ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ ФОРМОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ РАСПЛАВА
POLYMERIC COMPOSITION FOR MOULDING BIODEGRADABLE ARTICLES FORM MOLTEN MASS

Изобретение относится к получению пластических масс на основе производственных и бытовых отходов полиэтилена, применяемых в производстве различных термоформованных изделий, пленок, используемых для народного хозяйства (коррексы для цветочной и овощной рассады, пленка для мульчирования и уничтожения сорняков с эффектом прогревания) и пр.
В тяжелой экологической ситуации, сложившейся в мире, использование биологически разрушаемых полимерных материалов для получения изделий массового потребления является основным направлением сокращения количества твердого мусора, т.к. будет обеспечивать их быстрое разложение под действием климатических факторов и микроорганизмов.
Одним из возможных направлений получения биологически разрушаемых материалов является модификация традиционных полимеров. Сочетание синтетического полимера с природным активным наполнителем может придавать материалу новый набор свойств.
Такие материалы представляют собой наполненные системы, где в качестве активного наполнителя используется крахмал. Известны низко- и высоконаполненные крахмальные композиции. Наиболее важным качеством этих композиций является их способность к деструкции под действием природных факторов окружающей среды: света, тепла, микроорганизмов. Известен биологически разрушаемый упаковочный материал на основе крахмала (Франция, 2691467, кл. 5 С08J 5/18, В65D 1/10, 65/46, С08L 3/20).
В последнее время появилось значительное количество патентов и научных публикаций, содержащих информацию об использовании крахмалов в качестве наполнителей для придания полимерным композициям биологической разрушаемости
(патент США 5248702, С08J 9/12, опубл. Т.1154, №4;
патент США 5208267, С08J 9/02, 9/12, опубл. 03.05.2004 том 1150, №1,
патент RU 2095379, опубл. 30.06.98;
патент RU 2180670, опубл. 06.01.2000;
патент RU 2174132, опубл. 23.06.2000;
патент 1338405 ЕПВ, МЛК В29С 67/24. С08J 5/06, опубл. 27.08 2003;
патент США 6054510, МПК7 С08L 63/00, опубл. 25.04.2000).
Фирмой Archer Daniels Midland, США, разработан концентрат марки PolyClean на основе полиэтилена для получения биоразлагаемых пленок. Концентрат содержит 40% крахмала и окисляемую добавку; количество крахмала в конечном продукте равно 5…6%. Недостатком такой композиции является то, что биологическому разрушению в ней подвергается только крахмальная составляющая.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является композиция по патенту РФ №2180670:
Крахмал
100
Продукт сополиконденсации капролактама,
адипиновой кислоты
и гексаметилендиамина
1…10
Глицерин
20
Вода
20
Двуокись титана
20
Ультрамарин
0,008
Получение композиции по прототип требует использования пластификатора (водно-глицериновой смеси).
При наличии в композиции воды технологическая схема переработки требует дополнительного узла дегазации, увеличивающего энергозатраты.
Предлагаемое решение упрощает технологию изготовления термопласта за счет исключения использования жидких компонентов, значительно уменьшает стоимость готового изделия, т.к. сырьем для термопласта служат отходы полиэтилена (производственные и бытовые).
Кроме того, способствует охране окружающей среды, т.к. отходы не утилизируются, а вновь используются для изготовления различных изделий.
Задача изобретения - создание термопластичной композиции с использованием биоразлагаемого наполнителя (отходов сахарной промышленности), изделия из которой разрушаются под действием света, влаги и микрофлоры почвы.
Это достигается тем, что биологически разрушаемая термопластичная композиция для изделий согласно изобретению содержит отходы полиэтилена (60…89 мас.%), биоразлагаемый наполнитель, в качестве которого используют отходы сахарной промышленности - жом свекловичный (10…30 мас.%) и бентонит (1…10 мас.%).
Согласно изобретению в качестве биоразлагаемого наполнителя, стимулирующего процесс биологического разрушения конечных изделий, изготовленных из отходов полиэтилена, используется жом свекловичный в количестве 10…30 мас.%.
Используемый для наполнения жом свекловичный (изрезанная в стружку нерастворимая обессахаренная масса свеклы) имеет следующие характеристики:
- пектиновых веществ 50%;
- целлюлозы и гемицеллюлозы 47%;
- белка 2%;
-золы 1%;
- массовая доля влаги, %, не более 14,0;
- массовая доля сырого протеина, %, не менее 7,0.
Технологическая добавка выбиралась по принципу необходимости создания гомогенной системы. Бентонит используют как диспергатор - вещество, облегчающее равномерное распределение компонентов в полимерной матрице при смешении (Технология переработки пластических масс и эластомеров в производстве полимерных пленочных материалов и искусственной кожи. Г.П.Андрианова, К.Л.Полякова, Ю.С.Матвеев, М., «Колос С», 2008 г., 367 с.).
В качестве полимерного связующего использовались отходы полиэтилена производственные и бытовые, имеющие следующие показатели: частицы (крошка) разного цвета без механических примесей, количество посторонних включений не более 10%, массовая доля влаги не более 2%.
Такая композиция обладает реологическими характеристиками, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для переработки на традиционном для пластмасс оборудовании (экструдер, термопластавтомат).
Изделия из предлагаемой композиции обладают заданными эксплуатационными характеристиками, в том числе биологической разрушаемостью.
Выбор оптимальных соотношений полимера и наполнителя обусловлен теоретическим пределом наполнения, который определяется силой взаимодействия на границе раздела фаз.
Согласно изобретению оптимальным является соотношение «свекловичный жом - отходы полиэтилена» (10-30:60:89). Предлагаемая композиция изготавливается следующим образом.
Пример 1
30 массовых частей свекловичного жома смешивают с 60 массовыми частями отходов полиэтилена и 10 массовыми частями бентонита в скоростном турбосмесителе в течение 5 минут. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации. Температура расплава на выходе 140-160°С. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 4-6 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой изготавливают пленку или лист, из которого формуют изделия различных типоразмеров, а на термопластавтомате - различную тару.
Пример 2
Приготовление композиции по примеру 1. Количество свекловичного жома 10 мас.%. Отходов полиэтилена 89 мас.%, бентонита 1 мас.%.
Пример 3
Приготовление композиции по примеру 1. Количество свекловичного жома 20 мас.%, отходов полиэтилена 70 мас.%, бентонита 10 мас.%.
Состав композиций по примерам приведены в таблице 1. В примерах даны их оптимальные количества.
В таблице 2 приведены методы определения свойств, обеспечивающих задачу изобретения.
Таблица 2
№№ п/п
Наименование показаний
Методы испытаний
1.
Показатель текучести расплава композиции (ПТР) при температуре 120°С, г/10 мин
ГОСТ 11645-73
2.
Температура переработки композиции, °С
ГОСТ 11645-73
3.
Водопоглощение, % за 24 ч
ГОСТ 4650-80
4.
Микробиологическая устойчивость
ГОСТ 9.053-75
ГОСТ 9.049-91