RU2467036C1 - Method of producing biodegradable foam plastic - Google Patents
Method of producing biodegradable foam plastic Download PDFInfo
- Publication number
- RU2467036C1 RU2467036C1 RU2011113187/05A RU2011113187A RU2467036C1 RU 2467036 C1 RU2467036 C1 RU 2467036C1 RU 2011113187/05 A RU2011113187/05 A RU 2011113187/05A RU 2011113187 A RU2011113187 A RU 2011113187A RU 2467036 C1 RU2467036 C1 RU 2467036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biodegradable
- maltodextrin
- temperature
- zone
- production
- Prior art date
Links
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title abstract description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title abstract description 5
- 229920002774 Maltodextrin Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 239000005913 Maltodextrin Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229940035034 maltodextrin Drugs 0.000 claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000018984 mastication Effects 0.000 abstract 1
- 238000010077 mastication Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 11
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 9
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 9
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 9
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 9
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 5
- 244000045195 Cicer arietinum Species 0.000 description 4
- 235000010523 Cicer arietinum Nutrition 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 4
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 4
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 3
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 3
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920001353 Dextrin Polymers 0.000 description 2
- 239000004375 Dextrin Substances 0.000 description 2
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 2
- 235000019425 dextrin Nutrition 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 235000012438 extruded product Nutrition 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- LYRFLYHAGKPMFH-UHFFFAOYSA-N octadecanamide Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(N)=O LYRFLYHAGKPMFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 6-[3-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-3-oxopropyl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)C(CCC1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1)=O DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- XUGISPSHIFXEHZ-GPJXBBLFSA-N [(3r,8s,9s,10r,13r,14s,17r)-10,13-dimethyl-17-[(2r)-6-methylheptan-2-yl]-2,3,4,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydro-1h-cyclopenta[a]phenanthren-3-yl] acetate Chemical compound C1C=C2C[C@H](OC(C)=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 XUGISPSHIFXEHZ-GPJXBBLFSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N antimony trioxide Inorganic materials O=[Sb]O[Sb]=O ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005601 base polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000010584 magnetic trap Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000013518 molded foam Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 229940037312 stearamide Drugs 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Biological Depolymerization Polymers (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пенопластов, и может быть использовано для изготовления формованных изделий различного назначения, в том числе пищевого.The invention relates to the chemical and food industries, in particular to the production of biodegradable foams, and can be used for the manufacture of molded products for various purposes, including food.
Известен способ получения формованного изделия из термопласта [Патент РФ №2143978 от 10.01.2000 г. «ФОРМОВАННОЕ ИЗДЕЛИЕ ИЗ ТЕРМОПЛАСТА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ»]. Формованное изделие включает пленку из пенопласта. Одна поверхность пленки закрыта, а другая, по меньшей мере, в частичной области открыта так, что граничащие с этой поверхностью открытые поры доступны для жидкости. Формованное изделие содержит, по меньшей мере, 10 об.% открытых пор. Поры имеют полиэдроподобную форму с механически недеформированными стенками и примыкают друг к другу. По меньшей мере, две стенки каждой отдельной поры имеют отверстие при сохранении механической прочности пространственной матрицы, в которой расположены открытые поры. Стенки пор, окружающие отверстия, механически недеформированы. В способе изготовления формованного изделия осуществляют получение расплава из, по меньшей мере, одного базового полимера и структурообразующего средства на первой стадии экструзии, введение порообразователя и гомогенное смешивание его с расплавом полимера в конце первой стадии экструзии. Получение расплава осуществляют при температуре до 300°C. Порообразователь вводят в расплав полимера инжектированием его при высоком давлении до 350 бар. На второй стадии экструзии непосредственно перед экструдированием осуществляют охлаждение расплава полимера до температуры 120-250°C. По меньшей мере, одну из закрытых поверхностей экструдированного термопласта частично раскрывают путем шлифования, царапания, перфорирования или охлаждения и одновременного растяжения при выходе из фильеры. По меньшей мере, в двух стенках каждой открытой поры выполняют отверстия. Изобретение позволяет создать формованное изделие из пенопласта с открытопористой структурой, которая изменяется в широких пределах, причем поры проницаемы для средств без механического разрушения стенок пор.A known method of producing a molded product from thermoplastic [RF Patent No. 2143978 dated 01/10/2000, “FORMED PRODUCT FROM THERMOPLAST AND METHOD FOR ITS PRODUCTION”]. The molded article includes a foam film. One surface of the film is closed, and the other, at least in a partial region, is open so that open pores bordering this surface are accessible to the liquid. The molded product contains at least 10 vol.% Open pores. The pores have a polyhedral shape with mechanically undeformed walls and are adjacent to each other. At least two walls of each individual pore have an opening while maintaining the mechanical strength of the spatial matrix in which the open pores are located. The pore walls surrounding the holes are not mechanically deformed. In the method for manufacturing the molded product, melt is obtained from at least one base polymer and a structure-forming agent in the first extrusion stage, the introduction of a blowing agent and its homogeneous mixing with the polymer melt at the end of the first extrusion stage. The melt is produced at temperatures up to 300 ° C. The blowing agent is introduced into the polymer melt by injection thereof at high pressure up to 350 bar. In the second stage of extrusion, immediately before extrusion, the polymer melt is cooled to a temperature of 120-250 ° C. At least one of the closed surfaces of the extruded thermoplastic is partially opened by grinding, scratching, perforating or cooling and simultaneously stretching when leaving the die. Openings are made in at least two walls of each open pore. EFFECT: invention makes it possible to create a molded foam product with an open-porous structure that varies over a wide range, moreover, the pores are permeable to agents without mechanical destruction of the pore walls.
Недостатком аналога является многостадийность производства, а также необходимость использования порообразователя для получения необходимой структуры материала.The disadvantage of the analogue is the multi-stage production, as well as the need to use a blowing agent to obtain the necessary structure of the material.
Известен способ получения пищевых экструдированных продуктов [Патент РФ №2300901 от 20.06.2007. Бюл. №17 «Способ производства экструдированных продуктов»]. Способ производства экструдированных продуктов предусматривает экструдирование исходного продукта с последующим охлаждением полученного вспученного продукта. В качестве исходного продукта используют зерно нута и кукурузы или зерно нута и манную крупу, причем перед экструдированием их измельчают каждое в отдельности до размера частиц 2-3 мм, просеивают и пропускают через магнитный уловитель, смешивают при следующем соотношении компонентов, мас.%: крупа нутовая 50-60 и крупа кукурузная 50-40 или крупа нутовая 50-60 и крупа манная 50-40. Подготовленную смесь подвергают обработке на экструдере при скорости вращения шнека 38±2 с-1, продолжительности обработки в экструдере - 30-40 с, диаметре выходного отверстия матрицы - 8 мм. Полученный в виде прямых или изогнутых палочек взорванный продукт охлаждают до температуры 30-40°C, подсушивают до массовой доли влаги 4,4-4,8% и герметично упаковывают. A known method of producing extruded food products [RF Patent No. 2300901 from 06/20/2007. Bull. No. 17 "Method for the production of extruded products"]. A method for the production of extruded products involves the extrusion of the original product with subsequent cooling of the resulting expanded product. As the initial product, chickpea and corn grains or chickpea grains and semolina are used, and before extrusion they are crushed individually to a particle size of 2-3 mm, sieved and passed through a magnetic trap, mixed in the following ratio of components, wt.%: Cereal chickpeas 50-60 and corn grits 50-40 or chickpeas 50-60 and semolina 50-40. The prepared mixture is subjected to processing on an extruder at a screw rotation speed of 38 ± 2 s -1 , the processing time in the extruder is 30-40 s, and the diameter of the die outlet is 8 mm. Obtained in the form of straight or curved sticks, the blasted product is cooled to a temperature of 30-40 ° C, dried to a mass fraction of moisture of 4.4-4.8% and sealed.
Согласно прототипу продукт при экструдировании, продвигаясь по тракту шнековой части, подвергается тепловой обработке при избыточном давлении. В зоне смешения происходит частичное перемешивание исходных компонентов, в зоне сжатия происходит увеличение давления и уплотнение продукта вследствие резкого уменьшения размеров винтового канала. В зоне пластификации осуществляется частичное превращение частиц продукта в расплав за счет трения между частицами продукта и витками шнека. Давление расплава в зоне дозирования достигает необходимого значения и образуется расплав, однородный по структуре и температуре. Затем он попадает в предматричную зону и продавливается через выходное отверстие в матрице. После выхода продукта из матрицы в результате резкого перепада температуры и давления происходит мгновенное испарение влаги, что приводит к образованию пористой структуры и увеличению объема экструдата. В результате получают продукт в виде прямых или изогнутых палочек округлого поперечного сечения, с шероховатой поверхностью и развитой пористостью.According to the prototype, the product during extrusion, moving along the path of the screw part, is subjected to heat treatment at overpressure. In the mixing zone, partial mixing of the starting components occurs, in the compression zone there is an increase in pressure and product compaction due to a sharp decrease in the size of the screw channel. In the plasticization zone, the product particles are partially converted to melt due to friction between the product particles and the screw turns. The melt pressure in the dosing zone reaches the required value and a melt is formed, uniform in structure and temperature. Then it enters the pre-area and is forced through the outlet in the matrix. After the product leaves the matrix as a result of a sharp drop in temperature and pressure, moisture evaporates instantly, which leads to the formation of a porous structure and an increase in the volume of the extrudate. The result is a product in the form of straight or curved sticks of rounded cross section, with a rough surface and developed porosity.
Известен способ получения пенопластов на основе полиолефинов [Патент РФ №2320684 от 27.03.2008 г. «ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИОЛЕФИНОВ»]. Изобретение относится к пенопласту на основе полиолефинов, к способу его получения, к применению полиэтиленового воска и к теплоизоляционному материалу. Пенопласт содержит следующие компоненты: полиолефин, добавки и, по меньшей мере, один полиэтиленовый воск, в котором полиэтилен представлен в виде окисленного гомополимера или окисленного сополимера. Вышеуказанный полиэтиленовый воск применяют в качестве агента, регулирующего степень увеличения ячеек. Способ получения пенопласта заключается в том, что полиолефин при высокой температуре смешивают с полиэтиленовым воском и добавками. Затем полученную смесь экструдируют в присутствии вспенивающего агента. Изобретение позволяет получить пенопласт без дефектов поверхности, увеличить его ячеистую структуру и свойства, а также изготовить из него теплоизоляционный материал с высокой эластичностью или гибкостью.A known method of producing foams based on polyolefins [RF Patent No. 2320684 of 03/27/2008, "FOAM PLASTS BASED ON POLYOLEFINS"]. The invention relates to a foam based on polyolefins, to a method for its production, to the use of polyethylene wax and to heat-insulating material. The foam contains the following components: polyolefin, additives and at least one polyethylene wax, in which the polyethylene is in the form of an oxidized homopolymer or an oxidized copolymer. The above polyethylene wax is used as an agent for regulating the degree of cell enlargement. A method of producing a foam is that the polyolefin is mixed at high temperature with polyethylene wax and additives. The resulting mixture is then extruded in the presence of a blowing agent. The invention allows to obtain a foam without surface defects, to increase its cellular structure and properties, as well as to make heat-insulating material from it with high elasticity or flexibility.
Недостатком аналога является высокая температура смешения полиолефина с добавками, что влечет удорожание процесса и увеличение себестоимости продукта, а также необходимость применения вспенивающего агента для получения ячеистой структуры материала, что приводит к дополнительным издержкам производства.The disadvantage of the analogue is the high temperature of mixing the polyolefin with additives, which entails an increase in the cost of the process and an increase in the cost of the product, as well as the need to use a foaming agent to obtain a cellular structure of the material, which leads to additional production costs.
Техническая задача изобретения заключается в разработке способа получения биоразлагаемого пенопласта, состоящего из полиолефиновой матрицы и биоразлагаемого гигроскопичного наполнителя, способного разрушаться под воздействием факторов окружающей среды, без использования дополнительного порообразующего агента, способствующего снижению себестоимости продукта и энергоемкости производства.The technical task of the invention is to develop a method for producing a biodegradable foam, consisting of a polyolefin matrix and a biodegradable hygroscopic filler, capable of collapsing under the influence of environmental factors, without the use of an additional pore-forming agent, which helps to reduce the cost of the product and energy consumption of production.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе получения биоразлагаемого пенопласта новым является то, что пенопласт состоит из полиолефиновой матрицы и биоразлагаемого гигроскопичного наполнителя, в качестве которого применяется мальтодекстрин с влажностью 5-10 мас.%, при соотношении компонентов, мас.%:The technical task of the invention is achieved by the fact that in the method for producing biodegradable foam, the new one is that the foam consists of a polyolefin matrix and a biodegradable hygroscopic filler, which is used maltodextrin with a moisture content of 5-10 wt.%, With a ratio of components, wt.%:
- полиолефин 20-50;- polyolefin 20-50;
- мальтодекстрин 80-50;- maltodextrin 80-50;
способ предусматривает переработку компонентов в двухшнековом экструдере, имеющем не менее 3 зон:The method involves the processing of components in a twin-screw extruder having at least 3 zones:
- зону смешения с температурным режимом 80-100°C;- mixing zone with a temperature regime of 80-100 ° C;
- зону пластикации с узлом регулирования влажности, с температурным режимом 140-160°C;- a plasticization zone with a humidity control unit, with a temperature regime of 140-160 ° C;
- зону экструдирования, снабженную плоскощелевой головкой или щелью сложной конфигурации для изготовления профиля, с температурным режимом 100-120°C.- an extrusion zone equipped with a flat-slotted head or a slot of complex configuration for profile manufacturing, with a temperature regime of 100-120 ° C.
Выходящий из экструдера продукт вспенивается в результате дросселирования - мгновенного перепада давления, физико-химических и структурно-механических изменений, происходящих в сырье за счет содержания в мальтодекстрине сорбционной влаги, а также за счет образования продуктов термодеструкции мальтодекстрина, которые являются, таким образом, порообразующими агентами. При этом выбор марки полиолефина лимитируется температурой его плавления, которая должна находиться в пределах температуры плавления мальтодекстрина с влажностью 5-10 мас.% - 120-150°C, что позволяет создавать равномерную пористую структуру материала.The product exiting the extruder foams as a result of throttling - an instant pressure drop, physico-chemical and structural-mechanical changes occurring in the raw material due to the sorption moisture content in maltodextrin, and also due to the formation of maltodextrin thermal decomposition products, which are thus pore-forming agents . In this case, the choice of the polyolefin brand is limited by its melting temperature, which should be within the melting temperature of maltodextrin with a moisture content of 5-10 wt.% - 120-150 ° C, which allows you to create a uniform porous structure of the material.
Процесс получения вспененного продукта основывается на следующих явлениях.The process for producing a foamed product is based on the following phenomena.
В течение короткого промежутка времени компоненты спрессовываются в экструдере при высоком давлении, нагреваются до определенной температуры, продавливаются через фильеру, в результате чего влага, находящаяся в мальтодекстрине, а также продукты термической деструкции мальтодекстрина, переходят в парообразное состояние с накоплением значительного количества энергии, что приводит к вспениванию продукта за счет развиваемого в экструдере давления и температуры, создаваемой диссипативной энергией при совместной переработке полиолефиновой матрицы и биоразлагаемого гигроскопичного наполнителя при высоких напряжениях сдвига. Линейные размеры экструдата возрастают более чем в 2 раза, что приводит к увеличению объема.For a short period of time, the components are compressed in an extruder at high pressure, heated to a certain temperature, forced through a die, as a result of which the moisture in maltodextrin, as well as the products of thermal degradation of maltodextrin, pass into a vapor state with the accumulation of a significant amount of energy, which leads foaming of the product due to the pressure and temperature developed in the extruder, created by dissipative energy during the joint processing of the polyolefin new matrix and biodegradable hygroscopic filler at high shear stresses. The linear dimensions of the extrudate increase by more than 2 times, which leads to an increase in volume.
Экструдирование смеси сопровождается следующими процессами.Extrusion of the mixture is accompanied by the following processes.
Исходные компоненты в виде порошка и гранул подаются в зону загрузки, где происходит предварительное смешивание материалов, далее масса попадает в зону пластикации, где происходит ее интенсивная обработка путем деформации сдвига с одновременным повышением температуры. Плотность материала и коэффициент заполнения межвиткового пространства увеличиваются, повышается давление, вследствие чего зернистая структура материала разрушается и материал желируется.The initial components in the form of powder and granules are fed into the loading zone, where materials are pre-mixed, then the mass enters the plasticization zone, where it is intensively processed by shear deformation with a simultaneous increase in temperature. The density of the material and the fill factor of the inter-turn space increase, the pressure increases, as a result of which the granular structure of the material is destroyed and the material is gelled.
В зоне сжатия экструдат подвергается повторному сжатию до максимального давления, температура растет за счет диссипации внутренней энергии и подвода тепла извне и материал продавливается через матрицу с фильерой.In the compression zone, the extrudate is re-compressed to maximum pressure, the temperature rises due to dissipation of internal energy and heat supply from the outside and the material is forced through a die with a die.
В момент выхода материала из фильеры происходит дросселирование, что обеспечивает вспенивание экструдата за счет упругих паров влаги и продуктов деструкции мальтодекстрина. Пластичная полиолефиновая матрица, наполненная биоразлагаемым гигроскопичным наполнителем - мальтодекстрином, приобретает порообразную структуру, которая сохраняется после охлаждения экструдата.At the moment the material leaves the die, throttling occurs, which ensures foaming of the extrudate due to elastic moisture vapor and degradation products of maltodextrin. A plastic polyolefin matrix filled with a biodegradable hygroscopic filler, maltodextrin, acquires a pore-like structure that persists after cooling of the extrudate.
Известно [Техника и технология получения пищевых продуктов термопластической экструзией / Г.О.Магомедов, А.Ф.Брехов. - ВГТА, 2003. - 168 с. Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование / Под ред. А.Н.Богатырева, В.П.Юрьева. - М.: Ступень, 1994. - 200 с.], что время нахождения материала в экструдере не должно превышать 7 минут, так как дальнейшее нагревание мальтодекстрина сопровождается параллельно протекающими процессами сушки и карамелизации, что снижает его вспенивающую способность.It is known [Technique and technology for food production by thermoplastic extrusion / G.O.Magomedov, A.F. Brekhov. - VGTA, 2003 .-- 168 p. Thermoplastic extrusion: scientific foundations, technology, equipment / Ed. A.N. Bogatyreva, V.P. Yuryev. - M .: Step, 1994. - 200 p.] That the residence time of the material in the extruder should not exceed 7 minutes, since further heating of the maltodextrin is accompanied by parallel processes of drying and caramelization, which reduces its foaming ability.
В экструдере необходимо предусмотреть узел регулирования влажности, который располагается в конце зоны пластикации, с целью удаления избыточной влаги из материала, либо дополнительного увлажнения смеси, что позволит обеспечить заданную пористую структуру биоразлагаемого пенопласта.In the extruder, it is necessary to provide a humidity control unit, which is located at the end of the plasticization zone, in order to remove excess moisture from the material, or to additionally moisten the mixture, which will ensure a given porous structure of biodegradable foam.
Технический результат изобретения заключается в разработке способа получения биоразлагаемого пенопласта, состоящего из полиолефиновой матрицы и биоразлагаемого гигроскопичного наполнителя, способного разрушаться под воздействием факторов окружающей среды, без использования дополнительного порообразующего агента, способствующего снижению себестоимости продукта и энергоемкости производства.The technical result of the invention is to develop a method for producing a biodegradable foam, consisting of a polyolefin matrix and a biodegradable hygroscopic filler, capable of collapsing under the influence of environmental factors, without the use of an additional pore-forming agent, which helps to reduce the cost of the product and energy consumption of production.
Мальтодекстрин [ГОСТ 6034-74 Декстрины. Технические условия] - полисахарид, продукт термического, либо ферментативного, либо кислотного гидролиза крахмала (кукурузного или картофельного), используется в пищевой, медицинской, текстильной и других отраслях промышленности, зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е1400, химическая формула - (C6H10O5)n.Maltodextrin [GOST 6034-74 Dextrins. Specifications] - a polysaccharide, a product of thermal, or enzymatic, or acid hydrolysis of starch (corn or potato), used in food, medical, textile and other industries, registered as a food additive E1400, chemical formula - (C 6 H 10 O 5 ) n .
Мальтодекстрин является веществом природного происхождения, обладает гигроскопичностью, что способствует развитию микроорганизмов в объеме пенопласта в окружающей среде за счет содержания влаги, а образованная пористая структура композита способствует более эффективному процессу биодеструкции.Maltodextrin is a substance of natural origin, it is hygroscopic, which contributes to the development of microorganisms in the volume of foam in the environment due to the moisture content, and the formed porous structure of the composite contributes to a more effective biodegradation process.
Способ получения биоразлагаемого пенопласта может включать также стадию введения в композицию при необходимости дополнительных технологических добавок, таких как красители, стабилизаторы, фотоинициаторы разложения и т.д.A method for producing a biodegradable foam may also include the stage of introducing additional technological additives, such as dyes, stabilizers, decomposition photoinitiators, etc. into the composition, if necessary.
Биоразлагаемый пенопласт изготавливают следующим образом.Biodegradable foam is made as follows.
В бункер экструдера, количество температурных зон которого не менее трех, вносят полиолефин (в виде гранул или порошка) в количестве 20÷50 мас.%, биоразлагаемый гигроскопичный наполнитель - мальтодекстрин (в виде порошка) с влажностью 5÷10 мас.% в количестве 80÷50 мас.%. В экструдере материал последовательно проходит следующие стадии: стадию смешения при температуре 80÷100°C (в таблицах 1-3 обозначена №1), стадию пластикации при температуре 140-160°C (в таблицах 1-3 обозначена №2), стадию вспенивания с одновременным продавливания через фильеру при температуре 100-120°C (в таблицах 1-3 обозначена №3), готовый продукт в виде вспененного листа или профиля далее охлаждается и используется по назначению.In the extruder hopper, the number of temperature zones of which is not less than three, a polyolefin (in the form of granules or powder) is added in an amount of 20 ÷ 50 wt.%, A biodegradable hygroscopic filler is maltodextrin (in the form of a powder) with a moisture content of 5 ÷ 10 wt.% In an amount 80 ÷ 50 wt.%. In the extruder, the material successively passes through the following stages: the mixing stage at a temperature of 80 ÷ 100 ° C (No. 1 is indicated in tables 1-3), the plasticization stage at a temperature of 140-160 ° C (No. 2 is indicated in tables 1-3), the foaming stage with simultaneous forcing through a die at a temperature of 100-120 ° C (Tables 3–3 indicate No. 3), the finished product in the form of a foamed sheet or profile is then cooled and used as intended.
В таблицах 1-3 представлены технологические режимы процесса производства биоразлагаемого пенопласта для двухшнекового экструдера.Tables 1-3 show the process conditions for the production of biodegradable polystyrene foam for a twin-screw extruder.
Способ получения биоразлагаемого пенопласта поясняется следующими примерами.A method of obtaining a biodegradable foam is illustrated by the following examples.
Пример 1 (прототип). В барабанном смесителе приготавливают сравнительную смесь из 96 частей полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), имеющего плотность 926 кг/м3 и индекс расплава (ИР) 2 г/10 мин (190°C, 2,16 кг), 6 частей маточной смеси антипирена (хлорированный парафин и оксид сурьмы(III)) с концентрацией 50 мас.% в пересчете на ПЭНП, 3 частей маточной смеси оксида алюминия с концентрацией 40 мас.% в пересчете на ПЭНП, 1,5 части стеарамида и 1 части маточной смеси талька с концентрацией 25 мас.% в пересчете на массу ПЭНП. Полученную смесь экструдируют с расходом 18 кг/ч, одновременно подавая изобутан с расходом 3,06 кг/ч, через головку с круглым отверстием, получая стержень круглого сечения диаметром около 23 мм. Температура инструмента составляет 108°C. Полученный пенопласт имеет измеренную в нагретом состоянии плотность, равную 16,5 кг/м3, очень мелкие ячейки (около 870-1000 ячеек/см2) с видимым невооруженным глазом нерегулярным распределением и сквозные отверстия. Поверхность пенопласта покрыта большими пузырьками. На следующий день пенопласт имеет плотность, равную 20 кг/м3, а по истечении 4-х дней проявляет признаки необратимой усадки.Example 1 (prototype). In a drum mixer, a comparative mixture of 96 parts of low density polyethylene (LDPE) having a density of 926 kg / m 3 and a melt index (IR) of 2 g / 10 min (190 ° C, 2.16 kg), 6 parts of a master flame retardant mixture is prepared (chlorinated paraffin and antimony (III) oxide) with a concentration of 50 wt.% in terms of LDPE, 3 parts of the masterbatch of aluminum oxide with a concentration of 40 wt.% in terms of LDPE, 1.5 parts of stearamide and 1 part of the masterbatch of talc with concentration of 25 wt.% in terms of the weight of LDPE. The resulting mixture was extruded with a flow rate of 18 kg / h, while feeding isobutane with a flow rate of 3.06 kg / h through a die with a round hole to obtain a round rod with a diameter of about 23 mm. The temperature of the instrument is 108 ° C. The resulting foam has a density measured in the heated state equal to 16.5 kg / m 3 , very small cells (about 870-1000 cells / cm 2 ) with an irregular distribution visible to the naked eye and through holes. The foam surface is covered with large bubbles. The next day, the foam has a density of 20 kg / m 3 , and after 4 days shows signs of irreversible shrinkage.
Пример 2. В бункер двухшнекового экструдера, имеющего три температурные зоны, с соотношением L/D=28, вносят гранулы полиэтилена марки ПНД 276-73 (ГОСТ 16338-85), плотность которого 960 кг/м3, в количестве 500 г (50 мас.%), и порошок мальтодекстрина с влажностью 5,0 мас.% в количестве 500 г (50 мас.%) и проводят процесс экструзионной переработки.Example 2. In the hopper of a twin-screw extruder having three temperature zones, with a ratio L / D = 28, make granules of polyethylene grade PND 276-73 (GOST 16338-85), the density of which is 960 kg / m 3 , in an amount of 500 g (50 wt.%), and maltodextrin powder with a moisture content of 5.0 wt.% in an amount of 500 g (50 wt.%) and carry out the extrusion processing process.
Пример 3. Получают биоразлагаемый пенопласт аналогично примеру 2, но количество полиэтилена составляет 400 г (40 мас.%), количество мальтодекстрина - 600 г (60 мас.%) с влажностью 6 мас.%.Example 3. Get biodegradable foam analogously to example 2, but the amount of polyethylene is 400 g (40 wt.%), The amount of maltodextrin is 600 g (60 wt.%) With a moisture content of 6 wt.%.
Пример 4. Получают биоразлагаемый пенопласт аналогично примеру 2, но количество полиэтилена составляет 300 г (30 мас.%), количество мальтодекстрина - 700 г (70 мас.%) с влажностью 6 мас.%.Example 4. Get biodegradable foam analogously to example 2, but the amount of polyethylene is 300 g (30 wt.%), The amount of maltodextrin is 700 g (70 wt.%) With a moisture content of 6 wt.%.
Пример 5. Получают биоразлагаемый пенопласт аналогично примеру 2, но количество полиэтилена составляет 200 г (20 мас.%), количество мальтодекстрина - 800 г (80 мас.%) с влажностью 6 мас.%.Example 5. Get biodegradable foam analogously to example 2, but the amount of polyethylene is 200 g (20 wt.%), The amount of maltodextrin is 800 g (80 wt.%) With a moisture content of 6 wt.%.
Пример 6. Получают биоразлагаемый пенопласт аналогично примеру 2, но влажность мальтодекстрина составляет 7,5 мас.%.Example 6. Get biodegradable foam analogously to example 2, but the moisture content of maltodextrin is 7.5 wt.%.
Пример 7. Получают биоразлагаемый пенопласт аналогично примеру 2, но влажность мальтодекстрина составляет 10,0 мас.%.Example 7. Get biodegradable foam analogously to example 2, but the moisture content of maltodextrin is 10.0 wt.%.
Конечной стадией процесса экструдирования является продавливание материала через фильеру, которая формирует готовый продукт.The final stage of the extrusion process is the forcing of the material through the die, which forms the finished product.
Полученные биоразлагаемые пенопласты анализируют, определяют реологические характеристики, плотность, размер пор, кинетику биоразложения. Результаты исследований представлены в таблицах 4 и 5.The obtained biodegradable foams are analyzed, rheological characteristics, density, pore size, biodegradation kinetics are determined. The research results are presented in tables 4 and 5.
Результаты реологических испытаний, полученные с помощью вискозиметра SmartRheo, обработанные с помощью программного обеспечения вискозиметра SmartRheo «CeastVIEW 5.94 4D», позволяют утверждать, что при увеличении напряжения сдвига до определенного предела (5,50 МПа) происходит пропорциональное увеличение коэффициента вспенивания. Это объясняется увеличением внутренней энергии наполненной композиции «полиолефин - мальтодекстрин» при переработке в шнековом агрегате за счет механотермического воздействия в процессе продавливания через фильеру. При достижении предельного значения скорости сдвига наблюдается уменьшение коэффициента вспенивания, что связано с уменьшением времени прохождения материала через капилляр до критического значения.The rheological test results obtained with the SmartRheo viscometer and processed with the CeRVIEW 5.94 4D viscometer SmartRheo software allow us to state that with an increase in shear stress to a certain limit (5.50 MPa), a proportional increase in foaming coefficient occurs. This is due to an increase in the internal energy of the filled polyolefin-maltodextrin composition during processing in a screw unit due to mechanothermal action during the process of forcing through a die. Upon reaching the limit value of the shear rate, a decrease in the foaming coefficient is observed, which is associated with a decrease in the time of passage of the material through the capillary to a critical value.
Соотношение компонентов полиолефин : мальтодекстрин, равное 20-80÷50-50 мас.%, лимитируется несколькими факторами. При содержании мальтодекстрина в композиции менее 50 мас.% наблюдается снижение коэффициента вспенивания композиций, что связано с общим уменьшением влаги и продуктов термодеструкции мальтодекстрина в композиции, которые являются порообразователями, кроме того, снижается эффективность биодеструкции материала. При содержании мальтодекстрина в композиции более 80 мас.% происходит снижение прочностных характеристик материала за счет уменьшения процентного содержания синтетической полимерной матрицы, обеспечивающей прочность композиции.The ratio of the components of the polyolefin: maltodextrin, equal to 20-80 ÷ 50-50 wt.%, Is limited by several factors. When the content of maltodextrin in the composition is less than 50 wt.%, A decrease in the foaming coefficient of the compositions is observed, which is associated with a general decrease in moisture and thermal degradation products of maltodextrin in the composition, which are pore-forming agents, in addition, the biodegradation efficiency of the material is reduced. When the content of maltodextrin in the composition is more than 80 wt.%, The strength characteristics of the material decrease due to a decrease in the percentage of the synthetic polymer matrix, which ensures the strength of the composition.
Использование способа получения биоразлагаемого пенопласта, состоящего из полиолефиновой матрицы и биоразлагаемого гигроскопичного наполнителя, способного разрушаться под воздействием факторов окружающей среды, без использования дополнительного порообразующего агента, позволяет:Using the method for producing a biodegradable foam, consisting of a polyolefin matrix and a biodegradable hygroscopic filler, capable of degrading under the influence of environmental factors, without using an additional pore-forming agent, allows:
- организовать одностадийный процесс получения биоразлагаемого пенопласта;- organize a one-stage process for producing biodegradable foam;
- получить биоразлагаемый пенопласт без снижения физико-механических показателей конечных изделий;- get biodegradable foam without reducing the physical and mechanical properties of the final products;
- обеспечить необходимую пористую структуру биоразлагаемого пенопласта без использования порообразующих агентов;- to provide the necessary porous structure of biodegradable foam without the use of pore-forming agents;
- упростить стадию регулирования пористой структуры биоразлагаемого пенопласта;- to simplify the stage of regulation of the porous structure of biodegradable foam;
- снизить воздействие на окружающую среду в процессе получения и переработки биоразлагаемого пенопласта, а также при использовании изделий на его основе;- reduce the environmental impact in the process of obtaining and processing biodegradable foam, as well as when using products based on it;
- обеспечить энерго- и ресурсосбережение в процессе получения биоразлагаемого пенопласта.- to ensure energy and resource conservation in the process of obtaining biodegradable foam.
Claims (1)
способ предусматривает переработку компонентов в двухшнековом экструдере, имеющем не менее 3 зон:
- зону смешения с температурным режимом 80-100°C;
- зону пластикации с узлом регулирования влажности, с температурным режимом 140-160°C;
- зону экструдирования, снабженную плоскощелевой головкой или щелью сложной конфигурации для изготовления профиля, с температурным режимом 100-120°С. A method of obtaining a biodegradable foam, characterized in that the foam consists of a polyolefin matrix and a biodegradable hygroscopic filler, which is used maltodextrin with a moisture content of 5-10 wt.%, With a ratio of components, wt.%:
The method involves the processing of components in a twin-screw extruder having at least 3 zones:
- mixing zone with a temperature regime of 80-100 ° C;
- a plasticization zone with a humidity control unit, with a temperature regime of 140-160 ° C;
- an extrusion zone equipped with a flat-slit head or a slot of complex configuration for manufacturing a profile with a temperature regime of 100-120 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011113187/05A RU2467036C1 (en) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Method of producing biodegradable foam plastic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011113187/05A RU2467036C1 (en) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Method of producing biodegradable foam plastic |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011113187A RU2011113187A (en) | 2012-10-10 |
| RU2467036C1 true RU2467036C1 (en) | 2012-11-20 |
Family
ID=47079273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011113187/05A RU2467036C1 (en) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Method of producing biodegradable foam plastic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2467036C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991002023A1 (en) * | 1989-08-03 | 1991-02-21 | Butterfly S.R.L. | Expanded articles of biodegradable plastics materials and a method for their production |
| UA43840C2 (en) * | 1994-08-08 | 2002-01-15 | НОВАМОНТ С.п.А. | BIOLOGICALLY DECOMPOSABLE FOAM AND METHOD OF OBTAINING IT |
| RU2232781C2 (en) * | 1998-08-28 | 2004-07-20 | Дау Глобал Текнолоджиз Инк. | Foamed plastics prepared from mixture of syndiotactic polypropylenes and thermoplastic polymers |
| RU2320684C2 (en) * | 2002-08-09 | 2008-03-27 | Нмс С.А. | Polyolefin-base foam plastic |
-
2011
- 2011-04-05 RU RU2011113187/05A patent/RU2467036C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991002023A1 (en) * | 1989-08-03 | 1991-02-21 | Butterfly S.R.L. | Expanded articles of biodegradable plastics materials and a method for their production |
| UA43840C2 (en) * | 1994-08-08 | 2002-01-15 | НОВАМОНТ С.п.А. | BIOLOGICALLY DECOMPOSABLE FOAM AND METHOD OF OBTAINING IT |
| RU2232781C2 (en) * | 1998-08-28 | 2004-07-20 | Дау Глобал Текнолоджиз Инк. | Foamed plastics prepared from mixture of syndiotactic polypropylenes and thermoplastic polymers |
| RU2320684C2 (en) * | 2002-08-09 | 2008-03-27 | Нмс С.А. | Polyolefin-base foam plastic |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011113187A (en) | 2012-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11945942B2 (en) | Starch pellets for sheet extrusion and methods for forming the pellets | |
| JP4594445B1 (en) | Foam and production method thereof | |
| Kahvand et al. | Microstructure and physical properties of thermoplastic corn starch foams as influenced by polyvinyl alcohol and plasticizer contents | |
| CN101827884B (en) | Method for producing foam heat insulation material using paper and starch | |
| US20120061867A1 (en) | Polymer pellets containing supercritical fluid and methods of making and using | |
| Zhou et al. | Structure and properties of starch-based foams prepared by microwave heating from extruded pellets | |
| ES2236068T3 (en) | PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF STRUCTURAL ELEMENTS BASED ON FOAMED COMPOUNDS OF PLASTIC MATERIALS CONTAINING FIBERS OR SERRIN. | |
| EP2940070B1 (en) | Molded article of polylactic acid-based resin expanded beads | |
| JP2002524636A5 (en) | ||
| CN107250231A (en) | Method for producing the foam based on thermoplastic polyurethane | |
| CN103819885A (en) | Polylactic acid foam material and preparation method thereof | |
| Alban-Bolaños et al. | Biodegradable flexible foam: novel material based on cassava TPS obtained by extrusion | |
| Capezza et al. | Biodegradable fiber-reinforced gluten biocomposites for replacement of fossil-based plastics | |
| CN105218856A (en) | Precipitation-resistant efficient polypropylene weather-resistant master batch | |
| US9206318B2 (en) | Compostable and biodegradable materials and articles formed from them | |
| US3502754A (en) | Process of extruding a cellular polymeric composition | |
| RU2467036C1 (en) | Method of producing biodegradable foam plastic | |
| US20090305029A1 (en) | Extruded, low density polyethylene foam | |
| EP2780420B1 (en) | A composite product, a method for manufacturing a composite product and its use and a final product | |
| US20080200572A1 (en) | Process For The Production of Extruded Sheets Of Expanded Polystyrene | |
| Ahmadzadeh et al. | Powerful solution to mitigate the temperature variation effect: development of novel superinsulating materials | |
| Gavin et al. | Extrusion foaming of protein-based thermoplastic and polyethylene blends | |
| US9724857B2 (en) | Compression molded polymeric foam articles and methods | |
| JP3944733B2 (en) | Moldable sheet-like foam mainly composed of plant material and method for producing the same | |
| US20100187718A1 (en) | Re-capsulation of synthetic rubber polymer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130406 |