Полимерный композиционный материал, содержащий стимуляторы биоразложения, для производства маканых изделий Российский патент 2024 года по МПК C08L9/04 C08L13/02 C08K3/06 C08K3/22 C08K5/205 

Изобретение относится к созданию полимерного композиционного материала (далее ПКМ), содержащего стимуляторы биоразложения, для изготовления маканых изделий медицинского, бытового назначения методом коагулянтного отложения с регулируемым сроком эксплуатации, с целью снижения экологической нагрузки на окружающую среду за счет разрушения изделий под воздействием природных факторов (свет, вода, температура, микроорганизмы) после утилизации. Может использоваться для изготовления маканых изделий - перчаток, напальчников и др. предметов, которые применяются в медицинских целях, на фармацевтических заводах, в косметических центрах, для ветеринарного назначения и т.д.

Ежегодный рост полимерных отходов приводит к необходимости разработки новых типов материалов, которые позволяют сохранить эксплуатационные характеристики в течение периода потребления, и далее претерпевают физико-химические и биологические превращение под воздействием факторов окружающей среды, включаясь в естественные процессы метаболизма природных систем. Именно такой подход к созданию полимерных материалов в последние годы становится более востребованным, как один из вариантов решения нарастающей экологической проблемы, связанной с полимерными отходами.

Созданию биоразлагаемых маканых изделий не уделяется должного внимания, несмотря на их масштабное производство и потребление. При этом такие изделия в подавляющем большинстве случаев характеризуются однократным применением, поэтому срок использования маканых изделий может ограничиваться часами или даже минутами, что приводит к нарастанию полимерных отходов.

Известен материал и способ изготовления биоразлагаемых перчаток для ветеринарного назначения на основе алифатически-ароматического полиэфира, в качестве которого выступает полибутиратадипинтерефталат, и алифатического полиэфира, в качестве которого применяют полибутилен сукцинат или сополимер полибутилен сукцината и полибутилен адипата (JP 5009558 B2). Недостатком такого способа является применения формования для изготовления изделий. Использование указанного материала при изготовлении перчаток делает их достаточно жесткими, перчатки имеют швы, не могут применяться при работе с людьми в медицинских учреждениях, на фармацевтических заводах.

Известен материал и способ изготовления биоразлагаемых технических перчаток на его основе, который включает в качестве внутренней части стекловолокно или металлическую нить, а в качестве внешней части полиэфирное волокно, например, полиэтиленгликоль терефталат или полиамид с биоразлагающими добавками, которыми могут быть, например, целлюлоза, поликапролактам, поливиниловый спирт, биоразлагаемый олигомерный полиэфир, малеиновый ангидрид модифицированный полилактидом, моносахарид, альдогексоза. Перчатку получают с применением прядильных машин, далее покрывают составом на основе воды, полиуретана, диметилформамида и биоразлагаемой добавки или воды, бутадиен-нитрила и биоразлагаемой добавки (CN 112647312 В). Недостатком способа является сложность процесса производства, который предполагает применение двухсоставных нитей для получения перчатки и дополнительное покрытие перчатки полимерным составом. Применение стекловолокна или металлических нитей в качестве внутренней части пряжи не обеспечивает полного разложения изделия после окончания срока эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является материал для изготовления биоразлагаемых перчаток, который включает латекс карбоксилатного бутадиен-нитрильного сополимера в качестве полимерной матрицы, гидроксид калия или аммиак в качестве щелочного агента стабилизации, оксид цинка или оксид магния в качестве сшивающего агента, дополнительно один из таких компонентов, как термосенсибилизатор, поверхностно-активное вещество, вулканизующий агент, неорганический наполнитель, антиоксидант, пигмент, отдушка или их комбинация, в качестве агента биоразложения следующий состав: хемоатррактантное соединение, глутаровую кислоту или ее производное, соединение карбоновой кислоты с длиной цепи от 5 до 18 атомов углерода, полимер и агент набухания, микроорганизмы, способные деструктировать бутадиен-нитрильный сополимер (WO 2014036279 A1). Недостатком является низкий процент биоразложения, заявлено 15% за 160 дней. Применение микробных добавок в составе ставит под сомнение возможность сохранения эксплуатационных характеристик изделий до конца срока эксплуатации, а также возможность применения их в медицинских целях.

Техническим результатом изобретения является разработка полимерного композиционного материала, содержащего стимуляторы биоразложения, для производства маканых изделий с доказанной способностью к биодеструкции, экологически безопасных, то есть не оказывающих отрицательного влияния на окружающую среду в процессе деструкции, но при этом обладающих хорошими деформационно-прочностными характеристиками.

Технический результат достигается тем, что предложен полимерный композиционный материал, содержащий стимуляторы биораложения, для производства маканых изделий, содержащий латекс карбоксилатного бутадиен-нитрильного сополимера, вулканизующую систему, стимулятор биоразложения.

Отличительными признаками предлагаемого полимерного композиционного материала, содержащего стимуляторы биоразложения, для производства маканых изделий является то, что он содержит в своем составе латекс карбоксилатного бутадиен-нитрильного сополимера Ярлат БНК марки А, в качестве вулканизующей системы содержит: дисперсию серы в качестве агента вулканизации, дисперсию оксида цинка в качестве активатора вулканизации, дисперсию диэтилдитиокарбамата цинка в качестве ускорителя вулканизации, дисперсию стимулятора биоразложения, в качестве основы которой применяют отходы деревообрабатывающей и пищевой промышленности, представляющие собой древесную муку, кофейный жмых или крахмал картофельный, при следующих соотношениях компонентов, масс. %:

Способ получения материала разделяют на два этапа: на первом готовят дисперсии вулканизующей группы и стимулятора биоразложения. Дисперсии компонентов вулканизующей системы получают на шаровой мельнице путем непрерывного диспергирования серы в течение 80 часов, оксида цинка в течение 20 часов, диэтилдитиокарбамата цинка в течение 25 часов, после приготовления дисперсии могут храниться в закрытой посуде в течение 1 месяца. Приготовление дисперсии стимулятора биоразложения начинают с измельчения и фракционирования. В качестве стимуляторов биоразложения предложены древесная мука, как отход деревообрабатывающей промышленности, кофейный жмых, как отход пищевой промышленности, и крахмал картофельный, как наиболее часто используемый наполнитель для создания биоразлагаемых материалов. Выбор древесной муки и кофейного жмыха обусловлен низкой стоимостью, что позволяет снизить себестоимость материала и изделий на их основе. Измельчению и фракционированию подвергаются древесная мука и кофейный жмых, измельчение производят с использованием роторно-ножевой мельницы, фракционирование производят ситовым методом с применением вибросита и отбором фракции с размером частиц менее 100 мкм. Приготовление дисперсии стимулятора биоразложения производят при перемешивании ингредиентов в течение 3-6 часов со скоростью вращения мешалки 200-300 об/мин. Вторым этапом является получение латексной композиции, для этого в предварительно разбавленный до содержания сухих веществ 18-25 масс. % промышленно выпускаемый латекс карбоксилатного бутадиен-нитрильного сополимера с исходным содержанием сухих веществ 45-50 масс. % последовательно вводятся при постоянном медленном перемешивании при скорости вращения мешалки 50±10 об/мин дисперсии вулканизующей системы, после перемешивания в течение 30 минут вводится дисперсия природного наполнителя, затем композицию оставляют для вызревания при перемешивании на 20-24 часа при температуре 15-20°С. Готовый полимерный композиционный материал, содержащий стимуляторы биоразложения, применяют для изготовления маканых изделий.

Испытания на биоразложение образцов маканых изделий проводились в соответствие с ГОСТ Р 57225-2016. В результате проведения испытаний в течение 12 недель степень биоразложения образцов достигла значений, представленных в таблице 1. Результаты испытаний доказывают возможность маканых изделий из полимерного композиционного материала, содержащего стимуляторы биоразложения, подвергаться биодеструкции.

Экологическая безопасность образцов изготовленных маканых изделий оценивалась по ГОСТ Р ИСО 18763-2019. Результаты испытаний представлены в таблице 2. В ходе испытаний показано положительное влияние компостируемых образцов на рост растений, что доказывает экологическую безопасность маканых изделий.

Деформационно-прочностные характеристики образцов маканых изделий определялись в соответствии с ГОСТ Р 54553-2011. Испытания проводились для подготовленных образцов без проведения тестирования по биоразложению и после проведения тестирования в течение 6 недель. В результате испытаний наблюдаются хорошие деформационно-прочностные характеристики образцов маканых изделий, наполненных стимуляторами биоразложения в количестве до 15 м.ч. на 100 м.ч. БНК (Таблица 3). Доказана возможность биоразложения образцов маканых изделий: а) по снижению прочностных показателей после проведения тестирования на биоразложение; б) по изменению цвета образцов со светло-коричневого до земельного; в) по появлению дефектов на образцах, таких как отверстия, трещины.

Сущность изобретения выражается следующими примерами:

Пример 1. Полимерный композиционный материал, содержащий стимуляторы биоразложения, для изготовления маканых изделий представляет собой смесь следующих компонентов, масс. %:

Промышленно выпускаемый латекс карбоксилатный бутадиен-нитрильного сополимера Ярлат БНК марки А 77,0-91,0 Дисперсия серы 1,2-1,4 Дисперсия оксида цинка 1,9-2,2 Дисперсия диэтилдитиокарбамата цинка 0,7-0,9 Дисперсия древесной муки 19,2-4,5

Маканые изделия, изготовленные на основе состава полимерного композиционного материала, имеют гладкую поверхность, без дефектов, экологически безопасны, имеют хорошие деформационно-прочностные характеристики, стимулятор биоразложения - древесная мука, не окрашивает изделия.

Пример 2. Полимерный композиционный материал, аналогично п. 1, при этом в качестве стимулятора биоразложения используется жмых кофейный в количестве 19,2-4,5 масс. %.

Маканые изделия на основе состава полимерного композиционного материала по качествам соответствуют примеру 1, отличаются тем, стимулятор биоразложения - кофейный жмых, окрашивает изделие в темный цвет.

Пример 3. Полимерный композиционный материал, аналогично п. 1 аналогично п. 1, при этом в качестве стимулятора биоразложения используется крахмал картофельный 19,2-4,5 масс. %.

Маканые изделия на основе состава полимерного композиционного материала по качеству аналогичны примеру 1, однако стоимость материала возрастает за счет применения более дорого стимулятора биоразложения - крахмала.

Таблицы

Изобретение относится к созданию полимерного композиционного материала, содержащего стимуляторы биоразложения, для изготовления маканых изделий медицинского, бытового назначения методом коагулянтного отложения с регулируемым сроком эксплуатации. Полимерный композиционный материал, содержащий стимуляторы биоразложения, для производства маканых изделий, содержит латекс карбоксилатный бутадиен-нитрильного сополимера, вулканизующую систему, стимулятор биоразложения, при этом он содержит в своем составе латекс карбоксилатный бутадиен-нитрильного сополимера Ярлат БНК марки А, в качестве вулканизующей системы содержит: дисперсию серы в качестве агента вулканизации, дисперсию оксида цинка в качестве активатора вулканизации, дисперсию диэтилдитиокарбамат цинка в качестве ускорителя вулканизации, дисперсию стимулятора биоразложения, в качестве основы которой применяют отходы деревообрабатывающей и пищевой промышленности, представляющие собой древесную муку, кофейный жмых или крахмал картофельный, при следующих соотношениях компонентов, масс. %: промышленно выпускаемый латекс карбоксилатный бутадиен-нитрильного сополимера Ярлат БНК марки А 77,0-91,0, дисперсия серы 1,2-1,4, дисперсия оксида цинка 1,9-2,2, дисперсия диэтилдитиокарбамата цинка 0,7-0,9, дисперсия стимулятора биоразложения отходы деревообрабатывающей и пищевой промышленности 19,2-4,5. Технический результат заключается в разработке полимерного композиционного материала, содержащего стимуляторы биоразложения, для производства маканых изделий с доказанной способностью к биодеструкции, экологически безопасных, то есть не оказывающих отрицательного влияния на окружающую среду в процессе деструкции, но при этом обладающих хорошими деформационно-прочностными характеристиками. 3 табл., 4 пр.

Полимерный композиционный материал, содержащий стимуляторы биоразложения, для производства маканых изделий, содержащий латекс карбоксилатный бутадиен-нитрильного сополимера, вулканизующую систему, стимулятор биоразложения, отличающийся тем, что он содержит в своем составе латекс карбоксилатный бутадиен-нитрильного сополимера Ярлат БНК марки А, в качестве вулканизующей системы содержит: дисперсию серы в качестве агента вулканизации, дисперсию оксида цинка в качестве активатора вулканизации, дисперсию диэтилдитиокарбамат цинка в качестве ускорителя вулканизации, дисперсию стимулятора биоразложения, в качестве основы которой применяют отходы деревообрабатывающей и пищевой промышленности, представляющие собой древесную муку, кофейный жмых или крахмал картофельный, при следующих соотношениях компонентов, масс. %:

Промышленно выпускаемый латекс карбоксилатный бутадиен-нитрильного сополимера Ярлат БНК марки А 77,0-91,0 Дисперсия серы 1,2-1,4 Дисперсия оксида цинка 1,9-2,2 Дисперсия диэтилдитиокарбамата цинка 0,7-0,9 Дисперсия стимулятора биоразложения отходы деревообрабатывающей и пищевой промышленности 19,2-4,5