Фотодеградуюча полімерна композиція

1. Фотодеградуюча полімерна композиція, що місить поліолефін - поліетилен високого тиску, прискорювач розкладу та з'єднуючий компонент, яка відрізняється тим, що як прискорювач 3 найдоцільніше 0,05-1% від маси основного полімеру. Відома композиція має вузьку галузь застосування і може використовуватись тільки для виготовлення плівок сільськогосподарського призначення для мульчування. Відома полімерна композиція [Патент США №5565503, МПК С08К003/00, C08J007/12, 1996р.] до складу якої входить термопластичний поліолефін у кількості 50-60% мас., наповнювач карбонат кальцію з розміром частинок 1-10мкм в кількості 40-50% мас., а також олеїнова чи стеаринова кислоти в кількості 1% та прискорювач розкладу - карбоксилат металу із ряду церію, нікелю, магнію, кобальту, заліза. Вироби з такої полімерної композиції розкладаються як під впливом УФ-променів, так і під впливом підвищеної температури (більше ніж 37°С). Динаміка розкладу за 6 місяців підтверджується зменшенням молекулярної маси. Використання карбонату кальцію знижує фізико-хімічні характеристики плівок з такої полімерної композиції. Відома також фото деградуюча полімерна композиція [Заявка на винахід РФ №940423952, МПК C08L23/02, 1997р.], що містить поліолефін поліетилен високого тиску, прискорювач розкладу та з'єднуючий компонент. Як прискорювач розкладу вибраний фото-сенсибілізуючий агенталкилоксисилилферроцен наступної хімічної будови: CH3 Si Fe O R CH3 R1 R2 де: R-Сn2n+1, n=4-10; R1, R2-Н або Sі(СН3)2OR у кількості 0,001-0,5 мас.%, переважно 0,0050,2мас.%. Як поліолефіни застосовуються ПЭНП, ПЭВП, ПП, сополімери етилену із пропиленом, вищими олефінами (бутеном, пентеном, гексеном, октеном), вінілацетатом, їхні суміші та сплави в кількості 95-99,9%. Дана композиція може містити інші добавки, залежно від вимог до кінцевого виробу - термостабілізатори, антиоксиданти, ковзаючі і антиблокуючі добавки, поглиначі ІК випромінювання, наповнювачі, барвники. При цьому фото-сенсибилизирующий агент вводять у вигляді концентрату, що містить 1-10, переважно 2-5% мас. оксисилилферроцена, розподіленого в поліолефіні-2, де поліолефін-2 - той же, що й основний полімер, або будь-який інший поліолефін. Введення алкилоксисилилферроцену, розподіленому в будь-якому поліолефіні поряд з основним полімером сприяє високій їх фотодеградації під дією сонячного світла при попаданні в оточуюче середовище виробів з композиції, але має обмеженість у використанні ізза дороговизни фотосенсибілізуючої добавки. 53180 4 В основу корисної моделі покладено задачу створити таку фотодеградуючу композицію, в якій зміною якісного складу інгредієнтів, забезпечилось би розширення асортиментів відомих композицій при їх здешевленні. Поставлена задача вирішується тим, що в фотодеградуючої полімерної композиції, що містить поліолефін-поліетилен високого тиску, прискорювач розкладу та з'єднуючий компонент, згідно корисної моделі, як прискорювач розкладу вибрано стеарат кобальту, як з'єднуючий компонент вибрано співполімер етилену та вінілацетату. Доцільно, щоб фотодеградуюча полімерна композиція додатково містила лимонну кислоту, при цьому компоненти взяті в таких співвідношеннях (у % мас.): Поліолефін-поліетилен високого 77,8 96,8 тиску Стеарат кобальту 5,0 0,5 Співполімер етилену і вінілацетату 17,2 2,2 Лимонна кислота 5,0 0,5 Поліолефіном в композиції виступає ПЕВТ марки 15803-020, який широко використовується для виготовлення тари та упаковки. Стеарат кобальту виробництва НПФ «Балтійська мануфактура» (ТУ 2311-009-46133-782007) використовується нами в якості ініціатора фоторозкладу. У якості з'єднуючого компонента використовується СЕВА марки EscoreneTM Ultra EVA FL 00714, що має температуру плавлення 9395°С та 14% вінілацетатних груп. Використання даного компоненту забезпечує рівномірне розподілення стеарату кобальту та лимонної кислоти в полімерній матриці ПЕВД, яку доцільно додавати до композиції для прискорення хімічної деструкції композиції при закопуванні відходів, навіть в анаеробних умовах. Для виготовлення запропонованої полімерної композиції застосовано технологічний процес отримання полімерної композиції у вигляді плівки на вальцях, розмірами 150х300 (ф.Battaggion SpR, Італія). Температура на гарячому и холодному валках коливалась в межах 418-423К та 393-403К відповідно, ширина зазору між валками 0,750,8мм. Спочатку на розігрітих валках плавиться СЕВА, після чого вводяться попередньо змішані стеарат кобальту з лимонною кислотою, або без неї. Отриману суміш пропускають через вальці 2-3 рази для рівномірно розподілу компонентів в СЕВА. Після цього вводять гранули ПЕВД, які плавляться та змішуються з СЕВА і розподіленими в ньому домішками. Отриману композицію через вальці також пропускають 5-6 разів для рівномірного розподілу всіх компонентів. Отриману плівку охолоджують та знімають з вальців при температурі 353К. За даною технологією було виготовлено зразки полімерної композиції з різним вмістом стеарату кобальту та з'єднуючого компоненту. Склад виготовлених композицій наведено в таблиці 1. 5 53180 6 Таблиця 1 Компонент ПЕВД СЕВА Стеарат кобальту Лимонна кислота 1 96,8 2,2 0,5 0,5 2 91 5 2,0 2,0 Вміст компоненту в композиції, в % мас. 3 4 5 6 7 8 95 86,67 77,8 96,8 95 91 2,75 7,33 12,2 2,7 3,875 7 1,125 3,0 5,0 0,5 1,125 2 1,125 3,0 5,0 За для підтвердження протікання процесу прискореного розкладу, виготовлені зразки композиції піддавали УФ-опромінюванню, а потім встановлювали зміни у фізико-механічних та реологічних властивостях. Для УФ-опромінення використовувався пристрій з ртутно-кварцевою лампою ДРТ-1000. Час опромінення складав 100 годин, що відповідає приблизно року витримування в природних умовах атмосферного старіння. Показник течії розплаву (ПТР) композицій визначали у відповідності з ГОСТ 11262-80 на приладі ИИРТ-АМ з діаметром капіляру 0,2095±0,0005см при температурі 190°С та навантаженні 2,16кг. Фізико-механічні характеристики (руйнівне напруження та відносне подовження) вимірювалися згідно ГОСТ 11262-80. Вимірювання проводяться на універсальній розривній машині Р-5. Характеристична в'язкість встановлювалася методом віскозиметрії розчинів полімерів за допомогою капілярного віскозиметра ВПЖ-2 (розчинник - ксилол, температура 105°С). Ступінь фоторозкладу (N) визначали як відношення різниці показників характеристики даної композицій до і після впливу УФопромінювання на показник характеристики до цього впливу. Результати вивчення властивостей зразків полімерної композиції наведені в таблиці 2. Аналіз даних таблиці 2 показує, що в плівкових матеріалах протікають процеси розкладу. Середні показники ступеня розкладу за показником ПТР 9 86,67 10,33 3,0 10 77,8 17,2 5,0 35%, за міцністю на розрив - 41%, за коефіцієнтом відносного подовження - 72%, за показником характеристичної в'язкості - 48%. Найкращі показники прискореного розкладу спостерігаються на прикладах 6-10, однак продукцію з такого матеріалу виготовляти не доцільно, бо поліетилен починає розкладатися вже в процесі переробки. Про це свідчить те, що виміряти ПТР композицій 6-10 практично неможливо, бо полімер витікає з камери приладу одразу після завантаження, навіть без навантаження. Приклад 5 має кращі показники розкладу з прикладів 1-5, однак, враховуючи собівартість і показники розкладу, рекомендується виготовляти вироби з композиції №3, яка має достатні фізикомеханічні та реологічні характеристики для виготовлення з них виробів та мінімальну собівартість. Запропонована полімерна композиція не тільки зберігає в собі всі корисні якості композиції найближчого аналогу, насамперед основу у вигляді поліолефінів, тобто полімерів які схильні до деструкції самі по собі та широко використовувані для виготовлення пакувальних матеріалів, але і переважає його за рядом показників. Насамперед запропонована полімерна композиція включає дешеві та широко доступні компоненти, що не викличе якихось ускладнень при виготовленні з неї пакувальних матеріалів. Крім цього до складу композиції можна додатково вводити лимонну кислоту здатну прискорювати хімічну деструкцію при закопуванні полімерних відходів, навіть в анаеробних умовах. Таблиця 2 Властивості композиції Відносне видовження, Характеристична % в'язкість, дл/г № ПороміПороміПороміПороміприкладу N100, Nioo, нення N100, N100, вихідний нення вихідний нення вихідний вихідний нення % % 100 % % 100год. 100год. 100год. год. 1 1,41 1,63 16 8,04 6,59 18 41 12 72 0,65 0,42 35 2 1,72 2,48 44 7,85 6,28 20 52 16 68 0,65 0,32 51 3 1,46 1,77 21 7,98 6,25 22 35 9 74 0,65 0,35 46 4 2,00 2,64 32 7,71 5,78 25 58 21 64 0,65 0,33 49 5 2,50 3,55 42 7,63 5,26 31 63 18 71 0,65 0,30 54 Середнє 31 23,2 70 47 6 4,22 2,03 52 17 5,44 68 ПТР, г/10 хв Міцність, МПа 7 53180 8 Продовження таблиці 2 7 8 9 10 Середнє Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 4,15 4,10 4,07 4,05 1,83 1,64 1,41 1,27 56 60 65 68 60,2 15 14 12 10 Підписне 3,4 3,1 2,8 2,7 80 78 76 73 75 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601