Биологически разрушаемая термопластичная композиция



Биологически разрушаемая термопластичная композиция
Биологически разрушаемая термопластичная композиция
Биологически разрушаемая термопластичная композиция
Биологически разрушаемая термопластичная композиция

Владельцы патента RU 2691988:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН (RU)

Изобретение относится к полимерным композициям, предназначенным для получения биоразлагаемых изделий, таких как пленки, в том числе пленочные изделия для уничтожения сорняков, термоформованные изделия для цветочной, овощной рассады, мешки для бытового мусора. Биологически разрушаемая термопластичная композиция для производства полимерных изделий содержит полиэтилен низкой плотности, пористый кукурузный крахмал, глицерин, сорбитол. В состав термопластичного крахмала входит пористый кукурузный крахмал, полученный биокаталитическим гидролизом нативного кукурузного крахмала в присутствии амилолитических ферментов, при следующем соотношении компонентов, масс. %: пористый кукурузный крахмал 18,0-21, глицерин 9,0-10,5, сорбитол 3,0-3,5, полиэтилен низкой плотности остальное. Технический результат - улучшенная разлагаемость в условиях биоразложения. 3 табл.

 

Изобретение относится к полимерным композициям, содержащим синтетический термопластичный полимер и наполнитель, пригодный для получения биоразлагаемых полимерных изделий на основе полиэтилена низкой плотности с удовлетворительными эксплуатационными свойствами традиционной технологии переработки термопластичных материалов.

Наиболее близкой к изобретению является композиция [патент RU №2645677], содержащая, масс. %:

полиэтилен 60-70
нативный крахмал 18-24
глицерин 9-12
сорбитол 3-4

Недостатком композиции являются недостаточно высокие эксплуатационные свойства, проявляющиеся в повышенной хрупкости изделий, недостаточной прочности и величины водопоглощения.

Задача настоящего изобретения - создание термопластичной композиции, способной придавать биоразлагаемые свойства синтетическому полимеру (полиэтилену низкой плотности), для производства полимерных изделий, разрушающихся более интенсивно в условиях окружающей среды (свет, атмосферные осадки, микроорганизмы и т.д.), при сохранении пластичности, повышению прочности и более высокой водосвязывающей способности, по сравнению с прототипом.

Проблема решается тем, что в качестве биоразлагаемого компонента в состав термопластичного крахмала входит пористый кукурузный крахмал при следующем соотношении компонентов, масс. %

пористый кукурузный крахмал 18,0-21,0
глицерин 9,0-10,5
сорбитол 3,0-3,5
полиэтилен низкой плотности остальное

Компоненты вводят в необходимых количествах, используя приемы, общепринятые в технологии получения пластмасс. В качестве полимера используется линейный полиэтилен низкой плотности.

Предлагаемая композиция обладает реологическими характеристиками, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для переработки на традиционном для пластмасс оборудовании (экструдер, термопластавтомат). Изделия обладают необходимыми эксплуатационными характеристиками и свойствами, в частности биологической разрушаемостью после срока эксплуатации в течение 18 месяцев.

В качестве сырья для получения термопластичного крахмала (ТПК) рекомендуется использовать ферментативно модифицированный пористый кукурузный крахмал, получаемый по технологии, разработанной во ВНИИ крахмалопродуктов, путем биокаталитического гидролиза нативного кукурузного крахмала при температуре ниже начальной точки клейстеризации в присутствии амилолитических ферментов в гетерогенной среде [Патент РФ 2528004].

Благодаря данному процессу на поверхности зерна крахмала вследствие биокатализа образуются многочисленные радиальные канавки и поры различной глубины, благодаря чему ферментативно модифицированный пористый кукурузный крахмал, по сравнению с нативным крахмалом, обладает увеличенным объемом и площадью поверхности пор, сниженной молекулярной массой за счет сокращения длины полисахаридных цепочек амилозы и амилопектина, повышенной адсорбционной и водосвязывающей способностью (таблица 1).

Пористая поверхность крахмала обеспечивает повышенную его совместимость с гидрофильной частью пластификаторов (гидроксильными группами сорбитола и глицерина). В результате чего гидрофобная часть их структуры более эффективно взаимодействует с гидрофобной матрицей полиэтилена. Взаимное проникновение соответствующих структур друг в друга способствует снижению хрупкости, увеличению прочности и повышенному влагопоглощению пленочных изделий при хранении в процессе биоразлагаемости.

Вследствие снижения молекулярной массы и увеличения общей поверхности, модифицированный пористый кукурузный крахмал проявляет также повышенную ферментативную атакуемость, по сравнению с исходным нативным крахмалом, что весьма важно для сокращения длительности процесса биоразложения получаемых на основе крахмала полимерных пленок и материалов. Преимуществом пористого кукурузного крахмала перед нативным является более развитая поверхность пор, благодаря чему увеличивается поверхность и площадь взаимодействия крахмала с наполнителем и синтетическим полимером, что позволяет получать более равномерную по всей длине термопластичную композицию.

ТПК, используемый в качестве наполнителя, имеет следующие характеристики: массовая доля влаги - не более 1%; массовая доля золы - не более 0,3%; предельное напряжение при растяжении - не менее 4 МПа; относительное удлинение при разрыве - не менее 15%. ТПК производится методом экструзии при оборотах шнека 60-80 мин-1, температуре на выходе из экструдера 115°С.

Выбор оптимальных соотношений полимера и наполнителя обусловлен пределом, который определяется силой взаимодействия на границе раздела крахмальных гидрофильных и полимерных гидрофобных фаз.

Поверхность полиэтилена низкой плотности играет роль дисперсной среды, среди которой равномерно распределены частицы ТПК, содержащие модифицированный пористый кукурузный крахмал и пластификаторы-полиолы: трехатомный спирт глицерин и пятиатомный спирт сорбитол. Глицерин повышает показатель текучести расплава композиции, что положительно отражается на ее растяжении, деформации, а в конечном итоге - на способности композиции к биоразложению. Сорбитол гидрофобной частью взаимодействует с гидрофобной поверхностью полиэтилена, а гидрофильной частью через спиртовые группы -ОН- с гидрофильным крахмалом, ослабляя тем самым внутримолекулярные связи внутри полиэтилена низкой плотности. Молекулы пористого кукурузного крахмала, находящиеся во взаимодействии с гидроксильными группами сорбитола, обладая повышенной водосвязывающей способностью, растворимостью и атакуемостью ферментами микроорганизмов, в первую очередь подвергаются деструкции под влиянием внешних факторов, а продукты деструкции, при участии сорбитола, глицерина, нарушают структуру синтетического полимера с образованием пустот, щелей, в которые проникает вода, микроорганизмы и другие факторы, вызывающие его ускоренное разложение.

В качестве биоразлагаемого наполнителя, стимулирующего процесс биоразложения конечных изделий из полиэтилена низкой плотности, используется ТПК в количестве 30-40%. Оптимальное соотношение полиэтилена и ТПК составляет 65-70 и 30-35%, соответственно.

При большем соотношении полиэтилена низкой плотности, чем 65÷70 в составе композиции, из-за высокой прочности, пленка не подвергается разложению в течение 18 месяцев; при меньшем соотношении, чем 65÷70, композиция не обладает требуемой прочностью для изделий технического назначения.

При соотношении пористого кукурузного крахмала больше 21, композиция обладает повышенной хрупкостью, а меньше 18 - не способна к повышенному влагопоглощению в процессе биоразлагаемости.

Количество глицерина при соотношении больше или меньше 9,0÷10,5 не способствует достижению эластичности (относительному удлинению при разрыве) композиции для биоразлагаемости в течение 18 месяцев, а количество сорбитола при соотношении больше или меньше 3,0÷3,5 затрудняет текучесть расплава и формирование изделий через плоскощелевую головку экструдера.

Предлагаемую композицию изготавливают следующим способом.

Пример 1. 70 мас. % полиэтилена низкой плотности смешивают с 30 мас. % термопластичного пористого кукурузного крахмала в скоростном смесителе в течение 7 минут. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации и плавления, температура расплава на выходе из головки экструдера 140°С. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 2×3 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой получают пленку или лист, из которого формуют различные изделия.

Пример 2. 65 мас. % полиэтилена низкой плотности смешивают с 35 мас. % термопластичного пористого кукурузного крахмала в скоростном смесителе в течение 7 минут. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации и плавления, температура расплава на выходе из головки экструдера 140°С. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 2×3 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой получают пленку или лист, из которого формуют различные изделия.

Пример 3. 62,5 мас. % полиэтилена низкой плотности смешивают с 37,5 мас. % термопластичного пористого кукурузного крахмала в скоростном смесителе в течение 7 минут. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации и плавления, температура расплава на выходе из головки экструдера 140°С. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 2×3 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой получают пленку или лист, из которого формуют различные изделия.

Ссылки на методы определения численных значений показателей термопластичных композиций приведены в таблице 2.

Составы термопластичных композиций по примерам приведены в таблице 3.

*) изменение относительного удлинения при разрыве и разрушающего напряжения при растяжении, после выдержки в биогумусе в течение 18 месяцев, относительно прототипа, %

Биологически разрушаемая термопластичная композиция для производства полимерных изделий, содержащая полиэтилен низкой плотности, кукурузный крахмал, глицерин, сорбитол, отличающаяся тем, что в состав термопластичного крахмала входит пористый кукурузный крахмал, полученный биокаталитическим гидролизом нативного кукурузного крахмала в присутствии амилолитических ферментов, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

пористый кукурузный крахмал 18,0-21;

глицерин 9,0-10,5;

сорбитол 3,0-3,5;

полиэтилен низкой плотности остальное.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к тепло- и звукоизоляционному материалу, содержащему минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм и связующее, полученное отверждением водной композиции, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал и технологические добавки, а также комбинацию двух дегидратирующих агентов – основного и дополнительного.
Изобретение относится к новой связующей системе и ее использованию для связывания и упрочнения тканей, а также изделиям, содержащим такие связанные ткани. Связующая система по изобретению содержит от 5 до 70 вес.% полимеризатов на основе карбоновой кислоты, не содержащих низкомолекулярных сшивающих агентов с молекулярной массой <1000 г/моль, и от 95 до 30 вес.% крахмала или смеси крахмалов.

Изобретение относится к упаковке, включающей: контейнер, имеющий корпус контейнера, который является достаточно кислородопроницаемым, чтобы предотвращать отверждение содержащейся внутри него композиции, анаэробно отверждающейся вследствие отсутствия кислорода; и анаэробно отверждающуюся композицию, содержащуюся внутри контейнера.
Изобретение относится к способу свободнорадикальной полимеризации декстрина по меньшей мере с двумя гидрофобными мономерами, при этом указанный декстрин составляет по меньшей мере 60% по весу от общего веса декстрина и гидрофобных мономеров и характеризуется средневесовой молекулярной массой в диапазоне от 60000 до 2000000 Да, гидрофобные мономеры представлены стиролом и по меньшей мере одним линейным или разветвленным C1-C4-сложным эфиром акриловой кислоты, при этом весовое соотношение стирол:сложный эфир составляет от 10:90 до 90:10, полимеризация происходит в присутствии инициатора свободнорадикальной полимеризации, который представляет собой персульфат, в дозе от 0,5 до 2,5% в пересчете на сухой вес относительно сухого веса декстрина.

Изобретение относится к полимерным композициям для создания изделий, способных подвергаться биоразложению в природных условиях, в частности упаковочной пленки для продуктов.

Изобретение относится к меловальной краске для бумаги. Меловальная краска содержит воду, по меньшей мере один пигмент и по меньшей мере один декстрин, который обладает средневесовой молекулярной массой в диапазоне 250000-2000000 Да, растворимостью, измеренной в соответствии с тестом A, в диапазоне 50-85%.

Изобретение относится к теплоизоляционному и звукоизоляционному материалу и способу его изготовления. Материал содержит минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм и связующее, полученное отверждением водной композиции, включающей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал, силан, гидрофобизирующую эмульсию, обеспыливатель и нано- или микрочастицы.

Изобретение относится к катионным поперечно-сшитым и пропаренным крахмальным массам, предназначенным для использования в качестве добавки при производстве бумаги.

Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пластмасс, и может быть использовано для изготовления формованных или пленочных изделий различного назначения, в том числе пищевого.

Изобретение относится к созданию композиционных материалов на основе полимеров, предназначенных преимущественно для изготовления стенок теплообменных аппаратов, разделяющих теплоносители, и работающих в агрессивных, малоагрессивных и не агрессивных средах при капельной и пленочной конденсации водяных паров на тепловоспринимающих поверхностях, а также конвективной передаче теплоты от горячего теплоносителя к стенке(ам) и от стенки(ок) к холодному теплоносителю и может быть использовано как на стационарных теплоэнергетических установках, так и в системах двигателей транспортных средств.

В изобретении описан способ очистки регенерированного полиэтилена, например полиэтилена, регенерированного после бытового использования или после промышленного использования.

Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления методом литья под давлением элементов в пакерном скважинном оборудовании.

Изобретение относится к полиэтиленовой композиции для получения трудногорючих конструкционных материалов. Композиция содержит полиэтилен высокой плотности в количестве 52,7-66,8 мас.

Изобретение относится к составам полиэтилена, пригодным для производства труб и пленок. Предложен состав полиэтилена для изготовления экструдированных изделий, обладающий плотностью от 0,945 до 0,955 г/см3, определяемой в соответствии с ИСО 1183 при 23°C; соотношением MIF/MIP, составляющим от 23 до 40; значением MIF, составляющим от 8,5 до 18 г/10 мин; индексом HMWcopo, составляющим от 3,5 до 20; и показателем длинноцепочечной разветвленности (ПДЦР), равным или превышающим 0,45.

Изобретение относится к полимерному материаловедению, а именно к износостойкой полимерной композиции триботехнического назначения, применяемой для изготовления подшипников скольжения в узлах трения машин, механизмов, для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей.

Изобретение относится к сшиваемой композиции для ротационного формования, а также к изделиям, полученным путем ротационного формования. Композиция содержит, по меньшей мере, один полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), по меньшей мере, один линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), по меньшей мере, один сшивающий агент, выбранный из органических пероксидов, и, по меньшей мере, один со-сшивающий агент, выбранный из аллильных соединений.

Изобретение относится к составу полиолефина, его получению и использованию в качестве модификатора ударопрочности в смесевых композициях полиолефина. Состав полиолефина содержит (A) 5-35 вес.% полимера на основе пропилена, содержащего не менее 90 вес.% пропиленовых звеньев и содержащего не более 10 вес.% фракции, растворимой в ксилоле при 25° С (XSA), (B) 25-50 вес.% гомополимера этилена, содержащего 5 вес.% или менее фракции, растворимой в ксилоле при 25°С (XSB), по отношению к массе (В), и (C) 30-60 вес.% сополимера этилена и пропилена, содержащего от 25 вес.% до 75 вес.% этиленовых звеньев и содержащего от 55 вес.% до 95 вес.% фракции, растворимой в ксилоле при 25°С (XSC).

Изобретение относится к полиэтиленовой композиции, подходящей для изготовления крышек и колпачков, которая обладает плотностью, равной 950-960 кг/м3, значением ИРС(1/100), равным 4-12, индексом расплава ИР2, равным от 0,2 до 2 г/10 мин, и характеризуется взаимосвязью между значением спирального потока "СП" (измеренным в миллиметрах при 250°С/1000 бар/100 мм/с) и значением СРНС "С" (измеренным в часах), описывающейся соотношением С>200-СП, или, альтернативно, которая обладает плотностью, равной 950-960 кг/м, значением ИРС(1/100), равным 4-12, индексом расплава ИР2, равным от 0,2 до 2 г/10 мин, и характеризуется взаимосвязью между значением спирального потока "СП", значением СРНС "С" и индексом расплава "ИР2" (измеренным в г/10 мин в соответствии со стандартом ISO 1133 при 190°С и нагрузке, равной 2,16 кг), описывающейся соотношением С>(9800-36×СП - 1000×ИР2)/60.

Изобретение относится к составам покрытия, к способам их изготовления и к способам нанесения данных составов покрытия. Способ нанесения покрытия на протяженное трубчатое изделие включает: (a) нагревание протяженного металлического трубчатого изделия; (b) нанесение на протяженное металлическое трубчатое изделие наплавляемого эпоксидного покрытия; (c) нанесение на наплавляемое эпоксидное покрытие состава покрытия; при этом состав покрытия представляет собой расплавленную смесь из следующих компонентов: (i) эпоксидной маточной смеси, (ii) маточной смеси наполнителя, (iii) отверждающей маточной смеси, (iv) полиолефина и, при необходимости, (v) усилителя адгезии, и/или черного или белого концентрата, и/или резины, такой как, например, Kraton G-1657; при этом эпоксидная маточная смесь содержит, мас.%: свыше 50% твердой отверждаемой эпоксидной смолы; 20-40% полиэтилена; 0,1-5% твердого усилителя адгезии; 10-15% полимера, обеспечивающего совместимость; 0-3% наполнителя; при необходимости 1-5% черного концентрата; при необходимости 0,2-1,5% УФ-стабилизатора; при необходимости 0,2-1,5% антиоксиданта; и при этом маточная смесь наполнителя содержит, мас.%: 30-50% полиэтилена или полипропилена; свыше 50% наполнителя; 1-5% полимера, обеспечивающего совместимость; 0,5-2,0% твердого усилителя адгезии; при необходимости 0,2-1,5% УФ-стабилизатора и/или антиоксиданта; при необходимости 1-5% черного концентрата; при необходимости 3-15% резины и при необходимости 3-15% стеклянных волокон или шариков; и при этом отверждающая маточная смесь содержит, мас.%: 10-20% полиэтилена; 70-80% полиолефинового сополимера; 1-10% отверждающего агента и 1-10% наполнителя Данное покрытие можно применять в качестве антикоррозионного покрытия трубы, которую применяют в трубопроводах для нефти, газа и воды.

Изобретение относится к декоративному облицовочному покрытию, не содержащему поливинилхлорид (ПВХ). Декоративное облицовочное покрытие включает упрочненный слой, содержащий носитель, пропитанный не содержащей ПВХ пастой.

Изобретение относится к области композиционных полимерных материалов на основе целлюлозы и полиэфиров и может быть использовано для производства биодеградируемых композитов, применяемых в медицине, для производства упаковочных изделий, тары, а также в космических, авиационных и многих других отраслях промышленности.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2018-12-26 2019-06-19T08:00:07
Наверх