения в условиях захоронения после завершения эксплуатации. Причем полиэтилен в композиции может быть использован в виде производственных и/или бытовых отходов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 451 697 C1

1. Биоразлагаемая композиция на основе полиэтилена и природных продуктов переработки древесины, содержащая полимер, лигноцеллюлозный материал в качестве биоразлагаемого наполнителя, функциональные добавки, отличающаяся тем, что в качестве лигноцеллюлозного материала используют древесную муку, а в качестве функциональных добавок - бентонит, сшитый поливиниловый спирт, компатибилизатор и наноразмерные частицы неорганического материала при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.ч.:
полиэтилен 100 древесная мука 70 бентонит 6 сшитый поливиниловый спирт 3 компатибилизатор 12 наноразмерные неорганические частицы 4

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве компатибилизатора используют сополимер этилена и винилацетата.

3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве наноразмерных неорганических частиц используют химически осажденные гидроксид железа или сульфат кальция.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2451697C1

БИОЛОГИЧЕСКИ РАЗРУШАЕМАЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2008
  • Ананьев Владимир Владимирович
  • Кирш Ирина Анатольевна
  • Губанова Марина Ивановна
  • Сдобникова Ольга Алексеевна
  • Самойлова Лидия Галактионовна
  • Пешехонова Аза Леонидовна
  • Филинская Юлия Александровна
  • Чуткина Екатерина Павловна
  • Во Тхи Хоай Тху
  • Колпакова Валентина Васильевна
  • Панкратов Георгий Несторович
  • Мельников Евгений Михайлович
  • Изосимов Виктор Павлович
  • Чевокин Алексей Александрович
  • Смрчек Владимир Алексеевич
RU2363711C1
EP 1327663 В1, 09.05.2007
US 6461549 B1, 08.10.2002
RU 2008138385 A, 10.04.2010
Устройство для сопряжения электронной вычислительной машины с управляемыми объектами 1982
  • Жданов Александр Михайлович
  • Кульков Лев Борисович
SU1043623A2
БИОРАЗЛАГАЕМАЯ ГРАНУЛИРОВАННАЯ ПОЛИОЛЕФИНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 2008
  • Пономарев Александр Николаевич
RU2352597C1
ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 1992
  • Катия Бастиоли[It]
  • Витторио Беллотти[It]
  • Алессандро Монтино[It]
RU2086580C1
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ДРЕВЕСНО-НАПОЛНЕННАЯ ПЛАСТМАССА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 1995
  • Жданова Т.Д.
  • Миронов В.С.
  • Коташевская Г.В.
  • Коршун О.А.
  • Быкова О.Н.
RU2081135C1

RU 2 451 697 C1

Авторы

Волков Виктор Александрович

Тюрин Евгений Тимофеевич

Колесникова Наталья Николаевна

Попов Анатолий Анатольевич

Ширанков Георгий Федорович

Мазитов Леонид Асхатович

Луканина Юлия Константиновна

Хватов Анатолий Владимирович

Королева Анна Вадимовна

Пантюхов Петр Васильевич

Даты

2012-05-27Публикация

2010-11-22Подача