Композитный полимерный материал
COMPOSITE POLYMER MATERIAL

Изобретение относится к композитным полимерным материалам и может быть использовано, преимущественно, для изготовления дополнительного слоя в основной полимерной конструкции упаковки в виде соэкструзионного слоя для придания ей дополнительных защитных свойств, таких как жиростойкойсть, защищенность от ультрафиолетового (УФ) излучения и снижает необходимость применения в упаковке алюминия, ПВХ и ПЭТ.
Известен слоистый тонкостенный декоративный материал, включающий основу, декоративный слой и слой термореактивной смолы между ними, при этом основа выполнена из обработанного аттипиреном древесного шпона [RU 2023593, В32В 33/00, 30.11.1994].
Недостатком этого технического решения является относительно низкая прочность.
а
Известно также техническое решение [RU 2738378 С2, C08K 3/26, 11.12.2020], в котором предложено при изготовлении упаковок пищевых продуктов использовать карбонат кальция в качестве добавки для композиции, которая содержит, по меньшей мере, один отличный от целлюлозы полимер, причем, карбонат кальция используют в виде частиц карбоната кальция, покрытых композицией, которая, в каждом случае в расчете на ее общую массу, включает смесь по меньшей мере 0,1 мас. %, по меньшей мере, одного связывающего кальций комплексообразователя и/или, по меньшей мере, одного сопряженного основания, которое представляет собой соль слабой кислоты с щелочным металлом или кальцием, совместно с по меньшей мере 0,1 мас. %, по меньшей мере, одной слабой кислоты, причем слабая кислота имеет значение рК, измеренное при 25°С, менее 4,0, при этом, в качестве указанного полимера используют, по меньшей мере, один резорбируемый полимер.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая безопасность применения для пищевых продуктов, вызванная использованием кислоты.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является композитный листовой материал для изготовления пищевой упаковки методом термоформования [RU 2343097 C1, B65D 65/40, 10.01.2009], включающий лист из аморфного термопластичного материала, выполненного прозрачным с тонированием или без тонирования, одна сторона которого является лицевой и предназначена для контакта с пищевым продуктом, а другая сторона является тыльной и на ней с адгезией к ней расположен своей лицевой стороной слой одно- или многоцветного декоративного материала, выполненного из термопластичных красок, в качестве которых, по крайней мере на части площади этого слоя использованы светопропускающие краски, при этом слой декоративного материала выполнен либо сплошным по поверхности упомянутого листа, либо с окнами, а на тыльной стороне слоя декоративного материала, а также на тыльной стороне упомянутого листа в местах расположения упомянутых окон в случае выполнения слоя декоративного материала с окнами, расположен с соответствующей адгезией сплошной слой алюминия.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая экологичность, вызванная тем, что известный листовой материал не может быть полностью вторично переработан, а также его относительно низкая механическая и химическая прочность, в частности, для возможности использования в диапазоне рабочих температур от -80°С до +80°С.
Задача, решаемая в изобретении, направлена на разработку полимерного композитного материала, используемого, преимущественно, в качестве дополнительного слоя в основной полимерной конструкции упаковки в виде соэкструзионного слоя для придания ей дополнительных защитных свойств и высоких механической и химической прочности для обеспечения использования в диапазоне рабочих температур от -80°С до +80°С.
Требуемый технический результат заключается в повышении экологичности, защитных свойств и механической и химической прочности композитного материала.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, композитный материал содержит компоненты со следующим составом, % мас.:
ПНД 293-285 (ПВД 15803-020, полиолефины)
34
Полипропилен
7
Химически осажденный мел
23
Микротальк
13
Волостанит
5
Стекловолокно
5
УФ-стабилизатор
4
Антиоксидант
4
Каучук
3
Антимикробная добавка
2
Изготавливается и применяется композитный материал следующим образом.
Изобретение относится к полимерным композитным материалам с особыми свойствами, используемым, в частности, в качестве добавки в основную полимерную конструкцию упаковки в виде соэкструзионного слоя для придания дополнительных защитных свойств упаковке, таких как жиростойкойсть, УФ стойкость, а при наличии в упаковке высокобарьерного слоя сополимера EVOH и слоя полиамида исключает применение алюминия, ПВХ, ПЭТ.
Композитный материал содержит компоненты со следующим составом, % мас.:
ПНД 293-285 (ПВД 15803-020, полиолефины)
34
Полипропилен
7
Химически осажденный мел
23
Микротальк
13
Волостанит
5
Стекловолокно
5
УФ-стабилизатор
4
Антиоксидант
4
Каучук
3
Антимикробная добавка
2
Материал изготавливается путем компаундирования на основе двухшнековой экструзия (ДШЭ). В технологическом процессе производства применяется двухшнековый экструдер TEK75MHS-L/D52-2V-2SF-AC350 компании SM PLATEK CO., LTD. (Южная Корея). Производственный процесс представляет собой последовательное вмешивание компонентов в расплав полимера. Температурный режим варьирует от 250°С до 210°С при применении ПВД 15803-020. В случае если полимерной основой является иная марка полиэтилена, то температурный режим подбирается в соответствии с этим материалом.
Использование отдельных элементов в составе композитного материала обеспечивает его необходимые свойства, в частности, основной полимер выбирается в зависимости от задач, стоящих перед применением конечного материала, например, полипропилен обеспечивает улучшение прочностных характеристик материала на разрыв, химически осажденный мел применяется как основной наполнитель и обеспечивает жесткость материала и его жиростойкость, микротальк применяется для устойчивости материала к кислотным и щелочным средам, волостанит и стекловолокно переменяются в качестве армирующих добавок, УФ-стабилизатор применен для предотвращения деградации материала от УФ излучения, антиоксидант применен для замедления окисление полимеров и их деструкции, каучук предназначен для придания пластичности материалу при температурах ниже -20°С.
Предложенный композитный материал применяется, по крайней мере, двумя способами.
В виде отдельного слоя в соэкструзионных многослойных пленках в объеме от 10 до 30%%. Объем применения в таком виде определяется исходя из конечных задач, которые будет решать итоговый гибкий полимерный материал. В данном случае имеется возможность корректировать свойства итогового гибкого полимерного материала за счет изменения как структуры самого, например, путем изменения % мас содержания компонентов материала в зависимости от требований. Например, если необходимо достичь более низких рабочих температур можно повысить массовую долю каучука с 3% до 5% при уменьшаем массовую долю другого компонентов, например, вываренного мела на 2%. Применение материала в таком варианте позволяет снизить толщины по сравнению с классическими пленочными материалами до 25%. Кроме того, наличие слоя такого материала в многослойных пленочных высокобарьерных материалах позволяет исключить применение алюминия и вторично переработать разнородный полимерный материал. Высоко барьерные полимерные гибкие материалы с слоем предложенного материала приобретают дополнительные защитные и барьерные свойства - жиростойкость, УФ стойкость и барьерность, стойкость к миграции спиртов, стойкость к агрессивным щелочным средам.
Ниже представлен состав пленки на основе предложенного композитного материала для упаковки автохимических жидкостей, в частности для упаковки зимних спиртосодержащих стеклоомывателей.
При данном составе пленочного материал обеспечиваются защитные свойства сопоставимые с защитными свойствами полимерных материалов на основе алюминиевой фольги и ПЭТ. В частности данный состав применен в производстве упаковки типа Дой-пак для автохимических жидкостей - спиртосодержащие стеклоомывающие жидкости, толщина пленки в среднем 230 мкм, объем расфасовки - 5 литров.
Кроме того, материал может быть использован в виде добавки СКП в однослойные гибкие полимерные материалы. В таком варианте материал может быть использован при производстве полипропиленовых материалов типа полипропиленовый шпагат и полипропиленовые крепежные ремни).
В результате исследований установлено, что полимерный материал СпироН-био, добавленный к полипропиленам, не оказывает существенного влияния на механические свойства изделий, изготовленных с его использованием (в том числе обвязочных лент). Содержания СпироН-био в составе полипропилена можно безусловно применять до уровня 20%. Наблюдаемое снижение предела прочности на разрыв на уровне от 0,9% (при добавке 10% СпироН-био) до -4,6% (при добавлении 20% СпироН-био) 4% не будет дискредитировать изготовленные из него обвязочные ленты, в частности, установлено, что одновременно увеличивается модуль упругости материала на 10,4% (для образцов с добавкой 10% СпироН-био) и 12,8% (для образцов с добавкой 20% СпироН-био), что улучшает как его жесткость, так и прочность на изгиб.
Также многократная обработка полипропилена оцениваемой добавкой не вызывает изменения прочностных свойств более чем на 3,9%, что позволяет сделать вывод, что даже утилизация возможных отходов производства не нарушит процесс экструзии обвязочных лент и не ухудшит их функциональные свойства и характеристики.
По результатам испытаний, была доказана правомерность использования СпироН-био для полипропилена (до 10-20% содержания) в производстве обвязочных лент без существенного ухудшения прочности на разрыв (на 0,9-4,6%) и при этом со значительным улучшением их жесткости (на 10,4-12,8%). Это эффективно при производстве стяжных ремней из полипропилена, так как гарантирует более надежную защиту перевозимого товара.
Таким образом, применение СпироН-био в качестве добавки позволяет увеличить срок эксплуатации конечных изделий и их надежность.
Основная цель применения материала в производстве гибких полимерных упаковках, а также литьевых конструкциях - снизить объем применения пластиков в упаковке, сделать упаковку 100% вторично перерабатываемой, снизить стоимость разработки новых материалов за счет возможности корректировки конечных свойств итоговых полимерных материалов.
Таким образом, при использовании предложенного материала достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении его экологичности, защитных свойств и механической и химической прочности.