RU2658415C2 - Method for producing a polymer biodegradable material - Google Patents

Method for producing a polymer biodegradable material Download PDF

Info

Publication number
RU2658415C2
RU2658415C2 RU2016139291A RU2016139291A RU2658415C2 RU 2658415 C2 RU2658415 C2 RU 2658415C2 RU 2016139291 A RU2016139291 A RU 2016139291A RU 2016139291 A RU2016139291 A RU 2016139291A RU 2658415 C2 RU2658415 C2 RU 2658415C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer
montmorillonite
solvent
biodegradable material
organic solvent
Prior art date
Application number
RU2016139291A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016139291A (en
Inventor
Виктор Анатольевич Герасин
Елена Михайловна Харькова
Дмитрий Иванович Менделеев
Евгений Михайлович Антипов
Алексей Андреевич Пирязев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2016139291A priority Critical patent/RU2658415C2/en
Publication of RU2016139291A publication Critical patent/RU2016139291A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2658415C2 publication Critical patent/RU2658415C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02Ingredients treated with inorganic substances
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/16Compositions of unspecified macromolecular compounds the macromolecular compounds being biodegradable
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06Polyethene

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to development of a method for creating a biodegradable material based on a primary or secondary polymeric feedstock and can be used to produce polymer materials capable of accelerated photo-oxidative aging. Process for producing a polymer biodegradable material, characterized in that the sodium form of montmorillonite is suspended in an aqueous solution of an organic solvent, taken in a weight ratio of montmorillonite to the solvent, not more than 15% per unit weight of the solvent, and left until completely swollen to form a gelatinous mass into which a salt of a variable valence metal is added under vigorous stirring in an amount calculated from the cation exchange capacity of the clay necessary to completely replace the exchange cations with variable valence metals, after stirring, the resulting mass is left to settle before precipitation, the resulting precipitate is first washed with distilled water, and then with an aqueous solution of an organic solvent until the products of the cation exchange reaction are completely removed, the resulting precipitate is dried in a freeze-dried to constant weight, then the resulting semifinished product containing the extrusion decomposition activator is introduced into the melt of polyethylene or ethylene/vinyl acetate copolymer at a rate of 2 to 5% by weight to form a biodegradable material.
EFFECT: technical result is increase in the rate of photooxidative decomposition of LDPE as the primary act of polymer biodegradation.
11 cl, 3 tbl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к разработке способа создания биодеградируемого материала на базе первичного или вторичного полимерного сырья и может быть использовано для получения полимерных материалов, способных к ускоренному фотоокислительному старению.The invention relates to the development of a method of creating a biodegradable material based on primary or secondary polymer raw materials and can be used to produce polymer materials capable of accelerated photo-oxidative aging.

Уровень техникиState of the art

Известны способы получения композиционных материалов на основе полимера с введенными глинистыми добавками, однако все они отличаются от предложенного отсутствием введения активаторов разложения (патенты RU №2577359, РН №22015000398, РН №22015000397, CN №201510336823, CN №201510265440, CN №104231319, CN №105199489).Known methods for producing composite materials based on a polymer with added clay additives, however, they all differ from that proposed by the absence of the introduction of decomposition activators (patents RU No. 2577359, PH No. 22015000398, PH No. 22015000397, CN No. 201510336823, CN No. 201510265440, CN No. 104231319, CN No. 105199489).

Недостатком таких способов является невозможность использования предлагаемых нанонаполнителей в качестве активатора разложения, так как авторы патентов ставили своими целями не получение биоразлагаемого материала, а создание композитов с повышенными механическими свойствами.The disadvantage of these methods is the impossibility of using the proposed nanofillers as an activator of decomposition, since the authors of the patents did not set their goals on obtaining biodegradable material, but on creating composites with enhanced mechanical properties.

Выявлен ряд патентов, где используемый монтмориллонит предварительно модифицируют ПАВ для увеличения степени сродства между наноглиной и полимерной основой в целях обеспечения интеркаляции наполнителя в полимерном материале (RU 2344066, RU 2344067, RU 2380316, RU 2424797, RU 2440392).A number of patents have been identified where montmorillonite used is pre-modified with surfactants to increase the degree of affinity between the nanoclay and the polymer base in order to ensure the intercalation of the filler in the polymer material (RU 2344066, RU 2344067, RU 2380316, RU 2424797, RU 2440392).

Выявлен ряд патентов, где описан способ подготовки нанонаполнителя к внедрению в полимерную матрицу (RU 2344066, RU 2344067, RU 2380316, RU 2424797, RU 2440392).A number of patents have been identified that describe a method for preparing a nanofiller for incorporation into a polymer matrix (RU 2344066, RU 2344067, RU 2380316, RU 2424797, RU 2440392).

Однако не выявлено патентов, где тонкодисперсный глинистый материал - монтмориллонит, модифицированный активными веществами, используют в качестве нанонаполнителя способного активировать процессы разложения полимера.However, no patents have been identified where the finely dispersed clay material, montmorillonite, modified with active substances, is used as a nanofiller capable of activating polymer decomposition processes.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения ингибитора деструкции, который заключается в том, что слоистый минерал на основе монтмориллонита (бентонит - Na+ формы) обогащают ионами натрия (Na+) путем обработки и выдержке в 5-20% водном растворе натрия хлористого, с последующей промывкой деионизованной водой, с сушкой с получением полуфабриката. Полученный полуфабрикат подвергают интеркалированию при использовании 0,3-20% водных растворов неорганических солей металлов магния, скандия, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля, меди, цинка, серебра, олова, свинца, церия или их комбинаций. После обогащения и интеркалирования сушку осуществляют при температуре не более 110°С (RU 2440392).Closest to the claimed is a method of obtaining a breakdown inhibitor, which consists in the fact that the layered mineral based on montmorillonite (bentonite - Na + forms) is enriched with sodium ions (Na +) by treatment and exposure to 5-20% aqueous solution of sodium chloride, followed by washing deionized water, with drying to obtain a semi-finished product. The resulting semi-finished product is subjected to intercalation using 0.3-20% aqueous solutions of inorganic salts of the metals magnesium, scandium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, silver, tin, lead, cerium, or combinations thereof. After enrichment and intercalation, drying is carried out at a temperature of not more than 110 ° C (RU 2440392).

В предложенном способе модификации полимерных материалов производят путем смешивания полученного нанонаполнителя с жидкими реактопластам или жидкими пластизолями поливинилхлорида. Процесс смешивания полимерного материала и ингибитора осуществляют с использованием ультразвука при мощности 20-75 Вт/см2, частотой 20-50 кГц, в течение 3-10 минут, а перед отверждением полимерной композиции ее вакуумируют до полного удаления газообразных продуктов, при смешивании используют 0,5-5,0 мас. % ингибитора деструкции на массу полимерного материала. В полученных композиционных материалах нанонаполнитель на основе нанодисперсии монтмориллонита, интеркалированного ионами металла выполняет функцию ингибитора деструкции. Описанным способом невозможно получить биодеградируемый полимерный материал.In the proposed method, the modification of polymeric materials is carried out by mixing the obtained nanofiller with liquid thermosets or liquid polyvinyl chloride plastisols. The process of mixing the polymer material and the inhibitor is carried out using ultrasound at a power of 20-75 W / cm 2 , a frequency of 20-50 kHz, for 3-10 minutes, and before curing the polymer composition, it is evacuated until the gaseous products are completely removed, using 0 5-5.0 wt. % inhibitor of destruction on the weight of the polymer material. In the obtained composite materials, a nanofiller based on nanodispersion of montmorillonite intercalated by metal ions acts as a destruction inhibitor. It is impossible to obtain a biodegradable polymer material by the described method.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является получение биодеградируемых полимерных материалов, способных к фотоокислительному старению. Техническим результатом - получение полимерных материалов, способных к ускоренному фотоокислительному старению (первой стадией биодеструкции полимеров), по сравнению с исходными полимерами.The objective of the invention is to obtain biodegradable polymeric materials capable of photo-oxidative aging. The technical result is the production of polymeric materials capable of accelerated photo-oxidative aging (the first stage of biodegradation of polymers), compared with the original polymers.

Указанный технический результат достигается заявляемым способом получения полимерного биодеградируемого материала, путем введения в полимер нанонаполнителя с нанесенным активатором разложения, в котором в качестве активатора разложения используют монтмориллонит, с катионами металлов переменной валентности, внедренными в межплоскостные пространства глины.The specified technical result is achieved by the claimed method for producing a polymer biodegradable material, by introducing a nanofiller with a decomposition activator into the polymer, in which montmorillonite is used as the decomposition activator, with cations of metals of variable valency embedded in the interplanar spaces of the clay.

Заявляемый способ получения полимерного биодеградируемого материала заключается в том, что натриевую форму монтмориллонита суспендируют в водном растворе органического растворителя, взятом в массовом отношении монтмориллонита к растворителю не более 15% на единицу массы растворителя, и оставляют до полного набухания с образованием гелеобразной массы, в которую при интенсивном перемешивании добавляют соль металла переменной валентности в количестве, рассчитанном исходя из емкости катионного обмена глины, необходимой для полного замещения обменных катионов металлами переменной валентности, после перемешивания полученную массу оставляют отстаиваться до выпадения осадка, полученный осадок сначала промывают дистиллированной водой, а затем водным раствором органического растворителя до полного удаления продуктов реакции катионного обмена, полученный осадок высушивают в лиофильной сушке до постоянного веса, затем полученный полуфабрикат, содержащий активатор разложения методом экструдирования, вводят в расплав полимера (термоэластопласта) из расчета от 2 до 10% мас. с образованием биодеградируемого материала.The inventive method for producing a polymer biodegradable material is that the sodium form of montmorillonite is suspended in an aqueous solution of an organic solvent, taken in a mass ratio of montmorillonite to a solvent of not more than 15% per unit mass of solvent, and left until complete swelling with the formation of a gel-like mass into which with vigorous stirring, add a salt of a metal of variable valency in an amount calculated on the basis of the cationic exchange capacity of clay necessary for complete replacement After exchanging the cations with metals of variable valency, after stirring the resulting mass is left to settle until a precipitate precipitates, the precipitate is first washed with distilled water and then with an aqueous solution of an organic solvent until the cation exchange reaction products are completely removed. The resulting precipitate is dried in a freeze dryer to constant weight, then the resulting the semi-finished product containing the decomposition activator by extrusion is introduced into the polymer melt (thermoplastic elastomer) from 2 to 10% wt. . with the formation of biodegradable material.

В качестве водного раствора органического растворителя предпочтительно использовать водно-спиртовую смесь или водно-ацетоновую смесь при содержании воды в смеси от 0,2 до 0,8 объемных долей, при этом в качестве органического растворителя использовать ацетон, диэтилкетон, этиловый и изопропиловый спирты.As an aqueous solution of an organic solvent, it is preferable to use a water-alcohol mixture or a water-acetone mixture with a water content in the mixture of 0.2 to 0.8 volume fractions, while acetone, diethyl ketone, ethyl and isopropyl alcohols are used as an organic solvent.

Добавление соли металла переменной валентности в образовавшуюся гелеобразную массу проводят при интенсивном перемешивании, которое продолжают в течение не менее 3 часов. После перемешивания полученную массу отстаивают в течение не менее 3 часов.The addition of a metal salt of variable valency to the gel-like mass formed is carried out with vigorous stirring, which is continued for at least 3 hours. After mixing, the resulting mass is defended for at least 3 hours.

Полученный осадок промывают дистиллированной водой из расчета не менее 100 мл воды на 2 г монтмориллонита, а водного раствора органического растворителя берут в объемном соотношении к осадку не более чем 1:1.The resulting precipitate is washed with distilled water at the rate of at least 100 ml of water per 2 g of montmorillonite, and an aqueous solution of an organic solvent is taken in a volume ratio of no more than 1: 1 to the precipitate.

Предпочтительно в качестве соли металла переменной валентности использовать хлориды, ацетилацетонаты или сульфаты металлов.Preferably, metal chlorides, acetylacetonates or metal sulfates are used as the metal salt of variable valency.

Предпочтительно в качестве металлов переменной валентности использовать Mn, Ni, Со, Fe, Cu.Preferably, Mn, Ni, Co, Fe, Cu are used as metals of variable valency.

Предпочтительно в качестве полимеров использовать термоэластопласты, а именно полиэтилен, сополимеры винил-ацетата с этиленом.It is preferable to use thermoplastic elastomers as polymers, namely polyethylene, copolymers of vinyl acetate and ethylene.

Дополнительно для равномерного диспергирования активатора разложения в полимере в расплав вводят добавки, в качестве которых предпочтительно использовать сополимеры винил-ацетата с этиленом, малеинизированный этилен с содержанием малеинового адгидрида от 0.3 до 1.5% масс.Additionally, additives are added to the melt to uniformly disperse the decomposition activator in the polymer, for which it is preferable to use copolymers of vinyl acetate with ethylene, maleized ethylene with a maleic acid content of 0.3 to 1.5 wt%.

Достоинство заявляемого способа в том, что он позволяет увеличить содержание металла, обладающего каталитическим эффектом, в наполнителе по сравнению с другими способами введения ионов металлов переменной валентности. Таким образом, общее количество наполнителя в полимере, необходимое для достижения требуемого эффекта, будет снижено.The advantage of the proposed method is that it allows you to increase the content of metal with a catalytic effect in the filler compared with other methods of introducing metal ions of variable valency. Thus, the total amount of filler in the polymer required to achieve the desired effect will be reduced.

Кроме того, замену межплоскостных катионов можно проводить непосредственно при выделении глины из природного сырья, что значительно упрощает получение наполнителя - биодеструктора. Для введения и равномерного диспергирования активатора разложения в полимере в расплав полимера в качестве компатибилайзеров используют специально подобранные добавки.In addition, interplanar cations can be replaced directly when clay is extracted from natural raw materials, which greatly simplifies the preparation of a filler, a biodestructor. For the introduction and uniform dispersion of the decomposition activator in the polymer into the polymer melt, specially selected additives are used as compatibilizers.

Предлагаемое изобретение направлено на придание свойства биорезорбируемости полимерному нанокомпозиту и, таким образом, снижение времени разложения такого материала в природе под воздействием таких внешних факторов, как окисление, облучение ультрафиолетом и влияние микроорганизмов.The present invention is aimed at imparting bioresorbability to a polymer nanocomposite and, thus, reducing the decomposition time of such a material in nature under the influence of external factors such as oxidation, ultraviolet radiation and the influence of microorganisms.

Кроме того, возможно повышение механических свойств благодаря введению наночастиц глины с активатором разложения. Известно, что введение небольшого (порядка 5-15%) количества органомодифицированной глины приводит к увеличению прочности материала.In addition, it is possible to increase the mechanical properties due to the introduction of clay nanoparticles with a decomposition activator. It is known that the introduction of a small (about 5-15%) amount of organically modified clay leads to an increase in the strength of the material.

Способ реализуется путем получения, специально приготовленного нанонаполнителя с нанесенным на его поверхность активатором разложения и введения этого нанонаполнителя методом экструдирования в расплав полимера с применением в качестве компатибилайзеров специально подобранных добавок.The method is implemented by obtaining a specially prepared nanofiller with a decomposition activator deposited on its surface and introducing this nanofiller by extrusion into the polymer melt using specially selected additives as compatibilizers.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 представлены дифрактограммы Na-MMT и синтезированных образцов, где

Figure 00000001
- Na-MMT;
Figure 00000002
- Ni-MMT;
Figure 00000003
- Со-ММТ;
Figure 00000004
- Mn-ММТ; -
Figure 00000005
- Fe-MMT;
Figure 00000006
- NiAcAc-MMT;
Figure 00000007
- Cu-MMT.In FIG. 1 presents the diffraction patterns of Na-MMT and synthesized samples, where
Figure 00000001
- Na-MMT;
Figure 00000002
- Ni-MMT;
Figure 00000003
- Co-MMT;
Figure 00000004
- Mn-MMT; -
Figure 00000005
- Fe-MMT;
Figure 00000006
- NiAcAc-MMT;
Figure 00000007
- Cu-MMT.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Для получения активаторов разложения используют способность натриевого монтмориллонита (Na-MMT) к набуханию и диспергированию на единичные слои в полярных средах. Суспензию натриевого монтмориллонита при интенсивном перемешивании смешивают с солями переменной валентности, при этом происходит процесс замены катионов натрия на металлы переменной валентности. Для переработки натриевого монтмориллонита в активатор разложения соли металлов переменной валентности берут в количестве, позволяющем переводить глинистый минерал из натриевой формы в форму, содержащую соответствующий металл переменной валентности. В качестве солей металлов переменной валентности используют NiCl2×6H2O, CoCl2, FeCl2×6H2O, MnCl2, CuSO4, и Ni(C5H7O2)2 (Ni(AcAc)2).The ability of sodium montmorillonite (Na-MMT) to swell and disperse into single layers in polar media is used to obtain decomposition activators. A suspension of sodium montmorillonite with vigorous stirring is mixed with salts of variable valency, while the process of replacing sodium cations with metals of variable valence. For the processing of sodium montmorillonite into an activator of decomposition of a salt of metals of variable valency, they are taken in an amount that allows the clay mineral to be converted from the sodium form into a form containing the corresponding metal of variable valency. As salts of metals of variable valency, NiCl 2 × 6H 2 O, CoCl 2 , FeCl 2 × 6H 2 O, MnCl 2 , CuSO 4 , and Ni (C 5 H 7 O 2 ) 2 (Ni (AcAc) 2 ) are used.

Для придания комплексному наполнителю - модифицированному монтмориллониту, в котором катионы натрия замещены на катионы других металлов термодинамической совместимости с полиэтиленом высокого давления (ПЭВД), используют технологические добавки - полимерные сомодификаторы с гидрофильными функциональными группами, обладающие фотосенсибилизирующими свойствами. Технологические добавки вводят в композицию непосредственно на этапе смешения активатора разложения с полимером, непосредственно перед процессом экструзии путем перемешивания в бункере в течение не менее получаса. В качестве технологических добавок используют этилен-октеновый сополимер, с привитыми ангидридными и карбоксильными функциональными группами, сополимер этилена и винилацетата.To give a complex filler - modified montmorillonite, in which sodium cations are replaced by cations of other metals with thermodynamic compatibility with high-pressure polyethylene (LDPE), technological additives are used - polymer co-modifiers with hydrophilic functional groups that have photosensitizing properties. Technological additives are introduced into the composition directly at the stage of mixing the decomposition activator with the polymer, immediately before the extrusion process by mixing in the hopper for at least half an hour. As technological additives, an ethylene-octene copolymer with grafted anhydride and carboxyl functional groups, a copolymer of ethylene and vinyl acetate are used.

Предложенный способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Определенное количество алюмосиликата суспендируют в водно-спиртовом растворителе, взятом до набухания в течение 4-6 часов (1 моль на кг глины и концентрация раствора соли 2/0,05=40 мМ). Частицы Na-MMT, диспергированные в водно-спиртовом растворе в процессе взаимодействия с солью металла, образуют гель. При интенсивном перемешивании загружают раствор рассчитанного количества соли металла таким образом, чтобы концентрация металла составляла 1 моль на кг глины (табл. 1). В ходе реакции в водно-спиртовом растворителе наблюдают расслаивание и выпадение осадка (время 3 ч). После отстаивания смеси, сливают маточный раствор, остаток многократно промывают сначала дистиллированной водой, а затем растворителем (этиловый спирт:вода 1:1) до отсутствия Na+ в смывных водах, фильтровали через фильтровальную бумагу и сушили до постоянного веса под вакуумом (отклонения значения массы от постоянного значения не более 0.1% за время кондиционирования).A certain amount of aluminosilicate is suspended in a water-alcohol solvent taken before swelling for 4-6 hours (1 mol per kg of clay and a salt solution concentration of 2 / 0.05 = 40 mm). Particles of Na-MMT dispersed in a water-alcohol solution during the interaction with a metal salt form a gel. With vigorous stirring, a solution of the calculated amount of metal salt is loaded so that the metal concentration is 1 mol per kg of clay (Table 1). During the reaction, delamination and precipitation are observed in a water-alcohol solvent (time 3 hours). After settling the mixture, the mother liquor is drained, the residue is repeatedly washed first with distilled water and then with a solvent (ethyl alcohol: water 1: 1) until Na + is absent in the wash water, filtered through filter paper and dried to constant weight under vacuum (deviations of the mass from constant value of not more than 0.1% during conditioning).

Приведенные ниже примеры конкретного осуществления изобретения приведены для предоставления специалистам в данной области техники полного описания проведения способа по изобретению, и подразумевают, что приведенные примеры не ограничивают предполагаемый авторами объем изобретения.The following examples of a specific embodiment of the invention are provided to provide those skilled in the art with a complete description of the method of the invention, and it is intended that the examples do not limit the scope of the invention that is intended by the authors.

Пример 1.Example 1

2 г алюмосиликата Cloisite Na суспендировали в 150 мл водно-спиртового раствора (объемное соотношение воды к этиловому спирту 1:1). Оставили на 5 часов для набухания. В образовавшийся гель при интенсивном перемешивании загрузили 50 мл водно-спиртового раствора MnCl2 (в таблице 1 приведено массовое содержание соли переходного металла, образец 3) и продолжали перемешивание в течение 3 ч.2 g of Cloisite Na aluminosilicate was suspended in 150 ml of a water-alcohol solution (the volume ratio of water to ethyl alcohol was 1: 1). Left for 5 hours to swell. Into the resulting gel with vigorous stirring, 50 ml of an aqueous-alcoholic solution of MnCl 2 was loaded (Table 1 shows the mass content of the transition metal salt, sample 3) and stirring was continued for 3 hours.

Далее полученную смесь оставили на 3 часа. После отстаивания смеси, слили маточный раствор, остаток промыли дистиллированной водой 3 раза порциями по 50 мл, а затем смесью этилового спирта с водой (50 мл), фильтровали через стандартный бумажный фильтр и полученный осадок высушили при температуре -50°С до постоянного веса под вакуумом. Полученный образец проанализировали. Результаты представлены в табл. 2.Next, the resulting mixture was left for 3 hours. After settling the mixture, the mother liquor was drained, the residue was washed with distilled water 3 times in 50 ml portions, then with a mixture of ethyl alcohol and water (50 ml), filtered through a standard paper filter and the resulting precipitate was dried at a temperature of -50 ° С to constant weight under a vacuum. The resulting sample was analyzed. The results are presented in table. 2.

Смешение полиэтилена и полученной добавки проводили при помощи лабораторного двушнекового экструдера Haake minilab при температуре 170°С в течение 15 минут.The polyethylene and the resulting additive were mixed using a Haake minilab laboratory twin screw extruder at a temperature of 170 ° C for 15 minutes.

Пример 2. Проведен аналогично примеру 1, но вместо спирта использовался ацетон (применялся водно-ацетоновый растворитель с объемным соотношением 1:1).Example 2. Carried out analogously to example 1, but instead of alcohol, acetone was used (water-acetone solvent with a volume ratio of 1: 1 was used).

Пример 3-5. Примеры 3-5 осуществлены аналогично примеру 1, но вместо водно-спиртового раствора MnCl2 использовали растворы представленных в табл.1 солей соответствующих металлов, см. номера образцов №1, 2, 4-6.Example 3-5. Examples 3-5 were carried out analogously to example 1, but instead of a water-alcohol solution of MnCl 2 used solutions of the salts of the corresponding metals shown in table 1, see sample numbers No. 1, 2, 4-6.

Figure 00000008
Figure 00000008

На дифрактограммах модифицированных глин (фиг. 1) рефлекс при 7° градусах смещается в малые углы или сильно выполаживается в результате интеркалирования обменных катионов в межслоевое пространство глины.In the diffraction patterns of modified clays (Fig. 1), the reflex at 7 ° degrees is shifted to small angles or greatly flattened as a result of intercalation of exchange cations in the interlayer space of clay.

Элементный состав модифицированного наполнителя, полученный с помощью рентгенофлуоресцентного анализа, приведен в (табл 2).The elemental composition of the modified filler obtained using x-ray fluorescence analysis is shown in (table 2).

Figure 00000009
Figure 00000009

Из приведенных в таблице 2 и фиг. 1 результатов следует:From those given in table 2 and FIG. 1 results should be:

- соотношение элементов Si/Al/Mg/Fe в алюмосиликатных слоях модифицированных глин практически не отличается от их состава натриевого ММТ. Это свидетельствует о неизменности состава алюмосиликатного слоя при выбранных условиях проведения процесса модификации;- the ratio of Si / Al / Mg / Fe elements in the aluminosilicate layers of modified clays practically does not differ from their composition of sodium MMT. This indicates the invariability of the composition of the aluminosilicate layer under the selected conditions of the modification process;

- в результате модификации в межслоевые пространства глины внедрены катионы металлов переменной валентности. При этом различные катионы при модификации натриевого монтмориллонита по-разному вытесняют катионы натрия и кальция (табл. 1):- as a result of modification, cations of metals of variable valency are introduced into the interlayer spaces of clay. At the same time, various cations during modification of sodium montmorillonite displace sodium and calcium cations in different ways (Table 1):

- Ni почти полностью замещает катионы Na и почти 70% катионов Са, а его комплекс - только 33% и не вытесняет Са;- Ni almost completely replaces Na cations and almost 70% of Ca cations, and its complex - only 33% and does not displace Ca;

- Со вытесняет около 80% катионов Na и только 40% Са;- Co displaces about 80% of Na cations and only 40% of Ca;

- Mn и Cu замещают 75-77% катионов Na и только 19-22% Са;- Mn and Cu replace 75-77% of Na cations and only 19-22% of Ca;

Для анализа процессов деструкции полиэтилена (ПЭ) анализировали ИК-спектры композитов полимер - наполнитель, полученных смешением в расплаве до и после облучения ультрафиолетом.To analyze the destruction of polyethylene (PE), we analyzed the IR spectra of polymer – filler composites obtained by melt mixing before and after ultraviolet irradiation.

При окислении полиэтилена преимущественно образуется сложная смесь кислородсодержащих групп, как гидроксидов и перекисей, так и разнообразных карбонильных, имеющих сильные полосы в диапазоне 1660-1850 см-1. В связи с этим, для описания содержания окисленных групп в ПЭВД использовали карбонильный индекс (КИ) - интегральную интенсивность полос 1660-1850 см-1 целиком в ПЭВД при окислении, отнесенную к полосе 2020 см-1, характерной как для кристаллической, так и для аморфной фаз ПЭВД и не требующей разделения.During the oxidation of polyethylene, a complex mixture of oxygen-containing groups, both hydroxides and peroxides, and various carbonyl groups having strong bands in the range of 1660-1850 cm -1 is mainly formed. In this regard, to describe the content of oxidized groups in LDPE, the carbonyl index (CI) was used - the integral intensity of the bands of 1660-1850 cm -1 entirely in LDPE during oxidation, attributed to the 2020 cm -1 band, characteristic of both crystalline and amorphous phases of LDPE and not requiring separation.

Figure 00000010
Figure 00000010

При окислении ПЭ также образуются транс-виниленовые и терминальные винильные группы. Неискаженная базовая линия для интегрального описания содержания ненасыщенных групп, образующихся при окислении в ПЭВД (Винильный индекс, ВИ) выбрана при интегрировании полос 910 и 890 в совокупности:During the oxidation of PE, trans-vinylene and terminal vinyl groups are also formed. An undistorted baseline for the integral description of the content of unsaturated groups formed during oxidation in LDPE (Vinyl Index, VI) was selected when integrating bands 910 and 890 in the aggregate:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Из приведенных в таблице 3 результатов следует, что по сравнению с ПЭ-158+СЭВА:From the results shown in table 3, it follows that, compared with PE-158 + SEVA:

- В присутствии в полимере активаторов, за исключением Fe-MMT, существенно увеличивается скорость образования винильных групп.- In the presence of activators in the polymer, with the exception of Fe-MMT, the rate of formation of vinyl groups increases significantly.

- Для образцов с Na, Ni, Со и Mn-ММТ снижается характеристическое время окисления, что указывает на возрастание скорости окисления полимерной цепи.- For samples with Na, Ni, Co and Mn-MMT, the characteristic oxidation time decreases, which indicates an increase in the oxidation rate of the polymer chain.

- Композит ПЭ-158+СЭВА+Fe-MMT на порядок быстрее набирает КИ, теряет механические свойства уже при 150 ч облучения, по сравнению с другими образцами набирает КИ быстрее, чем ВИ: Fe-MMT катализирует процессы окисления в полимере, не влияя на реакции образования винильных групп.- The composite PE-158 + SEVA + Fe-MMT gains KI an order of magnitude faster, loses its mechanical properties even after 150 hours of irradiation, compares KI faster than VIs compared to other samples: Fe-MMT catalyzes the oxidation processes in the polymer without affecting reactions of the formation of vinyl groups.

Предложенное изобретение может быть реализовано для получения полимерных материалов, обладающих повышенной способностью к оксодеструкции и дальнейшей биодеградации.The proposed invention can be implemented to obtain polymeric materials with increased ability to oxodestruction and further biodegradation.

Claims (11)

1. Способ получения полимерного биодеградируемого материала, характеризующийся тем, что натриевую форму монтмориллонита суспендируют в водном растворе органического растворителя, взятом в массовом отношении монтмориллонита к растворителю не более 15% на единицу массы растворителя, и оставляют до полного набухания с образованием гелеобразной массы, в которую при интенсивном перемешивании добавляют соль металла переменной валентности в количестве, рассчитанном исходя из емкости катионного обмена глины, необходимой для полного замещения обменных катионов металлами переменной валентности, после перемешивания полученную массу оставляют отстаиваться до выпадения осадка, полученный осадок сначала промывают дистиллированной водой, а затем водным раствором органического растворителя до полного удаления продуктов реакции катионного обмена, полученный осадок высушивают в лиофильной сушке до постоянного веса, затем полученный полуфабрикат, содержащий активатор разложения методом экструдирования, вводят в расплав полиэтилена или сополимера этилена с винилацетатом из расчета от 2 до 5 мас.% с образованием биодеградируемого материала.1. A method of producing a polymer biodegradable material, characterized in that the sodium form of montmorillonite is suspended in an aqueous solution of an organic solvent taken in a mass ratio of montmorillonite to a solvent of not more than 15% per unit mass of solvent, and left until complete swelling with the formation of a gel-like mass into which with vigorous stirring, a metal salt of variable valency is added in an amount calculated on the basis of the cation exchange capacity of the clay necessary for complete replacement I exchange cations with metals of variable valency, after stirring, the resulting mass is left to settle until a precipitate precipitates, the precipitate is first washed with distilled water and then with an aqueous solution of an organic solvent until the cation exchange reaction products are completely removed, the obtained precipitate is dried in a freeze dryer to constant weight, then the resulting the semi-finished product containing the decomposition activator by extrusion is introduced into the melt of polyethylene or a copolymer of ethylene with vinyl acetate from p counting from 2 to 5 wt.% to form a biodegradable material. 2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве водного раствора органического растворителя используют водно-спиртовую смесь или водно-ацетоновую смесь при содержании воды в смеси от 0,2 до 0,8 объемных долей.2. The method according to p. 1, characterized in that as an aqueous solution of an organic solvent using a water-alcohol mixture or a water-acetone mixture with a water content in the mixture from 0.2 to 0.8 volume fractions. 3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве органического растворителя используют ацетон, диэтилкетон, этиловый и изопропиловый спирты.3. The method according to p. 1, characterized in that the organic solvent used is acetone, diethyl ketone, ethyl and isopropyl alcohols. 4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что перемешивание продолжают в течение не менее 3 часов.4. The method according to p. 1, characterized in that the stirring is continued for at least 3 hours. 5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что отстаивание осуществляют в течение не менее 3 часов.5. The method according to p. 1, characterized in that the sedimentation is carried out for at least 3 hours. 6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что промывание дистиллированной водой осуществляют из расчета не менее 100 мл воды на 2 г монтмориллонита.6. The method according to p. 1, characterized in that the washing with distilled water is carried out at the rate of at least 100 ml of water per 2 g of montmorillonite. 7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что количество растворителя для промывания осадка берут в объемном соотношении к осадку не более чем 1:1.7. The method according to p. 1, characterized in that the amount of solvent for washing the precipitate is taken in a volume ratio to the precipitate of not more than 1: 1. 8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве соли металла переменной валентности используют хлориды, ацетилацетонаты или сульфаты металлов.8. The method according to claim 1, characterized in that metal chlorides, acetylacetonates or metal sulfates are used as a metal salt of variable valency. 9. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве металлов переменной валентности используют Mn, Ni, Со, Fe, Cu.9. The method according to p. 1, characterized in that the metals of variable valency are Mn, Ni, Co, Fe, Cu. 10. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в расплав термоэластопласта дополнительно вводят добавки, обеспечивающие равномерное диспергирование активатора разложения в полимере.10. The method according to p. 1, characterized in that additives are added to the thermoplastic elastomer melt to ensure uniform dispersion of the decomposition activator in the polymer. 11. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что в качестве добавки используют сополимеры этилена с винилацетатом.11. The method according to p. 10, characterized in that as additives use copolymers of ethylene with vinyl acetate.
RU2016139291A 2016-10-06 2016-10-06 Method for producing a polymer biodegradable material RU2658415C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139291A RU2658415C2 (en) 2016-10-06 2016-10-06 Method for producing a polymer biodegradable material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139291A RU2658415C2 (en) 2016-10-06 2016-10-06 Method for producing a polymer biodegradable material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016139291A RU2016139291A (en) 2018-04-06
RU2658415C2 true RU2658415C2 (en) 2018-06-21

Family

ID=61866680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016139291A RU2658415C2 (en) 2016-10-06 2016-10-06 Method for producing a polymer biodegradable material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2658415C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710834C1 (en) * 2019-08-20 2020-01-14 Казанское публичное акционерное общество "Органический синтез" Biologically degradable thermoplastic composition
RU2756091C1 (en) * 2020-11-18 2021-09-27 Игорь Брониславович Степанюк Highly efficient oxo-biodegradation modifier for low-density polyethylene products and method for production thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2344067C2 (en) * 2006-11-01 2009-01-20 ООО "Политипс" Production method of modified extender for polyolefin nancomposites, modified extender and polyolefin nancomposite
RU2380316C1 (en) * 2008-10-13 2010-01-27 Закрытое акционерное общество "Макполимер" Method of producing organoclay
RU2424797C1 (en) * 2009-10-28 2011-07-27 Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) Nanocomposite polymer material, production method thereof and disinfectant based on said material
RU2440392C2 (en) * 2010-03-24 2012-01-20 Закрытое акционерное общество "Институт прикладной нанотехнологии" Method of modifying polymer materials and method of producing polymer material decomposition inhibitor
KR20120058242A (en) * 2010-11-29 2012-06-07 (주)반도 biodegradable film containing nano-composite polymer material
US20140079935A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-20 The Procter & Gamble Company Flexible Thermoplastic Films And Articles

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2344067C2 (en) * 2006-11-01 2009-01-20 ООО "Политипс" Production method of modified extender for polyolefin nancomposites, modified extender and polyolefin nancomposite
RU2380316C1 (en) * 2008-10-13 2010-01-27 Закрытое акционерное общество "Макполимер" Method of producing organoclay
RU2424797C1 (en) * 2009-10-28 2011-07-27 Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) Nanocomposite polymer material, production method thereof and disinfectant based on said material
RU2440392C2 (en) * 2010-03-24 2012-01-20 Закрытое акционерное общество "Институт прикладной нанотехнологии" Method of modifying polymer materials and method of producing polymer material decomposition inhibitor
KR20120058242A (en) * 2010-11-29 2012-06-07 (주)반도 biodegradable film containing nano-composite polymer material
US20140079935A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-20 The Procter & Gamble Company Flexible Thermoplastic Films And Articles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2710834C1 (en) * 2019-08-20 2020-01-14 Казанское публичное акционерное общество "Органический синтез" Biologically degradable thermoplastic composition
RU2756091C1 (en) * 2020-11-18 2021-09-27 Игорь Брониславович Степанюк Highly efficient oxo-biodegradation modifier for low-density polyethylene products and method for production thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016139291A (en) 2018-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pilarska et al. Recent development in the synthesis, modification and application of Mg (OH) 2 and MgO: A review
Pei et al. 3D-Printed metal-organic frameworks within biocompatible polymers as excellent adsorbents for organic dyes removal
Hu et al. Super-adsorbent hydrogel for removal of methylene blue dye from aqueous solution
Tsou et al. Rendering polypropylene biocomposites antibacterial through modification with oyster shell powder
Zhang et al. Performance and mechanisms of wastewater sludge conditioning with slag-based hydrotalcite-like minerals (Ca/Mg/Al-LDH)
Zhou et al. like composites of cellulose acetate–organo-montmorillonite for removal of hazardous anionic dye in water
Peiravi-Rivash et al. Producing bacterial nano-cellulose and keratin from wastes to synthesize keratin/cellulose nanobiocomposite for removal of dyes and heavy metal ions from waters and wastewaters
US11440843B2 (en) Modified geopolymer and modified geopolymer composite and process for the production thereof
EP3740318A1 (en) Mechanochemical process for producing valuable products free from persistent organic pollutants and other organohalogen compounds from waste comprising plastics and plastic laminates
US11161094B2 (en) Titania-carbon dot-reduced graphene oxide composites, their make, and use
Wang et al. Removal of Congo red from aqueous solution using a chitosan/organo‐montmorillonite nanocomposite
Mahboobeh et al. Flexibility improvement of poly (lactic acid) by stearate‐modified layered double hydroxide
RU2658415C2 (en) Method for producing a polymer biodegradable material
Guo et al. Magnesium hydroxide with higher adsorption capacity for effective removal of Co (II) from aqueous solutions
Kong et al. Synthesis and properties of poly (methyl methacrylate)/clay nanocomposites using natural montmorillonite and synthetic Fe‐montmorillonite by emulsion polymerization
DE102013102665A1 (en) Process for the granulation of particulate material from industrial processes, the granules thus produced and their use
Abdolmaleki et al. Study on morphology, thermal, mechanical and Cd (II) adsorption properties of PVC/α-MnO 2-stearic acid nanocomposites: production and application
Lee et al. Preparation of reactive mineral powders used for poly (sodium acrylate) composite superabsorbents
Castro et al. Organic-inorganic hybrid materials: Layered double hydroxides and cellulose acetate films as phosphate recovery
Nair et al. Synthesis, characterization and dye removal properties of cellulose nanocrystals embedded natural rubber latex composite
Xu et al. Preparation of modified cotton cellulose in ionic liquid and its adsorption of Cu (II) and Ni (II) from aqueous solutions
Suresh et al. Rheological behavior of polystyrene (PS)/Co-Al layered double hydroxide (LDH) blend solution obtained through solvent blending route: influence of LDH loading and temperature
Yu et al. Adsorption of ionic liquid from aqueous solutions using functional corncob-cellulose nanocrystals
ES2442517T3 (en) Compatibilizers to produce nanocomposites, microcomposites and polymeric combinations and process to obtain them
JP3468747B2 (en) Method for producing swellable sericite and use thereof