Состав полимерного композиционного материала Российский патент 2025 года по МПК C08L23/12 C08L97/02 C12N9/00 

Изобретение относится к составу полимерного композиционного материала и может быть использовано в области строительства, автомобилестроения, машиностроения и других отраслях промышленности.

Известна древесно-полимерная композиция, содержащая древесную стружку и отходы термопласта, в которой в качестве отходов термопласта содержатся отходы полипропилена при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

древесная стружка 70-82 отходы полипропилена 18-30,

см. RU 2056446, МПК6 C08L 97/02, C08L 23/12, 1996.

Недостатками известной полимерной композиции являются неудовлетворительные эксплуатационные свойства композиционного материала, а также ограниченность способов формования композиции.

Известна древесно-полимерная композиция, состоящая из связующего и древесного наполнителя, в котором в качестве наполнителя она содержит древесный наполнитель, обработанный в потоке плазмообразующего газа в разрядной камере при мощности высокочастотного генератора 200-600 Вт и разрежении, равном 100-130 Па, в течение 250-280 секунд, где в качестве плазмообразующего газа используют воздух, расход которого составляет 0,08-0,12 г/с, а перед обработкой наполнителя в потоке плазмообразующего газа его обрабатывают в герметичной камере в среде топочных газов при температуре 190-200 °C в течение 50-60 мин, а после смешения со связующим ведут формование и термообработку, см. RU Патент №2464162, МПК B27N 3/18 (2006.01), C08L 97/02 (2006.01), 2012.

Недостатком данной композиции является высокая стоимость получаемого из нее композиционного материала.

Наиболее близким по технической сущности является древесно-полимерный состав для композиционного материала, содержащий полипропилен, наполнитель – древесные отходы, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, полипропилен с содержанием 1-6 % привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты, согласно изобретению в качестве наполнителя он содержит древесные отходы, предварительно обработанные природным Na^+- монтмориллонитом, модифицированным четвертичной аммониевой солью формулы [(RН)₂(CH₃)₂N] ⁺Cl^-, где R – остаток гидрированных жирных кислот С₁₆-С₁₈, а затем веществом «Оллзайм Вегпро», состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:

древесные отходы 50 природный Na^+- монтмориллонит, модифицированный четвертичной аммониевой солью [(RН)₂(CH₃)₂N] ⁺Cl^-, где R – остаток гидрированных жирных кислот С₁₆-С₁₈ 5,0 вещество «Оллзайм Вегпро» 0,5 эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил
пропионовой кислоты и пентаэритрита 0,1 полипропилен с содержанием 1-6 % привитого малеинового ангидрида или малеиновой кислоты 5,0 полипропилен остальное

см. RU Патент 2767048, МПК C08L 23/12 (2006.01), C08L 97/02 (2006.01), C08K 5/10 (2006.01), C08K 5/103 (2006.01), (52) СПК, C08L 23/12 (2021.08), C08L 97/02 (2021.08), C08K 5/10 (2021.08), C08K 5/103 (2021.08).

Недостатками известного древесно-полимерного состава для композиционного материала являются недостаточные эксплуатационные свойства композиционного материала и сложная технология модификации наполнителя.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств композиционного материала.

Техническая задача улучшение эксплуатационных свойств композиционного материала на основе заявленного состава полимерного композиционного материала решается тем, что состав полимерного композиционного материала, содержащий полипропилен, наполнитель –отходы рисовой шелухи, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, согласно изобретению в качестве наполнителя он содержит отходы рисовой шелухи, предварительно обработанные веществом, содержащим ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %), состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:

отходы рисовой шелухи 50 вещество, содержащее ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %) 0,5 эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил
пропионовой кислоты и пентаэритрита 0,1 полипропилен остальное

Решение технической задачи позволяет повысить показатель модуля упругости при изгибе до 16 %, повысить стойкость к водопоглощению до 23 % при выдержке 2 часа в кипящей воде, повысить показатель водопоглощения в течение 14 суток при 23°С, повысить показатель ударной вязкости при - 40°С.

Характеристика веществ, используемых в заявленном составе полимерного композиционного материала.

В качестве термопластичного полимера используют полипропилен, например, марки 4215М (ТУ 20.16.51-136-05766801-2015) с показателем текучести расплава 7,0 – 10,0 г/10 мин, марки 1525J (ГОСТ 2211-136-05766801-2006) с показателем текучести расплава 2,9 –3,5 г/10 мин.

В качестве наполнителя используют измельченные, предварительно обработанные отходы рисовой шелухи.

Предварительную обработку отходов рисовой шелухи ведут веществом, содержащим ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %), например торговой марки «Оллзайм Вегпро».

В составе полимерного композиционного материала используют добавки:

- эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, например торговой марки Ирганокс 1010;

Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1

Состав полимерного композиционного материала получают путем смешения в экструдере полипропилена марки 4215М в количестве 49,9 мас. %, наполнителя из рисовой шелухи и добавок. В качестве наполнителя он содержит измельченные отходы рисовой шелухи в количестве 49,5 мас. %, предварительно обработанные веществом, содержащим ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %), в количестве 0,5 мас. %, а в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита в количестве 0,1 мас. %, состав содержит компоненты при следующем их соотношении:

Компоненты состава мас. % кг отходы рисовой шелухи 49,5 49,5 вещество, содержащее ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %) 0,5 0,5 эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил
пропионовой кислоты и пентаэритрита 0,1 0,1 полипропилен 49,9 49,9

Пример 2 аналогичен примеру 1, отличием является то, что в качестве полипропилена состав содержит полипропилен марки 1525J.

Пример 3 аналогичен примеру 1 и 2, отличием является то, что отходы рисовой шелухи использовались в составе композиции без предварительной обработки.

Состав полимерного композиционного материала получают путем смешения в экструдере полипропилена марки 4215М в количестве 49,9 мас. %, наполнителя из рисовой шелухи и добавок. В качестве наполнителя он содержит измельченные отходы рисовой шелухи, без предварительной обработки в количестве 50 мас. %, в качестве добавок он содержит эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита в количестве 0,1 мас. %, состав содержит компоненты при следующем их соотношении:

Компоненты состава мас.% кг отходы рисовой шелухи 50 50 эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил
пропионовой кислоты и пентаэритрита 0,1 0,1 полипропилен 49,9 49,9

Композиционный материал, полученный на основе заявленного состава, по примерам 1-3, получают в виде гранул, и может быть переработан в изделие путем экструзии, литья под давлением или прессованием, который затем можно транспортировать для дальнейшего целевого использования. Возможна также технология совмещения процесса получения из заявленного состава гранул и формования его в конечное изделие.

Механические испытания образцов композиционного материала, полученных по примерам конкретного выполнения 1-3, выполнены согласно соответствующим ГОСТ. Испытания образцов проводили на универсальной 2-х колонной испытательной машине при температуре 23±2°С, скорости деформации 5,0 мм/мин для определения прочности при растяжении по ГОСТ 11262-80, для определения модуля упругости при скорости деформации 1 мм/мин – по ГОСТ 9550-81.

Для определения показателя ударной вязкости композиционного материала использовался метод Шарпи с маятниковым копром с энергией удара 2,75 J, скоростью маятника 3,46 м/с, углом падения 150°, разрешением 0,01 Дж. Испытания проводилось согласно ГОСТ 4647-2015.

Оценка водопоглощения композиционного материала заключалось в оценке изменения массы образца в %-ом соотношении после выдержки в кипящей воде в течение 2-х часов согласно ГОСТ 9590-76, а также, в течение 14 суток, согласно ГОСТ 19592-80.

Для определения плотности композиционного материала использовался автоматический плотномер с разрешением (0,0001 г/см³) на базе чувствительных аналитических весов по принципу измерения – гидростатическое взвешивание. Удельный вес определялся как отношение веса объема материала к весу эквивалентного объема воды при комнатной температуре испытаний, согласно ГОСТ 15139-69.

Измерение твердости проводилось по Шору (шкала D) с помощью твердомера, согласно ГОСТ 24621-2015.

Состав и свойства по примерам конкретного выполнения 1-3 сведены в таблицы 1 и 2, соответственно.

Таблица 1 – Состав полимерного композиционного материала

Наименование компонентов Заявляемый объект по примерам, мас. % 1 2 3 отходы рисовой шелухи 49,5 49,5 50 вещество, содержащее ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед/г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед/г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %) 0,5 0,5 - эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита 0,1 0,1 0,1 полипропилен 49,9 49,9 49,9

Таблица 2 – Свойства состава полимерного композиционного материала

Наименование свойств Единица измерения Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 по прототипу Прочность при растяжении
ГОСТ 11262-2017 МПа 21 23,4 18,9 29,8 Модуль упругости при изгибе, ГОСТ 9550-81 МПа 2842 3075 2869 2652 Ударная вязкость по Шарпи при +23ºС 19109-2017 + 23°С кДж/м² 9,5 9,8 8,6 11,3 - 40°С 7,2 7,8 6 - Водопоглощение при выдержке 2 часа в кипящей воде ГОСТ 9590 % 1,0 1,0 1,2 1,3 Водопоглощение в течение 14 суток при 23°С, % 1,8 1,7 2,5 - Плотность ГОСТ 15139-69 г/см³ 1,0 1,1 1,0 1,12 Твердость по Шору (шкала D) ГОСТ 24621-2015 усл.ед 72 79 71,6 81 Показатель текучести расплава, гр /10 мин 2,5 1,2 2,5 -

Как видно из примеров конкретного выполнения, решение технической задачи по сравнению с прототипом позволяет повысить показатель модуля упругости при изгибе до 16 %, повысить стойкость к водопоглощению до 23 % при выдержке 2 часа в кипящей воде, повысить показатель водопоглощения в течение 14 суток при 23°С, повысить показатель ударной вязкости при - 40°С.

Изобретение относится к составу полимерного композиционного материала и может быть использовано в области строительства, автомобилестроения, машиностроения и других отраслях промышленности. Предложен состав полимерного композиционного материала, содержащий, мас. %: 49,5-50,0 отходов рисовой шелухи, 0,5 вещества, содержащего ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед./г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед./г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %), 0,1 эфира 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита и 49,4-49,9 полипропилена. Технический результат – повышение показателя модуля упругости при изгибе до 16 %, повышение стойкости к водопоглощению до 23 % при выдержке 2 ч в кипящей воде, повышение показателя водопоглощения в течение 14 суток при 23 °C, повышение показателя ударной вязкости при - 40 °C. 2 табл., 3 пр.

Состав полимерного композиционного материала, который может быть использован в области строительства, автомобилестроения, машиностроения и других отраслях промышленности, содержащий полипропилен, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита, отличающийся тем, что в качестве наполнителя он содержит отходы рисовой шелухи, предварительно обработанные веществом, содержащим ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед./г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед./г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %), состав содержит компоненты при следующем их соотношении, мас. %:

отходы рисовой шелухи 49,5-50,0 вещество, содержащее ферменты протеазы с активностью не менее 7500 ед./г и целлюлазу с активностью не менее 45 ед./г, представляющие собой высушенные ферментативные экстракты, полученные глубинным культивированием Aspergillus niger АТСС 16888 (2 %), Bacillus subtilis АТСС 6633 (2 %), Trichoderma longibrachiatum АТСС 26921 (2 %), наполнитель карбонат кальция (94 %) 0,5 эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионовой кислоты и пентаэритрита 0,1 полипропилен 49,4-49,9