PL246566B1

PL246566B1 - Sposób wytwarzania hybrydowej membrany do zastosowań w ogrodnictwie i rolnictwie, włókninową metodą pneumotermiczną

Info

Publication number: PL246566B1
Application number: PL442079A
Authority: PL
Inventors: Karolina Chmielewska-Pruska; Michał PUCHALSKI; Michał Puchalski; Izabella KRUCIŃSKA; Izabella Krucińska; Grzegorz Szparaga
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 2022-08-24
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2025-02-10
Also published as: PL442079A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytarzania hybrydowej membrany do zastosowań w ogrodnictwie i rolnictwie, z tworzywa na bazie polibursztynianu butylenu, włókninowa metodą pneumotermiczną z wykorzystaniem wytłaczarki jedno- lub dwuślimakowej, który charakteryzuje się tym, że jako tworzywo, z którego wytwarza się membranę stosuje się biopochodny polibursztynianu butylenu lub jego mieszaninę z polilaktydem dodanym w ilości 5% - 90%. Granulat polimerowy suszy się w temperaturze nie przekraczającej 130°C w czasie do 7 godzin, poddaje topieniu i uplastycznieniu w strefach wytłaczarki o temperaturach: 140°C - 170°C, 140°C - 190°C, 140°C - 200°C, 170°C - 230°C, 170°C - 230°C, 170°C - 250°C, wytłacza z prędkością 10 — 80 obrotów/minutę, rozdmuchuje się w postaci włókien powietrzem o temperaturze 190°C — 260°C przepływającym z natężeniem 30 — 60 Nm<sup>3</sup>/godzinę z głowicy wytłaczarki o temperaturze 190°C — 250°C i odbiera na bęben lub transporter usytuowany w odległości 10 — 50 cm od głowicy wytłaczarki.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytarzania hybrydowej membrany do zastosowań w ogrodnictwie i rolnictwie, włókninową technologią pneumotermiczną.

W celu uniezależniania upraw owoców i warzyw od warunków pogodowych oraz polepszenia jakości wyrobów, rolnicy korzystają z folii, agrowłóknin i osłon szklarniowych. Z uwagi na rosnącą ekoświadomość, tradycyjne polimery stosowane do tych celów, powoli są wypierane przez produkty ochrony roślin wykonane z materiałów biodegradowalnych lub kompostowalnych. Uwagę zwracają liczne publikacje dotyczące rozwiązań ekologicznych, nie tylko z surowców naturalnych, jak celuloza, skrobia, chitozan, alginiany, ale także z biotworzyw czyli polimerów syntetycznych pozyskiwanych ze źródeł odnawialnych, takich jak polilaktyd (PLA), polihydroksyalkanian (PHA) czy polibursztynian butylenu (PBS) oraz ich mieszanek (czasopisma: Polimery, 64 (7-8), 2020, 480-486, International Journal of Molecular Sciences,10, 2009, 3722-3742).

Badania i wdrożone technologie wykorzystujące polibursztynian butylenu przez lata opierały się na polimerze o nazwie handlowej Bionolle, który pozyskiwany był ze źródeł konwencjonalnych - z ropy naftowej (czasopismo Polymer Degradation and Stability. 59, 1998, 209-214, opis patentowy JP H570572). Jego zaletą była zdolność do kompostowania i biodegradacji, ale producent tego tworzywa zaprzestał jego produkcji.

Obecnie na rynku pojawił się nowy typ tworzywa na bazie polimeru PBS, bioPBS czyli biopochodny polibursztynianu butylenu produkcji Mithsubishi (opis zgłoszenia patentowego WO2010034711A1).

Z opisu zgłoszenia patentowego CN108265394A znana jest metoda pneumotermiczna (ang. melt-blown) wytwarzania biodegradowalnych włóknin z polibursztynianu butylenu. Pierwszym etapem tej metody jest suszenie granulatu polimerowego w temperaturze 60°C przez 24 godziny, co zapewnia zawartość wody w granulacie na poziomie 0,2%. Temperatury procesu są następujące: w strefie podawania granulatu 120-150°C, w strefie topnienia i uplastyczniania 140-220°C, na głowicy 150-240°C, temperatura powietrza 200-280°C, prędkość obrotów ślimaka to 10-70 obr./min przy ciśnieniu 0,150,4 MPa. Pojedyncze włókna odbierane są na odbieralnik ustawiony w odległości 40-120 cm. Zmiany parametrów technologicznych w wymienionych zakresach mają wpływ na grubość włókien oraz porowatość otrzymanej włókniny. Z opisu zgłoszenia patentowego CN101775705A jest znana metoda pneumotermiczna wytwarzania biodegradowalnej włókniny z kopolimeru polibursztynianu butylenu i tereftalanu (PBST). Rozwiązanie to charakteryzują różne warunki prowadzania procesu - temperatury w poszczególnych obszarach wynoszą kolejno: 170-190°C, 230-270°C, 260-290°C, 265-290°C,

265-290°C, temperatura powietrza 260-290°C. Wysokie ciśnienie 0,1-0,35 MPa wydłuża włókna odbierane na odbieralniku oddalonym o 200-400 mm.

W opisie patentowym PL 221076B1 ujawniono modyfikowaną biodegradowalną agrowłókninę, którą stanowi włóknina z polimeru biodegradowalnego, jak poliester alifatyczny, polikwas L-mlekowy czy kopoliester alifatyczno-aromatyczny, pokryta jedno- lub dwustronnie mleczanem chitozanu o naniesieniu nie mniejszym niż 0,5% wagowego, korzystnie 1,0%-3,0% wagowych, masie powierzchniowej 20-200 g/m², korzystnie 25-100 g/m² i wytrzymałości mierzonej siłami zrywającymi wzdłużna/poprzeczna nie mniejszymi niż 5 N/4 N - 31,3 N/23 N, korzystnie od 9 N/8 N do 40 N/30 N.

Znana jest także, z opisu zgłoszenia patentowego P.436214, wielowarstwowa folia biodegradowalna zawierająca co najmniej cztery warstwy, z czego co najmniej jedna z nich jest funkcjonalna. Warstwy niefunkcjonalne są z PLA, PHA, polihydroksymaślan (PHB) lub PBS, natomiast warstwy funkcjonalne charakteryzują się dodatkiem organicznym (lignina, ligninosulfonian lub nawóz, obornik, biowęgiel) lub nieorganicznym (kreda, dolomit, mika, mączka bazaltowa lub węglan wapnia) w ilości wagowej 0,2-70%. Grubość takiej folii jest równa 0,01-0,5 mm.

Sposób wytarzania hybrydowej membrany do zastosowań w ogrodnictwie i rolnictwie, z tworzywa na bazie polibursztynianu butylenu, włókninową metodą pneumotermiczną z wykorzystaniem wytłaczarki dwuślimakowej, polegający na suszeniu granulatu polimeru, następnie wprowadzeniu wysuszonego granulatu polimerowego do wytłaczarki, w której poddaje się go topieniu i uplastycznianiu, a następnie wytłaczaniu z rozdmuchem z głowicy wytłaczarki, w postaci włókien, które odprowadza się na odbieralnik usytuowany w określonej odległości od głowicy wytłaczarki, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako tworzywo, z którego wytwarza się membranę stosuje się mieszaninę biopochodnego polibursztynianu butylenu z polilaktydem dodanym w ilości 25% wagowych, przy czym granulat polimerowy suszy się w temperaturze 80°C w czasie 5 godzin, poddaje topieniu i uplastycznieniu w kolejnych siedmiu strefach grzewczych wytłaczarki, o temperaturach: 160°C, 190°C, 200°C, 200°C, 210°C, 210°C , 220°C i wytłacza z prędkością

PL 246566 Β1 obrotów/minutę, po czym rozdmuchuje się w postaci włókien powietrzem o temperaturze 220°C przepływającym z natężeniem 50 Nm³/godzinę z głowicy wytłaczarki o temperaturze 220°C i odbiera na bęben lub transporter usytuowany w odległości 20 cm od głowicy wytłaczarki.

Materiał wytworzony sposobem według wynalazku charakteryzuje się masą powierzchniową w zakresie ponad 50 g/m² i grubością ponad 0,50 mm w zależności od parametrów technologicznych, a także dwustrukturową budową powierzchni, którego powierzchnia z jednej strony jest rozwinięta i typowa dla włóknin (średnia chropowatość ponad 15 μητ), a z drugiej strony gładka jak folia (średnia chropowatość około 2,0 μητ). Przepuszczalność powietrza czy paroprzepuszczalność zależą od parametrów technologicznych i są zróżnicowane, zwłaszcza odległością odbiornika od głowicy formującej. Membrana hybrydowa, będąca włóknino-folią, otrzymana sposobem według wynalazku, może znaleźć zastosowanie do ściółkowania roślin, czy też jako materiał na porowate doniczki do rozsad.

Sposób według wynalazku ilustruje poniższy przykład z powołaniem się na rysunek przedstawiający zdjęcie morfologii powierzchni membrany otrzymane w przykładzie, wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym (zdjęcia SEM); lewa strona zdjęcia przedstawia morfologię gładkiej powierzchni membrany (typowej dla folii), zaś prawa strona morfologię chropowatej powierzchni membrany (typowej dla włókniny).

Przykład

Hybrydową membranę wytworzono z granulatu mieszanki bioPBS z polilaktydu (PLA) zmieszanych w stosunku wagowym 75%:25%, wysuszonego w temperaturze 80°C w czasie 5 godzin, na wytłaczarce dwuślimakowej typ EH-16D firmy Zamak Mercator, stosując parametry podane w poniższej tablicy 1.

Tablica 1

Temperatura stref wytłaczarki (°C)	Temperatura	Natężęnie przepływu powietrza (Nm³/h)	Prędkość wytłaczarki (obr/ min)	Odległość odbiornika bębnowego (cm)
głowicy (°C)	powietrza (’C)
S1	S2	S3	34	S5	36	S7
		W	N)	N)		N)
O)	LO	o	O			NJ	220	220	50	50	20
o	O	o	O	O	O	Φ

Membrana otrzymana przy zastosowaniu parametrów podanych w tablicy 1 charakteryzowała się parametrami technologicznymi podanymi w poniższej tablicy 2.

Tablica 2

	Strona gładka	Strona chropowata
Transmisja pary, MVTR	1121	1184
Współczynnik tarcia	0,389	0,244
Średnia chropowatość (pm)	1,95	15,28
Przepuszczalność powietrza (l/n? -s)	1025	1078
Masa powierzchniowa (g/m*)		53,5
Grubość d (mm)		0,53

Claims

1. Sposób wytarzania hybrydowej membrany do zastosowań w ogrodnictwie i rolnictwie, z tworzywa na bazie polibursztynianu butylenu, włókninową metodą pneumotermiczną z wykorzystaniem wytłaczarki dwuślimakowej, polegający na suszeniu granulatu polimeru, następnie wprowadzeniu wysuszonego granulatu polimerowego do wytłaczarki, w której poddaje się go topieniu i uplastycznianiu, a następnie wytłaczaniu z rozdmuchem z głowicy wytłaczarki, w postaci włókien, które odprowadza się na odbieralnik usytuowany w określonej odległości od głowicy wytłaczarki, znamienny tym, że jako tworzywo, z którego wytwarza się membranę stosuje się mieszaninę biopochodnego polibursztynianu butylenu z polilaktydem dodanym w ilości 25% wagowych, przy czym granulat polimerowy suszy się w temperaturze 80°C w czasie 5 godzin, poddaje topieniu i uplastycznieniu w kolejnych siedmiu strefach grzewczych wytłaczarki, o temperaturach: 160°C, 190°C, 200°C, 200°C, 210°C, 210°C , 220°C i wytłacza z prędkością 50 obrotów/minutę, po czym rozdmuchuje się w postaci włókien powietrzem o temperaturze 220°C przepływającym z natężeniem 50 Nm³/godzinę z głowicy wytłaczarki o temperaturze 220°C i odbiera na bęben lub transporter usytuowany w odległości 20 cm od głowicy wytłaczarki.