PL246151B1

PL246151B1 - Sposób wytwarzania folii biodegradowalnej

Info

Publication number: PL246151B1
Application number: PL443302A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Klepka; Aneta Tor-Świątek; Tomasz Garbacz
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2022-12-29
Filing date: 2022-12-29
Publication date: 2024-12-09
Also published as: PL443302A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania folii biodegradowalnej, który polega na tym, że do mieszalnika planetarnego wprowadza się tworzywo biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych w ilości od 46% do 69% wagowych. Następnie dodaje się wysuszone i rozdrobione włókno roślinne o długości od 0,3 do 0,5 mm w ilości od 15% do 20% wagowych, wermikulit ekspandowany w ilości od 2% do 5% wagowych, glicerynę bezwodną w ilości od 4% do 8% wagowych i alkohol etylowowinylowy w ilości od 2% do 6% wagowych. Całość miesza się mieszadłem planetarnym z prędkością 35 obr/min i jednocześnie nagrzewa się za pomocą grzałek patronowych umieszczonych w korpusie cylindra mieszalnika planetarnego do temperatury 40°C w czasie 20 min, po czym mieszaninę podaje się do leja zasypowego układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej, posiadającej cztery strefy grzejne. Jednocześnie do leja zasypowego układu uplastyczniającego z dozownika grawimetrycznego wprowadza się wodorowęglan sodu w ilości od 5% do 18% wagowych. Następnie nagrzewa się mieszaninę w strefie pierwszej do temperatury 160°C, w strefie drugiej do temperatury 170°C, w strefie trzeciej do temperatury 180°C, a w strefie czwartej do temperatury 190°C i wytłacza się mieszaninę przez głowicę wytłaczarską krzyżową z jedną strefą grzejną o temperaturze 200°C przy obrotach ślimaka 2,8 s<sup>-1</sup>. Następnie przez otwór kanału wewnątrz głowicy wytłaczarskiej krzyżowej wprowadza się do wytłoczyny sprężone powietrze i prowadzi się rękaw folii biodegradowalnej do układu odbierającego z zespołem walców odciągowych. Jednocześnie zespołem czterech dysz powietrzno-napylających zamocowanych co 90° na korpusie głowicy wytłaczarskiej krzyżowej napyla się równomiernie powierzchnię zewnętrzną folii biodegradowalnej w strumieniu powietrza proszkiem z włókien karbonizowanych. Następnie nawija się folię biodegradowalną na walec odbierający z prędkością 40 obr/min.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania folii biodegradowalnej w procesie wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym.

Homogenizacja cieplna w układzie uplastyczniającym jednoślimakowym wtryskarki lub wytłaczarki jest znana z podręcznika R. Sikory pt. „Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych” wydanego przez Wydawnictwo Edukacyjne Żak w Warszawie w 1993 r. W podręczniku opisano procesy wytwarzania kompozycji polimerowych oraz wytłaczania swobodnego folii wykonywanych z tworzyw, do których wprowadza się w ilości od 10-20% różnego rodzaju napełniacze, środki oraz składniki dodatkowe. W efekcie tego procesu w określonym układzie narzędziowym otrzymuje się wytwór o znanej strukturze jako wypraskę wtryskową lub wytłoczynę w postaci kształtownika, pręta, rury lub folii.

Znany jest z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US20020014717A1 sposób wytwarzania folii termoplastycznej w procesie wytłaczania folii z rozdmuchiwaniem, który obejmuje wytłaczanie stopionego polimeru termoplastycznego przez głowice rurową, gdzie podczas procesu gdy wytłoczyna wychodzi z dyszy głowicy, nanosi się na wewnętrzną jej powierzchnię roztwór wodny, rozpuszczalnego w wodzie eteru polisacharydowego, po rozdmuchu i wytworzeniu rurowej folii uzyskuje się na jej powierzchni wewnętrznej powłokę z rozpuszczalnego w wodzie eteru polisacharydowego.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO1997023350A1 znana jest folia polimerowa składająca się z co najmniej jednej warstwy polimeru termoplastycznego mającego na sobie warstwę dyspersji wypełniacza w postaci cząstek w środku dyspergującym, który to środek dyspergujący składa się z lepiszcza lub go zawiera. Dyspersja może tworzyć warstwę zewnętrzną lub warstwę wewnętrzną folii. Takie folie mają dobre właściwości barierowe dla tlenu i innych gazów i są szczególnie przydatne do kiszenia substancji roślinnych, takich jak siano i słoma. Jeżeli środek dyspergujący jest migrujący i/lub lotny, może umożliwiać zwiększenie stężanie dyspersji.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP0598048A1 znana jest biodegradowalna folia termoplastyczna zawierająca polimer alkanoilowy, zdestrukturyzowaną skrobię i kopolimer etylenu. Folię można rozciągać, co pozwala na zwiększenie przepuszczalności gazów a poprzez to zwiększa się jej biodegradowalność.

Znana jest z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP2826624A1 wielowarstwowa folia stretch, zawierająca co najmniej jedną warstwę rdzenia i dwie warstwy zewnętrzne, umieszczone warstwowo, przy czym warstwa rdzenia zawiera węglan wapnia w ilości od 0,1 do 10% wagowo całkowitej masy wielowarstwowej folii stretch. Wielowarstwowa folia stretch ma właściwości odpowiednie do stosowania w rolnictwie i przemyśle i może być wytwarzana stosunkowo niskim kosztem.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO2008006199A1 barwiona folia termoplastyczna zawierającą jeden lub więcej wypełniaczy mineralnych w ilości skutecznej do zapobiegania lub zmniejszania występowania przebarwień, gdy folia jest rozciągana i/lub do zapobiegania lub zmniejszania utraty właściwości mechanicznych, takich jak elastyczność, rozciągliwość, odporność na rozdarcie lub odporność na przebicie. Opisano także sposób i kompozycję do wytwarzania takich folii. Według wynalazku folie tego typu są przydatne do pakowania przemysłowego, zwłaszcza w automatycznych maszynach do pakowania, ale mogą być także stosowane do owijania dowolnego produktu przeznaczonego do transportu lub długotrwałego przechowywania.

Znana jest z europejskiego opisu patentowego nr EP2649117B1 elastyczna folia z kompozycji termoplastycznej, zawierająca co najmniej jeden polimer skrobiowy, stanowiący od 1% wag. do 30% wag. polimeru zawartość folii oraz co najmniej jeden polimer elastomerowy, stanowiący od 30% wag. do 95% wag. zawartości polimeru w folii i co najmniej jeden plastyfikator stanowiący od 0,1% wag. do 30% wag. folii. Stosunek wagowy elastomeru polimerów do polimerów skrobiowych w folii wynosi od 1 do 10. Elastyczna folia wykazuje wydłużenie w kierunku maszynowym i kierunku poprzecznym do maszyny 250% lub więcej, przy czym polimer elastomerowy zawiera elastomer olefinowy mający gęstość od 0,85 do 0,89 g/cm³ oraz kopolimer etylen/a-olefina katalizowany metalocenem.

Celem wynalazku jest otrzymanie folii o zwiększonych właściwościach biodegradowalnych i polepszonych cechach higroskopijnych.

Istotą sposobu wytwarzania folii biodegradowalnej w procesie wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym z zastosowaniem wytłaczarki jednoślimakowej i głowicy wytłaczarskiej krzyżowej z kanałem do podawania powietrza do rozdmuchu z zespołem czterech dysz powietrzno-napylających, układu odbierającego rękaw folii rurowej z zespołem walców odciągowych i walca odbierającego i dozownika grawimetrycznego, według wynalazku, jest to, że do mieszalnika planetarnego wprowadza się tworzywo biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych w ilości od 46% do 69% wagowych. Następnie dodaje się wysuszone i rozdrobione włókno roślinne o długości od 0,3 do 0,5 mm w ilości od 15% do 20% wagowych, wermikulit ekspandowany w ilości od 2% do 5% wagowych, glicerynę bezwodną w ilości od 4% do 8% wagowych i alkohol etylowowinylowy w ilości od 2% do 6% wagowych. Następnie całość miesza się mieszadłem planetarnym z prędkością 35 obr/min i jednocześnie nagrzewa się za pomocą grzałek patronowych umieszczonych w korpusie cylindra mieszalnika planetarnego do temperatury 40°C w czasie 20 min. Następnie mieszaninę podaje się do leja zasypowego układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej posiadającej cztery strefy grzejne i jednocześnie do leja zasypowego układu uplastyczniającego z dozownika grawimetrycznego wprowadza się wodorowęglan sodu w ilości od 5% do 18% wagowych, po czym nagrzewa się mieszaninę w strefie pierwszej do temperatury 160°C, w strefie drugiej do temperatury 170°C, w strefie trzeciej do temperatury 180°C, a w strefie czwartej do temperatury 190°C i wytłacza się mieszaninę przez głowicę wytłaczarską krzyżową z jedną strefą grzejną o temperaturze 200°C przy obrotach ślimaka 2,8 s^-1. Następnie przez otwór kanału wewnątrz głowicy wytłaczarskiej krzyżowej wprowadza się do wytłoczyny sprężone powietrze i prowadzi się rękaw folii biodegradowalnej do układu odbierającego z zespołem walców odciągowych. Jednocześnie zespołem czterech dysz powietrzno-napylających zamocowanych co 90° na korpusie głowicy wytłaczarskiej krzyżowej, napyla się równomiernie powierzchnię zewnętrzną folii biodegradowalnej w strumieniu powietrza proszkiem z włókien karbonizowanych, a następnie nawija się folię biodegradowalną na walec odbierający z prędkością 40 obr/min.

Korzystnie jest, gdy do mieszalnika planetarnego wprowadza się tworzywo biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych w ilości 62% wagowych, po czym dodaje się wysuszone i rozdrobione włókno roślinne w ilości 17% wagowych, wermikulit ekspandowany w ilości 3% wagowych, glicerynę bezwodną w ilości 5% wagowych i alkohol etylowowinylowy w ilości 3% wagowych, a do leja zasypowego układu uplastyczniającego z dozownika grawimetrycznego wprowadza się wodorowęglan sodu w ilości 10% wagowych.

Opcjonalnie tworzywem biodegradowalnym z grupy poliestrów alifatycznych jest mieszanina 50% wagowych polikwasu mlekowego i 50% wagowych polikaprolaktonu albo mieszanina 50% wagowych polikwasu mlekowego i 50% wagowych poliglikolidu albo skrobia termoplastyczna.

Opcjonalnie włóknem roślinnym jest włókno konopne albo włókno lniane albo włókno z łodyg rzepaku.

Opcjonalnie włóknem karbonizowanym jest włókno konopne albo włókno lniane albo włókno z łodyg rzepaku.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że umożliwia wytworzenie folii biodegradowalnej o małej masie i zwiększonej wytrzymałości w kierunku wytłaczania. Dodatek włókien roślinnych zwiększa wytrzymałość w kierunku wzdłużnym, a poprzez dodatek wermikulitu ekspandowanego folia posiada polepszone cechy wchłaniania wilgoci, co jest przydatne do długotrwałej osłony obiektów zawiniętych w tego rodzaju folie. Ponadto, proszek naniesiony przy wyjściu wytłoczyny z głowicy wytłaczarskiej w strumieniu powietrza łączy się adhezyjne z warstwą wytłoczyny, co pozwala na uzyskanie warstwy aktywnej przyspieszającej inicjację procesu biodegradacji lub kompostownia. Folia wytworzona sposobem według wynalazku znajduje zastosowanie w wyrobach opakowaniowych, torbach na zakupy czy workach na odpady. Wykorzystanie materiałów odnawialnych do wytworzenia folii i wykorzystanie naturalnego węgla z karbonizowanych włókien pozwala na zmniejszenie ilości dwutlenku węgla poprzez usunięcie go z atmosfery.

Przykład 1

Folia biodegradowalna w postaci rękawa została wykonana w procesie wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym z zastosowaniem wytłaczarki jednoślimakowej i głowicy wytłaczarskiej krzyżowej z kanałem do podawania powietrza do rozdmuchu z zespołem czterech dysz powietrzno-napylających, układu odbierającego rękaw folii rurowej z zespołem walców odciągowych i walca odbierającego i dozownika grawimetrycznego. Do mieszalnika planetarnego wprowadzono tworzywo biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych w ilości 62% wagowych. Tworzywem biodegradowalnym z grupy poliestrów alifatycznych była mieszanina 50% wagowych polikwasu mlekowego BioBatch 1852 firmy TechnoCompound dystrybuowanego w Europie przez firmę Resinex o wartości MFR 4,5 g/10 min i gęstości 1,24 g/cm³ w postaci proszku oraz 50% wagowych polikaprolaktonu 440752 firmy Merck Life Science Sp. z.o.o. w postaci płatków. Następnie dodano wysuszone w temperaturze 60°C w czasie 8 godzin włókno roślinne pochodzące z rozdrobnionych łodyg konopi siewnych o długości 0,3 mm w ilości 17% wagowych, wermikulit ekspandowany produkowany przez firmę Veremeko z frakcji micron o wielkości

0,3 mm w ilości 3% wagowych, glicerynę bezwodną cz.d.a. firmy Stanlab w ilości 5% wagowych i alkohol etylowowinylowy firmy Chem Distribution mający 44% molowych etylenu w ilości 3% wagowych. Następnie całość mieszano mieszadłem planetarnym z prędkością 35 obr/min i jednocześnie nagrzewano za pomocą grzałek patronowych umieszczonych w korpusie cylindra mieszalnika planetarnego do temperatury 40°C w czasie 20 min. Mieszaninę po wymieszaniu i podgrzaniu podano do leja zasypowego układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej posiadającej cztery strefy grzejne i jednocześnie do leja zasypowego układu uplastyczniającego z dozownika grawimetrycznego wprowadzono wodorowęglan sodu firmy Chemikolor o pH 8 w ilości 10% wagowych, po czym nagrzano mieszaninę w strefie pierwszej do temperatury 160°C, w strefie drugiej do temperatury 170°C, w strefie trzeciej do temperatury 180°C, a w strefie czwartej do temperatury 190°C i wytłaczano mieszaninę przez głowicę wytłaczarską krzyżową z jedną strefą grzejną o temperaturze 200°C przy obrotach ślimaka 2,8 s^-1. Następnie przez otwór kanału wewnątrz głowicy wytłaczarskiej krzyżowej wprowadzono do wytłoczyny sprężone powietrze i prowadzono rękaw folii biodegradowalnej do układu odbierającego z zespołem walców odciągowych. Jednocześnie zespołem czterech dysz powietrzno-napylających zamocowanych co 90° na korpusie głowicy wytłaczarskiej krzyżowej napylano równomiernie powierzchnię zewnętrzną folii biodegradowalnej w strumieniu powietrza proszkiem z włókien karbonizowanych pochodzących z łodyg konopi siewnych po procesie pirolizy prowadzonej w temperaturze 460°C w atmosferze azotu, a następnie nawijano folię biodegradowalną na walec odbierający z prędkością 40 obr/min.

Otrzymano folię o właściwościach biodegradowalnych i o właściwościach higroskopijnych o wytrzymałości w kierunku wzdłużnym 18 MPa mającą postać rękawa o szerokości 400 mm i grubości 0,65 mm.

Przykład 2

Sposób wytwarzania folii biodegradowalnej przebiegał jak w pierwszym przykładzie wykonania z tym, że do mieszalnika planetarnego wprowadzono tworzywo biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych w postaci proszku w ilości 46% wagowych, którym była mieszanina 50% wagowych polikwasu mlekowego BioBatch 1852 firmy TechnoCompound dystrybuowanego w Europie przez firmę Resinex o wartości MFR 4,5 g/ 10 min i gęstości 1,24 g/cm³ oraz 50% wagowych poliglikolidu firmy Pol-Aura Odczynniki Chemiczne, następnie dodano wysuszone i rozdrobione włókno roślinne lniane o długości 0,4 mm w ilości 20% wagowych, wermikulit ekspandowany produkowany przez firmę Veremeko z frakcji micron o wielkości 0,4 mm w ilości 2% wagowych, glicerynę bezwodną cz.d.a. firmy Stanlab w ilości 8% wagowych i alkohol etylowowinylowy firmy Chem Distribution mający 44% molowych etylenu w ilości 6% wagowych, a do leja zasypowego układu uplastyczniającego z dozownika grawimetrycznego wprowadzono wodorowęglan sodu firmy Chemikolor o pH 8 w ilości 18% wagowych, po czym napylano na folię biodegradowalną proszek z włókien karbonizowanych pochodzących z lnu po procesie pirolizy prowadzonej w temperaturze 900°C w atmosferze azotu.

Otrzymano folię o właściwościach biodegradowalnych i o właściwościach higroskopijnych o wytrzymałości w kierunku wzdłużnym 14 MPa mającą postać rękawa o szerokości 400 mm i grubości 0,82 mm.

Przykład 3

Sposób wytwarzania folii biodegradowalnej przebiegał jak w pierwszym przykładzie wykonania z tym, że do mieszalnika planetarnego wprowadzono tworzywo biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych w postaci skrobi termoplastycznej firmy Grupa Azoty w Tarnowie w postaci proszku w ilości 69% wagowych, następnie dodano wysuszone i rozdrobione włókno roślinne z łodyg rzepaku o długości 0,25 mm w ilości 15% wagowych, wermikulit ekspandowany produkowany przez firmę Veremeko z frakcji micron o wielkości 0,35 mm w ilości 5% wagowych, glicerynę bezwodną cz.d.a. firmy Stanlab w ilości 4% wagowych i alkohol etyIowowinylowy firmy Chem Distribution mający 44% molowych etylenu w ilości 2% wagowych, a do leja zasypowego układu uplastyczniającego z dozownika grawimetrycznego wprowadzono wodorowęglan sodu firmy Chemikolor o pH 8 w ilości 5% wagowych, po czym napylano na folię biodegradowalną proszek z włókien karbonizowanych pochodzących z łodyg rzepaku po procesie pirolizy prowadzonej w temperaturze 460°C w atmosferze azotu.

Otrzymano folię o właściwościach biodegradowalnych i o właściwościach higroskopijnych oraz wytrzymałości w kierunku wzdłużnym 10 MPa mającą postać rękawa o szerokości 400 mm i grubości 1 mm.

Claims

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Zastrzeżenia patentowe

Sposób wytwarzania folii biodegradowalnej w procesie wytłaczania z rozdmuchiwaniem swobodnym z zastosowaniem wytłaczarki jednoślimakowej i głowicy wytłaczarskiej krzyżowej z kanałem do podawania powietrza do rozdmuchu z zespołem czterech dysz powietrzno-napylających, układu odbierającego rękaw folii rurowej z zespołem walców odciągowych, walca odbierającego, dozownika grawimetrycznego znamienny tym, że do mieszalnika planetarnego wprowadza się tworzywo biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych w ilości od 46% do 69% wagowych, po czym dodaje się wysuszone i rozdrobione włókno roślinne o długości od 0,3 do 0,5 mm w ilości od 15% do 20% wagowych, wermikulit ekspandowany w ilości od 2% do 5% wagowych, glicerynę bezwodną w ilości od 4% do 8% wagowych i alkohol etylowowinylowy w ilości od 2% do 6% wagowych, następnie całość miesza się mieszadłem planetarnym z prędkością 35 obr/min i jednocześnie nagrzewa się za pomocą grzałek patronowych umieszczonych w korpusie cylindra mieszalnika planetarnego do temperatury 40°C w czasie 20 min, po czym mieszaninę podaje się do leja zasypowego układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej posiadającej cztery strefy grzejne i jednocześnie do leja zasypowego układu uplastyczniającego z dozownika grawimetrycznego wprowadza się wodorowęglan sodu w ilości od 5% do 18% wagowych, po czym nagrzewa się mieszaninę w strefie pierwszej do temperatury 160°C, w strefie drugiej do temperatury 170°C, w strefie trzeciej do temperatury 180°C, a w strefie czwartej do temperatury 190°C i wytłacza się mieszaninę przez głowicę wytłaczarską krzyżową, z jedną strefą grzejną o temperaturze 200°C przy obrotach ślimaka 2,8 s^-1, następnie przez otwór kanału wewnątrz głowicy wytłaczarskiej krzyżowej wprowadza się do wytłoczyny sprężone powietrze i prowadzi się rękaw folii biodegradowalnej do układu odbierającego z zespołem walców odciągowych, przy czym jednocześnie zespołem czterech dysz powietrzno-napylających zamocowanych co 90° na korpusie głowicy wytłaczarskiej krzyżowej napyla się równomiernie powierzchnię zewnętrzną folii biodegradowalnej w strumieniu powietrza proszkiem z włókien karbonizowanych, a następnie nawija się folię biodegradowalną na walec odbierający z prędkością 40 obr/min.

Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że do mieszalnika planetarnego wprowadza się tworzywo biodegradowalne z grupy poliestrów alifatycznych w ilości 62% wagowych, po czym dodaje się wysuszone i rozdrobione włókno roślinne w ilości 17% wagowych, wermikulit ekspandowany w ilości 3% wagowych, glicerynę bezwodną w ilości 5% wagowych i alkohol etylowowinylowy w ilości 3% wagowych, a do leja zasypowego układu uplastyczniającego z dozownika grawimetrycznego wprowadza się wodorowęglan sodu w ilości 10% wagowych.

Sposób, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tworzywem biodegradowalnym z grupy poliestrów alifatycznych jest mieszanina 50% wagowych polikwasu mlekowego i 50% wagowych polikaprolaktonu.

Sposób, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tworzywem biodegradowalnym z grupypoliestrów alifatycznych jest mieszanina 50% wagowych polikwasu mlekowego i 50% wagowych poliglikolidu.

Sposób, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tworzywem biodegradowalnym jest skrobia termoplastyczna.

Sposób, według któregokolwiek z zastrz. od jest włókno konopne.

Sposób, według któregokolwiek z zastrz. od jest włókno lniane.

Sposób, według któregokolwiek z zastrz. od jest włókno z łodyg rzepaku.

Sposób, według któregokolwiek z zastrz. od wanym jest włókno konopne.

Sposób, według któregokolwiek z zastrz. od wanym jest włókno lniane.

Sposób, według któregokolwiek z zastrz. od wanym jest włókno z łodyg rzepaku.

do 5, znamienny tym, że włóknem roślinnym do 5, znamienny tym, że włóknem roślinnym do 5, znamienny tym, że włóknem roślinnym do 8, znamienny tym, że włóknem karbonizodo 8, znamienny tym, że włóknem karbonizodo 8, znamienny tym, że włóknem karbonizo-