Способ получения биоразлагаемой полимерной композиции
Владельцы патента RU 2750712:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") (RU)
Изобретение относится к технологии получения древесно-полимерных композитов для изготовления упаковок на основе биоразлагаемой полимерной композиции и может быть использовано в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и в быту. Способ получения биоразлагаемой полимерной композиции включает смешение полилактида с древесно-измельченным наполнителем. В качестве древесного наполнителя используют древесную муку с размером частиц 0,1-0,25 мм, обработанную при температуре 200-240°С в среде инертного газа, а затем ультрафиолетовым облучением в течение 30 мин при интенсивности обработки 30-180 Дж/см. Смешение полилактида с древесно-измельченным наполнителем ведут при температуре 180°С, при следующем соотношении компонентов, мас. %: полилактид 50, указанный древесный наполнитель 50. Технический результат - упрощение способа получения биоразлагаемой полимерной композиции, а также повышение прочностных показателей композита на ее основе. 1 табл., 4 пр.
Изобретение относится к технологии получения древесно-полимерных композитов для изготовления упаковок на основе биоразлагаемой полимерной композиции и может быть использовано в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и в быту.
Известен способ получения биоразлагаемой полимерной композиции путем смешения полилактида, дихлорметана, модифицированного лигнина, модифицированного наполнителя, антипирена, антиоксиданта, смазки, стабилизатора и технологической добавки, при следующем соотношении компонентов, мас. ч:
| полилактид | 50-60 |
| дихлорметан | 100-120 |
| модифицированный лигнин | 15-20 |
| модифицированный наполнитель | 8-12 |
| антипирен | 1-2 |
| антиокседант | 1-2 |
| смазка | 0,5-0,8 |
| стабилизатор | 0,3-0,5 |
| технологическая добавка | 0,1-0,2 |
Полилактид растворяют в дихлорметане, затем к раствору добавляют модифицированный лигнин и перемешивают в течение 4 часов с последующим диспергированием, затем помещают его в вакуумную сушильную камеру при 40°С с целью получения древесно-пластикового базового компонента, затем древесно-пластиковый базовый компонент смешивают с модифицированным наполнителем, антипиреном, антиокседантом, смазкой, стабилизатором и технологической добавкой в высокоскоростном смесителе при 150°С. Полученную смесь отправляют в горячий пресс при температуре 180°С, выдерживают 20 мин., а затем охлаждают, см. CN Заявка 201910209060, МПК С08Н 7/00 (2011.01), C08K 13/06 (2011.01), C08K 3/04 (2011.01), C08K 3/32 (2011.01), C08K 3/34 (2011.01), C08K 5/5313 (2011.01), C08K 9/04 (2011.01), C08L 67/04 (2011.01), C08L 97/00 (2011.01), 2019.
Недостатком известного способа получения биоразлагаемой полимерной композиции является сложность технологического процесса.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения биоразлагаемой полимерной композиции, включающей смешение полилактида с древесно-измельченным наполнителем, в качестве древесного наполнителя используют порошок соломы с размером частиц 80-120 мм. Предварительно порошок соломы сушат в сушильном шкафу при температуре 75-85°С в течение 3,5-4,5 часов, затем просушенный порошок замачивают в растворе силанового связующего агента с концентрацией 3-7% с последующей его сушкой при 80°С в течение 2 часов, а затем при 100°С.
Готовят базовое сырье - компонент А путем смешения полилактида с эластомером и компатибилизатором при температуре 80°С при соотношении компонентов мас. ч.:
| полилактид | 50 |
| эластомер | 20-30 |
| компатибилизатор | 0-9 |
Затем готовят компонент В путем смешения соломенного порошка, пластификатора, пенообразователя и смазки при температуре 80°С и соотношении компонентов мас. ч.:
| соломенный порошок | 13-33 |
| пластификатор | 3 |
| пенообразователь | 0,5-1,5 |
| смазка | 7 |
Полученный компонент В смешивают с компонентом А, затем полученную биоразлагаемую полимерную композицию экструдируют через двухшнековый экструдер при температуре 140-150°С с целью получения ее в виде гранул, затем, полученные гранулы формуют при 170-190°С при давлении 6-8 МПа, см. CN Заявка 201810493331, МПК C08L 67/04 (2011.01), C08L 97/02 (2011.01), 2018.
Недостатком указанного способа получения биоразлагаемой полимерной композиции является сложность технологического процесса, а также недостаточно высокие показатели прочности композита на ее основе.
Технической проблемой является упрощение способа получения биоразлагаемой полимерной композиции, а также повышение прочностных показателей композита на ее основе.
Техническая проблема решается способом получения биоразлагаемой полимерной композиции, включающий смешение полилактида с древесно-измельченным наполнителем, согласно изобретению в качестве древесного наполнителя используют древесную муку с размером частиц 0,1-0,25 мм, обработанную при температуре 200-240°С в среде инертного газа, а затем ультрафиолетовым облучением в течение 30 мин. при интенсивности обработки 30-180 Дж/см2, смешение полилактида с древесно-измельченным наполнителем ведут при температуре 180°С, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| полилактид | 50 |
| указанный древесный наполнитель | 50 |
Решение технической задачи позволяет упростить способ получения биоразлагаемой полимерной композиции, а также повысить предел прочности композита на основе биоразлагаемой полимерной композиции на растяжение в 1,5 раза, предел прочности на изгиб в 4 раза.
Полилактид (ПЛА, PLA) представляет собой биоразлагаемый, алифатический полиэфир, который является термопластичным. Мономером полилактида является молочная кислота. Сырьем для производства служат ежегодно возобновляемые ресурсы, такие как кукуруза и сахарный тростник. Полилактид для удобства используют в виде гранул.
Для получения биоразлагаемой полимерной композиции предварительно отфракционированный наполнитель, в качестве которого используют древесные частицы с размером 0,1-0,25 мм, предварительно обрабатывают при температуре 200-240°С в среде инертного газа, затем ультрафиолетовым облучением в течение 30 мин. при интенсивности обработки 30-180 Дж/см2. Биоразлагаемую полимерную композицию получают путем смешения полилактида с древесно-измельченным наполнителем при температуре 180°С, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| полилактид | 50 |
| указанный древесный наполнитель | 50 |
Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения. Пример 1.
Берут полилактид и древесный наполнитель в виде древесной муки с размером частиц 0,1-0,25 мм, обработанную при температуре 200°С в среде инертного газа, затем ультрафиолетовым облучением в течение 30 минут при интенсивности 30 Дж/см2, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| полилактид | 50 |
| указанный древесный наполнитель | 50 |
Указанные компоненты смешивают в экструдере при температуре 180°С.
Пример 2.
Берут полилактид и древесный наполнитель в виде древесной муки с размером частиц 0,1-0,25 мм, обработанную при температуре 200°С в среде инертного газа, затем ультрафиолетовым облучением в течение 30 минут при интенсивности 180 Дж/см2, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| полилактид | 50 |
| указанный древесный наполнитель | 50 |
Указанные компоненты смешивают в экструдере при температуре 180°С.
Пример 3.
Берут полилактид и древесный наполнитель в виде древесной муки с размером частиц 0,1-0,25 мм, обработанную при температуре 240°С в среде инертного газа, затем ультрафиолетовым облучением в течение 30 минут при интенсивности 30 Дж/см2, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| полилактид | 50 |
| указанный древесный наполнитель | 50 |
Пример 4.
Берут полилактид и древесный наполнитель в виде древесной муки с размером частиц 0,1-0,25 мм, обработанную при температуре 240°С в среде инертного газа, затем ультрафиолетовым облучением в течение 30 минут при интенсивности 180 Дж/см2, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| полилактид | 50 |
| указанный древесный наполнитель | 50 |
Указанные компоненты смешивают в экструдере при температуре 180°С.
Для проведения испытаний были изготовлены образцы композитов на основе биоразлагаемой полимерной композиции по примерам 1-4 в соответствии с ГОСТ 33693.
Испытание на предел прочности на растяжение проводилось с помощью разрывной машины JLTTC LDS-5L. Скорость перемещения подвижного захвата составляла 50 мм/мин.
Испытание композитов на предел прочности на изгиб проводилось с помощью универсальной разрывной машины ZwickZ010. Скорость испытания составляла 2 мм/мин.
Для определения ударной вязкости композитов использовался маятниковый копер GT- 7045-MDL с энергией удара 5,5 J, скоростью маятника 3,46 м/с и углом падения 150°.
Определение показателя текучести расплавов композитов проводилось по ГОСТ 11645-73 «Пластмассы. Метод определения текучести расплава термопластов» на экструзионном пластометре GT - 7100 - MIB.
Были проведены исследования водопоглощения биоразлагаемой полимерной композиции по заявляемому объекту и прототипу. В результате сравнения полученных данных было выявлено, что водопоглощение биоразлагаемой полимерной композиции полученной по заявляемому способу ниже в 1,5-2,5 раза*.
Данные по составу биоразлагаемой полимерной композиции, полученной по заявляемому объекту и прототипу, свойства биоразлагаемой полимерной композиции, свойства компаунда на основе биоразлагаемой полимерной композиции по заявляемому объекту и прототипу приведены в таблице 1.
Как видно из примеров конкретного выполнения, способ получения биоразлагаемой полимерной композиции прост, предел прочности на растяжение композита на основе биоразлагаемой полимерной композиции по заявляемому объекту выше в 1,5 раза, предел прочности на изгиб выше в 4 раза по сравнению с прототипом.
Биоразлагаемая полимерная композиция обладает ударной вязкостью на уровне прототипа. Водопоглощение биоразлагаемой полимерной композиции меньше по сравнению с прототипом в 1,5-2,5 раза.
Кроме того, биоразлагаемая полимерная композиция обладает высокой скоростью течения расплава, что улучшает технологичность композиции.
Использование при получении заявляемой композиции дешевого древесного наполнителя в количестве 50 мас. %, позволяет сэкономить дорогой полимер - полилактид.
Способ получения биоразлагаемой полимерной композиции, включающий смешение полилактида с древесно-измельченным наполнителем, отличающийся тем, что в качестве древесного наполнителя используют древесную муку с размером частиц 0,1-0,25 мм, обработанную при температуре 200-240°С в среде инертного газа, а затем ультрафиолетовым облучением в течение 30 мин при интенсивности обработки 30-180 Дж/см2, смешение полилактида с древесно-измельченным наполнителем ведут при температуре 180°С, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| полилактид | 50 |
| указанный древесный наполнитель | 50 |
