PL230214B1 - Nanokompozyt polimerowy i sposób jego wytwarzania - Google Patents
Nanokompozyt polimerowy i sposób jego wytwarzaniaInfo
- Publication number
- PL230214B1 PL230214B1 PL408315A PL40831514A PL230214B1 PL 230214 B1 PL230214 B1 PL 230214B1 PL 408315 A PL408315 A PL 408315A PL 40831514 A PL40831514 A PL 40831514A PL 230214 B1 PL230214 B1 PL 230214B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- nanofiller
- extruder
- zone
- polymer matrix
- solvent
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims description 46
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 7
- 229920000070 poly-3-hydroxybutyrate Polymers 0.000 claims description 44
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 26
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 20
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical class O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 12
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 9
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 8
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 5
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 6
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 6
- REKYPYSUBKSCAT-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxypentanoic acid Chemical compound CCC(O)CC(O)=O REKYPYSUBKSCAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 4
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 3
- WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N R3HBA Natural products CC(O)CC(O)=O WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000012933 kinetic analysis Methods 0.000 description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- -1 aliphatic hydroxy acids Chemical class 0.000 description 2
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 2
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- NAPSCFZYZVSQHF-UHFFFAOYSA-N dimantine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCN(C)C NAPSCFZYZVSQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229950010007 dimantine Drugs 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000520 poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) Polymers 0.000 description 2
- 229920002454 poly(glycidyl methacrylate) polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000000235 small-angle X-ray scattering Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- SZIFAVKTNFCBPC-UHFFFAOYSA-N 2-chloroethanol Chemical compound OCCCl SZIFAVKTNFCBPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000954 2-hydroxyethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])O[H] 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 240000000797 Hibiscus cannabinus Species 0.000 description 1
- 229920000433 Lyocell Polymers 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 229920003232 aliphatic polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011173 biocomposite Substances 0.000 description 1
- 229920000229 biodegradable polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000004622 biodegradable polyester Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010504 bond cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012802 nanoclay Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 229910017059 organic montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000009512 pharmaceutical packaging Methods 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Biological Depolymerization Polymers (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest nanokompozyt polimerowy i sposób jego wytwarzania.
Poli(3-hydroksymaślan) (P3HB) jest biodegradowalnym, termoplastycznym poliestrem alifatycznym, wytwarzanym przez bakterie z tanich surowców odnawialnych. Ma on jednak wady, takie jak sztywność, kruchość, a przede wszystkim niską stabilność termiczną, nieznacznie tylko wyższą od jego temperatury topnienia, co ogranicza wykorzystanie P3HB w szerszym zakresie komercyjnym.
Jednym ze sposobów poprawy tej właściwości jest synteza kopolimerów kwasu 3-hydroksymasłowego z udziałem innych hydroksykwasów alifatycznych, na przykład z udziałem kwasu 3-hydroksypentanowego, co pokazano w publikacjach: S. N. Lee, Μ. Y. Lee, W. H. Park, Thermal stabilization of poly(3-hydroxybutyrate) by poly(glycidyl methacrylate), J. Appl. Polym. Sci., 83 (2002), pp. 2945-2952 oraz R. Lehrle, R. Williams, C. French, T. Hammond, Thermal and Mathanolysis of Poly(p-hydroxybutyrate): Random Scission Assessed by Statistical Analysis of Molecular Weight Distributions, Macrom., 28 (1995), pp. 4408-4414.
Innym sposobem jest przygotowywanie mieszalnych blend P3HB z innymi biodegradowalnymi polimerami o pożądanych właściwościach (publikacja S. N. Lee, Μ. Y. Lee, W. H. Park, Thermal stabilization of poly(3-hydroxybutyrate) by poly(glycidylmethacrylate), J. Appl. Polym. Sci., 83 (2002), pp. 2945-2952) lub dodatek odpowiedniego plastyfikatora (publikacja: I. Janigova, I. Lacik, I. Chodak, Thermal degradation of plasticized poly(3-hydroxybutyrate) investigated by DSC, Polym. Degrad. Stab., 77 (2002), pp. 35-41).
Ponadto otrzymywane są również kopolimery blokowe oparte na P3HB i na przykład poli(glikolu etylenowym), co ujawniono w publikacji: G. Li, Y. Liu, D. Li, L. Zhang, K. Xu, A comparative study on structure-property elucidation of P3HB and PEG-based Błock polyurethanes, J. Biomed. Mater. Res. A, 100A (2012), pp.2319-2329.
Alternatywą do wyżej wymienionych konwencjonalnych metod zwiększania termostabilności P3HB może być wytwarzanie nanokompozytów z udziałem tego polimeru. Nanokompozyty polimerowe są powszechnie wytwarzane poprzez połączenie matrycy polimerowej z napełniaczem. Istotne jest, aby jeden ze składników posiadał, co najmniej jeden wymiar (to jest długość, szerokość lub grubość) w skali nanometrycznej. Nanobiokompozyty są bardzo obiecującymi materiałami, ponieważ wykazują lepsze właściwości przy jednoczesnym zachowaniu biodegradowalności materiału oraz jego ekonietoksyczności, co pokazano w publikacji: P. Bordes, E. Pollet, L. Averous, Nano-biocomposites: biodegradable polyester/nanoclay Systems, Próg. Polym. Sci., 34 (2009), pp. 125-155.
Wykazano, że dodatek kilku procent nanonapełniacza (zwykle od 1 do 5% masowych) skutkuje otrzymaniem nanokompozytów o polepszonych właściwościach termicznych oraz mechanicznych w stosunku do wyjściowego polimeru (publikacja: D. S. Achilias, Μ. M. Karabela, I. D. Sideridou, Thermal degradation of light-cured dimethacrylate resins Part I. Isoconversional kinetic analysis, Thermochim. Acta, 472 (2008), pp. 74-83).
Komercyjnie, najważniejszym rodzajem nanokompozytów polimerowych są te produkowane z udziałem mineralnych glinek warstwowych (glinokrzemianów warstwowych), a zwłaszcza montmorylonitu, który jest materiałem naturalnym, ekonomicznym i przyjaznym dla środowiska. Jest on zwykle modyfikowany chemicznie w celu zapewnienia kompatybilności montmorylonitu z matrycą polimerową, co ujawniono w publikacjach: A. Lesczyńska, J. Njuguna, K. Pielichowski, J. Banerjee, Polymer/montmorillonite nanocomposites with improved thermal properties. Part I. Factors influencing thermal stability improvement. Thermochim. Acta, 453 (2007), pp. 75-96 oraz J. Pagacz, K. Pielichowski, Preparation and Characterization of PVC/Montmorillonite Nanocomposites - A Review. J. Vinyl Addit. Technol., 15 (2009), pp. 61-76.
W publikacjach: M. Erceg, T. Kovacic, S. Perinovic, Kinetic analysis of the non-isothermal degradation of poly(3-hydroxybutyrate) nanocomposites, Thermochim. Acta, 476 (2008), pp. 44-50 oraz M. Erceg, T. Kovacic, I. Klaric, Thermal degradation and kinetic analysis of poly(3-hydroxybutyrate)/organoclay nanocomposites, MacromoL Symp., 267 (2008), pp. 57-62, ujawniono wyniki badań dotyczące otrzymywania nanokompozytów z P3HB i handlowego, organicznie modyfikowanego montmorylonitu - Cloisite 25A i 30B poprzez interkalacje w roztworze, których strukturę potwierdzono za pomocą FT-IR. Wprawdzie prowadzono badania dotyczące otrzymywania nanokompozytów z udziałem P3HB i Cloisite® 30B, ale sposobem interkalacji w roztworze. Struktura uzyskiwanych materiałów jest potwierdzona
PL230 214B1 tylko za pomocą spektroskopii FT-IR. Sposób ten nie pozwala na otrzymanie nanokompozytu, co potwierdzono powtarzając opisane badania, a spektroskopia FT-IR nie jest odpowiednim narzędziem badawczym potwierdzającym nanostrukturę.
Z kolei w publikacji: D. S. Achilias, E. Panayotidou, I. Zuburtikudis, Thermal degradation kinetics and isoconversional analysis of biodegradable poly(3-hydroxybutyrate)/organomodified montmorillonite nanocomposites, Thermochimica Acta, 514, (2011), pp. 58-66, ujawniono badania termicznego rozkładu nanokompozytu uzyskanego za pomocą wytłaczarki na bazie P3HB i montmorylonitu modyfikowanego oktadecyloaminą.
Uzyskano i zbadano pod kątem właściwości mechanicznych oraz biodegradowalności również nanokompozyty na matrycy P3HB z udziałem skrobi (publikacja: A. M. Ismail, M. A. B. Gamal, Water resistance, mechanical properties and biodegradability of poly(3-hydroxybutyrate)/starch composites, J. Appl. Polym. Sci., 115 (2010), pp. 2813-2819) oraz kenafu lub włókniny (publikacja: N. Graupner, J. Mussig, A comparison of the mechanical characteristics of kenaf and lyocell fiber reinforced poly(lactic acid) (PLA) and poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) composites, Composites P. A, 42 (2011), pp. 2010-2019).
Podobnie został scharakteryzowany nanokompozyt otrzymany z kopolimeru kwasu 3-hydroksymasłowego i kwasu 3-hydroksypentanowego oraz organofilowego montmorylonitu, otrzymany sposobem interkalacji w roztworze (publikacja: S. Wang, C. Song, G. Chen, T. Guo, J. Liu, B. Zhang, S. Takeuchi, Characteristics and biodegradation properties of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/organophilic montmorillonite (PHBV/OMMT) nanocomposite, Polym. Degr. Stab., 87 (2005), pp. 69-76).
Badania nanokompozytów uzyskiwanych z udziałem innego, popularnego polimeru biodegradowalnego - polilaktydu i organicznie modyfikowanego montmorylonitu (Cloisite® 20A, Cloisite® 25A, Cloisite® 30B), opisane w publikacji: M. Pluta, M. A. Paul, M. Alexandre, P. Dubois, Plasticized Polylactide/clay nanocomposites. I. The role of filier content and its Surface organo-modification on the physic-chemical properties, J. Polym. Sci.: Part B Polym. Phys., 44 (2006), pp. 299-311, wykazały, że największy wpływ na poprawę właściwości polilaktydu stwierdzono w wypadku organicznie modyfikowanego montmorylonitu Cloisite® 30B (publikacja: M. Pluta, J.K. Jeszka, G. boiteux, Polylactide/montmorillonite nanocomposites: structure, dielectric, viscoelastic and thermal properties, Macromolecular nanotechnology, 43 (2007), pp. 2819-2835).
Z publikacji Sung T. Lim i inni pt.: „Preparation and characterization of microbial biodegradable poly(3-hydroxybutyrate)/organoclay nanocomposite” Journal Materials Science Letters 22, 2003, 299-302, znany jest sposób otrzymywania kompozytów o strukturze interkalowanej z matrycą poli(3-hydroksymaślanu) i nanonapełniaczem Cloisite® 25A w ilości 3, 6 albo 9% masowych. Kompozyty te są wytwarzane metodą intekalacji w roztworze. P3HB rozpuszcza się w chloroformie użyciem autoklawu mieszając obydwa składniki przez 150 min pod ciśnieniem 0,5 MPa w temperaturze 150°C. Cloisite® 25A dysperguje się w 0,2 dm3 chloroformu przez dwa dni. Zawiesinę Cloisite® 25A i rozwór P3HB łączy się i miesza przez dwa dni, a następnie odparowuje się chloroform.
Przedstawiony w publikacji A. Botana i inni pt.: „Effect of modified montmorillonite on biodegradable PHB nanocomposites”, Applied Clay Science 47, 263-270, sposób dotyczy wytwarzania kompozytów z matrycą P3HB i napełniaczem Cloisite® 30B w ilości 5% mas.. W sposobie tym, stosuje się interkalację z użyciem mieszalnika Brabender Plasticorder, który pracuje w temperaturze 165°C, przy szybkości mieszania 50 obr/min przez 10 i 30 minut. Cloisite® 30B nie jest wcześniej dyspergowany, a jedynie wysuszony po zakupie, przed przetwarzaniem.
Z publikacji Pralay Maiti i inni pt.: „New Biodegradable Polyhydeoxybutyrate/Layered Silicate Nanocomposites”, Biomacromolecules, 8, 3393-3400 (2007) znany jest kompozyt z P3HB i napełniacza, którym jest montmorylonit modyfikowany organicznie, przy czym do modyfikacji stosuje się dimetylooktadecyloaminę lub jony dimetyloditalowoamoniowe. W sposobie otrzymywania kompozytu pastylki z P3HB rozdrabnia się do postaci proszku, miesza z modyfikowanym organicznie montmorylonitem i wytłacza się w wytłaczarce dwuślimakowej w temperaturze 180°C, przy obrotach ślimaków 100 na minutę pod poduszką azotu. Obecność azotu zapobiega degradacji termicznej materiału, a otrzymany kompozyt ma strukturę interkalowaną. Otrzymany nanokompozyt wykazuje większą termoodpomość i szybszą biodegradację. W sposobie tym stosuje się mineralny glinokrzemian warstwowy - montmorylonit modyfikowany za pomocą dimetylooktadecyloaminy lub jonów dimetyloditalowoamoniowych.
Znany jest, na przykład z publikacji opisu patentowego PL211265B1 nanonapełniacz o nazwie handlowej CLOISITE® 30B z mineralnego - glinokrzemianu warstwowego, który jest montmorylonitem modyfikowanym za pomocą czwartorzędowej soli amoniowej - chlorku bis(2-hydroksyetylo)metylotallowoamoniowego, użytej w ilości 90 meq/100 g glinki.
PL230 214B1
Nanokompozyt polimerowy zawierający nanonapełniacz z mineralnego glinokrzemianu warstwowego rozproszony w matrycy polimerowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że matryca polimerowa jest w postaci poli(3-hydroksymaślanu), a nanonapełniacz jest montmorylonitem modyfikowanym za pomocą czwartorzędowej soli amoniowej - chlorku bis(2-hydroksyetylo)metylotallowoamoniowego, użytej w ilości 90 meq/100 g glinki (o nazwie handlowej CLOISITE® 30B), przy czym nanokompozyt ma strukturę mieszaną - interkalowaną i eksfoliowaną lub strukturę eksfoliowaną, a ponadto udział nanonapełniacza w matrycy polimerowej wynosi od 1 do 3% masowych, korzystnie 1% masowy.
Sposób wytwarzania nanokompozytu polimerowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie nanonapełniacz dysperguje się w rozpuszczalniku, po czym odsącza i suszy do stałej masy, zaś w drugim etapie mieszaninę matrycy polimerowej i nanonapełniacza homogenizuje się, a następnie homogeniczną mieszaninę wytłacza się na wytłaczarce, przy czym w drugim etapie jako wytłaczarkę stosuje się wytłaczarkę dwuślimakową, a w pierwszym etapie w procesie dyspergowania nanonapełniacza jako rozpuszczalnik stosuje się wodę lub chloroform lub glikol dietylenowy.
Korzystnie dyspergowanie nanonapełniacza wodą prowadzi się przy jego stosunku masowym do wody jak 1:200.
Dalsze korzyści w postaci polepszenia struktury nanokompozytu są uzyskiwane, jeżeli w drugim etapie wytłaczanie prowadzi się przy obrotach wytłaczarki 40 obrotów/min z temperaturami poszczególnych stref wytłaczarki ustawionymi na wielkość: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 170°C, III strefa 170°C, głowica 170°C.
W innym wykonaniu w pierwszym etapie zarówno nanonapełniacz jak i matrycę polimerową dysperguje się w rozpuszczalniku, po czym ich mieszaninę odsącza i suszy do stałej masy, przy czym w pierwszym etapie w procesie dyspergowania jako rozpuszczalnik stosuje się chloroform, przy stosunku masowym mieszaniny nanonapełniacza i matrycy polimerowej do rozpuszczalnika jak 1:400, zaś w drugim etapie wytłaczanie prowadzi się przy obrotach wytłaczarki 100 obrotów/min z temperaturami poszczególnych stref wytłaczarki ustawionymi na wielkości: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 170°C, III strefa 170°C, głowica 170°C albo też w pierwszym etapie w procesie dyspergowania jako rozpuszczalnik stosuje się glikol dietylenowy, przy stosunku masowym mieszaniny nanonapełniacza i matrycy polimerowej do rozpuszczalnika jak 1:400, zaś w drugim etapie wytłaczanie prowadzi się przy obrotach wytłaczarki 25 obrotów/min z temperaturami poszczególnych stref wytłaczarki ustawionymi na wielkości: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 175°C, III strefa 175°C, głowica 175°C.
Kolejne korzyści w postaci polepszenia struktury nanokompozytu uzyskuje się, jeśli w pierwszym etapie dyspergowanie prowadzi się ultradźwiękami o częstotliwości 37 Hz przez czas niemniejszy od 30 minut, a także w pierwszym etapie suszenie do stałej masy po dyspergowaniu prowadzi się w suszarce próżniowej w temperaturze 40°C pod ciśnieniem niewiększym od 0,09 MPa, a ponadto stosuje się udział nanonapełniacza w matrycy polimerowej o wielkości od 1 do 3% masowych, korzystnie 1% masowy.
Zgodnie z wynalazkiem opracowano nanokompozyt polimerowy, sposób jego wytwarzania i jego zastosowanie, a mianowicie nanokompozyt polimerowy na bazie poli(3-hydroksymaślanu) i nanonapełniacza z mineralnego glinokrzemianu warstwowego, zwłaszcza w postaci komercyjnej glinki organicznej o nazwie handlowej CLOISITE® 30B, w szczególności kompozyt polimerowy o mieszanej - interkalowanej i eksfoliowanej albo eksfoliowanej strukturze, wytwarzany z użyciem wytłaczarki dwuślimakowej.
Otrzymanie nanokompozytu polimerowego z poli(3-hydroksymaślanu) i glinki organicznej CLOISITE® 30B ma na celu poprawę właściwości termicznych i mechanicznych polimeru oraz zwiększenie jego biodegradowalności. Eksfoliowaną struktura pozwala osiągnąć możliwie najlepsze właściwości mechaniczne oraz fizykochemiczne nanokompozytu polimerowego. Ponadto otrzymanie nanokompozytów polimerowych z poli(3-hydroksymaślanu) i modyfikowanego organicznie mineralnego glinokrzemianu warstwowego zwiększa atrakcyjność poli(3-hydroksymaślanu) jako biodegradowalnego materiału, zwłaszcza w zastosowaniach jako substancji pomocniczych w produkcji leków, na przykład jako surowca do produkcji jednorazowych opakowań leków.
W sposobie według wynalazku w celu otrzymania nanokompozytów polimerowych z poli(3-hydroksymaślanu) i modyfikowanego organicznie mineralnego glinokrzemianu warstwowego, dysperguje się ich jednocześnie w chloroformie lub glikolu dietylenowym, a po odparowaniu rozpuszczalnika homogeniczną mieszaninę wytłacza się w wytłaczarce dwuślimakowej.
W innym wykonaniu sposobu modyfikowany organicznie mineralny glinokrzemian warstwowy najpierw dysperguje się w rozpuszczalniku w postaci wody, chloroformu lub glikolu dietylenowego, a następnie miesza z matrycą polimerową, po czym homogeniczną mieszaninę wytłacza się w wytłaczarce.
PL230 214B1
Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładach wykonania, nie ograniczających jego zakresu ochrony.
Przykład 1
Nanokompozyt polimerowy zawierający nanonapełniacz rozproszony w matrycy polimerowej, w którym matryca polimerowa jest w postaci poli(3-hydroksymaślanu), a nanonapełniacz jest z mineralnego glinokrzemianu warstwowego w postaci komercyjnej glinki organicznej o nazwie handlowej CLOISITE® 30B, wytworzono w ten sposób, że komercyjną glinkę organiczną CLOISITE® 30B dyspergowano w wodzie, przy jej stosunku masowym dowody jak 1:200, za pomocą ultradźwięków o częstotliwości 37 Hz w czasie 30 minut, po czym odsączano i suszono do stałej masy w suszarce próżniowej w temperaturze 40°C, pod ciśnieniem 0,09 MPa. Następnie mieszaninę nanonapełniacza z poli(3-hydroksymaślanem) homogenizowano, przy zawartości komercyjnej glinki organicznej CLOISITE® 30B w poli(3-hydroksymaślanie) wynoszącej kolejno 1,2 1 3% masowych. Zhomogenizowaną mieszaninę wprowadzano do wytłaczarki pracującej z prędkością 40 obrotów/min. Poszczególne strefy były utrzymywane w temperaturze: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 170°C, III strefa 170°C, głowica 170°C. W zależności od ilości wprowadzanego nanonapełniacza w matrycę polimerową, otrzymywano strukturę mieszaną - interkalowaną i eksfoliowaną lub eksfoliowaną, co potwierdzano za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (SAXS).
Przykład 2
Nanokompozyt polimerowyjak w przykładzie nr 1, otrzymano w ten sposób, że komercyjną glinkę organiczną CLOISITE® 30B i poli(3-hydroksymaślan) dyspergowano w rozpuszczalniku w postaci chloroformu, przy stosunku masowym ich mieszaniny do rozpuszczalnika równym 1:400, za pomocą ultradźwięków o częstotliwości 37 Hz w czasie 30 minut. Mieszaninę odsączano, suszono do stałej masy w suszarce próżniowej w temperaturze 40°C, pod ciśnieniem 0,09 MPa i homogenizowano. Zawartość komercyjnej glinki organicznej CLOISITE® 30B w poli(3-hydroksymaślanie) wynosiła kolejno 1,2 1 3% masowych. Po uzyskaniu homogenicznej mieszanki przeprowadzano proces wytłaczania w wytłaczarce dwuślimakowej, której poszczególne strefy pracowały w temperaturze: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 170°C, III strefa 170°C, głowica 170°C, przy jej prędkości równej 100 obrotów/min. Wzależności od ilości wprowadzanego nanonapełniacza w matrycę polimerową, otrzymano strukturę mieszaną - interkalowaną i eksfoliowaną albo eksfoliowaną, co potwierdzano za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (SAXS).
Przykład 3
Nanokompozyt polimerowyjak w przykładzie nr 1, otrzymano w ten sposób, że komercyjną glinkę organiczną CLOISITE® 30B i poli(3-hydroksymaślan) dyspergowano w rozpuszczalniku w postaci glikolu dietylenowego, przy stosunku masowym ich mieszaniny do rozpuszczalnika równym 1:400, za pomocą ultradźwięków o częstotliwości 37 Hz w czasie 30 minut. Mieszaninę odsączano, przemywano kilkakrotnie wodą i suszono do stałej masy w suszarce próżniowej w temperaturze 40°C, pod ciśnieniem 0,09 MPa. Następnie mieszaninę komercyjnej glinki organicznej CLOISITE® 30B z poli(3-hydroksymaślanem) homogenizowano, przy zawartości komercyjnej glinki organicznej CLOISITE® 30B w poli(3— -hydroksymaślanie) wynoszącej kolejno 1,2 1 3% masowych. Po uzyskaniu homogenicznej mieszanki przeprowadzano proces wytłaczania w wytłaczarce dwuślimakowej, której poszczególne strefy pracowały w temperaturze: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 175°C, III strefa 175°C, głowica 175°C, przy zastosowaniu 25 obrotów/min. Niezależnie od ilości wprowadzanego nanonapełniacza otrzymano nanokompozyt o strukturze mieszanej - interkalowanej i eksfoliowanej.
Nanokompozyt polimerowy znajduje zastosowanie jako tworzywo o lepszych właściwościach termicznych niż sam poli(3-hydroksymaślan) oraz lepszej od niego biodegradowalności.
Claims (12)
- Zastrzeżenia patentowe1. Nanokompozyt polimerowy zawierający nanonapełniacz z mineralnego glinokrzemianu warstwowego rozproszony w matrycy polimerowej, znamienny tym, że matryca polimerowa jest w postaci poli(3-hydroksymaślanu), a nanonapełniacz jest montmorylonitem modyfikowanym za pomocą czwartorzędowej soli amoniowej - chlorku bis(2-hydroksyetylo)metylotallowoamoniowego, użytej w ilości 90 meq/100 g glinki (o nazwie handlowej CLOISITE® 30B), przy czymPL230 214B1 nanokompozyt ma strukturę mieszaną - interkalowaną i eksfoliowaną lub strukturę eksfoliowaną, a ponadto udział nanonapełniacza w matrycy polimerowej wynosi od 1 do 3% masowych, korzystnie 1% masowych.
- 2. Sposób wytwarzania nanokompozytu polimerowego określonego w zastrz. 1 znamienny tym, że w pierwszym etapie co najmniej nanonapełniacz dysperguje się w rozpuszczalniku, po czym odsącza i suszy do stałej masy, zaś w drugim etapie mieszaninę matrycy polimerowej i nanonapełniacza homogenizuje się, a następnie homogeniczną mieszaninę wytłacza się na wytłaczarce, przy czym w drugim etapie jako wytłaczarkę stosuje się wytłaczarkę dwuślimakową, a w pierwszym etapie w procesie dyspergowania nanonapełniacza jako rozpuszczalnik stosuje się wodę lub chloroform lub glikol dietylenowy.
- 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dyspergowanie nanonapełniacza wodą prowadzi się przy jego stosunku masowym do wody jak 1:200.
- 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że w drugim etapie wytłaczanie prowadzi się przy obrotach wytłaczarki 40 obrotów/min z temperaturami poszczególnych stref wytłaczarki ustawionymi na wielkość: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 170°C, III strefa 170°C, głowica 170°C.
- 5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w pierwszym etapie zarówno nanonapełniacz jak i matrycę polimerową dysperguje się w rozpuszczalniku, po czym ich mieszaninę odsącza i suszy do stałej masy.
- 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że w pierwszym etapie w procesie dyspergowania jako rozpuszczalnik stosuje się chloroform, przy stosunku masowym mieszaniny nanonapełniacza i matrycy polimerowej do rozpuszczalnika jak 1:400.
- 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że w drugim etapie wytłaczanie prowadzi się przy obrotach wytłaczarki 100 obrotów/min z temperaturami poszczególnych stref wytłaczarki ustawionymi na wielkości: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 170°C, III strefa 170°C, głowica 170°C.
- 8. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że w pierwszym etapie w procesie dyspergowania jako rozpuszczalnik stosuje się glikol dietylenowy, przy stosunku masowym mieszaniny nanonapełniacza i matrycy polimerowej do rozpuszczalnika jak 1:400.
- 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że w drugim etapie wytłaczanie prowadzi się przy obrotach wytłaczarki 25 obrotów/min z temperaturami poszczególnych stref wytłaczarki ustawionymi na wielkości: zasobnik 70°C, I strefa 150°C, II strefa 175°C, III strefa 175°C, głowica 175°C.
- 10. Sposób według zastrz. 2 albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, znamienny tym, że w pierwszym etapie dyspergowanie prowadzi się ultradźwiękami o częstotliwości 37 Hz przez czas niemniejszy od 30 minut.
- 11. Sposób według zastrz. 2 albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że w pierwszym etapie suszenie do stałej masy po dyspergowaniu prowadzi się w suszarce próżniowej w temperaturze 40°C pod ciśnieniem niewiększym od 0,09 MPa.
- 12. Sposób według zastrz. 2 albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, znamienny tym, że stosuje się udział nanonapełniacza w matrycy polimerowej o wielkości od 1 do 3% masowych, korzystnie 1% masowych.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL408315A PL230214B1 (pl) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | Nanokompozyt polimerowy i sposób jego wytwarzania |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL408315A PL230214B1 (pl) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | Nanokompozyt polimerowy i sposób jego wytwarzania |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL408315A1 PL408315A1 (pl) | 2015-12-21 |
| PL230214B1 true PL230214B1 (pl) | 2018-10-31 |
Family
ID=54887868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL408315A PL230214B1 (pl) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | Nanokompozyt polimerowy i sposób jego wytwarzania |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL230214B1 (pl) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL442444A1 (pl) * | 2022-10-04 | 2024-04-08 | Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza | Biokompozyt polimerowy na osnowie kwasu poli(3-hydroksymasłowego), sposób wytwarzania tego biokompozytu oraz jego zastosowanie |
| PL447204A1 (pl) * | 2023-12-21 | 2025-06-23 | Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza | Nanokompozyt polimerowy oraz sposób wytwarzania nanokompozytu polimerowego |
-
2014
- 2014-06-16 PL PL408315A patent/PL230214B1/pl unknown
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL442444A1 (pl) * | 2022-10-04 | 2024-04-08 | Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza | Biokompozyt polimerowy na osnowie kwasu poli(3-hydroksymasłowego), sposób wytwarzania tego biokompozytu oraz jego zastosowanie |
| PL247041B1 (pl) * | 2022-10-04 | 2025-04-28 | Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza | Biokompozyt polimerowy na osnowie kwasu poli(3-hydroksymasłowego), sposób wytwarzania tego biokompozytu oraz jego zastosowanie |
| PL447204A1 (pl) * | 2023-12-21 | 2025-06-23 | Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza | Nanokompozyt polimerowy oraz sposób wytwarzania nanokompozytu polimerowego |
| PL249063B1 (pl) * | 2023-12-21 | 2026-02-23 | Lubelska Polt | Nanokompozyt polimerowy oraz sposób wytwarzania nanokompozytu polimerowego |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL408315A1 (pl) | 2015-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Banerjee et al. | An overview of the recent advances in polylactide‐based sustainable nanocomposites | |
| Liu et al. | Enhanced mechanical and biodegradable properties of PBAT/lignin composites via silane grafting and reactive extrusion | |
| Muiruri et al. | Highly biodegradable and tough polylactic acid–cellulose nanocrystal composite | |
| Paul et al. | Effect of green plasticizer on the performance of microcrystalline cellulose/polylactic acid biocomposites | |
| He et al. | Strong and tough polylactic acid based composites enabled by simultaneous reinforcement and interfacial compatibilization of microfibrillated cellulose | |
| Wei et al. | Performance of high lignin content cellulose nanocrystals in poly (lactic acid) | |
| Moustafa et al. | PLA/PBAT bionanocomposites with antimicrobial natural rosin for green packaging | |
| Goffin et al. | Polyester-grafted cellulose nanowhiskers: a new approach for tuning the microstructure of immiscible polyester blends | |
| Sung et al. | Development of polylactic acid nanocomposite films reinforced with cellulose nanocrystals derived from coffee silverskin | |
| Darie et al. | Effect of nanoclay hydrophilicity on the poly (lactic acid)/clay nanocomposites properties | |
| Yu et al. | Green nanocomposites based on functionalized cellulose nanocrystals: a study on the relationship between interfacial interaction and property enhancement | |
| Pracella et al. | Morphology and properties tuning of PLA/cellulose nanocrystals bio-nanocomposites by means of reactive functionalization and blending with PVAc | |
| Avolio et al. | PLA-based plasticized nanocomposites: Effect of polymer/plasticizer/filler interactions on the time evolution of properties | |
| Kumar et al. | Effect of glycidyl methacrylate (GMA) on the thermal, mechanical and morphological property of biodegradable PLA/PBAT blend and its nanocomposites | |
| Cai et al. | Enhancing the mechanical properties of PBAT/thermoplastic starch (TPS) biodegradable composite films through a dynamic vulcanization process | |
| Yu et al. | Reinforcing properties of bacterial polyester with different cellulose nanocrystals via modulating hydrogen bonds | |
| Mohapatra et al. | Study of thermo-mechanical and morphological behaviour of biodegradable PLA/PBAT/layered silicate blend nanocomposites | |
| Iyer et al. | Sustainable green hybrids of polyolefins and lignin yield major improvements in mechanical properties when prepared via solid-state shear pulverization | |
| Arias et al. | Homocomposites of polylactide (PLA) with induced interfacial stereocomplex crystallites | |
| US20130289170A1 (en) | Method for fibrillating cellulose, cellulose nanofiber, masterbatch, and resin composition | |
| Xu et al. | Graphene oxide-driven design of strong and flexible biopolymer barrier films: From smart crystallization control to affordable engineering | |
| Pracella et al. | Polyhydroxyalkanoate nanocomposites with cellulose nanocrystals as biodegradable coating and packaging materials | |
| Cailloux et al. | Melt-processing of cellulose nanofibril/polylactide bionanocomposites via a sustainable polyethylene glycol-based carrier system | |
| dos Santos et al. | Development of biopolymer/cellulose/silica nanostructured hybrid materials and their characterization by NMR relaxometry | |
| Zembouai et al. | Combined effects of Sepiolite and Cloisite 30B on morphology and properties of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/polylactide blends |