RU2798938C1

RU2798938C1 - Biodegradable polymer composition

Info

Publication number: RU2798938C1
Application number: RU2022106819A
Authority: RU
Inventors: Ирина Николаевна Вихарева; Алия Карамовна Мазитова; Гулия Карамовна Аминова; Ильназ Ильгизович Зарипов; Максим Вадимович Овод
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2023-06-29

Abstract

FIELD: construction; furniture; engineering industries.

SUBSTANCE: polymer composition based on a synthetic polymer for the manufacture of articles contains an organic filler, a synthetic filler and targeted additives. Organic filler is ground nut shells. As a synthetic polymer, the composition contains a polymer based on vinyl chloride, its copolymers with vinyl acetate, ethylene, methyl methacrylate and mixtures thereof, as target additives - plasticizers, technical lubricants, paraffin, waxes and oils.

EFFECT: increasing biodegradability of products obtained from a polymer composition, while maintaining their physical, mechanical, operational and process characteristics.

1 cl, 2 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к области создания биоразлагаемых полимерных композиционных материалов, обеспечивающих энерго- и ресурсосберегающий эффект, касается разработки нового органического наполнителя из возобновляемого сырья и полимерной композиции с его содержанием. Изобретение может быть использовано для производства изделий с регулируемыми сроками эксплуатации инженерно-технического назначения в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении, товарах народного потребления и других отраслях.The invention relates to the field of creating biodegradable polymer composite materials that provide energy and resource-saving effect, and concerns the development of a new organic filler from renewable raw materials and a polymer composition containing it. The invention can be used for the production of products with adjustable service life for engineering purposes in the construction and furniture industries, agricultural and automotive engineering, consumer goods and other industries.

Изделия из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида после использования не способны к биодеградации под действием природных факторов. Поэтому создание полимерных композиций на основе широко* используемых синтетических пластиков для изготовления изделий с регулируемым сроком службы является актуальным направлением, развитие которого позволит устранить негативное воздействие на окружающую среду, снизить производственные и экономические риски для производителей сырья, оборудования и конечных изделий.Products made of polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride after use are not capable of biodegradation under the influence of natural factors. Therefore, the creation of polymer compositions based on widely used synthetic plastics for the manufacture of products with a controlled service life is an important direction, the development of which will eliminate the negative impact on the environment, reduce production and economic risks for manufacturers of raw materials, equipment, and end products.

Существуют технологические приемы получения биоразлагаемых полимерных материалов на основе традиционных полимеров, в которых для обеспечения биоразлагаемости в композиции добавляют наполнители из растительного сырья.There are technological methods for obtaining biodegradable polymeric materials based on traditional polymers, in which fillers from plant materials are added to the composition to ensure biodegradability.

Известна биологически разрушаемая термопластичная композиция (Патент RU №2681909 от 13.03.2019 г.), содержащая полипропилен 35-40 мас. %, кукурузный крахмал 50-55 мас. %, этиленвинилацетат 4-5 мас. %, моностеарат глицерина 3-4 мас. %, воск полиэтиленовый 1 мас. %, двуокись титана 2 мас. %.A biologically degradable thermoplastic composition is known (Patent RU No. 2681909 dated March 13, 2019) containing polypropylene 35-40 wt. %, corn starch 50-55 wt. %, ethylene vinyl acetate 4-5 wt. %, glycerol monostearate 3-4 wt. %, polyethylene wax 1 wt. %, titanium dioxide 2 wt. %.

Недостатками композиции являются сложность технологического оформления процесса производства; высокое содержание порошкообразного наполнителя, что требует эффективной герметизации при сухом смешении и сушке, а также стадий перегрузки и дозирования; длительное время сушки наполнителя при перемешивании; постоянный контроль влагосодержания крахмала; механотермическая деструкция крахмала в процессе экструзии в условиях трения, высоких температур и сдвиговых напряжений.The disadvantages of the composition are the complexity of the technological design of the production process; high content of powdered filler, which requires effective sealing during dry mixing and drying, as well as stages of reloading and dosing; long drying time of the filler with stirring; constant control of the moisture content of starch; mechanothermal destruction of starch during extrusion under conditions of friction, high temperatures and shear stresses.

Известны (RU №2480495 от 27.04.2013 г.) способ и рецептура биоразлагаемой полимерной композиции, которая включает смесь полимера, выбранного из полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида или их смеси, целлюлозы, нитрата аммония, питательных компонентов, выбранных из сине-зеленых водорослей и/или дрожжей, и воды. Способ получения осуществляют путем смешения всех компонентов в различных пропорциях и выдерживания полученной композиции в течение 12-36 ч.Known (RU No. 2480495 dated April 27, 2013) is a method and formulation of a biodegradable polymer composition, which includes a mixture of a polymer selected from polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride or a mixture thereof, cellulose, ammonium nitrate, nutritional components selected from blue-green algae and/or yeast, and water. The production method is carried out by mixing all the components in various proportions and keeping the resulting composition for 12-36 hours.

Недостатками указанного решения являются низкая технологичность вследствие получения композиции через стадию суспендирования и длительное время выдерживания полученной смеси в состоянии покоя.The disadvantages of this solution are low manufacturability due to the preparation of the composition through the stage of suspension and a long time of keeping the resulting mixture at rest.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является изобретение композиции на основе полипропилена (Патент RU №2635565 кл. C08L 23/12, C08K 13/02, C08K 7/02) для деталей, изготавливаемых литьем под давлением. В состав композиции входят полипропилен, полиолефиновый эластомер, синтетический наполнитель, минеральный наполнитель и наполнитель из биологического сырья -размолотая скорлупа кокосовых орехов, древесное волокно или волокна агавы. Композиция по изобретению обладает хорошим балансом свойств, таких как плотность, жесткость, ударная прочность и низкий коэффициент термического расширения.The closest in technical essence and the achieved effect is the invention of a composition based on polypropylene (Patent RU No. 2635565 class C08L 23/12, C08K 13/02, C08K 7/02) for parts manufactured by injection molding. The composition includes polypropylene, polyolefin elastomer, synthetic filler, mineral filler and filler from biological raw materials - ground coconut shells, wood fiber or agave fibers. The composition according to the invention has a good balance of properties such as density, stiffness, impact strength and low coefficient of thermal expansion.

Недостатком известной композиции являются затруднения при формовании композиций методом литья под давлением и необходимость включения в состав композиции усилителя текучести расплава.The disadvantage of the known compositions are the difficulties in molding the compositions by injection molding and the need to include a melt flow enhancer in the composition.

Целью изобретения является создание новой экологически безопасной биоразлагаемой полимерной композиции с энерго- и ресурсосберегающим эффектом, расширение сырьевых ресурсов для изготовления полимерных композиций для широкого спектра потребления с сохранением физико-механических, эксплуатационных и технологических характеристик получаемой композиции.The aim of the invention is the creation of a new environmentally friendly biodegradable polymer composition with energy and resource saving effect, the expansion of raw materials for the manufacture of polymer compositions for a wide range of consumption while maintaining the physical, mechanical, operational and technological characteristics of the resulting composition.

Технический результат при использовании изобретения выражается в расширении сырьевых ресурсов для изготовления биоразлагаемых полимерных композиций с сохранением физико-механических, эксплуатационных и технологических характеристик получаемой композиции, энерго- и ресурсосберегающий эффект.The technical result when using the invention is expressed in the expansion of raw materials for the manufacture of biodegradable polymer compositions while maintaining the physical, mechanical, operational and technological characteristics of the resulting composition, energy and resource saving effect.

Указанный технический результат достигается тем, что биоразлагаемая полимерная композиция на основе полимера, выбранного из группы полимеров на основе винилхлорида, его сополимеров с винилацетатом, этилена, метилметакрилата или их смесей, содержащая биоразлагаемый органический наполнитель, синтетический наполнитель и целевые добавки согласно изобретению в качестве биоразлагаемого органического наполнителя содержит размолотую скорлупу орехов (грецкие, фундук, фисташки, кедровые, арахис, кокос, лесной орех или лещина, миндаль, каштан или их смеси) при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:This technical result is achieved by the fact that a biodegradable polymer composition based on a polymer selected from the group of polymers based on vinyl chloride, its copolymers with vinyl acetate, ethylene, methyl methacrylate or mixtures thereof, containing a biodegradable organic filler, a synthetic filler and target additives according to the invention as a biodegradable organic filler contains ground shells of nuts (walnuts, hazelnuts, pistachios, cedar, peanuts, coconut, hazelnuts or hazelnuts, almonds, chestnuts or mixtures thereof) in the following ratio, wt. hours:

указанный полимерsaid polymer 57-8457-84 размолотая скорлупа ореховcrushed nut shells 7-107-10 синтетический наполнитель synthetic filler 7-107-10 целевые добавкиtargeted additives 2-23.2-23.

Использование в качестве наполнителя размолотой скорлупы орехов позволяет обеспечить экологическую безопасность полимерных материалов и изделий, снизить себестоимость получаемого материала, расширить сырьевые ресурсы для изготовления полимерных композиций, обеспечить энерго- и ресурсосберегающий эффект с сохранением физико-механических, эксплуатационных и технологических характеристик получаемой композиции.The use of ground nut shells as a filler makes it possible to ensure the environmental safety of polymer materials and products, reduce the cost of the resulting material, expand raw materials for the manufacture of polymer compositions, provide energy and resource-saving effect while maintaining the physical, mechanical, operational and technological characteristics of the resulting composition.

Физико-механические, эксплуатационные и технологические свойства биоразлагаемого полимерного материала зависят от соотношения компонентов в составе композиции.Physical-mechanical, operational and technological properties of biodegradable polymer material depend on the ratio of components in the composition.

Преимуществом изделий из композиции согласно изобретению являются доступность, экологичность, биоразлагаемость, регулируемый срок службы, энерго- и ресурсосберегающий эффект.The advantage of products from the composition according to the invention is the availability, environmental friendliness, biodegradability, adjustable service life, energy and resource saving effect.

В качестве синтетического наполнителя используют известный в данной области техники наполнитель, без особых ограничений. Например, используют диоксид кремния, карбонат магния, карбонат кальция, уголь из твердых пород древесины, тальк, гидроксид магния, диоксид титана, оксид магния, гидроксид кальция, гидроксид алюминия, силикат алюминия, силикат магния и сульфат бария.As the synthetic filler, a filler known in the art is used, without particular limitation. For example, silica, magnesium carbonate, calcium carbonate, hardwood coal, talc, magnesium hydroxide, titanium dioxide, magnesium oxide, calcium hydroxide, aluminum hydroxide, aluminum silicate, magnesium silicate, and barium sulfate are used.

В качестве традиционных целевых добавок используют известные пластификаторы (0,5-8 мас. ч.), термостабилизаторы и светостабилизаторы (0,01-2 мас. ч.), технические смазки, парафин, воски, масла (0,05-3 мас. ч.), красители (0,05-5 мас. ч.).As traditional target additives, known plasticizers (0.5-8 parts by weight), heat stabilizers and light stabilizers (0.01-2 parts by weight), technical lubricants, paraffin, waxes, oils (0.05-3 parts by weight) are used. h.), dyes (0.05-5 wt. h.).

Для приготовления композиции полимер смешивают с добавками в смесителе при постепенном нагреве до 120°С, затем полученную массу смешивают с наполнителем размолотой скорлупой орехов.To prepare the composition, the polymer is mixed with additives in a mixer with gradual heating to 120°C, then the resulting mass is mixed with ground nut shell filler.

Физико-механические, эксплуатационные и технологические свойства полимерной композиции оценивают по стандартным методикам.Physico-mechanical, operational and technological properties of the polymer composition is evaluated by standard methods.

В таблицах 1, 2 приведены примеры полимерной композиции с указанием компонентного и количественного состава, а также результатов испытаний образцов по технологическим показателям.Tables 1 and 2 show examples of the polymer composition with the indication of the component and quantitative composition, as well as the results of testing samples in terms of technological indicators.

Настоящее описание изобретения приведено только в иллюстративных₄ целях и не должно восприниматься в качестве ограничения объема настоящего изобретения.The present description of the invention is for illustrative _purposes only and should not be taken as limiting the scope of the present invention.

В результате использования в полимерной композиции заявляемых компонентов в соответствующих количествах физико-механические, эксплуатационные и технологические показатели соответствуют нормативным. Полученные полимерные композиционные материалы характеризуются биоразлагамостью, о чем свидетельствуют результаты* испытаний по деградации образцов в почве. Использование в полимерной композиции заявляемого наполнителя обеспечивает экологическую безопасность готовых изделий, регулируемый срок их эксплуатации и последующее биоразложение, расширяет границы сфер их использования, повышает конкурентоспособность продукции, а также энерго- и ресурсосберегающий эффект.As a result of the use of the claimed components in the polymer composition in appropriate amounts, the physical, mechanical, operational and technological indicators correspond to the normative ones. The resulting polymer composite materials are characterized by biodegradability, as evidenced by the results* of tests on the degradation of samples in the soil. The use of the inventive filler in the polymer composition ensures the environmental safety of finished products, their regulated service life and subsequent biodegradation, expands the scope of their use, increases the competitiveness of products, as well as energy and resource saving effect.

Claims

Biodegradable polymer composition based on a polymer selected from the group of polymers based on vinyl chloride, its copolymers with vinyl acetate, ethylene, methyl methacrylate or mixtures thereof, containing an organic filler, a synthetic filler, targeted additives, characterized in that it contains ground nut shells as an organic filler, as target additives - plasticizers, technical lubricants, paraffin, waxes, oils in the following ratio of components, parts by weight:

said polymer 57-84 crushed nut shells 7-10 synthetic filler 7-10 targeted additives 2-23