SK1042023A3 - Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy a spôsob jeho výroby - Google Patents

Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy a spôsob jeho výroby Download PDF

Info

Publication number
SK1042023A3
SK1042023A3 SK104-2023A SK1042023A SK1042023A3 SK 1042023 A3 SK1042023 A3 SK 1042023A3 SK 1042023 A SK1042023 A SK 1042023A SK 1042023 A3 SK1042023 A3 SK 1042023A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
composite
weight
cellulose
polyvinyl acetate
solution
Prior art date
Application number
SK104-2023A
Other languages
English (en)
Inventor
Ing. Labaj Ivan, PhD.
doc. Ing. Skalková Petra, PhD.
Original Assignee
Trenčianska univerzita Alexandra Dubčeka v Trenčíne
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 Trenčianska univerzita Alexandra Dubčeka v Trenčíne filed Critical Trenčianska univerzita Alexandra Dubčeka v Trenčíne
Priority to SK104-2023A priority Critical patent/SK1042023A3/sk
Publication of SK1042023A3 publication Critical patent/SK1042023A3/sk

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy zahŕňa ako matricu polyvinylacetát v množstve 0,1 až 3 hmotnostné diely, výhodne 1 hmotnostný diel, ako plnivo celulózu v množstve 0,1 až 3 hmotnostné diely, výhodne 1 hmotnostný diel, a ďalej zahŕňa destilovanú vodu v množstve 1 až 15 hmotnostných dielov, výhodne 4 hmotnostné diely, kyselinu citrónovú v množstve 0,05 až 1 hmotnostný diel, výhodne 0,1 hmotnostného dielu, a hydrogénuhličitan sodný v množstve 0,05 až 1 hmotnostný diel, výhodne 0,1 hmotnostného dielu. Spôsob výroby kompozitu zahŕňa nasledujúce kroky: rozpustenie kyseliny citrónovej v objeme destilovanej vody, pridanie polyvinylacetátu do roztoku za stáleho miešania, pridanie celulózy do roztoku a zmáčanie celulózy roztokom za stáleho miešania, pridanie hydrogénuhličitanu sodného do roztoku a stále miešanie roztoku až do napenenia zmesi a výhodne ďalej zahŕňa vliatie kompozitu do formy a sušenie kompozitu.

Description

Oblasťtechniky
Vynález sa týka kompozitu na báze polyvinylacetátu a celulózy, ktorý je obzvlášť vhodný na výrobu ochranných prvkov alebo výstuží prepravovaných a skladovaných výrobkov, a patrí do oblasti materiálového inžinierstva. Vynález tiež opisuje spôsob jeho výroby.
Doterajší stav techniky
Pri preprave krehkých výrobkov, ako sú napríklad elektrospotrebiče, sa využívajú ochranné prvky resp. obaly, ktoré dokážu tlmiť nárazy a chránia výrobky pred poškodením. Najbežnejšie využívaným materiálom na výrobu takýchto ochranných prvkov je expandovaný polystyrén, ktorý má dobré termoizolačné vlastnosti, vysokú pevnosť v tlaku, nízku hmotnosť a dobre sa s ním manipuluje. Jeho nevýhodou je, že ide o neekologický materiál, ktorý znečisťuje životné prostredie a má negatívny dopad na biodiverzitu.
Existuje potreba vytvorenia materiálu na výrobu ochranných prvkov alebo výstuží prepravovaných a skladovaných výrobkov, ktorý bude plne recyklovateľný a netoxický.
Biodegradáciu polymérov možno dosiahnuť tak, že sa mikroorganizmom v prostredí umožní metabolizovať polymér za vzniku materiálu podobného inertnému humusu, ktorý je menej škodlivý pre životné prostredie a môže sa ľahko zmiešať s prírodnou pôdou. Môžu byť zložené buďz biopolymérov, ktorých zložky pochádzajú z obnoviteľných zdrojov surovín (celulóza), alebo z polymérov na báze ropy (PVAc) [1, 2],
Polyvinylacetát (PVAc) je termoplastický a polárny polymér na báze ropy. Za určitých podmienok je biodegradovateľný [3], Určité kmene Aspergillus a Penicillium izolované z pôdy dobre rastú a degradujú komerčnú vzorku polyvinylacetátu (PVA, 4,5 g.liter-1). Suroviny na výrobu PVAc pochádzajú z fosílnych zdrojov, predovšetkým ropy. Tieto suroviny sa dajú úplne nahradiť etanolom, ktorý sa získava z obnoviteľných zdrojov, ako je cukrová trstina, kukurica alebo slama a iné nepotravinové časti rastlín.
Bol opísaný kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy, ktorý však obsahuje aj boritan zinočnatý, chitosan a glycidyltrimetylamónium chlorid [4], Boritan zinočnatý a glycidyltrimetylamónium chlorid sú chemikálie toxické pre vodné organizmy. Ďalšou nevýhodou tohto kompozitu sú vyššie náklady na výrobu, a to z hľadiska ako vstupných surovín, tak aj potrebných zariadení, keďže na výrobu kompozitu sa využíva lyofilizačné zaradenie.
Literatúra:
1. Stevens, E. S.: Green Plastics: An Introduction to the New Science of Biodegradable Plastics, 2002, p. 248, ISBN: 9780691049670.
2. Netravali, A. N. and Chabba S.: Composites get greener, Materials Today, 2003, 6(4):22-29.
3. Trejo, A. G.: Fungal degradation of polyvinyl acetate, Ecotoxicology and Environmental Safety, 1988, Volume 16, Issue 1, p. 25-35.
4. Yildirim N.; Ozenb E.; Ergunc M. E.; Dalkilicd B.: AStudy on Physical, Morphological and Antibacterial Properties of Bio Polymers Reinforced Polyvinyl Acetate Foams. Materials Research, 2022, 25:e20210579.
Podstata vynálezu
Cieľom tohto vynálezu je navrhnúť kompozit vhodný na výrobu ochranných prvkov alebo výstuží prepravovaných výrobkov a skladovaných výrobkov, ktorý bude ekologický a ekonomicky výhodný pri zachovaní požadovaných parametrov hotových výrobkov. Požadované kvalitatívne parametre týchto výrobkov sú najmä nízka hmotnosť a vysoká pevnosť v tlaku a ohybe.
Uvedené možno dosiahnuť prostredníctvom kompozitu na báze polyvinylacetátu a celulózy (CelluPVAc), ktorý zahŕňa ako matricu polyvinylacetát v množstve 0,1 až 3 hmotnostné diely, výhodne 1 hmotnostný diel, ako plnivo celulózu v množstve 0,1 až 3 hmotnostné diely, výhodne 1 hmotnostný diel, a ďalej zahŕňa destilovanú vodu v množstve 1 až 15 hmotnostných dielov, výhodne 4 hmotnostné diely, kyselinu citrónovú v množstve 0,05 až 1 hmotnostný diel, výhodne 0,1 hmotnostného dielu, a hydrogénuhličitan sodný v množstve 0,05 až 1 hmotnostný diel, výhodne 0,1 hmotnostného dielu. Výhodný hmotnostný pomer matrice a plniva je 1:1. Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy je výhodne napenený. Jeho hustota je približne 0,23 g.cm-3. Tento kompozit možno použiť na výrobu ochranných prvkov alebo výstuží prepravovaných a skladovaných výrobkov.
Vynález tiež opisuje spôsob výroby kompozitu na báze polyvinylacetátu a celulózy, ktorý zahŕňa
SK 104-2023 A3 nasledujúce kroky:
- rozpustenie kyseliny citrónovej v objeme destilovanej vody,
- pridanie polyvinylacetátu do roztoku za stáleho miešania,
- pridanie celulózy do roztoku a zmáčanie celulózy roztokom za stáleho miešania,
- pridanie hydrogénuhličitanu sodného do roztoku a stále miešanie roztoku až do napenenia zmesi.
Spôsob výroby kompozitu ďalej môže zahŕňať nasledujúce kroky:
- vliatie kompozitu do formy,
- sušenie kompozitu.
Sušenie kompozitu sa uskutočňuje v sušiarni s teplotou približne 105 °C až 150 °C. Pri teplote 105 °C sa sušenie uskutočňuje aspoň 2 hodiny. Pri vyššej teplote možno skrátiť dobu sušenia. Pokiaľ kompozit nie je vysušený v sušiarni, môže stratiť časť objemu z dôvodu úpadku. Kompozit je možné nechať vyschnúť aj pri laboratórnej teplote, pričom doba sušenia sa odvíja od hrúbky kompozitu a je pri hrúbkach väčších ako 10 mm neefektívna z dôvodu presahu 24 hodín.
Kompozit podľa tohto vynálezu je recyklovateľný, pričom recyklácia výhodne zahŕňa nasledujúce kroky:
- napučiavanie kompozitu vo vode počas aspoň 24 hodín,
- napenenie kompozitu pridaním kyseliny citrónovej a hydrogénuhličitanu sodného alebo spracovanie kompozitu lisovaním.
Kompozit podľa tohto vynálezu je zložený z dvoch základných zložiek - celulózy a polyvinylacetátu. Celulóza je prírodný polymér prirodzene biologicky odbúrateľný, biodegradovateľný. Pridaním a zvyšovaním množstva celulózy v polymérnej matrici sa zvyšuje rýchlosť biodegradácie daného materiálu.
Vytvorený kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy kombinuje jedinečné vlastnosti dvoch biodegradovateľných materiálov do celku, ktorým je napenený kompozit s možnosťou plnej recyklácie a biologickej nezávadnosti. Z dôvodu napenenia má kompozit nízku hmotnosť a nízke náklady na výrobu. Použitím kombinácie prírodných látok na napenenie nie je nutné využívať chemické látky, často toxické, napr. pentán (toxický pre vodné organizmy a ryby), a je možné zachovať neškodnosť látok vstupujúcich do výroby.
Kompozit podľa tohto vynálezu je plne recyklovateľný, pretože sa môže nechať vo vode opätovne napučať a následne napeniť alebo spracovať technológiou lisovania na konkrétny výlisok s požadovaným tvarom a funkciou. Na lisovanie je možné využiť celú škálu typov lisov, od ručných až po hydraulické, v závislosti od požadovanej veľkosti dosky kompozitu. Povrch celulózy obsahujúci hydroxylové skupiny tvorí silné interakcie s esterovou skupinou v polyvinylacetáte. Výsledné vodíkové väzby posilňujú rozhranie a pozitívne ovplyvňujú mechanické vlastnosti výsledného kompozitu. Kompozit je rozpustný vo vode pri kompozícií dlhšej ako 24 hodín.
Aplikácia kompozitu podľa tohto vynálezu:
- možnosť náhrady polystyrénových výplní pri tranzite výrobkov;
- tvorba boxov na prepravu materiálov (pomocou technológie odlievania);
- tvorba dosiek z kompozitu po recyklácii (využitie v interiérovom dizajne).
Výhodami kompozitu podľa tohto vynálezu sú nízka hmotnosť (vzhľadom na napenenie), nízke náklady na výroby (z hľadiska surovín aj potrebných zariadení), netoxickosť (aj pre vodné organizmy), plná recyklovateľnosť a biodegradovateľnosť.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Obr. 1: Odliatok kompozitu na báze polyvinylacetátu a celulózy využiteľný ako ochrana pri prevoze krehkých predmetov.
Obr. 2: Recyklácia kompozitu do formy dosky.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Príklad 1
Bol pripravený kompozit podľa tohto vynálezu zo surovín uvedených v Tabuľke 1, tzn. polyvinylacetátu ako matrice, celulózy ako plniva, destilovanej vody, kyseliny citrónovej a hydrogénuhličitanu sodného, v hmotnostnom pomere 1:1:4: 0,1: 0,1.
SK 104-2023 A3
Tabuľka 1: Suroviny na prípravu kompozitu na báze polyvinylacetátu a celulózy.
Surovina PVAc Celulóza Destilovaná voda Kyselina citrónová Hydrogénuhličitan sodný
Množstvo v pomere s najlepšími vlastnosťami (hmotn. pomer) 1 1 4 0,1 0,1
Interval (rozsah) 0,1-3 0,1-3 1-15 0,05 -1 0,05 -1
Tvorba kompozitu sa začala rozpustením kyseliny citrónovej v objeme destilovanej vody. Po rozpustení bol do roztoku pridaný polyvinylacetát za stáleho miešania. Po dokonalom rozmiešaní vznikol roztok pripomínajúci mlieko. Následne sa do roztoku pridala celulóza. Celý objem celulózy musí byť dokonale zmáčaný pomocou roztoku, čo sa zabezpečilo stálym miešaním zmesi. Poslednou prísadou bol hydrogénuhličitan sodný, ktorý svojou prítomnosťou pri stálom miešaní vyvolal reakciu napenenia zmesi. Po napenení sa kompozit vlial do pripravenej formy. Forma s kompozitom sa vložila do sušiarne s teplotou 105 °C na 2 hodiny. Hustota vzniknutého kompozitu bola Q,2T11 g.cm-3. Vzniknutý kompozit sa použil ako ochranný prvok resp. výstuž prepravovaných a skladovaných výrobkov.
Príklad 2
Kompozit z Príkladu 1 bol recyklovaný napučiavaním kompozitu vo vode počas 24 hodín a následným napenením kompozitu pridaním kyseliny citrónovej a hydrogénuhličitanu sodného.
Príklad 3
Kompozit z Príkladu 1 bol recyklovaný napučiavaním kompozitu vo vode počas 24 hodín a následným lisovaním. Na lisovanie sa použil hydraulický lis.
Príklad 4
Kompozit z Príkladu 1 sa podrobil biodegradácii vo vode. K 10 g kompozitu sa pridalo 500 ml vody. Kompozit sa vo vodnom prostredí nerozložil úplne, ale nasal do vzduchových bublín kvapalinu. Po 72 hodinovej expozícii kompozitu sa vykonala analýza kontaminovanej vody. Bola zistená prítomnosť kyseliny octovej, ktorá nie je klasifikovaná ako nebezpečná pre vodné prostredie. Toxicita v prípade menších cicavcov dosahuje dávku od 2 000 do 5 400 mg.kg-1. V prípade vodných organizmov je hodnota toxicity 440 mg.L-1. Podrobné výsledky testov sú uvedené v Tabuľke 2. Na porovnanie sú tiež uvedené výsledky testov čistej vody vTabuľke 3.
Tabuľka 2: Výsledné hodnoty stanovených ukazovateľov kontaminovanej kvapaliny.
ukazovateľ jednotka výsledok neistota merania U(k=2) metóda A/N
Skupina znakov : fyzikálno-chemické
Suma horčíka a vápnika (tvrdosť) mmol/l 2,41 4% STN ISO 6059 A
Vápnik (Ca2+) mg/l 64,0 2% STN ISO 6058 A
Horčík (Mg2*) mg/l 19,6 11% STN ISO 6059 A
Pach - < prahová hodnota - STN EN 1622 A
Farba mg/IPt 5 STN EN ISO 7887 A
PH 6,42 2% STN 99 9000 A
Kyslosť (ako kyselina octová) mg/l 98,0 - M 17 N
SK 104-2023 A3
Tabuľka 3: Výsledné hodnoty stanovených ukazovateľov čistej kvapaliny.
ukazovateľ jednotka výsledok neistota merania U(k=2) metóda A/N
Skupina znakov : fyzikálno-chemické
Suma horčíka a vápnika (tvrdosť) mmol/l 2,39 4% STN ISO 6059 A
Vápnik (Ca2+) mg/l 59,6 2% STN ISO 6058 A
Horčík (Mg2+) mg/l 28,1 11% STN ISO 6059 A
Pach - < prahová hodnota - STN EN 1622 A
Farba mg/IPt <5 - STN EN ISO 7887 A
PH - 7,19 2% STN 99 9000 A
Kyslosť (ako kyselina octová) mg/l 36,8 - M 17 N
Z porovnania výsledkov v Tabuľkách 2 a 3 vidieť, že hlavný rozdiel je v pH vzoriek. Čistá kvapalina má pH 7,19, zatiaľ čo kontaminovaná 6,42 (rozdiel 0,77). Vysoké pH nad 8,5 môže ohroziť zdravie rýb, pretože sa môže uvoľňovať toxický amoniak. Optimálne pH vody v jazierku je 6,5 až 7,5. Kontaminovaná kvapalina je teda stále netoxická pre vodné organizmy. Zníženie hodnoty pH po kontaminácii je možné úpravou pomeru kyseliny citrónovej a hydrogénuhličitanu sodného, vstupujúcich ako suroviny do procesu prípravy kompozitu 10 (dokonalá reakcia bez zvyšku nezreagovaných surovín).
Priemyselná využiteľnosť
Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy je využiteľný na výrobu ochranných prvkov a výstuží prepravovaných a skladovaných výrobkov, ktoré neobsahujú toxické zložky. Podľa tohto vynálezu možno tento kompozit opakovane vyrábať, používať a recyklovať.

Claims (10)

1. Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa ako matricu polyvinylacetát v množstve 0,1 až 3 hmotnostné diely, výhodne 1 hmotnostný diel, ako plnivo celulózu v množstve 0,1 až 3 hmotnostné diely, výhodne 1 hmotnostný diel, a ďalej zahŕňa destilovanú vodu v množstve 1 až 15 hmotnostných dielov, výhodne 4 hmotnostné diely, kyselinu citrónovú v množstve 0,05 až 1 hmotnostný diel, výhodne 0,1 hmotnostného dielu, a hydrogénuhličitan sodný v množstve 0,05 až 1 hmotnostný diel, výhodne 0,1 hmotnostného dielu.
2. Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že hmotnostný pomer matrice a plniva je 1 : 1.
3. Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že je napenený.
4. Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3 vyznačujúci sa tým, že jeho hustota je približne 0,23 g.cm-3.
5. Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4 na použitie ako ochranný prvok alebo výstuž prepravovaných a skladovaných výrobkov.
6. Spôsob výroby kompozitu z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa nasledujúce kroky: rozpustenie kyseliny citrónovej v objeme destilovanej vody; pridanie polyvinylacetátu do roztoku za stáleho miešania; pridanie celulózy do roztoku a zmáčanie celulózy roztokom za stáleho miešania; pridanie hydrogénuhličitanu sodného do roztoku a stále miešanie roztoku až do napenenia zmesi.
7. Spôsob výroby kompozitu podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že ďalej zahŕňa nasledujúce kroky: vliatie kompozitu do formy; sušenie kompozitu.
8. Spôsob výroby kompozitu podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že sušenie sa uskutočňuje v sušiarni s teplotou približne 105 °C až 150 °C.
9. Spôsob výroby kompozitu podľa nároku 8, vyznačujúci sa tým, že pri teplote 105 °C sa sušenie uskutočňuje aspoň 2 hodiny.
10. Spôsob výroby kompozitu podľa ktoréhokoľvek z nárokov 6 až 9, vyznačujúci sa tým, ž e ďalej zahŕňa nasledujúce kroky: napučiavanie kompozitu vo vode počas aspoň 24 hodín, napenenie kompozitu pridaním kyseliny citrónovej a hydrogénuhličitanu sodného alebo spracovanie kompozitu lisovaním.
SK104-2023A 2023-07-27 2023-07-27 Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy a spôsob jeho výroby SK1042023A3 (sk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK104-2023A SK1042023A3 (sk) 2023-07-27 2023-07-27 Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy a spôsob jeho výroby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK104-2023A SK1042023A3 (sk) 2023-07-27 2023-07-27 Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy a spôsob jeho výroby

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK1042023A3 true SK1042023A3 (sk) 2024-05-09

Family

ID=90931749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK104-2023A SK1042023A3 (sk) 2023-07-27 2023-07-27 Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy a spôsob jeho výroby

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK1042023A3 (sk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sarasa et al. Study of the biodisintegration of a bioplastic material waste
Jumaidin et al. Effect of seaweed on physical properties of thermoplastic sugar palm starch/agar composites
Najafi et al. Effect of sea water on water absorption and flexural properties of wood-polypropylene composites
US20150267054A1 (en) Melt processed polymer composition derived from leaf sheaths of trees of the genus arecaceae
Nansu et al. Effect of crosslinking agent on the physical and mechanical properties of a composite foam based on cassava starch and coconut residue fiber
Constante et al. Utilization of algae blooms as a source of natural fibers for biocomposite materials: Study of morphology and mechanical performance of Lyngbya fibers
Hamzah et al. Effect of the glycerol addition on the physical characteristics of biodegradable plastic made from oil palm empty fruit bunch
Bari et al. Influence of test method on biodegradation of bamboo-plastic composites by fungi
CN105017617A (zh) 一种由纳米二氧化钛负载交联淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜及其制备方法
SK1042023A3 (sk) Kompozit na báze polyvinylacetátu a celulózy a spôsob jeho výroby
CN105017618A (zh) 一种由纳米沸石负载交联淀粉改性的低密度聚乙烯降解地膜及其制备方法
Tufan et al. Decay resistance, thermal degradation, tensile and flexural properties of sisal carbon hybrid composites
RU2655989C2 (ru) Состав для пресс-композиции
Pantyukhov et al. Destruction of composite materials made of LDPE and lignocellulosic fillers
KR101550823B1 (ko) 생분해성 용기 및 그의 제조방법
DE4424403B4 (de) Verarbeitbare Masse aus vorwiegend pflanzlichem Material sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
KR102392632B1 (ko) 굴껍질을 포함하는 골재 조성물 및 이의 제조방법
JP5921971B2 (ja) 高機能発泡成形体の製造方法
CN105017622A (zh) 一种由纳米蒙脱土负载交联淀粉改性的磁性低密度聚乙烯降解地膜及其制备方法
Bazunova et al. The Surface Structure Of Polymer Composites Based On Recycled Polypropylene And Natural Components Of Vegetable Origin In The Process Of Biodegradation
KR100769060B1 (ko) 분해성 폴리스티렌 페이퍼의 제조방법, 그 페이퍼 및 이를 이용한 분해성 식품포장 용기.
Sarwono et al. Water uptake behavior of lignin modified starch film
RU2669865C1 (ru) Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на её основе
KR102151296B1 (ko) 고형 산소 발생 조성물
RU2642635C1 (ru) Биодеградируемый композиционный материал