RU2674212C1 - Biodegradable polymer composition - Google Patents
Biodegradable polymer composition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674212C1 RU2674212C1 RU2018112403A RU2018112403A RU2674212C1 RU 2674212 C1 RU2674212 C1 RU 2674212C1 RU 2018112403 A RU2018112403 A RU 2018112403A RU 2018112403 A RU2018112403 A RU 2018112403A RU 2674212 C1 RU2674212 C1 RU 2674212C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polyethylene
- composition
- biodegradable polymer
- packaging
- polymer composition
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 10
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 title claims abstract description 10
- -1 polyethylenes Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 17
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229920003124 powdered cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 235000019814 powdered cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 241000199919 Phaeophyceae Species 0.000 claims abstract description 5
- 241000195480 Fucus Species 0.000 claims abstract description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 8
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 claims description 5
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 claims description 4
- 241001474374 Blennius Species 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 abstract description 5
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 abstract description 4
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract description 3
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 9
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 6
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 3
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 3
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 241000192700 Cyanobacteria Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000004341 Gossypium herbaceum Nutrition 0.000 description 1
- 244000020551 Helianthus annuus Species 0.000 description 1
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 description 1
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 235000012343 cottonseed oil Nutrition 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000012785 packaging film Substances 0.000 description 1
- 229920006280 packaging film Polymers 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000008104 plant cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005552 sodium lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
- C08L101/16—Compositions of unspecified macromolecular compounds the macromolecular compounds being biodegradable
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions 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
- C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
- C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к получению биоразлагаемых полимерных композиций, содержащих синтетические и природные полимеры, и может найти применение в производстве тары и упаковки, упаковочных и сельскохозяйственных пленок, других товаров потребительского назначения с коротким сроком использования, способных к биодеструкции под воздействием факторов окружающей среды.The invention relates to the production of biodegradable polymer compositions containing synthetic and natural polymers, and can find application in the manufacture of containers and packaging, packaging and agricultural films, other consumer goods with a short shelf life, capable of biodegradation under the influence of environmental factors.
В настоящее время производство синтетических пластмасс в мире достигло 150 млн. тонн в год и продолжает расти. После использования полимерсодержащие промышленные и бытовые отходы попадают в мусорные отвалы, и, поскольку большинство широко используемых синтетических полимеров до конца не разлагается в природе, в окружающую среду попадают токсичные остатки (стирол, фенол, формальдегид, уретан и др.). Решением проблемы переработки и вторичного использования полимерсодержащих отходов является производство биоразлагаемых материалов, которые способны к минерализации под воздействием окружающей среды, т.е. в соответствующих условиях, например, при компостировании, в результате жизнедеятельности аэробных или анаэробных микроорганизмов могут полностью разлагаться с образованием в конечном итоге углекислого газа, воды и нетоксичного минерального остатка.Currently, the production of synthetic plastics in the world has reached 150 million tons per year and continues to grow. After use, polymer-containing industrial and household waste is disposed of in waste dumps, and since most widely used synthetic polymers are not completely decomposed in nature, toxic residues (styrene, phenol, formaldehyde, urethane, etc.) get into the environment. The solution to the problem of processing and recycling polymer-containing wastes is the production of biodegradable materials that are capable of mineralization under the influence of the environment, i.e. under appropriate conditions, for example, during composting, as a result of the activity of aerobic or anaerobic microorganisms, they can completely decompose with the formation of ultimately carbon dioxide, water and a non-toxic mineral residue.
В обычных условиях эксплуатации достаточно большое число известных биоразлагаемых полимеров обнаруживает стойкость к разложению и дает возможность обработки с помощью большинства стандартных технологий производства пластмасс на стандартном оборудовании. Однако при этом проблема ограниченных возможностей для крупнотоннажного производства - одного из их основных недостатков - остается нерешенной.Under normal operating conditions, a sufficiently large number of known biodegradable polymers exhibits resistance to decomposition and enables processing using most standard plastics manufacturing technologies using standard equipment. However, at the same time, the problem of limited opportunities for large-capacity production - one of their main disadvantages - remains unresolved.
Актуальность проблемы придания свойств биоразлагаемости хорошо освоенным многотоннажным промышленным полимерам (полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат и др.) объясняется тем, что на текущий момент доля биоразлагаемых пластиков в мировом потреблении полимерных материалов не превышает 1%, и в обозримой перспективе не ожидается преодоления порога в 5%.The urgency of the problem of imparting biodegradability properties to well-developed large-tonnage industrial polymers (polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, etc.) is explained by the fact that at present the share of biodegradable plastics in the global consumption of polymer materials does not exceed 1%, and in the foreseeable future it is not expected to overcome the threshold of 5 %
Известна биоразлагаемая полимерная композиция (US 8026301, опубл 2011.09.27), содержащая полимер, выбранный из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, полистирен, поливинилхлорид либо их смесь в количестве 90-99 мас. %, а также растительную целлюлозу, целлюлозу из семян хлопчатника либо растительное волокно 1,55-2,80 мас. %, источник азотсодержащих веществ (соли аммония, нитраты) 0,45-1,20 мас. %, сине-зеленые водоросли и/или дрожжи 1,30-2,00%, силикагель 0,15-0,18% и воду. Известную композицию в количестве 30-60 мас. % смешивают с чистым полимером для приготовления промежуточного полимерсодержащего состава, который, в свою очередь, смешивают с чистым полимером в количестве 2-10 мас. % на 90-98 мас. % чистого полимера с получением биоразлагаемого материала для изготовления биоразлагаемой продукции типа хозяйственных пакетов, пакетов под мусор, больничных принадлежностей, упаковочной пленки. Содержание в изготовленной таким образом биоразлагаемой продукции компонентов, способствующих ее разложению, является недостаточным для того, чтобы обеспечить не просто ее механическое разрушение, а полное биологическое разложение до углекислого газа, воды и нетоксичного минерального остатка, тем более в течение 6 месяцев. Подтверждением отдаленных результатов могут служить долгосрочные испытания в естественных условиях, но не экстраполирование результатов, полученных манипуляциями с миллиграммовыми количествами в лаборатории. Многоступенчатый способ изготовления биоразлагаемой продукции с использованием известной композиции, вдобавок к ее сложному многокомпонентному составу, не способствует снижению стоимости этой продукции и широкому использованию известной композиции.Known biodegradable polymer composition (US 8026301, publ. 2011.09.27) containing a polymer selected from the group including polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride or a mixture thereof in an amount of 90-99 wt. %, as well as plant cellulose, cellulose from cotton seeds or plant fiber 1.55-2.80 wt. %, source of nitrogen-containing substances (ammonium salts, nitrates) 0.45-1.20 wt. %, blue-green algae and / or yeast 1.30-2.00%, silica gel 0.15-0.18% and water. Known composition in an amount of 30-60 wt. % mixed with pure polymer to prepare an intermediate polymer-containing composition, which, in turn, mixed with pure polymer in an amount of 2-10 wt. % 90-98 wt. % pure polymer to produce biodegradable material for the manufacture of biodegradable products such as shopping bags, garbage bags, hospital supplies, packaging film. The content of the components that contribute to its decomposition in the biodegradable product manufactured in this way is insufficient to ensure not only its mechanical destruction, but complete biological decomposition to carbon dioxide, water and a non-toxic mineral residue, especially for 6 months. Long-term in vivo tests can serve as confirmation of long-term results, but not extrapolation of the results obtained by manipulating milligram quantities in the laboratory. A multi-stage method for manufacturing biodegradable products using a known composition, in addition to its complex multicomponent composition, does not contribute to lowering the cost of this product and the widespread use of the known composition.
Известна биоразлагаемая термопластичная композиция (RU 2473578, опубл. 2013.01.27), содержащая лигноцеллюлозный наполнитель в количестве 25-60 мас. %, сополимер этилена и винилацетата 3-12 мас. % в качестве связующего агента и полиэтилен в качестве полимерной основы, при этом лигноцеллюлозный наполнитель представляет собой отходы технологических производств и природные материалы, выбранные из костры льняной, лузги подсолнечника, лигносульфоната натрия, листвы, соломы. Используемый в известной композиции лигноцеллюлозный наполнитель в указанных количествах отрицательно сказывается на качестве получаемой продукции, главным образом, на ее прочностных свойствах. Сополимер этилена и винилацетата как связующий агент должен обеспечить повышение адгезии между наполнителем и полимерной основой и придать прочность получаемому материалу. Однако одновременно за счет повышения адгезии увеличивается доступ возможных разрушающих факторов, в частности, кислорода и влаги, к полимерной матрице, что четко прослеживается по значительному росту водопоглощения с увеличением содержания связующего агента в композиции. Таким образом, в случае известной композиции использование связующего агента не решает проблему прочностных свойств и срока службы изготавливаемой продукции, для активного разложения которой есть все условия и нет механизма задержки или торможения этого разложения.Known biodegradable thermoplastic composition (RU 2473578, publ. 2013.01.27) containing lignocellulosic filler in an amount of 25-60 wt. %, a copolymer of ethylene and vinyl acetate 3-12 wt. % as a binding agent and polyethylene as the polymer base, while the lignocellulosic filler is a waste of industrial production and natural materials selected from flax flax, sunflower husk, sodium lignosulfonate, foliage, straw. The lignocellulosic filler used in the known composition in the indicated amounts adversely affects the quality of the product obtained, mainly its strength properties. A copolymer of ethylene and vinyl acetate as a binding agent should provide increased adhesion between the filler and the polymer base and give strength to the resulting material. However, at the same time, due to increased adhesion, the access of possible destructive factors, in particular, oxygen and moisture, to the polymer matrix is increased, which is clearly traced by a significant increase in water absorption with an increase in the content of the binding agent in the composition. Thus, in the case of the known composition, the use of a binding agent does not solve the problem of strength properties and service life of manufactured products, for the active decomposition of which there are all conditions and there is no mechanism for delaying or inhibiting this decomposition.
Известна биоразлагаемая композиция на основе полиэтилена и природных продуктов переработки древесины (RU 2451697, опубл. 2012.05.27), содержащая полиэтилен низкой плотности, который может быть использован в виде производственных и/или бытовых отходов, лигноцеллюлозный наполнитель в виде древесной муки, являющейся отходом механической обработки древесины, при соотношении 70 частей древесной муки на 100 частей полимера, а также функциональные добавки, такие как бентонит, поливиниловый спирт, компатибилизатор, в качестве которого использован сополимер этилена и винилацетата, и химически осажденные наночастицы гидроксида железа или сульфата кальция. При соотношении полимера и биоразлагаемого компонента (древесной муки), используемом в известной композиции, невозможно обеспечить приемлемые механические свойства изготавливаемой из нее продукции без функциональных добавок. Помимо компатибилизатора, совместимого в расплаве с полиэтиленом и обладающего хорошей адгезией к древесному материалу, который упрочняет полимерную композицию, для увеличения прочности она содержит неорганические наночастицы. Кроме того, несмотря на высокое содержание биоразлагаемого компонента, в композицию дополнительно включены добавки, способствующие быстрому механическому разрушению материала при попадании на него влаги, что также способно в определенных условиях привести к ухудшению эксплуатационных свойств получаемой из композиции продукции и тем самым ограничивает возможности ее применения.Known biodegradable composition based on polyethylene and natural wood processing products (RU 2451697, publ. 2012.05.27), containing low density polyethylene, which can be used in the form of industrial and / or household waste, lignocellulosic filler in the form of wood flour, which is a mechanical waste processing of wood, with a ratio of 70 parts of wood flour per 100 parts of polymer, as well as functional additives such as bentonite, polyvinyl alcohol, compatibilizer, which is used as a copoly ep ethylene and vinyl acetate, and chemically precipitated nanoparticles of iron hydroxide or calcium sulfate. When the ratio of polymer and biodegradable component (wood flour) used in the known composition, it is impossible to provide acceptable mechanical properties of products made from it without functional additives. In addition to a compatibilizer that is melt compatible with polyethylene and has good adhesion to wood material that strengthens the polymer composition, it contains inorganic nanoparticles to increase strength. In addition, despite the high content of biodegradable component, additives are additionally included in the composition, which contribute to the rapid mechanical destruction of the material when moisture enters it, which can also under certain conditions lead to a deterioration in the operational properties of the products obtained from the composition and thereby limit the possibility of its use.
В качестве наиболее близкой к заявляемому техническому решению выбрана биоразлагаемая композиция, содержащая смесь порошковой целлюлозы (M=1,1 105) 20-40 мас. %, этилцеллюлозы (содержание этоксильных групп 46,6%, динамическая вязкость 57 мПа/с) 20-50 мас. % и полиэтилена низкой плотности с различной молекулярной массой (М=35000 и 5-6 105) с добавлением 20 мас. % полиэтиленоксида (Роговина С.З. и др. «Структура, свойства и термическая деструкция биоразлагаемых смесей на основе целлюлозы и этилцеллюлозы с синтетическими полимерами». Химическая физика, 2012, том 31, №6, с. 54-62) для получения полимерного порошка и изготовления из него пленки.As the closest to the claimed technical solution, a biodegradable composition containing a mixture of powdered cellulose (M = 1.1 10 5 ) 20-40 wt. %, ethyl cellulose (content of ethoxyl groups 46.6%, dynamic viscosity 57 MPa / s) 20-50 wt. % and low density polyethylene with different molecular weights (M = 35000 and 5-6 10 5 ) with the addition of 20 wt. % polyethylene oxide (Rogovina SZ et al. “Structure, properties and thermal degradation of biodegradable mixtures based on cellulose and ethyl cellulose with synthetic polymers.” Chemical Physics, 2012, Volume 31, No. 6, pp. 54-62) to obtain a polymer powder and making a film from it.
Многокомпонентность состава известной композиции усложняет ее производство, учитывая необходимость строгого контроля за соблюдением определенного баланса между компонентами для обеспечения необходимого качества получаемого материала, и сказывается на стоимости производимой продукции. Характер воздействия входящих в ее состав компонентов на эксплуатационные свойства (прочность в период использования, способность к биодеградации и скорость биодеградации) получаемого композитного материала является неоднозначным, точнее, разнонаправленным, что способно привести к непредсказуемым результатам и в практическом применении создает постоянную опасность получения некачественного материала.The multicomponent composition of the known composition complicates its production, given the need for strict control over the observance of a certain balance between the components to ensure the required quality of the material obtained, and affects the cost of the products. The nature of the impact of its components on the operational properties (strength during use, biodegradability and biodegradation rate) of the resulting composite material is ambiguous, more precisely, multidirectional, which can lead to unpredictable results and in practical application creates a constant danger of poor-quality material.
Задачей изобретения является создание простой по составу биоразлагаемой композиции, обеспечивающей получение биоразлагаемой продукции со стабильными эксплуатационными качествами.The objective of the invention is to create a simple biodegradable composition that provides biodegradable products with stable performance.
Технический результат предлагаемой композиции заключается в повышении стабильности эксплуатационных свойств получаемой из нее продукции при одновременном удешевлении композиции и упрощении способа ее приготовления.The technical result of the proposed composition is to increase the stability of the operational properties of the products obtained from it while reducing the cost of the composition and simplifying the method of its preparation.
Указанный технический результат достигают биоразлагаемой композицией, содержащей полиэтилен и лигноцеллюлозный материал, которая, в отличие от известной композиции, в качестве лигноцеллюлозного материала включает порошковую целлюлозу, выделенную из морских бурых водорослей, при следующем содержании компонентов, мас. %: полиэтилен 50-90, порошковая целлюлоза 10-50.The specified technical result is achieved by a biodegradable composition containing polyethylene and lignocellulosic material, which, in contrast to the known composition, includes lignocellulosic material as powdered cellulose isolated from marine brown algae, with the following components, wt. %: polyethylene 50-90, cellulose powder 10-50.
В преимущественном случае осуществления изобретения предлагаемая композиция содержит порошковую целлюлозу, выделенную из бурой водоросли рода фукус.In an advantageous embodiment of the invention, the proposed composition comprises powdered cellulose isolated from brown seaweed of the Fucus genus.
Также в преимущественном случае осуществления изобретения предлагаемая композиция содержит смесь полиэтиленов низкого и высокого давления, полностью либо частично представленную отходами производства, включая бракованные изделия, и вторичным сырьем, что дополнительно снижает производственные затраты и стоимость получаемой продукции.Also in the preferred case of the invention, the proposed composition contains a mixture of low and high pressure polyethylene, fully or partially represented by production waste, including defective products, and secondary raw materials, which further reduces production costs and the cost of the resulting product.
Близкие значения плотностей полиэтилена высокого давления ПВД и полиэтилена низкого давления ПНД обуславливают технические трудности и экономическую нецелесообразность разделения этих полимеров в процессе рециклирования при использовании отходов полиэтилена и/или вторичного сырья. С учетом того, что эти два вида полиэтилена смешиваются друг с другом в любом соотношении, имеющееся сырье используют непосредственно после его очистки без разделения, что упрощает приготовление композиции и снижает стоимость производимой из нее продукции. Кроме того, полиэтилен высокого давления (низкой плотности) придает композиции и изделиям из нее эластичность, а полиэтилен низкого давления (высокой плотности) способствует приданию им большей прочности, что позволяет рассматривать их одновременное использование в составе композиции как положительный факт для качества изготавливаемой продукции, например, упаковочной пленки. Соотношение вводимых в состав предлагаемой композиции ПВД и ПНД варьирует в широких пределах, при соблюдении условия наличия в составе смеси обоих компонентов.Close densities of high pressure polyethylene LDPE and low pressure polyethylene HDPE cause technical difficulties and the economic inexpediency of the separation of these polymers in the recycling process using waste polyethylene and / or secondary raw materials. Given that these two types of polyethylene are mixed with each other in any ratio, the available raw materials are used immediately after its purification without separation, which simplifies the preparation of the composition and reduces the cost of production made from it. In addition, high pressure polyethylene (low density) gives the composition and products made of it elasticity, and low pressure polyethylene (high density) helps to give them greater strength, which allows us to consider their simultaneous use in the composition as a positive fact for the quality of manufactured products, for example packing film. The ratio of the LDPE and PND introduced into the composition of the proposed composition varies widely, subject to the conditions for the presence of both components in the mixture.
Смешивание порошковой целлюлозы с предварительно полученными гранулами полиэтилена осуществляют в твердой фазе, поскольку целлюлоза, которая относится к природным полимерам, в отличие от полиэтилена, не является термопластичной, при этом не имеет с ним общих растворителей.The mixing of powdered cellulose with previously obtained polyethylene granules is carried out in the solid phase, since cellulose, which is a natural polymer, unlike polyethylene, is not thermoplastic, and does not have common solvents with it.
Отмеренное количество целлюлозы, полученной из бурых водорослей известным способом (RU 2556115, опубл. 2015.07.10), в виде сухого порошка, дополнительно подвергнутого в случае необходимости измельчению, механически смешивают с отмеренным количеством подготовленного полиэтилена соответствующей дисперсности. Смешивание при одновременном нагревании до 140-150°С осуществляют в течение 10-25 мин с помощью высокоскоростного лопастного смесителя для сыпучих материалов, одновременно измельчающего и гомогенизирующего материал и выполненного с возможностью нагрева и охлаждения. Свойства полученного композитного полимера зависят от количественного содержания и от равномерности распределения целлюлозы в полиэтиленовой матрице, которая улучшается с увеличением дисперсности. Таким образом, время обработки выбирают с учетом исходной дисперсности компонентов, а также их количественного соотношения: значительная разница в содержании компонентов (10 и 90%) требует более тщательной обработки.A measured amount of cellulose obtained from brown algae in a known manner (RU 2556115, publ. 2015.07.10), in the form of a dry powder, further subjected to grinding, if necessary, is mechanically mixed with a measured amount of prepared polyethylene of the corresponding dispersion. Mixing while heating to 140-150 ° C is carried out for 10-25 minutes using a high-speed paddle mixer for bulk materials, at the same time grinding and homogenizing material and made with the possibility of heating and cooling. The properties of the obtained composite polymer depend on the quantitative content and on the uniform distribution of cellulose in the polyethylene matrix, which improves with increasing dispersion. Thus, the processing time is chosen taking into account the initial dispersion of the components, as well as their quantitative ratio: a significant difference in the content of the components (10 and 90%) requires more careful processing.
Полученный порошок композитного полимера сохраняет технологические характеристики термопластичных полимеров и подлежит стандартной переработке на стандартном оборудовании, в частности, экструзией с получением пленок различного назначения, а также литьем под давлением, прессованием, в зависимости от состава композиции, при этом не требуется кардинального изменения производственного процесса, что также обуславливает экономичность производства.The resulting composite polymer powder retains the technological characteristics of thermoplastic polymers and is subject to standard processing on standard equipment, in particular, by extrusion to produce films for various purposes, as well as by injection molding, pressing, depending on the composition of the composition, without a fundamental change in the production process, which also determines the efficiency of production.
Предлагаемая композиция не только дает возможность получать биоразлагаемые полимеры, но и позволяет решить проблему утилизации уже имеющихся полимерных отходов.The proposed composition not only makes it possible to obtain biodegradable polymers, but also solves the problem of recycling existing polymer waste.
Примеры конкретного осуществления изобретенияExamples of specific embodiments of the invention
Смешивание исходных компонентов осуществляли с помощью многофункционального лабораторного смесителя MLH-6 периодического действия объемом 6 л.Mixing of the starting components was carried out using a multifunctional laboratory mixer MLH-6 of periodic action with a volume of 6 liters.
Водопоглощение образцами изготовленных пленок определяли по ГОСТ 4650-2014 (способ 1) путем их взвешивания до после погружения в воду при 23±1°С на 24 ч. Образцы перед погружением подсушивали до постоянного веса, после погружения удаляли влагу снаружи.Water absorption by the samples of the prepared films was determined in accordance with GOST 4650-2014 (method 1) by weighing them until after immersion in water at 23 ± 1 ° С for 24 hours. Before immersion, the samples were dried to constant weight, and moisture was removed from the outside after immersion.
При исследовании процессов биоразложения предлагаемой полимерной композиции, руководствуясь положениями ГОСТ Р 57225-2016, исследуемые образцы помещали в контейнеры с подготовленным компостом и выдерживали их в термостате при 30°С и 60% содержании влаги в почве. Степень разложения выражали через потерю массы в процентах после цикла 6, 12 и 36 недель компостирования. Содержимое контейнера в конце каждого цикда последовательно просеивали через 3 сита с ячейками убывающего размера (8, 6 и 2 мм) для того, чтобы выделить неразложившиеся остатки. Потерю массы испытуемого образца принимали за разложившийся материал и подсчитывали процент разложения по отношению к исходному материалу.When studying the biodegradation processes of the proposed polymer composition, being guided by the provisions of GOST R 57225-2016, the test samples were placed in containers with prepared compost and kept in a thermostat at 30 ° C and 60% soil moisture content. Degree of decomposition was expressed as percent weight loss after a cycle of 6, 12 and 36 weeks of composting. The contents of the container at the end of each cycle were successively sieved through 3 sieves with cells of decreasing size (8, 6 and 2 mm) in order to isolate undecomposed residues. The mass loss of the test sample was taken as decomposed material and the percentage of decomposition with respect to the starting material was calculated.
Пример 1Example 1
Композицию, содержащую 10% целлюлозы и 90% полиэтиленового вторичного сырья, содержащего 70-75% полиэтилена высокого давления (низкой плотности) получали смешиванием в течение 15 мин при 150°C.A composition containing 10% cellulose and 90% polyethylene recycled materials containing 70-75% high pressure polyethylene (low density) was obtained by mixing for 15 min at 150 ° C.
Полученный полимерный композит использовали в качестве сырья для изготовления пленки толщиной 100-120 мкм прессованием при 150°С и механической нагрузке 80 кПа.The resulting polymer composite was used as raw material for the manufacture of a film 100-120 μm thick by pressing at 150 ° C and a mechanical load of 80 kPa.
Пример 2Example 2
Композицию, содержащую 20% целлюлозы и 80% полиэтиленового вторичного сырья, содержащего примерно 50% полиэтилена высокого давления, получали смешиванием в течение 15 мин при 140°С и использовали для изготовления пленки.A composition containing 20% cellulose and 80% polyethylene recycled materials containing about 50% high pressure polyethylene was obtained by mixing for 15 min at 140 ° C and was used to make the film.
Пример 3Example 3
Композицию, содержащую 30% целлюлозы и 70% вторичного полиэтиленового сырья виде полиэтилена высокого давления с незначительной добавкой ПНД, получали смешиванием в течение 15 мин при 140°С, и использовали для изготовления пленки.A composition containing 30% cellulose and 70% secondary polyethylene raw materials in the form of high-pressure polyethylene with a slight addition of HDPE was obtained by mixing for 15 min at 140 ° C, and was used to make the film.
Пример 4Example 4
Композицию, содержащую 50% целлюлозы и 50% вторичного сырья, содержащего примерно 70-75% полиэтилена высокого давления, получали смешиванием в течение 10 мин при 140°С, и использовали для изготовления пленки.A composition containing 50% cellulose and 50% recycled materials containing about 70-75% high pressure polyethylene was obtained by mixing for 10 min at 140 ° C, and was used to make the film.
Значения водопоглощения для полученных по примерам 1-4 пленок и изменение их массы после компостирования приведены в таблице.The values of water absorption for the films obtained according to examples 1-4 and the change in their mass after composting are shown in the table.
Кроме того, дополнительно был произведен эксперимент в условиях, максимально приближенных к реальным: 2 образца (пластины толщиной примерно 0,2 см размером 10×7,5 см) были закопаны в неподготовленную почву на глубину 10 см и оставлены на срок около 20 месяцев.In addition, an experiment was additionally carried out under conditions as close to real as possible: 2 samples (plates about 0.2 cm thick, 10 x 7.5 cm in size) were buried in unprepared soil to a depth of 10 cm and left for about 20 months.
Состояние образцов (внешний вид, поскольку точно взвесить остатки образцов не удалось) по истечении этого срока со всей очевидностью свидетельствовало о том, что процесс механического разрушения сопровождался биоразложением композитного полимера.The state of the samples (appearance, since it was not possible to accurately weigh the remains of the samples) after this period, clearly showed that the mechanical destruction process was accompanied by biodegradation of the composite polymer.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112403A RU2674212C1 (en) | 2018-04-05 | 2018-04-05 | Biodegradable polymer composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112403A RU2674212C1 (en) | 2018-04-05 | 2018-04-05 | Biodegradable polymer composition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674212C1 true RU2674212C1 (en) | 2018-12-05 |
Family
ID=64603663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018112403A RU2674212C1 (en) | 2018-04-05 | 2018-04-05 | Biodegradable polymer composition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674212C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750712C1 (en) * | 2020-11-24 | 2021-07-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Method of obtaining a biodegradable polymer composition |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8026301B2 (en) * | 2006-05-01 | 2011-09-27 | Bnt Force Biodegradable Polymers Pvt Ltd. | Biodegradable polymer composition |
| RU2451697C1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | Biodegradable composition based on polyethylene and natural wood processing products |
| RU2473578C1 (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) | Biodegradable thermoplastic composition |
-
2018
- 2018-04-05 RU RU2018112403A patent/RU2674212C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8026301B2 (en) * | 2006-05-01 | 2011-09-27 | Bnt Force Biodegradable Polymers Pvt Ltd. | Biodegradable polymer composition |
| RU2451697C1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-27 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | Biodegradable composition based on polyethylene and natural wood processing products |
| RU2473578C1 (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) | Biodegradable thermoplastic composition |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| РОГОВИНА С.З. и др. "Структура, свойства и термическая деструкция биоразлагаемых смесей на основе целлюлозы и этилцеллюлозы с синтетическими полимерами". Химическая физика, 2012, том 31, N 6, с.54-62. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750712C1 (en) * | 2020-11-24 | 2021-07-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Method of obtaining a biodegradable polymer composition |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nourbakhsh et al. | Characterization and biodegradability of polypropylene composites using agricultural residues and waste fish | |
| Samal et al. | Bio-based polyethylene–lignin composites containing a pro-oxidant/pro-degradant additive: preparation and characterization | |
| CN102167890A (en) | Masterbatch suitable for use in preparing a biodegradable polymer composition and its preparation method | |
| JP2023504656A (en) | Biodegradable resin composition and method for producing the same | |
| CN101759968A (en) | Biodegradable film and preparation method thereof | |
| RU2674212C1 (en) | Biodegradable polymer composition | |
| CN101775168A (en) | Collagen-modified biodegradable plastic and preparation method thereof | |
| Pavlovskay et al. | Creation of new polymer composite bioplastics to produce disposable tableware based on starch | |
| Obasi et al. | Effect of soil burial on properties of polypropylene (pp)/plasticized potato starch (pps) blends | |
| CN106336559B (en) | A kind of big hollow blow molding modification high-density polyethylene resin and preparation method thereof | |
| Al-Salem et al. | Inducing polymer waste biodegradation using oxo-prodegradant and thermoplastic starch based additives | |
| Bulatović et al. | Biodegradation of LDPE_TPS blends under controlled composting conditions | |
| Haroun | Preparation and characterization of biodegradable thermoplastic films based on collagen hydrolyzate | |
| CN114423813A (en) | Small particle starch and starch-based materials blended with synthetic polymers to improve strength and other properties | |
| Pantyukhov et al. | Destruction of composite materials made of LDPE and lignocellulosic fillers | |
| US5667574A (en) | Starch-based composition for preparing an environment degradable α-olefinic polymer molding material | |
| JP6840459B2 (en) | The process of preparing biodegradable or biocomposable or biodigestible plastics | |
| CN108892934A (en) | A kind of preparation method of stable bionic fish bait bright in luster | |
| EP3861062B1 (en) | Process for producing a carbon dioxide neutral and biodegradable polymer and packaging products produced thereof | |
| CN107619529A (en) | Bio-based fully-degradable plastic, preparation method and application thereof | |
| Afolabi et al. | Mechanical and biodegradability properties of hydroxypropyl and cross-linked starch-Low density polyethylene (LDPE) Composite | |
| WO2021067280A1 (en) | Hemp polymer materials with an additive and methods of making same | |
| Ng et al. | Effect of banana peel waste concentration and mixing rate to the tensile strength of polyvinyl alcohol/banana peel waste composite film: optimization study via statistical tool | |
| Martelli | Environmentally compatible polymeric blends and composites based on oxo-biodegradable polyethylene | |
| RU2552554C2 (en) | Method of producing polyolefin oxygen-absorbing composition for sealing pads |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210406 |