Полимерная композиция

Изобретение относится к композиционным материалам на основе полиэтилентерефталата, предназначенных для изготовления однослойных емкостей в виде бутылок и контейнеров различного назначения, обладающих улучшенными свойствами газопроницаемости. Изобретение реализуется путем модификации полиэтилентерефталата суперконцентратом, который, в свою очередь, имеет в своем составе полибутилентерефталат и органомодифицированную смесью КАТАПАВ и капролактамом глину. Композиционный материал по изобретению обладает улучшенными значениями по показателям проницаемости по О₂ и паропроницаемости. 3 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к композиционным материалам на основе полиэтилентерефталата, предназначенных для изготовления однослойных емкостей в виде бутылок и контейнеров различного назначения, обладающих улучшенной газопроницаемостью.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) и композиционные материалы на его основе, используемые в отечественной и мировой промышленности, главным образом, предназначены для изготовления заготовок (преформ) различного вида, из которых затем изготавливается (выдуваются после нагрева) пластиковая тара различного вида и назначения (в первую очередь, пластиковые бутылки). Выбор указанного полимерного материала обусловлен наличием определенного количества достоинств. Основными из них являются легкость, прочность, широкие возможности по дизайну. Все эти достоинства, наряду с низкой себестоимостью, сделали такую тару столь популярной сегодня. На ряду имеющихся достоинств имеются и свои недостатки - относительно высокая газопроницаемость, тем самым ограничивается срок годности безалкогольных напитков с содержанием углекислого газа и продуктов, чувствительных к кислороду.

Из всего вышеизложенного следует, что создание композиционного материала на основе ПЭТ, обладающего улучшенными значениями газопроницаемости, является в настоящее время достаточно актуальной проблемой.

В настоящее время имеется большое количество разработок в области создания композиционного материала на основе ПЭТ, предназначенного для тары различного назначения. Так, известна полиэфирная композиция, предназначенная для производства тары на основе полиэтилентерефталата и полиэтиленнафталата. Композиционный материал обладает улучшенными характеристиками по газопроницаемости. Несмотря на имеющиеся достоинства, имеется и определенный недостаток - экономически не эффективное использование такого дорогого компонента, как полиэтиленнафталат (Патент ЕР №0926197, МПК B29C 49/00; C08L 67/02; B29C 49/06; C08G 63/183; C08G 63/189; B29B 11/08; B29C 49/06; B65D 1/02; C08J 3/20; C08L 67/02).

Из уровня техники также известен патент на изобретение ЕПВ №0932497, направленный на создание нанокомпозитного полимерного материала для изготовления контейнеров. Полимерной матрицей в нанокомпозитном материале выступает полиэтилентерефталат, или его сополимеры, или их смеси. В качестве модификатора полимерной матрицы выступает монтмориллонит, который, в свою очередь, модифицирован поверхностно-активными веществами (ПАВ). Как утверждают авторы патента, при введении в полиэтилентерефлатат незначительного количества органомодифицированной глины (органоглины) происходит повышение барьерных свойств полимера. Однако несмотря на ряд преимуществ, полученный композиционный материал имеет относительно невысокие значения барьерных свойств нанокомпозитного материала.

Наиболее близким к настоящему изобретению является полимерная композиция по заявке на изобретение №2009162589, представленная американскими авторами. Как утверждают авторы патента, для создания материала, обладающего улучшенной газопроницаемостью, необходимо в полиэтилентерефталат ввести органоглину, модифицированную солями аммониевых или фосфониевых соединений в количестве до 25 масс. % и бисфенолов в количестве 0,01 масс. %. Основным недостатком указанной композиции является использование токсичного бисфенола. По всему миру ученые не на шутку встревожены: последние исследования вещества бисфенол А (бисфенол входит в состав практически всех упаковочных материалов для продуктов, а также в состав пластиковых изделий) позволили сделать неутешительные выводы о том, что не так безопасно для человеческого здоровья это вещество, а при взаимодействии со слюной человека этот химический искусственный элемент не только быстро растворяется, но и всасывается в кровоток человеческой кровеносной системой, попадает в организм и приводит к страшным последствиям. Примечательно, что гипотеза о том, что это вещество не так уж и безопасно, появилась не сегодня и не вчера. На протяжении последних пятидесяти лет ученые подозревали, что не все так гладко, но не могли найти доказательства и подтверждения своей гипотезе о вреде бисфенола. Но уже самые последние исследования доказали, что между нарушениями функций головного мозга, гиперактивностью, нарушениями работы репродуктивной системы и бисфенолом есть прямая и неутешительная взаимосвязь. Также на сегодняшний день существуют уже официальные подтверждения тому, что именно это вещество может стать катализатором для развития раковых опухолей в организме, сбоев в работе сердечно-сосудистой системы и эндокринной и даже стать причиной заболевания сахарным диабетом второго типа и развитием синдрома Дауна у плода.

Задачей данного изобретения является создание полиэтилентерефталатных композиций, которые можно применять в производстве тары и которые будут обладать улучшенными значениями газопроницаемости.

Задача решается тем, что полиэтилентерефталат подвергается модификации суперконцентратом при следующем соотношении, масс. %:

Полиэтилентерефталат	75-90
Суперконцентрат	10-25

В свою очередь, суперконцентрат (СК) представляет собой смесь, включающую полибутилентерефталат (ПБТ) и органоглину (ОГ), при следующем соотношении, масс. %:

Полибутилентерефталат	80-90
Органоглина	10-20

Предложенная композиция содержит ПЭТ - гранулят марки SPET 8200 марки Л, ПБТ марки D 201 фирмы BASF. Кроме перечисленных марок композиция может также включать и те марки, которые являются по сути техническими эквивалентами указанных и на практике выступают как взаимозаменяемые.

Суперконцентрат получают путем экструзионного смешения ПБТ и ОГ при температуре 245°C.

Указанная в суперконцентрате органоглина представляет собой монтмориллонит месторождения Герпегеж Кабардино-Балкарской республики катионнообменной емкостью 95 мг-экв/100 г глины, модифицированной смесью алкилбензиламмоний хлорида (КАТАПАВ) и капролакрам (1:1) в количестве 10-30 масс. % от массы монтмориллонита (S.Yu. Khashirova, Yu.I. Musaev, А.K. Mikitaev, Yu.A. Malkanduev, and M.Kh. Ligidov. Hybrid nanocomposites based on guanidine methacrylate monomer and polymer and layered aluminosilicates: Synthesis, structure, and properties/Polymer Science Series B, October 2009, Volume 51, Issue 9-10, pp 377-382).

Следующие примеры характеризуют, но не ограничивают изобретение.

Пример получения органомодифицированной глины

Исходная монтмориллонитовая глина подвергается первичной обработке, т.е. очистки от примесей. Глина подсушивается при комнатной температуре в течение нескольких суток до остаточной влажности 20-30%. В дальнейшем глина подвергается измельчению с использованием шаровой мельницы типа МШМП-08, затем глина замачивается в проточной воде, имеющей температуру 20-25°C, с последующим приготовлением 5% раствора суспензии следующим образом: в гидроциклон емкостью 150 л загружается монтмориллонитовая глина, тщательно перемешивается в течение 30 мин, полученная таким образом суспензия подвергается мытью в самом же гидроциклоне. Отмытая и высушенная в распылительной сушке глина повторно измельчается в шаровой мельнице и подвергается модификации смесью КАТАПАВ и капролоктам 1:1.

Пример получения композиционного материала

Изготавливают композиционный материал согласно изобретению (пример 1-6), рецептура которого приведена в таблице 1 и 2.

В работающий турбосмеситель, нагретый до 40°С, загружают последовательно полиэтилентерефталат и суперконцентрат в количествах, предусмотренных рецептурой, приведенной в таблице 1. Полученную порошкообразную смесь засыпают в экструдер и перерабатывают в зонах I-VI при температурах 235°С, 240°С, 250°С, 260°С, 270°С, 275°С соответственно, с последующим получением гранул.

В процессе получения композиционнного материала использовались стандартное лабораторное оборудование: смеситель, экструдер, а также известные методики испытаний полученных материалов и соответствующее для этих целей оборудование. Показатель проницаемости по О₂, см³/м², за 24 часа при 23°С; показатель паропроницаемости, г/м², за 24 часа при 90% относительной влажности и температуре 38°С, измеряемый в соответствии со стандартом DIN 53 380 Т.2 - ASTMD 1434-М.

Результаты испытаний отражены в таблице 3. Как следует из представленных данных, предлагаемый композиционный материал характеризуется улучшенными значениями по показателям проницаемости по О₂ и паропроницаемости.

Полимерная композиция с улучшенными свойствами газопроницаемости на основе полиэтилентерефталата, отличающаяся тем, что дополнительно содержит суперконцентрат, при следующем соотношении, масс. %:

полиэтилентерефталат	75-90
суперконцентрат	10-25,

суперконцентрат имеет в своем составе полибутилентерефталат и органоглину, при следующем их соотношении, масс. %:

полибутилентерефталат	80-90
органоглина	10-20,

органоглина представляет собой монтмориллонит катионнообменной емкостью 95 мг-экв/100 г глины, модифицированный смесью КАТАПАВ и капролактам (1:1) в количестве 10-30 масс. % от массы монтмориллонита.