PL226354B1 - Sposób wytwarzania biorozpadalnej kompozycji polimerowej, przeznaczonej do zastosowań agrotechnicznych - Google Patents

Abstract

Sposób polega na zagęszczaniu do postaci granulek powierzchniowo rozwłóknionych włókien lignocelulozowych, pozyskanych z biomasy, korzystnie w formie wytłoków roślin oleistych, włókien celulozowych, słomy i liści wraz z rozdrobnionym na proszek nawozem mineralnym, a następnie łączeniu włókien lignocelulozowych z tworzywem wybranym z grupy obejmującej polietylen, polipropylen, termoplastyczną skrobię kukurydzianą i biodegradowalne termoplastyczne poliestry.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania biorozpadalnej kompozycji polimerowej, przeznaczonej do zastosowań agrotechnicznych.

Materiały polimerowe są powszechnie używane we wszystkich dziedzinach życia. Chociaż znane są już od dawna, w dalszym ciągu trwają prace nad modyfikacją materiałów polimerowych, które można by następnie wykorzystać w produkcji nowych i interesujących wyrobów, znajdujących szerokie zastosowanie.

Znane są i powszechnie stosowane biodegradowalne polimery w postaci polimeru ze skrobią, skrobi termoplastycznej, skrobi z dodatkami włókien roślinnych, mieszaniny skrobi i surowców naturalnych z syntetycznymi polimerami oraz pochodnych celulozowych modyfikowanych dodatkiem plastyfikatorów, odpowiednio zsyntezowanych cukrów roślinnych, skrobi termoplastycznej z dodatkami utleniaczy. Inne biodegradowalne polimery to poliestry alifatyczne. Polimery występujące w naturze, jak skrobia i celuloza, są bardzo dobrym surowcem do produkcji tworzyw, podlegającym szybkiej degradacji w warunkach naturalnych. Świetnym tworzywem są również termoplastyczne pochodne celulozy, na przykład octan, maślan lub etyloceluloza, stanowiące 30-85% wagowych, a dodatkiem biodegradowalnym jest skrobia.

Z opisu patentowego PL 195294 (B1) znany jest sposób wytwarzania kompozytu zawierającego żywicę i włókno, polegający na ścinaniu materiału włókien celulozowych lub lignocelulozowych do stanu, w którym zostaną odkryte jego włókna wewnętrzne, z wytworzeniem teksturowanych włókien celulozowych lub lignocelulozowych mających stosunek długości do średnicy wynoszący co najmniej 5, które łączy się z żywicą.

Z opisu patentowego US 4833181 znana jest kompozycja poliolifenowa, zawierająca włókna roślinne, składające się głównie z włókien celulozowych, które są sproszkowane do bardzo małych cząstek, na przykład do postaci pudru.

Z opisu patentowego US 5516472 znane jest mieszanie z żywicą rozdrobnionego materiału celulozowego w postaci mączki, która z natury ma niski stosunek długości do średnicy, wynoszący w przybliżeniu 1.

W sposobie wytwarzania biorozpadalnej kompozycji polimerowej, przeznaczonej do zastosowań agrotechnicznych, według wynalazku, najpierw zagęszcza się do postaci granulek powierzchniowo rozwłóknione włókna lignocelulozowe, pozyskane z biomasy, korzystnie w formie wytłoków roślin oleistych, włókien celulozowych, słomy i liści wraz z rozdrobnionym na proszek nawozem mineralnym, a następnie łączy się włókna lignocelulozowe i nawóz z tworzywem wybranym z grupy obejmującej polietylen, polipropylen, termoplastyczną skrobię kukurydzianą i biodegradowalne termoplastyczne poliestry. Dla włókien lignocelulozowych, celulozowych, słomy i liści stosuje się oleje naturalne jako środek pomocniczy. Zagęszczanie włókna lignocelulozowego z rozdrobnionym nawozem mineralnym prowadzi się korzystnie ciśnieniowo, w przeciwbieżnym granulatorze walcowym. Skrobię kukurydzianą uplastycznia się w wytłaczarce o skróconym układzie uplastyczniania, z co najmniej jednym ślimakiem, którego stosunek długości do średnicy korzystnie wynosi 28. Kompozycję wytwarza się w wytłaczarce o skróconym układzie uplastyczniania z co najmniej jednym ślimakiem, którego stosunek długości do średnicy korzystnie wynosi 16.

Sposób według wynalazku umożliwia wytwarzanie biorozpadalnej kompozycji polimerowej z łatwo dostępnych materiałów wyjściowych. Tworzywa mogą być dostarczane jako materiał nowy, nieprzerabiany lub uzyskiwane jako materiały odpadowe. Korzystnie w sposobie tworzywa są dostarczane w postaci tworzyw odpadowych, ponieważ materiały te są tańsze. Mogą one zawierać przykładowo wyrzucone pojemniki z tworzyw termoplastycznych i odpadowe włókno lignocelulozowe lub celulozowe. Tworzywa otrzymane sposobem według wynalazku są mocne, lekkie i niedrogie. Kompozycja w postaci granulatu może być rozsypana na wiosnę na glebę, do której powoli przenikają zawarte w kompozycji składniki odżywcze, a dzięki temu, iż związki mineralne ukryte są w granulkach mieszaniny polimerowej, roślinom nie grozi przenawożenie. Kompozycja może być również wykorzystana do produkcji pojemników do uprawy roślin.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej przedstawiony w poniższym przykładzie wytwarzania kompozycji.

Przed przystąpieniem do wytwarzania biorozpadalnej kompozycji polimerowej przygotowuje się surowce, poprzez poddanie biomasy odpadowej oraz nawozów mineralnych wstępnej obróbce mechanicznej w celu rozdrobnienia. Biomasę poddano powierzchniowemu rozwłóknieniu na włókno liPL 226 354 B1 gnocelulozowe pod wpływem działania wysokich sił ścinających w młynku wysokoobrotowym. Następnie włókna oraz nawozy mineralne poddano suszeniu w suszarce z obiegiem zamkniętym z udziałem sit molekularnych, wyposażonej w miernik wilgotności obiegającego powietrza. Suszenie przebiegało w temperaturze 80°C, do osiągnięcia temperatury punktu rosy powietrza wypływającego sponad granulatu, Td, około -40°C (minus). Dla wysuszonych włókien i nawozów wyznaczono zawartość wilgoci, która nie przekraczała 3%.

Wytwarzanie kompozycji polimerowej obejmuje proces zmieszania rozwłóknionej biomasy na włókno celulozowe z rozdrobnionym nawozem mineralnym a następnie obejmuje proces granulacji niskociśnieniowej w granulatorze walcowym. W przypadku zastosowania innej biomasy odpadowej niż wytłoki roślin oleistych korzystne jest zastosowanie odpowiedniego, pomocniczego środka zwilżającego w procesie granulacji, korzystnie olejów roślinnych. Wytworzone granulki włókna z nawozem mineralnym następnie połączono z tworzywem termoplastycznym w wytłaczarce dwuślimakowej. W chwili kiedy jako osnowę polimerową wykorzystujemy mieszaninę polietylenu z termoplastyczną skrobią kukurydzianą lub samą termoplastyczną skrobię kukurydzianą konieczne jest przeprowadzenie dwóch etapów wytworzenia kompozycji.

W pierwszym etapie wytwarza się termoplastyczną skrobię kukurydzaną. W tym celu wykorzystano natywną skrobię kukurydzianą woskową. Uplastycznienie skrobi przeprowadzono w wytłaczarce o skróconym układzie uplastyczniania i zastosowanie przeciwbieżnych ślimaków transportująco mieszających, których stosunek długości do średnicy wynosił 28. Parametry procesu wytłaczania były następujące: strefa zasilania: 110°C, strefa uplastyczniania: 140°C, strefa dozowania: 130°C, obroty ślimaków wytłaczarki: 350 obr/min, ciśnienie przed głowicą: 10^12 bar, wydajność procesu: 20 kg/h. Wstęgę wytłoczonej skrobi zgranulowano za pomocą granulatora mechanicznego jednonożowego.

W drugim etapie polietylen, polietylen szczepiony bezwodnikiem maleinowym MA-g-PE oraz termoplastyczną skrobię kukurydzianą wprowadza się do głównego leja dwuślimakowej wytłaczarki o skróconym układzie uplastyczniania, ze współbieżnymi ślimakami, których stosunek długości do średnicy wynosił 16, a następnie do podajnika bocznego w strefie grzewczej podaje się zgranulowane włókno celulozowe z nawozem mineralnym w postaci pastylek. Proces wytłaczania tworzywa z biomasą zachodził w temperaturze 155-170°C. Mieszaninę polimerową wytłaczano na sucho w postaci nitki a następnie granulowano. Wstęgę wytłoczonej kompozycji polimerowej zgranulowano za pomocą granulatora mechanicznego jednonożowego.

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania biorozpadalnej kompozycji polimerowej, przeznaczonej do zastosowań agrotechnicznych, znamienny tym, że najpierw zagęszcza się do postaci granulek powierzchniowo rozwłóknione włókna lignocelulozowe pozyskane z biomasy, korzystnie w formie wytłoków roślin oleistych, włókien celulozowych, słomy i liści wraz z rozdrobnionym na proszek nawozem mineralnym, a następnie łączy się włókna lignocelulozowe i nawóz z tworzywem wybranym z grupy obejmującej polietylen, polipropylen, termoplastyczną skrobię kukurydzianą i biodegradowalne poliestry.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla włókien lignocelulozowych, celulozowych, słomy i liści stosuje się oleje naturalne jako środek pomocniczy.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczanie włókna lignocelulozowego z rozdrobnionym nawozem mineralnym prowadzi się korzystnie ciśnieniowo, w przeciwbieżnym granulatorze walcowym.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skrobię kukurydzianą uplastycznia się w wytłaczarce o skróconym układzie uplastyczniania, z co najmniej jednym ślimakiem, którego stosunek długości do średnicy korzystnie wynosi 28.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kompozycję wytwarza się w wytłaczarce o skróconym układzie uplastyczniania z co najmniej jednym ślimakiem, którego stosunek długości do średnicy korzystnie wynosi 16.