RU2540273C1 - Oxo-decomposing additive for polyolefins - Google Patents
Oxo-decomposing additive for polyolefins Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540273C1 RU2540273C1 RU2013155023/04A RU2013155023A RU2540273C1 RU 2540273 C1 RU2540273 C1 RU 2540273C1 RU 2013155023/04 A RU2013155023/04 A RU 2013155023/04A RU 2013155023 A RU2013155023 A RU 2013155023A RU 2540273 C1 RU2540273 C1 RU 2540273C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additive
- oxo
- polymer
- polyolefin
- masterbatch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологиям создания биоразлагаемых полимерных материалов, в частности к добавкам, повышающим способность полиолефинов к биоразложению, и может быть использовано для создания материалов и изделий из них, способных подвергаться ускоренному биоразложению в природных условиях.The invention relates to technologies for creating biodegradable polymeric materials, in particular to additives that increase the biodegradability of polyolefins, and can be used to create materials and products from them that are capable of undergoing accelerated biodegradation in natural conditions.
Перед современными мегаполисами остро стоит проблема избавления от гигантских свалок твердых бытовых отходов, значительная часть которых приходится на отходы тары и упаковки и другие, имеющие короткий срок службы, в том числе одноразовые, изделия и из полимерных материалов на основе полиолефинов, характеризующиеся высокой стойкостью к воздействиям окружающей среды.Modern megacities are faced with the urgent need to dispose of giant landfills of solid household waste, a significant part of which falls on packaging waste and other waste products that have a short service life, including disposable products and polyolefin-based polymeric materials, which are highly resistant to the environment.
Известны технические решения, в которых для повышения способности полиолефинов к биоразложению в них вводят природные полимерные наполнители, например целлюлозу, крахмал и др. [RU 2480495 C2, опубл. 27.04.2013, RU 2446191 C1, опубл. 27.03.2012, RU 2408621 C2, опубл. 10.01.2011 и др.]. Однако очевидно, что для получения многотоннажных материалов кратковременного использования применение ценных продуктов, применяемых в пищевой промышленности, кормопроизводстве и других отраслях промышленности экономически нецелесообразно. Для этой цели более оправданно использование дешевых, не представляющих пищевой и кормовой ценности наполнителей. Согласно изобретению [RU 2363711 C1, опубл. 10.08.2009] биоразлагаемая термопластичная композиция в качестве полимерной основы содержит производственные и/или бытовые отходы полиэтилена, технологические добавки, а в качестве биоразлагающей добавки - отход пищевой промышленности - рисовую лузгу. Известна биоразлагаемая композиция, включающая полиэтилен-содержащую полимерную основу, связующий агент - сополимер этилена и винилацетата и биоразлагающую добавку - лигноцеллюлозный наполнитель, например костру льняную, лузгу подсолнечную, лигносульфонат натрия, а также растительные объекты, например листву или солому [RU 2473578 C2, опубл. 27.01.2013].Known technical solutions in which to increase the ability of polyolefins to biodegrade, they introduce natural polymer fillers, such as cellulose, starch, etc. [RU 2480495 C2, publ. 04/27/2013, RU 2446191 C1, publ. 03/27/2012, RU 2408621 C2, publ. 01/10/2011 and others.]. However, it is obvious that for the production of large-tonnage materials for short-term use, the use of valuable products used in the food industry, feed production and other industries is not economically feasible. For this purpose, it is more justified to use cheap, non-food and feed value fillers. According to the invention [RU 2363711 C1, publ. 08/10/2009] the biodegradable thermoplastic composition as a polymer base contains industrial and / or household waste polyethylene, technological additives, and as a biodegradable additive - waste food industry - rice husk. A biodegradable composition is known, including a polyethylene-containing polymer base, a binding agent is a copolymer of ethylene and vinyl acetate and a biodegradable additive is a lignocellulosic filler, for example flax fire, sunflower husk, sodium lignosulfonate, as well as plant objects, for example foliage or straw [RU 2473578 C2, opub . 01/27/2013].
Общим недостатком подхода, основанного на использовании природных полимерных продуктов в качестве биоразлагающих добавок, является трудность получения материала со стандартными, воспроизводимыми свойствами, удовлетворительными физико-механическими характеристиками и способностью противостоять воздействию микроорганизмов в течение установленных сроков их хранения и полезного использования.A common drawback of the approach based on the use of natural polymer products as biodegradable additives is the difficulty in obtaining material with standard, reproducible properties, satisfactory physical and mechanical characteristics and the ability to withstand the effects of microorganisms during the established periods of their storage and useful use.
Этого недостатка лишен подход, основанный на применении биоразлагающих добавок химического происхождения, характеризующихся регулируемым и воспроизводимым количественным и качественным составом. Заявлена фотодеградирующая композиция на основе полиолефинов (полиэтилен высокой или низкой плотности, полипропилен, сополимеры этилена с полипропиленом, высшими олефинами, винилацетатом и др.), которая содержит в качестве фотосенсибилизирующей добавки алкилокси-силилферроцен [RU 94023952, А, опубл. 27.05.1997]. Наличие в составе материала производного ферроцена ограничивает возможности его применения, в частности, для производства изделий, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами и другими предметами бытового назначения. В [JP 2007177083 А, опубл. 12.07.2007] описана светоразрушаемая полимерная композиция, содержащая смесь полиэтилена и полипропилена, а в качестве добавки - 40-65 масс. % карбоната кальция, 3-5 масс. % стеарина и 1-3 масс. % стеариновой кислоты.This drawback lacks an approach based on the use of biodegradable additives of chemical origin, characterized by an adjustable and reproducible quantitative and qualitative composition. A photodegradable composition based on polyolefins (high or low density polyethylene, polypropylene, copolymers of ethylene with polypropylene, higher olefins, vinyl acetate, etc.), which contains alkyloxy-silylferrocene as a photosensitizing additive [RU 94023952, A, publ. May 27, 1997]. The presence of ferrocene derivative in the material limits the possibilities of its application, in particular, for the production of products intended for contact with food products and other household items. In [JP 2007177083 A, publ. 12.07.2007] describes a light-destructible polymer composition containing a mixture of polyethylene and polypropylene, and as an additive - 40-65 mass. % calcium carbonate, 3-5 wt. % stearin and 1-3 mass. % stearic acid.
Один из современных подходов к созданию разрушаемых в природных условиях материалов на основе полиолефинов базируется на использовании оксо-биоразлагающих добавок, повышающих способность полимерных материалов к разрушению в природных условиях. Под воздействием света и тепла в присутствии содержащихся в добавках инициаторов окисления в полимерной матрице протекают химические реакции, приводящие к разрыву длинных цепочек молекул полиолефина. Эти процессы приводят к постепенному снижению молекулярной массы полимера вплоть до фрагментации материала. При этом повышается гидрофильность полимера, на поверхности образуются микротрещины, и, таким образом, создаются условия для облегчения проникновения в матрицу полимера микроорганизмов, утилизирующих короткие непрочные молекулы. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы выделяют слабые кислоты (уксусная, муравьиная), что способствует скорейшему разложению материала. Для того чтобы полимерные материалы сохраняли необходимые эксплуатационные свойства в течение периода их хранения и использования и лишь потом подвергались разложению, в состав добавок вводят дополнительные компоненты, включая антиоксиданты, «отсрочивающие» начало окислительного распада полимера.One of the modern approaches to the creation of environmentally destructible materials based on polyolefins is based on the use of oxo-biodegradable additives that increase the ability of polymeric materials to degrade under natural conditions. Under the influence of light and heat in the presence of oxidation initiators contained in the additives, chemical reactions occur in the polymer matrix, leading to the breaking of long chains of polyolefin molecules. These processes lead to a gradual decrease in the molecular weight of the polymer up to the fragmentation of the material. In this case, the hydrophilicity of the polymer increases, microcracks form on the surface, and, thus, conditions are created to facilitate the penetration of microorganisms utilizing short fragile molecules into the polymer matrix. In the process of life, microorganisms secrete weak acids (acetic, formic), which contributes to the speedy decomposition of the material. In order for the polymeric materials to maintain the necessary operational properties during the period of their storage and use and only then undergo decomposition, additional components are introduced into the composition of additives, including antioxidants that “delay” the onset of oxidative decomposition of the polymer.
Следует отметить, что количественный и качественный состав большинства известных в настоящее время коммерческих продуктов, позиционируемых в качестве оксо-биоразлагающих добавок, не раскрыт полностью в общедоступных источниках информации. Например, о добавках фирмы Wells Plastics Ltd., выпускаемых под торговой маркой Revertetm, известно, что в качестве компонентов, активизирующих способность полимерных цепей к первоначальному распаду под действием природных факторов (фото- и терморазрушение), они содержат ионы металлов, а также включают дополнительные компоненты, усиливающие биоразложение полимера на последующих этапах процесса разложения. Добавка D2W®, которая производится компанией Symphony Environmental Technologies plc. и применяется во многих странах в производстве изделий из полиэтилена и полипропилена, содержит соли переходных металлов (кобальта, железа, марганца, меди, цинка, церия, никеля). Оксо-биоразлагающая добавка фирмы EPI ENVIRONMENTAL PRODUCTS INC включает стеарат кобальта, лимонную кислоту и дополнительно может включать оксид кальция [US 5854304 A, опубл. 29.12.1998]. Согласно патенту этой же фирмы [US 5565503 A, опубл. 15.10.1996], полиолефиновые биоразлагаемые пленки содержат от 25 до 60 масс. % наполнителей, выбранных из неорганических карбонатов, синтетических карбонатов, нефелинов, талька, гидроксидов магния и алюминия, диатомовой земли, слюды, природных или синтетических кремнеземов и кальцинированных глин или их смесей, и дополнительно включают стеараты таких металлов, как железо, кобальт, церий и магний. Из [RU 2352597 C1, опубл. 20.04.2009] известна биоразлагаемая композиция, которая наряду с технологическими добавками (термостабилизаторами, антиоксидантами и др.) также содержит стеарат кобальта, лимонную кислоту или ее соли, оксид кальция. В заявке [US 20060280923 А1, опубл. 14.12.2006] описана многослойная пленка, один из слоев которой выполнен из полиолефина, содержащего 0,1-10 масс. % деградирующей добавки - карбоксилата металла и, по меньшей мере, одной алифатической полигидроксикарбоновой кислоты.It should be noted that the quantitative and qualitative composition of most currently known commercial products positioned as oxo-biodegradable additives is not fully disclosed in publicly available information sources. For example, about Wells Plastics Ltd. additives sold under the Reverte tm trademark, it is known that, as components that activate the ability of polymer chains to undergo decomposition under the influence of natural factors (photo- and thermal destruction), they contain metal ions and also include additional components that enhance the biodegradation of the polymer in the subsequent stages of the decomposition process. Additive D 2 W ® manufactured by Symphony Environmental Technologies plc. and is used in many countries in the production of products from polyethylene and polypropylene; it contains transition metal salts (cobalt, iron, manganese, copper, zinc, cerium, nickel). The EPI ENVIRONMENTAL PRODUCTS INC oxo-biodegradable additive includes cobalt stearate, citric acid, and may further include calcium oxide [US 5854304 A, publ. 12/29/1998]. According to the patent of the same company [US 5565503 A, publ. 10/15/1996], polyolefin biodegradable films contain from 25 to 60 mass. % of fillers selected from inorganic carbonates, synthetic carbonates, nepheline, talc, magnesium and aluminum hydroxides, diatomaceous earth, mica, natural or synthetic silicas and calcined clays or mixtures thereof, and further include stearates of metals such as iron, cobalt, cerium and magnesium. From [RU 2352597 C1, publ. 04/20/2009] a biodegradable composition is known, which along with technological additives (thermal stabilizers, antioxidants, etc.) also contains cobalt stearate, citric acid or its salts, calcium oxide. In the application [US 20060280923 A1, publ. December 14, 2006] a multilayer film is described, one of the layers of which is made of a polyolefin containing 0.1-10 mass. % degrading additives - metal carboxylate and at least one aliphatic polyhydroxycarboxylic acid.
В качестве прототипа взято изобретение, описанное в [CA 2821357 A1, опубл. 05.07.2012]. Заявлена не содержащая природных компонентов композиционная добавка, сообщающая полиолефиновым материалам свойство биоразлагаемости после окончания срока их полезного использования. Добавка включает про-оксидант (15-30 масс. %), в качестве которого используют один или несколько стеаратов металлов, выбранных из группы, включающей марганец, железо и кобальт, один или несколько фенольных антиоксидантов (10-20 масс. %), наполнитель - карбонат кальция и/или диоксид титана и полимерную основу (полиэтилен или полипропилен). Добавку вводят в базовый полимер в количестве 1-5 масс. %. Общим недостатком использования солей высших жирных кислот, в частности, стеаратов, в качестве про-оксидантов, является относительно низкое содержание каталитически активных ионов металлов в общей массе добавки, что приводит к необходимости использования высоких концентраций этих солей.As a prototype taken the invention described in [CA 2821357 A1, publ. 07/05/2012]. Declared not containing natural components, a composite additive that reports the biodegradability property of polyolefin materials after the end of their useful life. The additive includes a pro-oxidant (15-30 wt.%), Which is used as one or more metal stearates selected from the group including manganese, iron and cobalt, one or more phenolic antioxidants (10-20 wt.%), Filler - calcium carbonate and / or titanium dioxide and a polymer base (polyethylene or polypropylene). The additive is introduced into the base polymer in an amount of 1-5 mass. % A common disadvantage of using salts of higher fatty acids, in particular stearates, as pro-oxidants is the relatively low content of catalytically active metal ions in the total weight of the additive, which necessitates the use of high concentrations of these salts.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой добавке является один из вариантов добавок, предложенных в [US 3797690 А, опубл. 19.03.1974], для ускорения биоразложения полиолефинов, а именно - 2-этилгексаноат кобальта. Добавку наносят на поверхность полимера в составе покрытия, которое может содержать или быть смешано с другими компонентами. Для проявления оксо-разлагающего действия добавка должна проникнуть из наружного слоя в толщу полимера, способствуя ускорению его разрушения под воздействием природных факторов.The closest analogue to the proposed additive is one of the options for additives proposed in [US 3797690 A, publ. 03/19/1974], to accelerate the biodegradation of polyolefins, namely cobalt 2-ethylhexanoate. The additive is applied to the surface of the polymer as a coating composition, which may contain or be mixed with other components. For the manifestation of the oxo-decomposing effect, the additive must penetrate from the outer layer into the thickness of the polymer, contributing to the acceleration of its destruction under the influence of natural factors.
Нами показано, что 2-этилгексаноат кобальта обладает относительно невысокой про-оксидантной активностью по сравнению с солями ряда других переходных металлов. Действие добавки существенно снижается из-за ее неэффективного неконтролируемого проникновения из слоя поверхностного покрытия в толщу полимера. Это требует использования высоких концентраций агента, что неэкономично и создает дополнительную нагрузку на окружающую среду.We have shown that cobalt 2-ethylhexanoate has a relatively low pro-oxidant activity compared to salts of several other transition metals. The effect of the additive is significantly reduced due to its inefficient uncontrolled penetration from the surface coating layer into the polymer thickness. This requires the use of high concentrations of the agent, which is uneconomical and creates an additional burden on the environment.
Задачей настоящего изобретения является создание оксо-разлагающей добавки, способной в малых концентрациях инициировать окислительный разрыв полиолефиновых цепей и, таким образом, повышать способность полимерных материалов на основе полиолефинов к биоразложению в окружающей среде после окончания срока эксплуатации изготовленных из них изделийAn object of the present invention is to provide an oxo-decomposing additive capable of initiating oxidative disruption of polyolefin chains in low concentrations and, thus, increasing the biodegradability of polyolefin-based polymeric materials after the end of their useful life
В соответствии с изобретением описывается оксо-разлагающая добавка к полимерным композициям на основе полиолефинов, включающая карбоксилаты металлов или смеси карбоксилатов металлов, нанесенные на инертный носитель, отличающаяся тем, что в качестве карбоксилатов металлов используют 2-этилгексаноаты цинка и циркония.In accordance with the invention, an oxo-degrading additive to polyolefin-based polymer compositions is described comprising metal carboxylates or metal carboxylate mixtures supported on an inert carrier, characterized in that zinc and zirconium 2-ethylhexanoates are used as metal carboxylates.
Заявляемая добавка, выполняющая функцию инициатора окисления - про-оксиданта, может быть введена непосредственно в базовый полимер или может быть использована в качестве компонента мастербатча, предназначенного для введения в базовый полимер на основе полиолефинов (полиэтилен, полипропилен, их сополимеры) для придания изготовленным из него изделиям способности к ускоренному биоразложению в природных условиях.The inventive additive that performs the function of an oxidation initiator, a pro-oxidant, can be introduced directly into the base polymer or can be used as a component of the masterbatch designed to be introduced into the base polymer based on polyolefins (polyethylene, polypropylene, their copolymers) to give made of it products with the ability to accelerate biodegradation in natural conditions.
В приведенных ниже примерах осуществления изобретения в качестве инертного носителя в составе добавки использован карбонат кальция, однако это не исключает возможности использования в качестве инертного носителя и других нейтральных наполнителей природного и химического происхождения. Количественное содержание инертного носителя в составе добавки должно, с одной стороны, обеспечивать техническую возможность нанесения на него требуемых количеств солей металлов, с другой стороны, не должно отрицательно влиять на физико-механические характеристики полимеров, содержащих добавку. Исходя из этого на практике удобно использовать от 80 до 90 масс. % наполнителя при сохранении высокой про-оксидантной активности добавки.In the following embodiments, calcium carbonate is used as an inert carrier in the additive, but this does not exclude the possibility of using other neutral fillers of natural and chemical origin as an inert carrier. The quantitative content of the inert carrier in the composition of the additive should, on the one hand, provide the technical possibility of applying the required amounts of metal salts to it, and on the other hand, should not adversely affect the physicomechanical characteristics of the polymers containing the additive. Based on this, in practice it is convenient to use from 80 to 90 masses. % filler while maintaining high pro-oxidative activity of the additive.
Существенным отличием заявляемого технического решения от известных аналогов и прототипа является то, что в качестве карбоксилатов металлов в составе инициатора окисления используют индивидуальные 2-этилгексаноаты (2-ЭГ) цинка и циркония, а также смеси этих солей. Основным преимуществом солей 2-этилгексановой кислоты перед стеаратами является относительно небольшой кислотный остаток, что способствует их более равномерному распределению в полимерной матрице и повышению эффективности инициирования окислительного разрыва полимерных молекул, в частности, за счет повышения в добавке относительной массовой доли ионов металлов.A significant difference between the proposed technical solution from the known analogues and prototype is that as the metal carboxylates in the oxidation initiator, individual 2-ethylhexanoates (2-EG) of zinc and zirconium are used, as well as mixtures of these salts. The main advantage of salts of 2-ethylhexanoic acid over stearates is a relatively small acid residue, which contributes to their more uniform distribution in the polymer matrix and increase the efficiency of the initiation of oxidative rupture of polymer molecules, in particular due to an increase in the additive relative mass fraction of metal ions.
Известно, что 2-этилгексаноаты переходных и некоторых непереходных металлов (включая соли кобальта, цинка, циркония) являются катализаторами окислительной полимеризации растительных масел и входят в состав сиккативов, используемых для ускорения пленкообразования маслосодержащих лакокрасочных материалов. Сиккативы способствуют переносу кислорода, взаимодействующего с метиленовыми группами, находящимися в α-положении к двойным связям ненасыщенных кислот, с образованием гидропероксидов. На стадии инициирования радикальной полимеризации металлы участвуют в распаде гидропероксидов с образованием радикалов. Как показано ниже, эти же вещества проявляют каталитическую активность и в отношении свободнорадикальных процессов термо- и фотоокислительного разрушения углеродных связей в длинноцепочечных полиолефиновых молекулах, приводящих к уменьшению молекулярной массы и к повышению гидрофильности материала за счет образования концевых кислородсодержащих функциональных групп, что повышает его доступность для воздействия микроорганизмов.It is known that 2-ethylhexanoates of transition and some non-transition metals (including cobalt, zinc, zirconium salts) are catalysts for oxidative polymerization of vegetable oils and are part of desiccants used to accelerate the film formation of oil-containing paints and varnishes. Desiccants promote the transfer of oxygen interacting with methylene groups located in the α-position to the double bonds of unsaturated acids, with the formation of hydroperoxides. At the stage of initiation of radical polymerization, metals participate in the decomposition of hydroperoxides with the formation of radicals. As shown below, these same substances also exhibit catalytic activity with respect to the free radical processes of thermo- and photooxidative destruction of carbon bonds in long-chain polyolefin molecules, which lead to a decrease in molecular weight and increase the hydrophilicity of the material due to the formation of terminal oxygen-containing functional groups, which increases its availability for exposure to microorganisms.
В приведенных ниже примерах способность полиолефинов к оксо-разложению охарактеризована динамикой изменения соотношения интенсивности полос поглощения D1720отн=D1720/D3640 в зависимости от времени экспозиции в условиях эксперимента. Оптическая полоса 1720 см-1 соответствует карбонильным группам, накопление которых свидетельствует о протекании процесса окисления образцов в условиях эксперимента. Оптическая полоса 3640 см-1 является внутренним стандартом для образцов, отнесение к ней позволяет исключить влияние толщины образца на его ИК-спектр поглощения.In the examples below, the ability of polyolefins to oxo-decompose is characterized by the dynamics of changes in the ratio of the intensity of the absorption bands D1720 rel = D1720 / D3640 depending on the exposure time under experimental conditions. The optical band of 1720 cm -1 corresponds to carbonyl groups, the accumulation of which indicates the occurrence of a process of oxidation of samples under experimental conditions. An optical band of 3640 cm −1 is an internal standard for samples; assignment to it allows one to exclude the influence of the sample thickness on its IR absorption spectrum.
В качестве образцов в примерах 1-10 использованы пленки толщиной 80 - 100 мкм, приготовленные из модельных образцов мастербатчей, содержащих по 50 масс. % полиолефина и заявляемой добавки, включающей карбонат кальция и индивидуальные 2-этилгексаноаты кобальта, цинка или циркония (примеры 1 - 3), а также двойные (примеры 4-6) или тройные (примеры 7-10) смеси этих солей. Пример 1, включающий индивидуальный 2-этилгексаноат кобальта, приведен в качестве примера сравнения, показывающего про-оксидантную активность добавки по прототипу в сравнении с добавками, предлагаемыми в настоящем изобретении. В примерах 11 - 14 в качестве образцов взяты аналогичные пленки, приготовленные из базового полиолефина - полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) марки 15803-020 (примеры 11, 12, 14) или полипропилена марки 01130 (пример 13), содержащие по 1 - 3 масс. % образцов модельных мастербатчей, включающих смеси 2-этилгексаноатов цинка и циркония, полученных по примеру 6, а также смеси 2-этилгексаноатов кобальта, цинка и циркония, полученных по примерам 9 и 10. В качестве 2-этилгексаноатов металлов и их смесей использованы сиккативы фирмы ООО "ИНДЛАК", представляющие собой растворы индивидуальных солей или их смесей в уайт-спирите.As samples in examples 1-10, films with a thickness of 80-100 μm were used, prepared from model samples of masterbatch containing 50 mass. % polyolefin and the inventive additives, including calcium carbonate and individual 2-ethylhexanoates of cobalt, zinc or zirconium (examples 1-3), as well as double (examples 4-6) or ternary (examples 7-10) mixtures of these salts. Example 1, including individual cobalt 2-ethylhexanoate, is given as an example of a comparison showing the pro-oxidative activity of the prototype additive in comparison with the additives of the present invention. In examples 11 to 14, similar films were prepared as samples prepared from a base polyolefin — low density polyethylene (LDPE) grade 15803-020 (examples 11, 12, 14) or polypropylene grade 01130 (example 13), containing 1 to 3 masses . % of model masterbatch samples, including mixtures of 2-ethylhexanoates of zinc and zirconium, obtained according to example 6, as well as a mixture of 2-ethylhexanoates of cobalt, zinc and zirconium, obtained according to examples 9 and 10. As a means of 2-ethylhexanoates of metals and mixtures thereof, desiccants of the company LLC "INDLAC", which are solutions of individual salts or mixtures thereof in white spirit.
Для моделирования термоокисления образцы пленок термостатируют на воздухе при 90°С в течение 15 часов, контролируя спектрометрически накопление карбонильных групп. Для моделирования фотоокисления образец пленки сначала термостатируют при 90°С в течение часа, а затем подвергают ультрафиолетовому облучению (УФ-лампа VL-6/LC, 254 нм) при комнатной температуре в течение 300 часов, контролируя спектрометрически накопление карбонильных групп. Спектрометрический измерения проводят на ИК-Фурье спектрометре Spectrum 100, Perkin Elmer, при Τ=23±2°С в проходящем свете в диапазоне длин волн 4600≤ν≤450 см-1.To simulate thermal oxidation, film samples are thermostated in air at 90 ° C for 15 hours, controlling the spectrometric accumulation of carbonyl groups. To simulate photooxidation, a film sample is first thermostated at 90 ° C for an hour, and then subjected to ultraviolet radiation (UV lamp VL-6 / LC, 254 nm) at room temperature for 300 hours, controlling the spectrometric accumulation of carbonyl groups. Spectrometric measurements are carried out on a
На Фиг. 1 показана динамика изменения D1720отн в процессе термоокисления образцов, полученных по примерам 1-3.In FIG. 1 shows the dynamics of changes in D1720 rel during thermal oxidation of the samples obtained in examples 1-3.
На Фиг. 2 показана динамика изменения D1720отн в процессе термоокисления образцов, полученных по примерам 4 - 10.In FIG. 2 shows the dynamics of changes in D1720 rel during thermal oxidation of the samples obtained in examples 4-10.
На Фиг. 3 показана динамика изменения D1720отн в процессе термоокисления образцов, полученных по примерам 11 - 14 в сравнении с образцом, приготовленным из полипропилена марки 01130 с добавлением 2 масс. % коммерческого продукта D2W®.In FIG. Figure 3 shows the dynamics of changes in D1720 rel during thermal oxidation of samples obtained according to examples 11-14 in comparison with a sample prepared from polypropylene grade 01130 with the addition of 2 mass. % commercial product D 2 W ® .
Соответствие номеров кривых на Фиг. 1-3 конкретным примерам осуществления изобретения указано в таблицах 1 и 2.The correspondence of the curve numbers in FIG. 1-3 specific embodiments of the invention are indicated in tables 1 and 2.
На Фиг. 4 показана динамика изменения D1720отн в процессе фотоокисления образцов, полученных по примерам 11 (кривая 1) и 14 (кривая 3), в сравнении с чистым базовым полимером (кривая 2).In FIG. 4 shows the dynamics of changes in D1720 rel during the photooxidation of the samples obtained in examples 11 (curve 1) and 14 (curve 3), in comparison with the pure base polymer (curve 2).
Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is as follows.
Приготовление оксо-разлагающей добавкиPreparation of oxo-degrading additives
Измельченный на шаровой мельнице карбонат кальция (размер частиц 70 - 90 нм) тщательно смешивают с раствором соли или смеси солей в уайт-спирите до получения гомогенной пастообразной массы. Полученную массу высушивают при температуре 90°С в течение 24 часов до полного удаления растворителя и измельчают до получения однородного рассыпчатого порошка (80- 100 нм).Calcium carbonate crushed in a ball mill (particle size 70 - 90 nm) is thoroughly mixed with a solution of salt or a mixture of salts in white spirit until a homogeneous pasty mass is obtained. The resulting mass is dried at a temperature of 90 ° C for 24 hours until the solvent is completely removed and crushed to obtain a homogeneous friable powder (80-100 nm).
Приготовление модельного мастербатчаCooking a Model Masterbatch
Готовят модельный мастербатч, содержащий по 50 масс. % оксо-разлагающей добавки и полиолефиновой основы, которую выбирают в зависимости от температуры плавления базового полимера, для добавления к которому предназначен мастербатч. Для низкоплавкого полиэтилена используют мастербатч на основе полиэтилена, а для полимеров, содержащих полипропилен, может быть использован мастербатч на основе полиэтилена или полипропилена. Рассчитанное количество полимера расплавляют в лабораторном смесителе типа Брабендер (20 - 30 об/мин) при температуре, превышающей плавление полимера на 15 - 20°С, после чего в расплав вносят равное весовое количество добавки, приготовленной, как описано выше, и продолжают перемешивание в течение 6-10 мин до полной гомогенизации смеси. Материал охлаждают до комнатной температуры, механически измельчают до размера 2 - 3 мм и используют для приготовления пленок или для добавления в базовый полимер.Prepare a model masterbatch containing 50 mass. % oxo-degradable additives and polyolefin base, which is selected depending on the melting temperature of the base polymer, to add to which the masterbatch is intended. For low melting polyethylene, a masterbatch based on polyethylene is used, and for polymers containing polypropylene, a masterbatch based on polyethylene or polypropylene can be used. The calculated amount of polymer is melted in a Brabender type laboratory mixer (20-30 rpm) at a temperature exceeding the polymer melting by 15-20 ° C, after which an equal weight amount of the additive prepared as described above is added to the melt and stirring is continued in for 6-10 minutes until complete homogenization of the mixture. The material is cooled to room temperature, mechanically crushed to a size of 2-3 mm and used to prepare films or to add to the base polymer.
Для предотвращения преждевременного окислительного распада полиолефиновой основы при хранении мастербатча, предназначенного для промышленного использования, в него необходимо вводить антиоксиданты. В условиях модельных экспериментов, в которых мастербатч используют непосредственно после приготовления, введение антиоксидантов не требуется.To prevent premature oxidative decomposition of the polyolefin base during storage of the masterbatch, intended for industrial use, it is necessary to introduce antioxidants into it. In the conditions of model experiments in which the masterbatch is used immediately after preparation, the introduction of antioxidants is not required.
Приготовление базового полимера с добавкой мастербатчаPreparation of the base polymer with the addition of masterbatch
В качестве базовых полимеров использованы ПЭНП марки 15803-020 или ПП марки 01130. Содержание мастербатча в базовом полимере 1-3 масс. %. Рассчитанное количество базового полимера расплавляют в лабораторном смесителе типа Брабендер (20-30 об/мин) при 140±2°С в случае ПЭНП или при 190±2°С в случае ПП, после чего в него вносят требуемое весовое количество мастербатча, приготовленного, как описано выше, и продолжают перемешивание до полной гомогенизации смеси (6-8 мин). Материал охлаждают до комнатной температуры, механически измельчают до размера частиц 2-3 мм и используют для приготовления пленок.LDPE grade 15803-020 or PP grade 01130 were used as base polymers. Masterbatch content in the base polymer is 1-3 wt. % The calculated amount of the base polymer is melted in a Brabender type laboratory mixer (20-30 rpm) at 140 ± 2 ° С in the case of LDPE or at 190 ± 2 ° С in the case of PP, after which the required weight amount of the masterbatch prepared is added to it as described above, and stirring is continued until the mixture is completely homogenized (6-8 minutes). The material is cooled to room temperature, mechanically crushed to a particle size of 2-3 mm and used to prepare films.
Приготовление полиолефиновых пленокPreparation of polyolefin films
Образцы пленок толщиной 80 - 100 мкм получают методом экструзии с помощью экструдера со щелевой головкой при температуре плавления полимера.Samples of films with a thickness of 80 - 100 μm are obtained by extrusion using an extruder with a slit head at the melting temperature of the polymer.
В приведенных ниже примерах (см. Таблицы 1 и 2), не исчерпывающих всех возможностей осуществления изобретения, показан состав и характеристики полиолефиновых пленок, полученных с использованием заявляемой добавки.In the examples below (see Tables 1 and 2), not exhaustive of all the possibilities of carrying out the invention, the composition and characteristics of polyolefin films obtained using the inventive additive are shown.
Таблица 1. Состав модельных мастербатчейTable 1. The composition of the model masterbatch
Результаты, представленные в Табл. 1 и на Фиг. 1, показывают, что индивидуальные 2-этилгексаноаты цинка и циркония на инертном носителе в составе мастербатча, содержащего 50 масс. % полимерной основы (примеры 2 и 3), проявляют выраженную про-оксидантную активность по отношению к полиолефиновой цепи. Обращает на себя внимание тот факт, что 2-этилгексаноат кобальта, приведенный в качестве сравнительного примера (кривая 1 на Фиг. 1,), значительно уступает солям цинка и циркония (кривые 2 и 3 на Фиг. 1) в способности катализировать свободнорадикальные процессы термоокислительного разрушения углеродных связей в полиолефиновых молекулах.The results presented in Table. 1 and in FIG. 1 show that the individual 2-ethylhexanoates of zinc and zirconium on an inert carrier in the composition of the masterbatch containing 50 mass. % of the polymer base (examples 2 and 3) exhibit pronounced pro-oxidant activity with respect to the polyolefin chain. It is noteworthy that cobalt 2-ethylhexanoate, shown as a comparative example (
Как видно из Фиг. 2, двухкомпонентные комбинации (кривые 1 - 3) и трехкомпонентные комбинации (кривые 4 - 7), включающие, кроме 2-этилгексаноатов цинка и циркония, менее активный 2-этилгексаноат кобальта, также проявляют про-оксидантную активность по отношению к полиолефиновым цепям. Подбирая эмпирически количественные соотношения компонентов, можно сбалансировать состав смеси таким образом, чтобы высокая про-оксидантная активность достигалась при меньшем расходе относительно дорогой соли циркония (сравним, например, кривую 3 на Фиг. 1 и кривую 7 на Фиг. 2).As can be seen from FIG. 2, two-component combinations (
В таблице 2 и на Фиг. 3 представлены данные, показывающие влияние заявляемой добавки на способность базовых полимеров к термоокислительному распаду и на их физико-механические характеристики. Примеры 11 и 13 относятся к образцам полиэтиленовой пленки, приготовленным с добавлением соответственно 1 и 3 масс. % мастербатча по примеру 9 (т.е. пленки содержат соответственно 0,1 и 0,3 масс. % трехкомпонентной смеси солей). Пример 12 относится к образцу полипропиленовой пленки, приготовленному с добавлением 2 масс. % мастербатча по примеру 10 (т.е. пленка содержит 0,2 масс. % той же трехкомпонентной смеси солей). Пример 14 относится к образцу полиэтиленовой пленки, приготовленной с добавлением 3 масс. % мастербатча по примеру 6 (т.е. пленка содержит 0,3 масс. % двухкомпонентной смеси 2-этилгексаноатов цинка и циркония). Для сравнения на Фиг. 3 показана динамика термоокислительного распада полипропилена, содержащего 2 масс. % известного коммерческого продукта D2W®.In table 2 and in FIG. 3 presents data showing the effect of the inventive additives on the ability of base polymers to thermooxidative decomposition and on their physical and mechanical characteristics. Examples 11 and 13 relate to samples of a polyethylene film prepared with the addition of 1 and 3 masses, respectively. % masterbatch according to example 9 (i.e., the films contain 0.1 and 0.3 wt.%, respectively, of a three-component mixture of salts). Example 12 relates to a sample of a polypropylene film prepared with the addition of 2 mass. % masterbatch according to example 10 (i.e., the film contains 0.2 wt.% the same ternary mixture of salts). Example 14 relates to a sample of a polyethylene film prepared with the addition of 3 mass. % masterbatch according to example 6 (i.e., the film contains 0.3 wt.% a two-component mixture of 2-ethylhexanoates zinc and zirconium). For comparison, in FIG. 3 shows the dynamics of thermo-oxidative decomposition of polypropylene containing 2 mass. % of a well-known commercial product D2W ® .
Таблица 2. Состав и физико-механические характеристики образцов пленок базовых полимеров, приготовленных с добавлением модельных образцов мастербатчейTable 2. Composition and physico-mechanical characteristics of base polymer film samples prepared with the addition of masterbatch model samples
Динамика накопления карбонильных групп под действием термоокислительного разрыва полимерных цепей, показанная на Фиг. 3, свидетельствует о том, что двойные и тройные смеси 2-этилгексаноатов цинка, циркония и кобальта при их общем содержании в базовом полимере в количестве 0,1 - 0,3 масс. % проявляют выраженное про-оксидантное действие, более сильное, чем действие широко представленного на рынке коммерческого продукта - оксо-разлагающей добавки D2W®. Приведенные в Табл. 2 данные также показывают, что добавление к полимеру в указанных количествах смеси солей, нанесенных на инертный носитель, не оказывает существенного влияния на физико-механические характеристики базовых полимеров.The dynamics of the accumulation of carbonyl groups under the influence of thermo-oxidative rupture of polymer chains shown in FIG. 3, indicates that double and ternary mixtures of 2-ethylhexanoates of zinc, zirconium and cobalt with their total content in the base polymer in an amount of 0.1 - 0.3 mass. % exhibit a pronounced pro-oxidant effect, stronger than the action of the commercial product widely available on the market - the D2W® oxo-decomposing additive. Given in the table. 2, the data also show that the addition to the polymer in the indicated amounts of a mixture of salts deposited on an inert carrier does not significantly affect the physicomechanical characteristics of the base polymers.
На Фиг. 4 показано влияние заявляемой добавки на способность полиолефинового полимера к фотоокислению. Для моделирования фотоокисления образец пленки, полученный из полиэтилена низкой плотности марки 15803-020, содержащий 1 масс. % мастербатча, приготовленного по примеру 11, сначала термостатируют при 90°С в течение часа, а затем подвергают ультрафиолетовому облучению при комнатной температуре в течение 300 часов. На фигуре видно, что по сравнению с чистым ПЭНП, который почти не подвергается фотоокислению в условиях эксперимента (кривая 2), образцы, содержащие 0,1 масс. % смеси 2-этилгексаноатов кобальта, цинка и циркония (кривая 1) и 0,3 масс. % смеси 2-этилгексаноатов цинка и циркония (кривая 3), подвержены разрушению под действием УФ-облучения.In FIG. 4 shows the effect of the inventive additives on the ability of the polyolefin polymer to photooxidation. To simulate photooxidation, a film sample obtained from low density polyethylene grade 15803-020 containing 1 mass. % of the masterbatch prepared according to example 11, first thermostat at 90 ° C for one hour, and then subjected to ultraviolet radiation at room temperature for 300 hours. The figure shows that, compared with pure LDPE, which is almost not subjected to photooxidation under the experimental conditions (curve 2), samples containing 0.1 mass. % of a mixture of 2-ethylhexanoates of cobalt, zinc and zirconium (curve 1) and 0.3 wt. % of a mixture of 2-ethylhexanoates of zinc and zirconium (curve 3) are susceptible to destruction by UV irradiation.
Таким образом, приведенные результаты показывают, что заявляемая оксо-разлагающая добавка в малых концентрациях ускоряет термо- и фотоокислительный разрыв полиолефиновых цепей и, таким образом, повышает способность полимерных материалов на основе полиолефинов к биоразложению в окружающей среде.Thus, the above results show that the inventive oxo-decomposing additive in low concentrations accelerates thermal and photo-oxidative breakdown of polyolefin chains and, thus, increases the biodegradability of polyolefin-based polymeric materials.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013155023/04A RU2540273C1 (en) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | Oxo-decomposing additive for polyolefins |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013155023/04A RU2540273C1 (en) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | Oxo-decomposing additive for polyolefins |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2540273C1 true RU2540273C1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53286819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013155023/04A RU2540273C1 (en) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | Oxo-decomposing additive for polyolefins |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2540273C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2672359C1 (en) * | 2017-11-22 | 2018-11-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) | Method of obtaining a bio-laying film |
| RU2683831C1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Method of producing polyfunctional additive, means for oxo and biocorbing polyolefins |
| RU2686179C1 (en) * | 2017-12-12 | 2019-04-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | One-step method of producing a pro-oxidant additive to polyolefins |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3454510A (en) * | 1966-03-03 | 1969-07-08 | Eastman Kodak Co | Polyolefin compositions and degradable films made therefrom |
| US3797690A (en) * | 1971-12-08 | 1974-03-19 | Owens Illinois Inc | Preparation of degradable polymeric material |
| RU94023952A (en) * | 1994-06-27 | 1997-05-27 | Акционерное общество закрытого типа Научно-производственное объединение "Пластик" | Polyolefin-based photodegradable composition |
| RU2363711C1 (en) * | 2008-02-28 | 2009-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет прикладной биотехнологии" | Biodegradable thermoplastic composition |
-
2013
- 2013-12-12 RU RU2013155023/04A patent/RU2540273C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3454510A (en) * | 1966-03-03 | 1969-07-08 | Eastman Kodak Co | Polyolefin compositions and degradable films made therefrom |
| US3797690A (en) * | 1971-12-08 | 1974-03-19 | Owens Illinois Inc | Preparation of degradable polymeric material |
| RU94023952A (en) * | 1994-06-27 | 1997-05-27 | Акционерное общество закрытого типа Научно-производственное объединение "Пластик" | Polyolefin-based photodegradable composition |
| RU2363711C1 (en) * | 2008-02-28 | 2009-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет прикладной биотехнологии" | Biodegradable thermoplastic composition |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Химическая энциклопедия, т. 3, под ред. И.Л.Кнунянца, 1992, Научное издательство "Большая Российская энциклопедия". * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2672359C1 (en) * | 2017-11-22 | 2018-11-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) | Method of obtaining a bio-laying film |
| RU2683831C1 (en) * | 2017-12-11 | 2019-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Method of producing polyfunctional additive, means for oxo and biocorbing polyolefins |
| RU2686179C1 (en) * | 2017-12-12 | 2019-04-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | One-step method of producing a pro-oxidant additive to polyolefins |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1030457C (en) | Process for the preparation of propylene polymers with free terminal long-chain branching | |
| JP6198005B2 (en) | Method for producing cellulose fiber / resin composite composition, composite composition, resin composition for molding, and resin molded product | |
| RU2540273C1 (en) | Oxo-decomposing additive for polyolefins | |
| US6559205B2 (en) | Oxygen scavenging polymer blends and emulsion-based methods for preparing same | |
| CA2748463C (en) | Cobalt-based catalytic dryer for polymer coatings | |
| WO2018095905A1 (en) | Degradable polymer and method of production | |
| KR101217599B1 (en) | Eco-friendly bio based film with plant biomass and method of the same | |
| Subramaniam et al. | Enhanced degradation properties of polypropylene integrated with iron and cobalt stearates and its synthetic application | |
| JP2023503533A (en) | Biodegradable biocomposite material and its preparation method | |
| KR102163944B1 (en) | Complex decomposable sheet or vacuum formed product capable of maintaining freshness | |
| KR102261508B1 (en) | Room temperature complex decomposition additive having lactate-based compound and pellet for injection molding produced therefrom | |
| TWI480321B (en) | Process for treating polymers containing residual catalyst | |
| US6107406A (en) | Polyolefine parts and foils with permanently improved surface properties | |
| CN111448259B (en) | Wood-plastic composite material composition comprising wax composition, method for producing wood-plastic composite material therefrom, and use of wax composition as lubricant for producing wood-plastic composite material | |
| KR101191850B1 (en) | Method on Manufacturing Bio-degradable Chaff Pellet and Chaff Pellet itself | |
| RU2683831C1 (en) | Method of producing polyfunctional additive, means for oxo and biocorbing polyolefins | |
| Cong et al. | Studies on the degradation of poly (ethylene-co-vinylacetate)/polylactides/TiO2 nanocomposites under accelerated weathering | |
| KR101208107B1 (en) | Manufacturing method of plastic for car interior material using biomass pellet and thereof | |
| Lukanina et al. | Metal-containing additives for polyethylene oxo-degradation | |
| WO2017035367A1 (en) | Direct use of natural antioxidant-rich agro-wastes as thermal stabilizers for polymers | |
| JP2888610B2 (en) | Granular rubber chemicals | |
| KR102152355B1 (en) | Complex decomposition additive material having room temperature decomposition properties and pellet for injection molding produced therefrom | |
| Guhathakurta et al. | Waste natural gum as a multifunctional additive in rubber | |
| KR20120041447A (en) | Nature degradable biomass pellet by using corn stalk and its preparing method | |
| KR102116992B1 (en) | A complex decomposition additive composition having a freshness-retaining function, and a complex decomposition additive prepared using the composition thereof |