КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к методам получения композиционного материала на основе синтетических полимеров для производства пленочного полотна. Способ включает смешение синтетического термопластичного полимера, пластифицированного полисахарида в качестве органического материала, малеинизированного полимера в качестве связующего агента, смолы растительного происхождения и/или смеси терпенов и терпеноидов, и/или смеси непредельных жирных кислот и смоляных кислот в качестве диспергатора, амидной смазки или олеатов, или одного или несколько из неионогенных ПАВ в качестве процессинговой добавки при массовом соотношении в частях: органический материал – 5-90, связующий агент – 5-25, диспергатор – 0,3-8, процессинговая добавка – 3-8, синтетический полимер – 5-90. Смешение осуществляют в смесителе лопастного, планетарного типа или в турбосмесителе, с дальнейшим компаундированием предварительно полученной смеси компонентов в смесителе с лопастными валками, при температуре смешения расплава 140-210°С, гранулированием смеси и сушке при 60-100°С в течение 1-10 часов. Перед смешением компонентов проводят процесс дегидратации пластифицированного полисахарида, при котором осуществляют его сушку до остаточной влажности 5-10% при температуре 60-100°С длительностью 3-10 часов в вакуумной печи или сушильном шкафу. Техническим результатом изобретения является предоставление способа изготовления композиционного материала для производства пленочного полотна толщиной 10-15 мкм с биоразлагаемыми свойствами. 1 пр.

Способ получения композиционного материала на основе синтетических полимеров, предназначенного для производства пленочного полотна, включающий смешение синтетического термопластичного полимера, пластифицированного полисахарида в качестве органического материала, малеинизированного полимера в качестве связующего агента, смолы растительного происхождения и/или смеси терпенов и терпеноидов, и/или смеси непредельных жирных кислот и смоляных кислот в качестве диспергатора, амидной смазки или олеатов, или одного или несколько из неионогенных ПАВ в качестве процессинговой добавки в смесителе типа лопастного, планетарного или в турбосмесителе, с дальнейшим компаундированием предварительно полученной смеси компонентов в смесителе с лопастными валками, при температуре смешения расплава 140-210°С, гранулированием смеси и сушке при 60-100°С длительностью 1-10 часов, причем перед смешением данных компонентов проводят процесс дегидратации пластифицированного полисахарида, при котором проводят его сушку до остаточной влажности 5-10% при температуре 60-100°С длительностью 3-10 часов в вакуумной печи или сушильном шкафу при следующем соотношении, мас.ч.:

Изобретение относится к способу получения композиционного материала на основе синтетических полимеров.

Традиционными материалами для получения одноразовых упаковочных изделий являются полиэфиры – полиэтилен и полипропилен, – на давно устоявшемся рынке которых введение любых альтернатив воспринимается с огромным трудом ввиду отработанных технологий и высоких характеристик материалов, соответствующих требованиям игроков (производителей и потребителей готовых изделий). Однако применение данных полимеров в больших объемах повлекло за собой экологическую проблему глобального масштаба – загрязнение окружающей среды. Основным недостатком изделий на основе традиционных полиолефинов стала высокая продолжительность полной деградации (100-500 лет) при коротком сроке использования (в среднем 30 мин).

Как решение проблемы загрязнения окружающей среды заинтересованным обществом рассматривается и вводится практика сбора, сортировки и вторичной переработки пластиковых отходов. Процесс повторной переработки бывшего в применении пластика часто ограничен влиянием таких факторов, как не полимерные загрязнения, прогрессирующая деградация свойств. Следовательно, качество получаемой продукции из вторичных полимеров, как правило, ниже, чем из первичного полимерного сырья, отсюда – ограниченность сфер применения в конечных изделиях, восстановленный материал низкого качества. Таким образом процессы рециклинга в силу ограниченной термостабильности полимеров не решают проблему природной среды.

Существующие в мире альтернативными традиционным пластикам решения в области материалов одноразовых изделий повседневного спроса условно можно разделить на несколько групп:

- Бумажный материал;

- Тканный материал;

- Биоразлагаемые материалы, в том числе полимеры биологического происхождения, полимеры на основе ископаемого сырья, синтетически полученные полимеры (полилактиды, PLA – полимолочная кислота, PHA – полигидроксиалканоаты, крахмальные смеси, PBS – полибутилен сукцинат, PBAT полибутиратадипинтерефталат и др.);

- Традиционные полимеры с добавлением биоразлагаемых добавок.

Преимуществом бумажных изделий является простота утилизации, короткие сроки полного разложения. Однако на производство бумажных изделий затрачивается огромный объем ресурсов, в несколько раз превышающий объем ресурсов для получения пластиковых изделий, а именно электроэнергии, а также водных ресурсов, которые в конечном итоге загрязняют окружающую среду в виде токсичных сточных вод. При этом стоит учесть, что, не смотря на возобновляемость сырья, для обеспечения рынка без вреда окружающей среде использование первичной древесины невозможно, а макулатура требует больших ресурсных затрат. К тому же бумажные изделия могут применяться всего один раз. Они имеют низкую прочность и не влагоустойчивы. Разлагаясь на свалке, бумага выделяет газ метан, парниковый эффект от которого в десятки раз выше, чем от CO₂.

Основные недостатки многоразовых тканных материалов в виде сумок и авосек предлагаются на рынке, как альтернатива пластиковым пакетам: не гигиеничность повторного применения; при импульсивных покупках, которые могут совершатся ежедневно, как правило сумок не оказывается у покупателя с собой. Частое приобретение тканной сумки делает ее дорогой и экологически небезопасной.

Как альтернативное решение традиционному пластику распространение в мире получили биополимеры. Согласно последним данным Европейского института биопластиков (European Bioplastics) и научно-исследовательского института nova-Institute (Хюрт, Германия), которые являются ведущими в исследованиях области биополимеров, глобальные производственные мощности по выпуску биоразлагаемых пластиков в 2018 году составили 1,11 млн. тонн. В структуре потребления крупнейшей областью применения биопластмасс является упаковка - 65% от общего рынка биопластиков. Использования биопластиков во всех сегментах рынка ежегодно увеличивается, обусловлено растущим спросом на устойчивые продукты со стороны потребителей и брендов, поскольку растет понимание воздействия на окружающую среду и понимание необходимости уменьшить зависимость от ископаемых ресурсов. Также росту рынка способствуют постоянные достижения и инновации в индустрии биопластиков в новых материалах с улучшенными свойствами и новыми функциональными возможностями. Использование биопластика стимулируют условия правовой основы государств, где проблему загрязнения окружающей стараются решать на уровне правительства.

Основными типами биоразлагаемых пластиков на основе биологических веществ для упаковки являются такие биополимеры, как PLA (полимолочная кислота), PHA (полигидроксиалканоаты). Недостатками применения приведенных примеров биоразлагаемых полимеров в чистом виде является высокая стоимость и ограниченность в применении ввиду их физико-механических характеристик.

Первую компанию по производству биополимеров в 1983 году создали Imperial Chemical Industries (ICI) и фирма венчурного капитала Marlborough Teeside Management (Великобритания). Также одним из первопроходцев в сфере биополимеров является компания Novamont. С 1989 года с начала своего основания компания вела исследования в области биопластиков и за время своего существования выпустила несколько поколений растительного пластика «Mater-Bi». Известность на мировом рынке биоразлагаемых материалов получил полимер химической корпорации BASF марки ecovio®. BASF предлагает сертифицированный компостируемый и в основном био-основанный полимер с 2006^{года. Он состоит из компостируемого полимера BASF ecoflex®, полилактидной кислоты (PLA) и других добавок.}

На российском рынке для биоразложения изделий используют импортные оксо-разлагающие добавки. Такие мастербатчи не изменяют производственного процесса и не оказывают значительного влияния на изменение стоимости получаемых изделий ввиду их низкой концентрации (1-3%) в общей массе сырья. Мировым лидером и пионером в разработке добавок для производства биоразлагаемых изделий на основе обычных пластмасс является Symphony Environmental (Великобритания) с добавкой D2W (degradable to water), которая содержит соли металла и вводится в полимер в соотношении 1% добавки к 99% основного материала. Добавка вызывает распад изделия на мелкие хлопья. Прежде, чем микропластик начнет разлагаться, его фрагменты распространяются в окружающей среде, наносят вред ее обитателям, попадая в пищевую цепочку.

Технические решения, основанные на применении специальных добавок и наполнителей для традиционных синтетических пластиков, не заменяют или только частично заменяют углеводородное сырье возобновляемым, однако такие способы позволяют сохранить действующую модель потребления, на которой держится мировая экономика, и радикально снизить вред использования пластиковых изделий, в первую очередь одноразовых пакетов, на окружающую среду.

Ближайшими аналогами изобретения являются полимерные компаунды на основе синтетических полимеров, крахмала и функциональных добавок, полученные в условиях экструзионной обработки, предназначенные для изготовления пленочных изделий.

Существует ряд близких патентов, действующих и не действующих, зарегистрированных в России отечественными и зарубежными организациями и физическими лицами.

Известны композиции, состоящие из нескольких фаз (патент RU 2476465, C08L 67/02, C08L 3/02, C08J 5/18, C08L 101/16, опубл. 27.02.2013 г., патент RU 2479607, C08L 67/02, C08L 3/02, C08J 5/18, B82B 1/00, опубл. 20.04.2013 г.)  В частности, одна из фаз является гидрофобным полимером, несовместимым с крахмалом. Может представлять собой полимеры с модулем упругости менее чем 200 МПа и предельным удлинением более чем 500%, смешанные алифатически-ароматические полиэфиры дикислоты/диола. Алифатические кислоты выбраны из одного из янтарной, адипиновой, азелаиновой, себациновой, ундекандикарбоновой, додекандикарбоновой, брассиловой кислоты или их смесей. Гидрофобную матрицу могут представлять биоразлагаемые полимеры, такие как полигидроксиалканоаты, полиэфиры и полиамиды. Вторая фаза – крахмальная – деструктурированные природные крахмалы в форме наночастиц размерами менее 0,3 мкм. Третья – неупругий и хрупкий полимер (полимолочная и полигликолевая кислота). Композиция подходит для получения сумок и упаковочных материалов из упругих прочных тонких пленок.

Известна биологически разрушаемая термопластичная композиция из ПЭНП в том числе отходы ПЭНП (60-70%), крахмала (18-24%), глицерина (9-12%) и сорбитола (3-4%). Температура переработки 140-150 °С (патент RU 2645677, C08L 23/06, C08L 3/02, C08K 5/053, опубл. 27.02.2018 г.). Композиция обладает биологической разрушаемостью после срока эксплуатации в течение 18 месяцев. Предназначена для получения пленок экструдированием гранулята на экструдере с щелевой головкой.

Известна биологически разрушаемая термопластичная композиция, содержащая пористый кукурузный крахмал (патент RU 2691988, C08L 23/06, C08L 3/04, C08K 5/053, C08K 7/22, C08L 101/16, опубл. 19.06.2019 г.). В состав термопластичного крахмала входит пористый кукурузный крахмал, полученный биокаталитическим гидролизом нативного кукурузного крахмала в присутствии амилолитических ферментов, при следующем соотношении компонентов, масс. %: пористый кукурузный крахмал 18,0-21, глицерин 9,0-10,5, сорбитол 3,0-3,5, полиэтилен низкой плотности остальное.

Известен способ получения рукавной бесшовной оболочки для упаковки пищевых продуктов на основе термопластичного крахмала и/или термопластичного производного крахмала и дополнительного полимера природного или синтетического (патент PL 333530 А1, A22C 13/00, C08J 5/18, C08L 3/02, опубл. 06.12.1999 г., патент HU 0100774 А2, A22 C13/00, C08L 3/02, C08L 3/06, опубл. 28.06.2001 г., патент PL 344485 А1, A22C 13/00, B29C 49/04, B65D 65/46, C08J 5/16, C08J 5/18, C08L 3/00, C08L 3/02, C08L 3/06, C08L 75/06, опубл. 05.11.2001 г.).

Среди зарубежных патентов, относящихся к исследуемой области, основная часть документов приходится на патентовладельцев из Китая, также встречаются патенты Кореи, Тайваня, заявки США.

Известен состав на основе крахмала (патента KR 100458042, C08K 5/05, C08L 23/08, C08L 23/26, C08L3/02, опубл. 19.03.2003г.), привитого глицидилметакрилатом полиэтилена, пластификатора (из глицерина, этиленгликоля, пропиленгликоля, низкомолекулярного поливинилового спирта и сорбита), инициатора, (из бензоилпероксида; дикумилпероксида; изобутирилпероксида; 2,2-бис (трет-бутилперокси) бутана), автоокислителя (из олеамида, олеата марганца, стеарата марганца, олеата железа, стеарата железа и их смесей).

Известен состав, включающий кроме полиэтилена и крахмала биоразлагаемую смолу на основе политетраметилен-сукцината выбранную из алифатического полиэфира, адипата политетраметилена, полипропиолактона, поликапролактона, полимолочной кислоты и полигидроксибутила (патент KR 100484721 B1, C08L 23/06, C08L3/00, C08L 67/00, опубл. 20.04.2005 г.).

Известен состав, включающий кроме полиэтилена и крахмала, связующий агент (малеиновый ангидрид, метакриловый ангидрид или малеимид), инициатор радикала (бензоилпероксид, ди-трет-бутилпероксид, азобисизобутиронитрил, трет-бутилгидропероксид, дикумилпероксид, Lupersol IOI (Pennwalt) Co.) или Perkadox-14 (Akzo Co.)), автоокислитель (олеат марганца, стеарат марганца, олеат железа (II), стеарат железа (II) и их смеси), пластификатор (олеамид, витон или эрукамид), сомономер акрилонитрила, или стирола, или этилакрилата (патент KR 960012444 В1, C08L 1/00, C08L 101/00, C08L 101/16, C08L 23/04, C08L 23/06, C08L 3/00, C08L 3/02, опубл. 20.09.1996 г.).

Известна композиция, включающая гранулированный крахмал и полиэтилен, связанные компатибилизаторами (малеиновым ангидридом, акриловой и/или метакриловой кислотами) – не включает в себя пластификатора (патент US 7608649 B2, C08L 101/00, C08L 23/06, C08L 3/00, C08L 3/02, C08L 89/00, C09J 199/00, D21H 19/54, опубл. 27.10.2009 г.).

Известны композиции, в одну из которых входят кукурузный крахмал, ПВД, сополимер этиленакриловой кислоты, гидроксид натрия; в другую – крахмал, сополимер этиленакриловой кислоты, соли стеариновой кислоты и как дополнительный полимер полиэтилен (патент US 5449708 А, C08L 3/02, C08L 23/08, C08L 3/00, C08L 89/00, опубл. 12.09.1995 г., патент US 5162392 А, B29C 45/00, C08L 23/06, C08L 3/02, опубл. 10.11.1992 г.).

Известен состав, включающий пластифицированную матрицу желатинизированного крахмалистого материала и сополимера этилена и акриловой кислоты, дополнительно включает полиэтилен, нейтрализующим агентом является аммиак (патент EP 0032802 B1, C08J 5/18, C08K 3/28, C08K 5/00, C08L 1/00, C08L 101/00, C08L 23/00, C08L 23/06, C08L 23/08, C08L 27/00, C08L 3/00, C08L 3/02, C08L 33/00, C08L 33/02, C08L 89/00, опубл. 29.07.1981 г.).

Известны многокомпонентные материалы, предназначенные, в частности, для мульчирующих пленок, где применяется несколько наполнителей, дополнительно к крахмалу могут вводиться бурые водоросли, кукурузная солома, порошок древесного угля (патент CN 107820970 A, A01G 13/02, C08L 23/06, C08L 3/02, C08L 51/02, опубл. 23.03.2018 г., патент KR 101307194 B1, C08K 3/04, C08L 101/16, C08L 23/02, C08L 3/02, опубл. 11.09.2013 г., патент KR 101542604 B1, C08J 5/18, C08L 101/16, C08L 23/06, C08L 97/02, опубл. 06.08.2015 г.)

Известно изобретение, в котором агентом, способствующим деградации, в составе биоразлагающей добавки приводится кокосовое волокно, а масло кокоса приводится в качестве связующего (патент CN 101787156 B, C08J 3/22, C08K 3/26, C08K 3/34, C08K 5/098, C08L 23/06, C08L 23/08, C08L 3/02, опубл. 25.12.2013 г.).

Известны изобретения для тонкопленочного материала, содержащие пищевой крахмал, глицерин, дигликоль, стеариновую кислоту, стеарат кальция, моноглицерид, этилен-метилакрилат, полиэтилен; отличаются наличием в одном – сорбиерита, во другом – бутандиола, в третьем – сополимера этилена и акрилата, сополимера этилена и винилацетата (патент CN 101942116 В, C08K5/04, C08K 5/053, C08K 5/098, C08L 23/06, C08L 23/08, C08L 3/02, опубл. 08.02.2012 г., патент CN 101935408 B, B29B 9/06, B29C 48/92, B65D 33/02, B65D 65/46, B65F 1/00, C08K 13/02, C08K 5/053, C08K 5/06, C08K 5/09, C08K 5/098, C08K 5/103, C08L 23/06, C08L 23/08, C08L 3/02, опубл. 25.04.2012 г., патент CN 102134333 B, C08K 5/053, C08K 5/06, C08K 5/098, C08K 5/103, C08L 23/06, C08L 23/08, C08L 3/02, опубл. 17.04.2013 г.).

Известно изобретение пластикового пакета на основе модифицированного крахмала и полиэтилена вносится гидропероксид инозин дифосфат (IDP) (патент CN 102050260 B, B29C 49/78, B65D 30/02, C08L 23/06, C08L 5/14, опубл. 12.06.2013 г.).

Известно изобретение, раскрывающее композитный материал из полиэтилена, кукурузного крахмала, наполнителя (предпочтительно сульфат кальция), пластификатора (предпочтительно стеарат натрия). Гранулирование осуществляют на двухшнековом экструдере при температуре головки предпочтительно 100°С, при вращении шнеков со скоростью 110 об/мин (патент CN 102161797 B, C08K 3/30, C08K 5/098, C08L 23/08, C08L 3/02, опубл. 11.07.2012 г.).

Известен способ получения тонкой пленки (патент CN 103044715 B, C08K 5/09, C08K 5/12, C08K 5/39, C08L 23/06, C08L 3/02, C08L 67/04, опубл. 14.102015 г.). В данном случае крахмал является больше основной составляющей (40-60%), чем наполнителем. Полиэтилена в составе – 8-15%. Остальное – диоктилфталат, тиокарбамапат натрия, стеариновая кислота, ацетон, полигидроксибутирата.

Известно изобретение, в котором в качестве вспомогательных веществ применены пластификатор – из трибутилцитрата, минерального масла, мочевины и формамида; смазка твердая - стеарат магния; термостабилизатор – трифенилфосфит (патент CN 103483850 B, C08L 101/00, C08L 23/06, C08L 23/08, C08L 3/02, C08L 5/00, C08L 67/04, опубл. 10.08.2016 г.)

Известна биоразлагаемая пленка, в которую дополнительно входит 0,5-3 % микрокристаллической целлюлозы, 1-2 % стеарата цинка (патент CN 104098791 B, C08K 3/30, C08K 5/053, C08K 5/07, C08K 5/098, C08L 1/02, C08L 23/06, C08L 23/30, C08L 3/02, опубл. 13.04.2016 г.). Материал получают в три стадии: а) Термопластификация крахмала происходит при высокоскоростном смешении и термическом воздействии на смесь крахмала, воды, глицерина и мочевины, после охлаждения смесь измельчается. б) Термопластичный крахмал и другие исходные материалы с полиэтиленом равномерно смешиваются и экструдируются в гранулы с помощью двухшнекового экструдера. с) Далее смесь выдувается в пленку.

Известно изобретение, в котором ускорителем разложения пластикового пакета является 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан (патент CN 104927318 A, B65D 65/46, C08K 13/02, C08K 3/26, C08L 1/28, C08L 23/06, C08L 25/10, C08L 29/04, C08L 3/02, C08L 3/04, C08L 5/08, C08L 67/04, опубл. 23.09.2015 г.).

Пересекаются с вышеперечисленными по составу также изобретения таких документов, как (патент CN 102226020 B, B29B 9/06, B29C 48/92, C02F 11/00, C02F 11/12, C08K 11/00, C08K 13/08, C08L 23/06, C08L 23/12, опубл. 21.11.2012 г., патент CN 107083028 A, C08K 13/02, C08K 3/34, C08K 5/098, C08L 29/04, C08L 3/02, C08L 67/00, C08L 67/04, C08L 71/02, опубл. 22.08.2017 г., патент CN 107417982 A, B65D 65/46, C08K 5/20, C08L 1/28, C08 L23/06, C08L 23/08, C08L 29/04, C08L 3/02, C08L 67/04, C08L 71/02, опубл.01.12.2017 г., патент CN 107602939 A, B29B 9/06, C08K 5/42, C08L 23/06, C08L 3/02, C08L 67/04, C08L 97/02, опубл. 19.01.2018 г., патент CN 109111635 А, C08J 5/18, C08K 3/22, C08K 5/11, C08K 7/06, C08L 23/06, C08L 3/02, C08L 5/00, C08L 97/02, опубл. 01.01.2019 г.).

Известно изобретение, в котором описывается применение в качестве фоторазлагающего агента один или несколько из бензофенона, ароматического кетона, ароматического амина, ацетофенона, ацетилацетоната железа, оксима 2-гидрокси-4-метилацетофенона, стеарата железа (патент CN 105778452 A, B29C 48/92, C08K 13/02, C08K 3/26, C08L 23/06, C08L 29/04, C08L 3/10, C08 L5/08, C08L 67/02, C08L 67/04, C08L 71/02, опубл. 20.07.2016 г.).

Известно изобретение, в котором следующий ряд термофотоокисляющих агентов деструкции – диоксид титана, n-октилферроцен, хлорид железа, полиизобутилен, ацетилацетон никеля нитрозилхлорид, стеариновая кислота, стеариловый спирт, октадециловый спирт, додецилбензол один или более; термоокислительный деструктор, содержащий железо, марганец, кобальт, медь, лантан, оксид празеодима металлического элемента или органического соединения (патент CN 106987045 А, C08K13/02; C08L1/02; C08L23/06; C08L3/02, опубл. 28.07.2017 г.).

Известно изобретение, в котором раскрыт Состав разлагающих мастербатчей-прооксидантов на основе кобальта, цинка, циркония (патент RU 2540273, C08L 101/16, C08L 23/04, C08L 23/10, C08K 5/098, опубл. 10.02.2015 г.).

Известно изобретение, в котором описывается полимерный материал на основе крахмала, пластификатора, и одного или нескольких полиолефинов, выбранных из группы, состоящей из полиэтилена, полипропилена и полистирола (патент US 10919203 B2, B29C 48/00, B29C 48/08, B29C 55/00, B29C 55/02, B65D 65/46, B65D 85/00, C08J 5/18, C08L 3/02, опубл. 16.02.2021 г.). Пластификатор представляет собой глицерин. Агент совместимости присутствует в количестве до 8% от веса изделия.

20% - 40% мас.полимерного крахмала

60% - 80% мас. полиолефина.

Известен способ получения пластифицированной термопластичной композиции на основе крахмала и полученная композиция (патент JP 5544302 B2, C08G 18/64, C08G 59/40, C08J 3/20, C08K 5/05, C08K 5/1515, C08K 5/29, C08L 23/06, C08L 23/12, C08L 25/08, C08L 3/02, C08L 75/04, опубл. 09.07.2014 г., также опубликован как патент RU 2524382, C08L 3/02, C08L 75/04, опубл. 27.07.2014 г.), выбранный в качестве прототипа. В способе применяется по меньшей мере, один гранулированный крахмал (компонент 1) и по меньшей мере один органический пластификатор этого крахмала (компонент 2) из глицерина, полиглицерина, изосорбида, сорбитана, сорбита, маннита, гидрогенизированного глюкозного сиропа, лактата натрия и смесей этих продуктов. Функциональный материал выбран из группы, состоящей из полиэтилена (PE) и выбранный из группы, состоящей из полипропилена (PP), Стирол-этилен-бутилен-стирольного сополимера (СЭБС), аморфный полиэтилентерефталат (ПЭТГ), и термопластичный полиуретан.

Недостатками прототипа являются сравнительно невысокое удлинение при разрыве (более 40%), хрупкость, недостаточная эластичность при изготовлении пленок.

Задачей настоящего изобретения является создание композиционного материала, обладающего биоразлагаемыми свойствами для производства пленочного полотна толщиной 10-15 мкм.

Техническое решение по настоящему изобретению представляет собой гранулированный материал, состоящий из синтетического полимера и органического наполнителя природного происхождения. Основу матрицы биоразлагаемой композиции представляют синтетические полимеры. Основу наполнителя представляет природный полимер, представляющий собой модифицированный термопластичный органический материал.

Композиционный материал на основе синтетических полимеров включает органический материал, синтетический полимер и связующий агент. Дополнительно содержит диспергатор и процессинговую добавку при следующем соотношении компонентов на 1 кг композиционного материала, масс.ч:

органический материал – 5-90

связующий агент – 5-25

диспергатор – 0,3-8

процессинговая добавка – 3-8

синтетический полимер – 5-90.

В качестве органического материала используется один или несколько полисахаридов выбранного из группы крахмал растительного происхождения и/или мучки растительного происхождения, и/или муки растительного происхождения, водно-спиртовый пластификатор А для обеспечения набухания органической фазы и пластификатор Б для обеспечения структурной и ускоренной пластификации, а также функциональный агент, при следующем соотношении компонентов на 1 кг материала, масс.ч:

полисахарид – 39–90

пластификатор А – 5–60

пластификатор Б – 5–60

функциональный агент – 0,001–10.

В качестве синтетического полимера используют полиэтилен. В качестве связующего агента используют один или несколько малеинизированных полимеров. В качестве диспергатора используют смолу растительного происхождения и/или смесь терпенов и терпеноидов, и/или смеси непредельных жирных кислот и смоляных кислот. В качестве процессинговой добавки используют амидную смазку или олеаты или соединения, включающие элемент титана или один, или несколько из неионогенных ПАВ.

Способ получения композиционного материала включает процесс дегидратации пластифицированного компонента. Проводят сушку органического материала до остаточной влажности 5-10% при температуре 60–100 °С длительностью 3–10 часов в вакуумной печи или сушильном шкафу. Для компаундирования компонентов в концентрат производят смешение компонентов в смесителе типа лопастного, планетарного или в турбосмесителе, с дальнейшим компаундированием предварительно полученной смеси компонентов в смесителе с лопастными валками, при температуре смешения расплава 140–210 °С, гранулированием смеси и сушке при 60–100 °С длительностью 1–10 часов. при следующем соотношении, масс.ч:

органический материал – 5-90

связующий агент – 5-25

диспергатор – 0,3-8

процессинговая добавка – 3-8

синтетическая полимер – 5-60.

Полученный концентрат смешивают с синтетической матрицей в смесителе типа лопастного, планетарного или в турбосмесителе, проводят компаундирование полученной смеси методом экструзии при температуре экструзии в рабочих зонах экструдера 120-210 °C, скорости вращения шнека 100-650 оборотов в минуту при длине цилиндра экструдера 35 – 60 L/D при следующем соотношении, масс.ч:

концентрат – 10-90

синтетический полимер – 10-90.

Получение настоящего изобретения достигается осуществлением и применением ниже следующих технических решений.

Синтетическая матрица представляет один или несколько полимеров из множества марок полиолефинов, полиэтилена высокого или низкого давления, полипропилена, полистирола и других термопластичных материалов, применяемых для получения полимерных изделий. Предпочтительными являются марки полиэтилена низкого давления (ПЭНД) (высокой плотности), предназначенные для получения тонкопленочных изделий, а также низкомолекулярный полиэтилен или линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), в том числе малеинизированный. Выбор полиэтилена и его содержание в составе компаунда в разных объемах позволяет регулировать вязкость, плотность, молекулярную массу компаунда.

Органический наполнитель представляет собой модифицированный термопластичный органический материал – пластифицированный полисахарид в виде гранул, предназначен для переработки на существующем для полимеров оборудовании в композиции с полиолефинами, с полилактонами и другими полимерными материалами. Обеспечивает удешевление композиции, поскольку основан на недорогом сырье, представляющим собой, в частности, отходы обработки злаковых культур (мучка).

Технические характеристики материала достигаются введением в состав полимера компатибилизаторов, стабилизаторов, процессинговых добавок.

Компатибилизатор в одном из вариантов осуществления изобретения представляет один или несколько из малеинизированных олефиновых полимеров, например, малеинизированный полиэтилен, малеинизированный полипропилен, и/или малеинизированный сополимер этилена и винилацетата (малеинизированный ЭВА), и/или малеинизированный каучук, предпочтительно малеинизированный стирол-этилен-бутилен-стирольный каучук (СЭБС) или малеинизированный цис-бутадиеновый-низкомолекулярный каучук.

Компатибилизатор в одном из вариантов осуществления изобретения представляет один или несколько из полиолефиновых эластомеров с низким содержанием карбоксилатных групп и низкомолекулярных соединений с высоким содержанием карбоксилатных групп, например малеинизированный метиловый эфир олеиновой кислоты, малеимиды и бисмалеимиды.

Компатибилизатор в одном из вариантов осуществления изобретения представляет один или несколько из смесей малеинизированных полимеров с диспергаторами, представляющими собой природные смолы и их производные (канифоль, эфиры канифоли, скипидар), а также с ПАВ типа синтанолов С16-С20

Диспергатор частиц органического наполнителя в синтетической матрице повышает совместимость компонентов и представляет собой, например, смолу растительного происхождения, предпочтительно канифоль; и/или смесь терпенов и терпеноидов, предпочтительно скипидар; и/или смеси непредельных жирных кислот и смоляных кислот, предпочтительно дистиллированное талловое масло.

Процессинговая добавка по одному из вариантов осуществления изобретения представляет собой

амидную смазку, например, моностеарат глицерина, бисстеарамид, эрукамид, олеамид;

или олеаты, например, сорбитан олеат или фосфат олеат;

или соединения, включающие элемент титана, например, соединения оксидов титана, соединения титанатов, фосфорно-титанатные соединения, наиболее предпочтительно представляет собой коммерческую добавку марки МА12;

или один или несколько из неионогенных ПАВ, например, смесь первичных оксиэтилированных высших спиртов фракций C16 - C18, смесь первичных оксиэтилированных высших жирных спиртов фракций С12 – С14, смесь полиэтиленгликолевых эфиров первичных высших жирных спиртов фракции С16-С18.

Пример осуществления изобретения.

Процесс получения композиционного материала на основе синтетических полимеров и модифицированного термопластичного органического материала по одному из вариантов осуществления изобретения включает следующие этапы:

Этап 1. Органический наполнитель подвергается сушке при температуре 60 – 100 °С. Длительность сушки по времени составляет 3 – 10 часов. Оборудованием, используемым для сушки, может послужить вакуумная печь, сушильный шкаф.

Этап 2. Компаундирование компонентов в концентрат.

Стадия 1. Взвешивание следующих компонентов в соотношениях: органический наполнитель – 5-90 массовых частей; компатибилизатор – 5-15 массовых частей; диспергатор – 1-8 массовых частей; процессинговая добавка – 3-8 массовых частей; синтетическая матрица – 10-100 массовых частей.

Стадия 2. Предварительное смешение компонентов производится механически в смесителе типа лопастного, планетарного или в турбосмесителе.

Стадия 3. Компаундирование предварительно полученной смеси компонентов в смесителе с лопастными валками, например, в смесителе с Z-образными роторами, в смесителе типа бенбери, в смесителе типа интермикс, или в двушнековом экструдере. Температура смешения расплава 140–210 °С. В случае смешения в экструзионной машине скорость вращения шнека составляет 100–450 оборотов в минуту при длине цилиндра экструдера 35–60 L/D. Полученная смесь гранулируется, подвергается сушке при температуре 60–100 °С. Длительность сушки составляет 1–10 часов. Оборудованием, используемым для сушки, может послужить вакуумная печь, сушильный шкаф. Гранулирование производится с помощью машины, гранулирующей стренгу композиционного материала, если не предусмотрено иное смесительным оборудованием.

Этап 3.  Компаундирование компонентов в композиционный материал на основе синтетических полимеров и модифицированного термопластичного органического материала:

Стадия 1. Взвешивание следующих компонентов в соотношениях: концентрат – 10-90 массовых частей; синтетическая матрица – 10-90 массовых частей.

Стадия 2. Предварительное смешение компонентов производится механически в смесителе типа лопастного, планетарного или в турбосмесителе.

Стадия 3. Компаундирование полученной смеси методом экструзии. Смесь экструдируется в стренгу и затем в гранулы. Смешение производится с помощью двушнекового экструдера. Гранулирование производится с помощью машины, гранулирующей стренгу композиционного материала. Температура экструзии в рабочих зонах экструдера составляет 120-210 °C. Скорость вращения шнека составляет 100-650 оборотов в минуту при длине цилиндра экструдера 35 – 60 L/D.

Этап 2 может быть исключен и, таким образом, компаундирование может быть осуществлено без получения концентрата, с получением компаунда методом экструзии в зависимости от длины шнека и настроек экструзионной машины.

Соотношения компонентов и условия переработки, могут быть изменены и оптимизированы под конкретные способы переработки, под производство конкретных изделий. Процесс получения композиции включает, но не ограничивается переработкой смеси в компаунд на двухшнековом экструдере. Композиция может быть получена на одношнековом экструдере включительно.

Настоящее изобретение является экологически безопасным биоразлагаемым материалом. Биоразложение композиционного материала не сопровождается разрушением изделия на микрофаргменты пластика. Механизм биодеградации композиционного материала в окружающей естественной среде заключается в частичной фото-термодеструкции и разложении в результате жизнедеятельности микроорганизмов, активно развивающихся и питающихся низкомолекулярными фрагментами синтетических полимеров за счет наличия модифицированной органической составляющей. В результате распада материала веществ в виде мелких неразлагаемых частиц не образуется.

Композиционный материал позволяет получать пленочное полотно и изделия экструзионно-выдувным способом – пакеты бытового назначения, торговые пакеты, мусорные мешки, упаковочные пакеты, пленки, изделия толщиной не более 10-15 мкм.

Композиционный материал соответствует требованиям переработки полимерных материалов на существующем стандартном оборудовании. Отсутствует необходимость в создании нового оборудования для его производства композиционного материала и его переработки в готовые изделия. Способ получения композиционного материала на традиционном оборудовании прост и не имеет ограничений по масштабированию производительности процесса.