Компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы Российский патент 2023 года по МПК C08L29/04 C08K5/05 C08K7/02 

Изобретение относится к технологиям создания биоразлагаемых (компостируемых) полимерных материалов, в частности к композитам на основе водорастворимых термопластов, наполненных полисахаридами, и может быть использовано для получения материалов и изделий из них, способных подвергаться ускоренному биоразложению, в том числе компостированию.

Биоразлагаемые (компостируемые) материалы позволяют решить проблему накопления пластиковому мусора в окружающей среде, а также обладают значительным потенциалом для использования в качестве функциональных материалов в сельском хозяйстве (в частности, растениеводстве). Такие материалы способны относительно быстро подвергаться деструкции под действием природных факторов с вовлечением продуктов деструкции в круговорот веществ.

Среди основных направлений получения биоразлагаемых композитов на основе полимерных матриц и различных наполнителей можно отметить:

- композиты на основе биоразлагаемых полимерных матриц микробиологического синтеза (полилактида, полигидроксибутирата и пр.),

- композиты на основе полиолефинов (полиэтилена, полипропилена, сополимеров и пр.), а также других синтетических, не подвергаемых естественной биодеструкции, полимеров,

- композиты на основе водорастворимых синтетических полимеров (например, поливиниловый спирт) и некоторые другие.

Известны способы получения биоразлагаемых композитов на основе полимерных матриц, полученных микробиологическим синтезом, например, способ получения биоразлагаемой полимерной композиции, в состав которой входит полилактид и древесная мука в соотношении 50:50 мас.% [Патент RU 2750712 «Способ получения биоразлагаемой полимерной композиции»].

Общим недостатком таких материалов является дороговизна полимерной матрицы.

Известны технологические приемы получения композитов на основе синтетических полиолефинов и сополимеров, в которые для повышения способности к биоразложению добавляют природные наполнители, например крахмал, целлюлозу, лузгу, жом и др. [RU 2473578 «биоразлагаемая термопластичная композиция», опубл. 27.01.2013; RU 2480495 «Новая биоразлагаемая полимерная композиция, пригодная для получения биоразлагаемого пластика, и способ получения указанной композиции » опубл. 27.04.2013, RU 2446191 «Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава» опубл.10.08.2009 и др.], а также добавки-прооксиданты [RU 2540273 «Оксо-разлагающая добавка к полиолефинам » опубл. 10.02.2015; RU 2683831 «Способ получения полифункциональной добавки, способствующей оксо- и биоразложению полиолефинов», опубл. 02.04.2019 и др.].

На практике введение в полиолефины природных полисахаридов затруднено высокими температурами переработки и высокой вязкостью смесей, что требует специфического оборудования для производства, а также применения дополнительных модифицирующих добавок. Кроме того, сроки биодеградации таких композитов колеблются от 1 до 5 лет и более в зависимости от условий деструкции (и зачастую требуют особых условий деградации, например, УФ-воздействия и пр.), что не соответствует мировым стандартам на компостируемый пластик.

Такие компостируемые пластики, как полилактид, полигидроксибутират и прочие продукты микробиологического синтеза, а также сшитые природные полимеры (полисахариды, белки), до сих пор не получили массового распространения из-за высокой стоимости и сложности получения. Композиты на основе синтетических термопластов более привлекательны с технико-экономической точки зрения, но ключевым фактором эффективности их использования является низкая способность полимерной матрицы к биодеградации.

В этой связи в качестве основы композитов целесообразно использовать поливиниловый спирт (ПВС) - один из немногих синтетических термопластов, способный к гидролитической деструкции и биоразложению. ПВС вдвое дешевле биоразлагаемых полимеров, полученных микробиологическим синтезом, он включен в перечень биоразлагаемых (компостируемых) пластиков по ГОСТ Р 57432-2017.

Поливиниловый спирт активно используется для получения водорастворимых пленок. Чаще всего такие пленки получают методом экструзии [Патент RU 2708047 «Водорастворимая пленка, упаковки, в которых используется пленка, а также способы ее производства и применения», Патент WO 2020027020 «Пленка и упаковка лекарств на основе поливинилового спирта» и др.].

Известны способы получения биоразлагаемых композитов на основе ПВС и других полимеров. Так, разработан биоразлагаемый композиционный пленочный материал и способ его изготовления [Патент US 5851937, опуб. 22.12.1998], который содержит смесь поливинилового спирта и алканоилового полимера (полиэфира из дикарбоновых кислот и диолов С2-С12), в частности, тканеподобные биоразлагаемые и/или способные к компостированию пленки, содержащие 10-25 мас.% поливинилового спирта (или смесь поливиниловый спирт: поликапролактон 20:80) и 75-90 мас.% алканоилового полимера. Получают такие пленки экструзионным способом при температуре экструзии 170-300°С.

Недостатком получения таких композиционных пленочных материалов является высокая температура экструзии (плавления) формовочной смеси, превышающая 170°С и высокая себестоимость продукта.

Для снижения стоимости и повышения водостойкости в полимерную матрицу ПВС целесообразно вводить наполнители, например, полисахариды (ПС). Перспективность получения композитов на основе ПВС и полисахаридов отмечают отечественные и зарубежные исследователи [Guo B., Zha D., Li B., Yin P., Li P. Polyvinyl alcohol microspheres reinforced thermoplastic starch composites. Materials. 2018. Vol. 11. No. 4. pp.640-643; А. В. Павленок, О. В. Давыдова, Н. Е. Дробышевская и др. Получение и свойства биоразлагаемых композиционных материалов на основе поливинилового спирта и крахмала. Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого №1. 2018. с. 38-46].

В качестве наполнителей могут применяться любые ПС и их смеси, удовлетворяющие технологическим и потребительским требованиям [Литвяк ВВ. Перспективы производства современных упаковочных материалов с применением биоразлагаемых полимерных композиций. Журнал Белорусского государственного университета. Экология. 2019. 2. С. 84-94]. С технико-экономической точки зрения целесообразно использовать целлюлозу и крахмал, как наиболее доступное и дешевое растительное сырье.

Значительная часть исследований направлена на получение композитов состава «ПВС-крахмал», т.к. получаемые материалы обладают хорошими физико-механическими и органолептическими свойствами за счет совместимости полимеров.

Композиты поливиниловый спирт - крахмал могут перерабатываться методом полива формовочного раствора с получением пленочных материалов, что позволяет избежать термодеструкции полимеров, характерной для расплавной технологии. Для понижения температуры плавления и улучшения перерабатываемости в формовочные смеси крахмала с поливиниловым спиртом вводятся пластификаторы, чаще всего - глицерин и вода [Lawton J.W., FantaG.F. Glycerol-plasticized films prepared from starch-poly (vinylalcohol) mixtures: effectofpoly (ethylene-co-acrylicacid) // CarbohydratePolymers. 1994. Vol. 23. No. 4. P. 275-280], также применяют сорбитол [ParkH.R. etal.Properties of starch/PVA blend films containing citric acid as additive // Journal of Polymers and the Environment. 2005. Vol. 13. No. 4. P. 375-382], мочевину, лимонную кислоту [Tudorachi N. et al. Testing of polyvinyl alcohol and starch mixtures as biodegradable polymeric materials // Polymer Testing. 2000. Vol. 19. No. 7. P. 785- 799] и др.

Известна композиция [Патент RU2669865 «Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на её основе»] для получения биоразлагаемого полимерного материала, содержащая крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит L-аспарагиновую кислоту, соляную кислоту и этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: крахмал 0,9-23,0, поливиниловый спирт 1,8-23, 0, глицерин 3,5-11,2, L-аспарагиновая кислота 0,3-3,4, соляная кислота 0,1-1,3, этиловый спирт 1,5-22,6, вода - остальное.

Недостатком изобретения является многокомпонентность состава, что приводит к повышению стоимости продукта.

Известна смесь на основе крахмала и поливинилового спирта [Патент US5032337, МПК B29B9/12, опуб. 16.07.1991], но в данном способе не указана возможность применения смеси крахмала и поливинилового спирта для получения материалов для упаковочной отрасли, в виде пленок либо формованных изделий.

Недостатком крахмалонаполненного ПВС является низкая влагостойкость, быстрая потеря формы и физико-механических показателей материала в условиях повышенной влажности, не только за счет гидрофильности полимеров, но и за счет специфики структурообразования композита. Решить проблему повышения влагостойкости высоконаполненного полисахаридами ПВС можно, применяя наполнители в виде микроволокон, за счет эффекта армирования.

Наиболее оптимальным волокнистым наполнителем компостируемых композитов с технико-экономической точки зрения можно считать целлюлозу - самый распространенный в природе полисахарид.

Известен способ получения биоразлагаемой и компостируемой упаковки пищевых продуктов из формованного или пушистого целлюлозного материала с ламинированным многослойным способом изготовления такой единицы упаковки пищевых продуктов [Патент AU 2019305958 «Биоразлагаемая и компостируемая упаковка пищевых продуктов из формованного или пушистого целлюлозного материала с ламинированным многослойным способом изготовления такой единицы упаковки пищевых продуктов»]. Упаковка согласно изобретению содержит отсек для приема и/или переноски пищевых продуктов, который содержит биоразлагаемый ламинированный многослойный слой, причем многослойный слой содержит: -внутренний покровный слой, содержащий количество биоразлагаемого алифатического полиэстера; - первый промежуточный слой биоразлагаемого материала для соединения и/или герметизации смежных слоев; - функциональный слой, содержащий полимер винилового спирта; - второй промежуточный слой биоразлагаемого материала для соединения и/или герметизации смежных слоев; и - внешний покровный слой, содержащий количество биоразлагаемого алифатического полиэстера, и в котором единица упаковки пищевых продуктов представляет собой компостируемую единицу упаковки пищевых продуктов.

Недостаток данной технологии состоит в сложности изготовления многослойного композита, высоких энергетических затратах и трудоемкости технологического процесса.

Использование микроцеллюлозы (МЦ) с размером частиц 5-100 мкм в полимерных композициях в сравнении с порошковой целлюлозой, размер частиц которой достигает 2000 мкм, имеет ряд преимуществ: получение изделий с высокими прочностными показателями, возможность изготовления тонкостенных изделий и материалов и др. [Студеникина Л.Н., Домарева С.Ю., Голенских Ю.Е., Матвеева А.В. Особенности высоконаполненных композитов на основе различных марок поливинилового спирта. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021. Т. 83. № 1 (87). С. 316-322].

Следует учитывать, что ПВС выпускаются промышленностью различных марок, отличающихся молекулярной массой (ММ) и остаточным содержанием винилацетатных групп (ВА-групп), и как следствие - степенью гидролиза. Поливиниловый спирт, содержащий до 5% ВА-групп, набухает в холодной и растворяется в нагретой до 90-100°С воде, ПВС с 5-10% ВА-групп растворяется в воде при 65-85°С (как следствие - ПВС с содержанием ВА-групп менее 10% не способен к гидролизу в естественных природных условиях). ПВС с 10-15% ВА-групп растворяется при нагревании и частично - при комнатной температуре, с 15-25% ВА-групп - при 20°С (и соответственно может подвергаться гидролитической деструкции в условиях окружающей среды) [Справочник по пластическим массам. Изд.2-е, пер. и доп. В двух томах. Т.1. Под ред. В. М. Катаева, В. А. Попова, Б. И. Сажина. М., «Химия», 1975, 448 с.].

Таким образом, содержание ВА-групп в ПВС является определяющим фактором при получении компостируемых композитов на его основе и прогнозировании условий и сроков деструкции. Для быстрого компостирования (например, при утилизации пищевой упаковки совместно с органическими отходами методами ускоренного компостирования) подойдут марки с высоким содержанием ВА-групп. Для тех областей применения, где требуется более медленная деструкция (например, растениеводство), подойдут марки ПВС с низким содержанием ВА-групп.

Анализ научно-технической литературы и патентов на изобретения в области получения биоразлагаемых композитов на основе ПВС и ПС не выявил подхода к получению таких материалов с учетом количества ВА-групп в ПВС, что позволяет говорить о новизне заявляемого состава компостируемого композита. Также отсутствуют сведения о применении волокнистой микроцеллюлозы с частицами 5-100 мкм в качестве армирующего наполнителя ПВС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является композит на основе микрокристаллической целлюлозы для производства биоразлагаемых пленочных материалов с высокими антиоксидантными свойствами [Патент RU 2554629 «Способ получения композита на основе микрокристаллической целлюлозы для производства биоразлагаемых пленочных материалов с высокими актиоксидантными свойствами»], содержащий гидрогель негидролизной микрокристалличесткой целлюлозы влажностью 93%, гидрогель поливинилового спита 10%, растворенный кверцетин в этиловом спирте 96% с добавлением глицерина.

Недостатком прототипа является сложность и многостадийность изготовления материала, и как следствие - удорожание композита, преобразование целлюлозы в форму гидрогеля приводит к потере положительных эффектов от применения волокнистого наполнителя, в частности - армирующего эффекта, позволяющего значительно повысить и сохранить при влагонасыщении материала его прочностные показатели.

Технической задачей изобретения является разработка компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы на основе поливинилового спирта с различной степенью гидролиза, позволяющей регулировать сроки его деструкции в условиях окружающей среды, высоконаполненного микроцеллюлозой в виде волокон с размерами 5-100 мкм, способствующей повышению прочностных показателей композита и сохранению формы и физико-механических свойств в условиях повышенной влажности за счет эффекта армирующего наполнителя, при этом обладающего низкой себестоимостью готового материала за счет максимальной степени наполнения дорогостоящей матрицы ПВС дешевым полисахаридом и минимального количества стадий процесса получения готового продукта.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в составе компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы, для получения материалов и изделий из них, способных подвергаться ускоренному биоразложению, в том числе компостированию, включающего поливиниловый спирт и целлюлозу, новым является то, что в качестве полимерной матрицы используется ПВС с различным содержанием винилацетатных групп в диапазонах 0÷10 % и 15÷25 %, что обеспечивает регулирование срока деструкции композита в естественных условиях окружающей среды от 2 до 12 месяцев; в качестве наполнителя применяют микроцеллюлозу в виде волокон с размером частиц 5-100 мкм, что обеспечивает эффект армирующего наполнителя, в качестве пластификатора используют глицерин; композит получают по жидкофазной технологии прямым совмещением 5%-го раствора ПВС, пластифицированного глицерином, и порошка микроцеллюлозы, с последующим обезвоживанием и формованием готового продукта заданной формы, при следующем соотношении компонентов в обезвоженном композите:

- ПВС 60÷20 мас.%,

- микроцеллюлоза 30÷70 мас.%,

- глицерин 5÷15 мас.%.

Технический результат заключается в разработке компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы на основе поливинилового спирта с различной степенью гидролиза, позволяющей регулировать сроки его деструкции, высоконаполненного микроцеллюлозой в виде волокон с размерами 5-100 мкм, способствующей повышению прочностных показателей композита и сохранению формы и физико-механических свойств в условиях повышенной влажности за счет эффекта армирующего наполнителя, при этом обладающего низкой себестоимостью готового материала за счет максимальной степени наполнения дорогостоящей матрицы ПВС дешевым полисахаридом и минимального количества стадий процесса получения готового продукта.

Содержание ВА-групп в полимерной матрице ПВС при получении композитов, сроки деструкции которых должны составлять не менее 180 сут., должно находиться в диапазоне 0-10 %; при получении материалов, сроки деструкции которых должны составлять не более 60 сут., содержание ВА-групп в ПВС должно составлять 15÷25 %.

Введение МЦ в ПВС не рекомендуется менее 30 мас.% вследствие повышения стоимости материала и снижения физико-механических свойств за счет низкого содержания армирующего наполнителя, а более 70 об.% - вследствие снижения прочностных свойств за счет снижения объемного содержания полимерной матрицы в композите.

Введение пластификатора (глицерина) в раствор ПВС не рекомендуется в количестве менее 5 мас.% из-за снижения пластифицирующего эффекта, а более 15 мас.% является нецелесообразным с экономической точки зрения и сопровождается выпотеванием пластификатора на поверхность композита, что ухудшает органолептические показатели материала.

Оптимальное соотношение ингредиентов компостируемого композитного материала рекомендуется принимать: 45 мас.% МЦ, 45 мас.% ПВС и 10 мас.% пластификатора-глицерина, что обеспечит оптимальные значения прочности и стоимости материала.

Получение высоконаполненного композита по жидкофазной технологии позволяет добиться максимальной степени гомогенизации при отсутствии риска термомеханической деструкции (характерного для расплавной технологии).

При получении компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы применяются следующие материалы:

- поливиниловый спирт с содержанием ВА-групп в диапазонах 0÷10 % (ПВС, способный растворяться только в горячей воде при t=65÷100°С) и 15÷25 % (ПВС, способный растворяться в воде в естественных условиях окружающей среды при t=20°С),

- пластификатор - глицерин (ТУ 6259),

- наполнитель - микроцеллюлоза в виде волокна с размерами частиц 5-100 мкм,

- вода в качестве растворителя ПВС.

Компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы получают следующим образом.

В обогреваемую емкость для растворения ПВС загружают воду в необходимом количестве, доводят температуру воды до 85 °C, при постоянном перемешивании добавляют порошок ПВС из расчета получения 5%-го раствора, проводят процесс растворения в течении 40 минут при температуре 85°C и постоянном перемешивании, далее в полученный раствор добавляют необходимое количество пластификатора - глицерина (из расчета содержания от 5 до 15 мас.% пластификатора в обезвоженном композите), тщательно перемешивают в течении 5 минут при поддержании температуры во избежание гелеобразования, далее в пластифицированный раствор ПВС вносят необходимое количество порошка микроцеллюлозы (из расчета содержания от 30 до 70 мас.% в обезвоженном композите), тщательно перемешивают в течении 5 минут при поддержании температуры, после чего полученную пастообразную суспензию направляют на обезвоживание и формование (например, термомеханическим способом либо высушиванием на воздухе).

Получение компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы поясняется следующими примерами.

Пример 1 (прототип).

Способ получения композита для производства биоразлагаемых антиоксидантных пленочных материалов, включающий приготовление гидрогеля из негидролизной микрокристаллической целлюлозы влажностью 93% путем ее измельчения, добавления расчетного количества воды, гомогенизации на гомогенизаторе с двумя ступенями клапанов щелевого типа с микрозазором при давлении 200-350 бар на первой ступени клапана и 30-50 бар на второй ступени клапана, при температуре 20-25°C, с количеством повторных пропусков через гомогенизатор от 2-х до 4-х, добавление в полученный гидрогель 10% поливинилового спирта струйно, при постоянном перемешивании при температуре 20-25°C, с дальнейшей гомогенизацией на гомогенизаторе с двумя ступенями клапанов щелевого типа с микрозазором при давлении 200-350 бар на первой ступени клапана и 30-50 бар на второй ступени клапана при температуре 20-25°C, с количеством повторных пропусков через гомогенизатор от 2-х до 4-х, приготовление раствора кверцетина в 96% этиловом спирте путем растворения при постоянном перемешивании со скоростью 40 об/мин, добавление глицерина в полученный раствор кверцетина, однократную гомогенизацию при давлении 200 бар и температуре 20°C, добавление полученной смеси раствора кверцетина в этиловом спирте и глицерина в смесь гидрогеля микрокристаллической целлюлозы и поливинилового спирта струйно, при перемешивании со скоростью 40 об/мин, двухкратную гомогенизацию при давлении 250 бар и температуре 20°C.

Пример 2. В обогреваемую колбу с мешалкой вливают 100 мл воды, доводят температуру до 85 °С, включают мешалку и всыпают 5 г порошка ПВС с содержанием ВА-групп 0-10 % (например марки 1799 с содержанием ВА-групп 1-2 %), проводят процесс растворения ПВС при поддержании температуры и постоянном перемешивании в течении 40 минут, после чего в колбу вводят 0.25 г глицерина (Г) (5 мас.% в обезвоженном композите) и перемешивают еще в течении 5 минут, после чего в раствор пластифицированного ПВС вводят 5 г порошка микроцеллюлозы (МЦ) (47.5 мас.% в обезвоженном композите) и перемешивают еще в течении 5 минут, далее полученную суспензию разливают в формы и сушат в вакуум-сушильном шкафу в течении 2-х часов с получением готового композита в виде пластин; соотношение компонентов в обезвоженном композите составляет ПВС _{(0-10% ВА-групп)} : Г: МЦ = 47.5 : 5.0 : 47.5 мас.%.

Прочностные показатели композитов оценивали по ГОСТ 11262-17, водопоглощение - по ГОСТ 4650-2014. Растворимость композита оценивали визуально через 1 час экспозиции пластины в воде с температурой 20 °С, срок разложения при компостировании определяли согласно ГОСТ Р 57432-2017.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Пример 3. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 2, но соотношение компонентов композита составляет ПВС_{(0-10% ВА-групп)} : Г: МЦ = 45.0 : 10.0 : 45.0 мас.%.

Пример 4. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 2, но соотношение компонентов композита составляет ПВС_{(0-10% ВА-групп)} : Г: МЦ = 42.5 : 15.0 : 42.5 мас.%.

Пример 5. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 2, но соотношение компонентов композита составляет ПВС_{(0-10% ВА-групп)} : Г: МЦ = 60.0 : 10.0 : 30.0 мас.%.

Пример 6. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 2, но соотношение компонентов композита составляет ПВС_{(0-10% ВА-групп)} : Г: МЦ = 20.0 : 10.0 : 70.0 мас.%.

Пример 7. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 5, но используют ПВС с содержанием ВА-групп 15-25 %

Пример 8. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 3, но используют ПВС с содержанием ВА-групп 15-25 %.

Пример 9. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 6, но используют ПВС с содержанием ВА-групп 15-25 %.

Пример 10. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 2, но соотношение компонентов композита составляет ПВС_{(0-10% ВА-групп)} : Г: МЦ = 65.0 : 10.0 : 25.0 мас.%.

Пример 11. Получают компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы аналогично примеру 2, но соотношение компонентов композита составляет ПВС_{(0-10% ВА-групп)} : Г: МЦ = 15.0 : 10.0 : 75.0 мас.%.

Таблица 1 - Показатели компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы в зависимости от состава

Пример Состав
композита,
мас.% Показатели Прочность при разрыве, МПа Относительное удлинение при разрыве, МПа Прочность при разрыве после 24 экспозиции в воде, МПа Растворимость в воде при t=20°С Водопоглощение за 24 ч, мас.% Срок
разложения при компостировании, мес. 1 Прототип 1 - - - - - - 2 ПВС_{(0-10% ВА-групп)}: Г: МЦ,
47.5 : 5.0 : 47.5 5,5 15 4,6 нет 470 8-10 3 ПВС_{(0-10% ВА-групп)}: Г: МЦ,
45.0 : 10.0 : 45.0 5,2 25 4,5 нет 450 8-10 4 ПВС_{(0-10% ВА-групп)}: Г: МЦ,
42.5 : 15.0 : 42.5 5,0 40 4,2 нет 410 8-10 5 ПВС_{(0-10% ВА-групп)}: Г: МЦ,
60.0 : 10.0 : 30.0 6,6 30 5,8 нет 620 10-12 6 ПВС_{(0-10% ВА-групп)}: Г: МЦ,
20.0 : 10.0 : 70.0 2,1 10 0,8 нет 540 6-8 7 ПВС_{(15-25% ВА-групп)}: Г: МЦ,
60.0 : 10.0 : 30.0 6,2 35 - да - 3-4 8 ПВС_{(15-25% ВА-групп)}: Г: МЦ,
45.0 : 10.0 : 45.0 4,4 35 - да - 2-3 9 ПВС_{(15-25% ВА-групп)}: Г: МЦ,
20.0 : 10.0 : 70.0 2,0 15 - да - 1-2 10 ПВС_{(0-10% ВА-групп)}: Г: МЦ,
65.0 : 10.0 : 25.0 6,8 25 5,2 нет 660 12-15 11 ПВС_{(0-10% ВА-групп)}: Г: МЦ,
15.0 : 10.0 : 75.0 1,5 5 0,25 нет 510 5-6

Как видно из таблицы 1, состав компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы позволяет регулировать деструкцию материала за счет различного содержания ВА-групп в ПВС, при сохранении прочности в условиях повышенной влажности за счет эффекта армирующего наполнителя - волокон микроцеллюлозы.

Сроки деструкции композитов в естественных условиях окружающей среды составляют от нескольких недель (для композитов на основе ПВС с содержанием ВА-групп более 15%) до нескольких месяцев или лет (для композитов на основе ПВС с содержанием ВА-групп менее 10%).

Предлагаемый состав компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы позволяет:

- получить материал с регулируемой скоростью деструкции в естественных условиях окружающей среды за счет применения ПВС с различной степенью гидролиза;

- повысить влагостойкость и физико-механические свойства композита на основе ПВС и ПС за счет применения наполнителя в виде микроволокон, обеспечивающих армирование полимерной матрицы;

- упростить технологию получения компостируемого композита;

- снизить стоимость продукта за счет максимального наполнения дорогостоящей полимерной матрицы дешевым и доступным наполнителем - целлюлозой и минимального количества технологических операций процесса получения материала;

- решить проблему утилизации пластикового мусора за счет получения компостируемого материала, полностью разлагаемого в условиях окружающей среды.

Изобретение относится к технологиям создания биоразлагаемых (компостируемых) полимерных материалов, в частности к композитам на основе водорастворимых термопластов, наполненных полисахаридами, и может быть использовано для получения материалов и изделий из них, способных подвергаться ускоренному биоразложению, в том числе компостированию. Компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы содержит поливиниловый спирт и целлюлозу, в качестве полимерной матрицы используется ПВС с различным содержанием винилацетатных групп в диапазонах 0-10% и 15-25%, что обеспечивает регулирование срока деструкции композита в естественных условиях окружающей среды от 2 до 12 месяцев, в качестве наполнителя применяют микроцеллюлозу в виде волокон с размером частиц 5-100 мкм, что обеспечивает эффект армирующего наполнителя, в качестве пластификатора используют глицерин. Композит получают по жидкофазной технологии прямым совмещением 5%-ного раствора ПВС, пластифицированного глицерином, и порошка микроцеллюлозы с последующим обезвоживанием и формованием готового продукта заданной формы при следующем соотношении компонентов в обезвоженном композите, мас.%: ПВС 60-20, микроцеллюлоза 30-70, глицерин 5-15. Технический результат заключается в разработке компостируемого полимерного композита с регулируемым сроком службы на основе поливинилового спирта с различной степенью гидролиза, позволяющей регулировать сроки его деструкции в условиях окружающей среды, высоконаполненного микроцеллюлозой в виде волокон с размерами 5-100 мкм, способствующей повышению прочностных показателей композита и сохранению формы и физико-механических свойств в условиях повышенной влажности за счет эффекта армирующего наполнителя. 1 табл., 11 пр.

Компостируемый полимерный композит с регулируемым сроком службы для получения материалов и изделий из них, способных подвергаться ускоренному биоразложению, в том числе компостированию, включающий поливиниловый спирт и целлюлозу, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы используется ПВС с различным содержанием винилацетатных групп в диапазонах 0-10% и 15-25%, что обеспечивает регулирование срока деструкции композита в естественных условиях окружающей среды от 2 до 12 месяцев; в качестве наполнителя применяют микроцеллюлозу в виде волокон с размером частиц 5-100 мкм, что обеспечивает эффект армирующего наполнителя, в качестве пластификатора используют глицерин; композит получают по жидкофазной технологии прямым совмещением 5%-ного раствора ПВС, пластифицированного глицерином, и порошка микроцеллюлозы с последующим обезвоживанием и формованием готового продукта заданной формы при следующем соотношении компонентов в обезвоженном композите, мас.%:

ПВС 60-20 микроцеллюлоза 30-70 глицерин 5-15