PL213969B1 - Korpus do zniczy, naturalnie degradowalny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest korpus do zniczy, naturalnie degradowalny, przy czym korpus, stanowiący nośną i osłonową obudowę jest przeznaczony korzystnie do zniczy nagrobkowych, wyposażonych w świecę z knotem w środku.

Dostępne na rynku, w ogromnych ilościach, korpusy do zniczy wykonane z polimerów termoplastycznych, po ich jednokrotnym użyciu, wyrzucane są jako śmieci, stanowiąc uciążliwy dla środowiska odpad, który ulega rozkładowi dopiero po okresie kilkuset lat składowania. Detale te nie nadają się do mechanicznego recyklingu z powodu ich znacznego zanieczyszczenia.

Ze względu na olbrzymią produkcję korpusów do zniczy, potrzebne są na rynku tanie kompozycje polimerowe, posiadające z jednej strony wymagane właściwości użytkowe - mechaniczne i termiczne, a z drugiej strony właściwości ekologiczne umożliwiające całkowity, szybki rozkład po okresie użytkowania.

Potrzebna jest również technologia modyfikacji powszechnie stosowanych polimerów, do zastosowań w produkcji korpusów do zniczy w celu ich degradowalności, umożliwiająca wykorzystanie dostępnych maszyn wtryskowych i wytłaczających.

Na rynku znane są polimery biodegradowalne, stosowane w przemyśle opakowaniowym i medycynie. Są to jednak polimery drogie i niemożliwe do zastosowania, ze względów technicznych i ekonomicznych, do produkcji korpusów do zniczy.

Znane są również kompaundy polimerowe ulegające biodegradacji, bazujące na powszechnie stosowanych tworzywach, do których wprowadzone zostały substancje ulegające biodegradacji takie jak skrobia, pochodne kwasu mlekowego, pochodne celulozy oraz wyselekcjonowane z kwasów tłuszczowych substancje podlegające utlenianiu. Wyroby opakowaniowe wykonane z takich kompaundów podlegają biodegradacji ale tylko częściowo, w zakresie dodatków, które są w pełni biodegradowalne. Materiały te nie są przydatne do produkcji korpusów do zniczy ze względu na nieodpowiednie właściwości termiczne i mechaniczne.

Z międzynarodowej publikacji patentowej nr WO 92/11298 A1 znana jest termoplastyczna kompozycja, która jest degradowalna pod wpływem działania ciepła, światła ultrafioletowego i /lub światła słonecznego i która składa się z termoplastycznych olefinowych polimerów obejmujących polietylen, kopolimery etylenu, polipropylen, polistyren oraz poliuretan charakteryzująca się tym że kompozycja zawiera następujące dodatki przyspieszające degradację: związek metalu przejściowego pierwszego szeregu, który jest rozpuszczalny w kompozycji i który działa jako inicjator i promotor dalszej degradacji, związek metalu przejściowego drugiego szeregu, który działa jako katalizator ze związkiem metalu przejściowego pierwszego szeregu zastosowany do przyspieszenia tej degradacji; oraz aromatyczny keton. Korzystnie związek metalu przejściowego pierwszego szeregu jest stearynianem żelaza, obecnym w kompozycji w ilości od około 0,1% wagowego do około 0,5% wagowego, związek metalu przejściowego drugiego szeregu jest stearynianem miedzi, obecnym w kompozycji w ilości od około 0,005% wagowego do około 0,1% wagowego, zaś keton aromatyczny jest benzofenonem, który jest obecny w kompozycji w ilości od około 0,01% wagowego do około 0,2% wagowego.

Z opisu patentowego US 4931488 A znane są termoplastyczne kompozycje polimerowe, do których wprowadzone zostały biologicznie degradujące się substancje, takie jak skrobia, związki żelaza, utleniające się substancje z grona kwasów tłuszczowych i/lub estry kwasów tłuszczowych oraz metale przejściowe. Te kompozycje wykazują zdolności biodegradacji i fotodegradacji kiedy wystawione są na działanie ciepła, światła ultrafioletowego, światła słonecznego, lub na warunki kompostowania. Dzisiaj wymaga się przeważnie aby kompozycje tworzywowe były tylko fotodegradowalne. W związku z tym, zastosowanie kompozycji takich jakie są ujawnione w opisie patentowym US 4931488 A może być niekorzystne. Komponent w postaci skrobi staje się niepotrzebny kiedy biodegradacja nie jest wymagana. Skrobia może powodować to, że produkt staje się wrażliwy na wzrost wilgoci podczas procesu produkcyjnego i zmniejsza zdolność fotodegradacji. Dlatego pożądane jest aby kompozycja tworzywowa posiadająca wymagane właściwości tworzywa termoplastycznego, dodatkowo szybko ulegała degradacji, kiedy wystawiona jest na światło słoneczne i/lub ultrafiolet.

Z kolei z opisu patentowego nr EP 437662 A1 znany jest znicz nagrobkowy z korpusem na świecę. Część cylindryczna korpusu jest wykonana z laminatu złożonego licząc od wewnątrz korpusu z kartonu, ozdobnej warstwy kolorowej lub nadruku, kleju i polipropylenu, zaś część dolna korpusu jest z laminatu zawierającego licząc od wewnątrz z warstwy polietylenu, aluminium, kleju, tektury i polietylenu. Zasadnicze warstwy laminatu są z tektury lub kartonu, przez co korpus znicza może być łatwo

PL 213 969 B1 degradowany poprzez kompostowanie lub spalenie. Tworzywa sztuczne używane są jedynie w postaci cienkiej powłoki mechanicznej, łączącej elementy korpusu oraz powłoki uszczelniającej, chroniącej od deszczu i wilgoci z ziemi.

Celem wynalazku jest opracowanie korpusu do zniczy, naturalnie degradowanego, przy czym korpus powinien charakteryzować się odpowiednimi dla zniczy właściwościami użytkowymi: mechanicznymi, termicznymi i optycznymi a ponadto ulegać szybkiemu, samoistnemu rozkładowi po okresie użytkowania na nieszkodliwe dla środowiska produkty.

Korpus do zniczy, naturalnie degradowalny, stanowiący nośną i osłonową obudowę, mieszczącą źródło światła, korzystnie w postaci świecy z knotem, przy czym korpus jest z materiału na bazie polipropylenu albo homopolimeru albo kopolimeru, zawierającego co najmniej trzy substancje aktywne rozproszone w bazowym polimerze, które to substancje aktywne są w postaci pierwszego kompleksu metalu przejściowego, rozpraszalnego w polimerze oraz działającego jako inicjator i promotor dalszej degradacji, drugiego kompleksu metalu przejściowego, działającego jako katalizator współpracujący z pierwszym kompleksem metalu przejściowego oraz aromatycznego ketonu działającego jako promotor fotodegradacji, przy czym pierwszy kompleks metalu przejściowego substancji aktywnych jest w postaci związku metalu wybranego ze zbioru Ti, V. Cr, Mn. Fe, Co, Ni, Zn z kwasem organicznym jedno- lub dwukarboksylowym, zawierającym w cząsteczce od 10 do 20 węgli, drugi kompleks metalu przejściowego substancji aktywnych jest korzystnie w postaci stearynianu miedzi, zaś aromatyczny keton substancji aktywnych jest korzystnie w postaci benzofenonu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że materiał korpusu zawiera w swoim składzie minimum cztery substancje aktywne wpływające na degradowalność polimeru, przy czym jako substancję aktywną zawiera ester kwasu tłuszczowego, posiadający dwa lub więcej podwójnych wiązań i wykazujący zdolność reakcji pod wpływem tlenu, korzystnie oleinian gliceryny.

Korzystnym jest, jeżeli ilość pierwszego kompleksu metalu przejściowego substancji aktywnych wynosi od 0,05 do 5% wagowych, korzystnie 1% wagowy, a ilość drugiego kompleksu metalu przejściowego substancji aktywnych wynosi od 0,005 do 1% wagowy, korzystnie 0,03% wagowych, zaś ilość aromatycznego ketonu substancji aktywnych wynosi korzystnie okuto 0,1% wagowych, a ponadto ilość estru kwasu tłuszczowego substancji aktywnych wynosi od 0,5 do 5% wagowych, korzystnie 1% wagowy.

Dalsze korzyści są uzyskiwane jeśli bazowy polimer jest w postaci polipropylenu o wysokiej krystaliczności i szybkości płynięcia od 35 do 100 g/10 min, korzystnie 50 g/10 min, korpus jest w postaci jednoczęściowej wypraski albo wytłoczki, a ponadto grubość ścianki korpusu wynosi od 0,3 do 0,8 mm.

Zastosowanie czwartej substancji aktywnej w postaci estru kwasu tłuszczowego, posiadającego dwa lub więcej podwójnych wiązań i wykazującego zdolność reakcji pod wpływem tlenu, korzystnie oleinianu gliceryny, obok trzech znanych substancji aktywnych w postaci pierwszego kompleksu metalu przejściowego, drugiego kompleksu metalu przejściowego i aromatycznego ketonu sprawiło, że korpus według wynalazku charakteryzuje się odpowiednimi właściwościami użytkowymi: mechanicznymi, termicznymi i optycznymi, ulegając szybkiemu, samoistnemu rozkładowi po okresie użytkowania na nieszkodliwe dla środowiska produkty, takie jak dwutlenek węgla i woda, przy czym korpus jest naturalnie degrado walny, to znaczy ulega degradacji, w zależności od warunków kompostowania, w czasie jego wystawienia na działanie naturalnych czynników środowiskowych, takich jak ciepło, światło UV, tlen, światło słoneczne i naprężenia mechaniczne. Ponadto dzięki wynalazkowi uzyskano polepszenie warunków przetwarzania tworzywa przy wytwarzaniu korpusów do zniczy, przy wtryskiwaniu lub wytłaczaniu z rozdmuchiwaniem.

Korpus jest wykonany ze standardowego polimeru termoplastycznego - polipropylenu lub jego kopolimerów, poprzez zastosowanie technologii wtryskiwania lub wytłaczania z rozdmuchiwaniem. Właściwości degradowalności nadawane są bazowemu polimerowi poprzez wprowadzenie, w procesie jego uplastycznienia, chemicznych substancji aktywnych, które pod wpływem światła słonecznego, ciepła lub tlenu inicjują reakcję rozkładu bazowego polimeru. Substancjami aktywnymi, czyniącymi korpus oxobiodegradowalnym, wprowadzanymi do matrycy polimerowej w procesie uplastycznienia są kompleksy dwóch metali przejściowych, aromatyczny keton oraz ester kwasu tłuszczowego, posiadającego podwójne wiązania. Rozproszenie substancji aktywnych w matrycy surowego polimeru odbywa się w układzie plastyfikującym wtryskarki albo wytłaczarki, wyposażonym w strefę intensywnego mieszania stopu na ślimaku oraz zespół mikserów statycznych w dyszy wtryskowej. Zastosowanie takich elementów układu plastyfikującego, znacząco zwiększa warunki ścinania, obniża lepkość polimeru

PL 213 969 B1 oraz ułatwia proces dyspergowania. Dobra dyspersja substancji aktywnych w bazie polimerowej jest podstawowym warunkiem kontrolowanego rozkładu polimeru w okresie poużytkowym.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładach wykonania korpus.

Korpus do zniczy, naturalnie degradowalny, stanowi nośną i osłonową obudowę, wewnątrz której jest umieszczona świeca z knotem w środku, przy czym korpus jest wykonany z polipropylenu, zawierającego chemiczne substancje aktywne rozproszone w bazowym polimerze.

Substancje aktywne są w postaci pierwszego kompleksu metalu przejściowego, rozpraszalnego w polimerze oraz działającego jako inicjator i promotor dalszej degradacji, drugiego kompleksu metalu przejściowego, działającego jako katalizator współpracujący z pierwszym kompleksem metalu przejściowego, aromatycznego ketonu działającego jako promotor fotodegradacji oraz estru kwasu tłuszczowego, posiadającego dwa lub więcej podwójnych wiązań i wykazującego zdolność reakcji pod wpływem tlenu. Pierwszy kompleks metalu przejściowego substancji aktywnych jest w postaci związku metalu wybranego ze zbioru Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn z kwasem organicznym jedno lub dwukarboksylowym, zawierającym w cząsteczce od 10 do 20 węgli, a jego ilość wynosi 1% wagowy. Drugi kompleks metalu przejściowego substancji aktywnych jest w postaci stearynianu miedzi, a jego ilość wynosi 0,03% wagowych. Aromatyczny keton substancji aktywnych jest w postaci benzofenonu, a jego ilość wynosi 0,1% wagowy. Ester kwasu tłuszczowego substancji aktywnych jest w postaci oleinianu gliceryny, a jego ilość wynosi 1% wagowy. Korpus jest wykonany z polipropylenu o wysokiej krystaliczności i szybkości płynięcia 50 g/10 min, w postaci jednoczęściowej wypraski, zaś grubość ścianki korpusu wynosi około 0,65 mm.

Korpus jest wytwarzany z materiału na bazie polipropylenu, zawierającego chemiczne substancje aktywne rozproszone w bazowym polimerze, a ponadto jest wtryskiwany na wtryskarce. Substancje aktywne wprowadza się do bazowego polimeru proporcjonalnie do udziału wagowego na etapie przygotowania termoplastycznego surowca w postaci homogenicznej przedmieszki, a następnie te substancje aktywne dysperguje się w matrycy polimerowej bazowego polimeru w układzie plastyflkującym wtryskarki, wyposażonej w strefy intensywnego mieszania na ślimaku i w dyszy.

Korpusy do zniczy wykonywane z polipropylenu zgodnie z wynalazkiem posiadają właściwości degradowalności pod wpływem ciepła, światła słonecznego i tlenu. Chemiczne substancje aktywne, które są wprowadzone do polimeru w procesie jego uplastycznienia, stanowiącego surowiec do produkcji korpusów do zniczy odpowiedzialne są za następujące działania:

- jeden z metali przejściowych działa jako inicjator rozkładu polimeru, który równocześnie aktywizuje dalszą degradację,

- drugi z metali przejściowych działa jako katalizator w mieszaninie z pierwszym metalem, zwiększając szybkość degradacji,

- aromatyczny keton wykazuje znaczny synergiczny wpływ na degradację polimeru pod wpływem światła,

- estry kwasów tłuszczowych wykazują znaczną aktywność w kontakcie z tlenem atmosferycznym.

Substancje aktywne, wprowadzone do bazowego polimeru w procesie jego uplastycznienia, ulegają pod wpływem światła słonecznego lub ciepła rozkładowi, tworząc wolne rodniki posiadające zdolność rozrywania wiązań pomiędzy węglami w łańcuchach polimeru bazowego, w wyniku czego następuje degradacja jego ciężaru cząsteczkowego, a następnie utrata właściwości mechanicznych. Korpus staje się, po pewnym okresie składowania na wysypisku, słaby, kruchy i rozpada się na drobne cząstki.

Korpusu według wynalazku umożliwia uzyskanie dodatkowych korzyści polegających na tym, że poprzez kontrolę wprowadzania ilości substancji aktywnych można kontrolować czas degradacji korpusów, zabezpieczając jednocześnie wymagane właściwości w okresie użytkowania. Ponadto korpusy według wynalazku stanowią wytwory, które w procesie degradacji nie wymagają zużycia energii, a produkty degradacji nie stanowią zagrożenia dla środowiska.

Wynalazek znajduje zastosowanie przy wytwarzaniu zniczy, zwłaszcza nagrobkowych.

Claims (8)

1. Korpus do zniczy, naturalnie degradowalny, stanowiący nośną i osłonową obudowę, mieszczącą źródło światła, korzystnie w postaci świecy z knotem, przy czym korpus jest z materiału na bazie polipropylenu albo homopolimeru albo kopolimeru, zawierającego co najmniej trzy substancje aktywne

PL 213 969 B1 rozproszone w bazowym polimerze, które to substancje aktywne są w postaci pierwszego kompleksu metalu przejściowego, rozpraszalnego w polimerze oraz działającego jako inicjator i promotor dalszej degradacji, drugiego kompleksu metalu przejściowego, działającego jako katalizator współpracujący z pierwszym kompleksem metalu przejściowego oraz aromatycznego ketonu działającego jako promotor fotodegradacji, przy czym pierwszy kompleks metalu przejściowego substancji aktywnych jest w postaci związku metalu wybranego ze zbioru Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn z kwasem organicznym jedno- lub dwukarboksylowym, zawierającym w cząsteczce od 10 do 20 węgli, drugi kompleks metalu przejściowego substancji aktywnych jest korzystnie w postaci stearynianu miedzi, zaś aromatyczny keton substancji aktywnych jest korzystnie w postaci benzofenonu, znamienny tym, że materiał korpusu zawiera w swoim składzie minimum cztery substancje aktywne wpływające na degradowalność polimeru, przy czym jako substancję aktywną zawiera ester kwasu tłuszczowego, posiadający dwa lub więcej podwójnych wiązań i wykazujący zdolność reakcji pod wpływem tlenu, korzystnie oleinian gliceryny.

2. Korpus według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość pierwszego kompleksu metal u przejściowego substancji aktywnych wynosi od 0,05 do 5% wagowych, korzystnie 1% wagowy.

3. Korpus według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ilość drugiego kompleksu metalu przejściowego substancji aktywnych wynosi od 0,005 do 1% wagowy, korzystnie 0,03% wagowych.

4. Korpus według zastrz. 1-3, znamienny tym, że ilość aromatycznego ketonu substancji aktywnych wynosi korzystnie 0,1% wagowych.

5. Korpus według zastrz. 1- 4, znamienny tym, że ilość estru kwasu tłuszczowego substancji aktywnych wynosi od 0,5 do 5% wagowych, korzystnie 1% wagowy.

6. Korpus według zastrz. 1-5, znamienny tym, że bazowy polimer jest w postaci polipropylenu o wysokiej krystaliczności i szybkości płynięcia od 35 do 100 g/10 min, korzystnie 50 g/10 min.

7. Korpus według zastrz. 1-6, znamienny tym, że jest w postaci jednoczęściowej wypraski albo wytłoczki.

8. Korpus według zastrz. 1-7, znamienny tym, że grubość ścianki korpusu wynosi od 0,3 do

0,8 mm.