RS58764B1 - Kompozicija polimera obrađenog u vidu rastopa, dobijenog od lisnih rukavaca drveća iz roda arecaceae - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na novi polimerni materijal, na postupak za pripremu ovog polimernog materijala, na predmete koji sadrže pomenuti polimerni materijal i na postupak za pripremu takvih predmeta.

[0002] U stanju tehnike, poznate su biološke komponente polimernog matriksa, kao što su polilaktična kiselina (PLA) i polihidroksialkanoati (PHA). Izraz "komponenta matriksa", kako se ovde koristi, odnosi se na jedinjenja koja su u stanju da obrazuju polimernu strukturu. Ova jedinjenja obrazuju matriks polimera. Ovaj matriks takođe može da se napravi od mnoštva takvih različitih jedinjenja, čime se dobija polimerna smeša. U ovom cilju, dodatne komponente polimernog matriksa mogu da se pomešaju sa prvom komponentom matriksa. Pored matriksa, polimerni materijali mogu da sadrže druge nematriksne materijale, kao što su materijali za ojačavanje i materijali za punjenje. Ovi materijali ne doprinose matriksu, već ih je potrebno posmatrati kao inertne komponente, ugrađene u matriks. Pod izrazom "biološka komponenta", u ovom dokumentu se podrazumeva komponenta biološkog porekla, tj. poreklom od životinje, biljke ili mikroorganizma, poželjno biljnog porekla. Izraz "biorazgradiv" u ovom dokumentu odnosi se na definicije iz ASTM pododbora D20-96 opisane u publikaciji Müller et al. (Biopolymers Online (2005) 10, 365-374), i znači da pomenuti materijal može da se razgradi ili razloži mikroorganizmima ili drugim biološkim sredstvima u prirodnoj sredini, poželjno bez dodavanja dodatne energije, pri čemu se stvaraju CO2i H2O i biomasa. U anoksičnim uslovima, može da se formira i CH4. Biorazgradivi materijal, dakle, gubi težinu dok se razgrađuje. Što je gubitak težine brži, to je biorazgradivost bolja. Biorazgradivost se određuje u skladu sa standardnim smernicama ASTMD6954-01/04. Svrha izraza „polimerna komponenta matriksa“ je da označi komponente koje imaju sposobnost da formiraju polimerni matriks u polimernom materijalu, tj. da formiraju okosnicu polimera.

[0003] Prema gore navedenom standardu, i PLA i PHA definisani su kao biorazgradivi polimeri, međutim, njihovo razgrađivanje ili razlaganje zahteva visoku temperaturu i vlažnost, što znači da se razgrađivanje obično odvija u specijalizovanim industrijskim postrojenjima za razgradnju uz visoke troškove i potrošnju energije i u skladu sa ASTM D6400 standardima za industrijsku biorazgradnju. Dalje, industrijski razgrađeni PLA i PHA kontaminiraju postojeće tokove reciklaže plastike, i ove industrijski biorazgradive plastike moraju da se razdvoje od tradicionalnih plastika zasnovanih na ugljeniku i kompostnih materijala iz domaćinstva. Za razgradnju, npr. nekog PLA proizvoda u prirodi potrebno je najmanje oko 1 godine do nekoliko godina, tako da ti predmeti i dalje imaju sposobnost da zagađuju prirodnu sredinu.

[0004] Predmetni pronalazak obezbeđuje poboljšani polimerni materijal u poređenju sa materijalima prema trenutnom stanju tehnike.

[0005] Prema ovom pronalasku, obezbeđen je novi polimerni materijal, koji kao prvu komponentu polimernog matriksa sadrži materijal dobijen od lisnih rukavaca drveća roda Arecaceae, naročito od lisnih rukavaca betel palme Areca catechu.

[0006] Areacaceae su uobičajeno drveće u npr. Indiji. Drvo betel palme Areca catechu ima 7 -12 listova po stabljici koji prirodno opadaju 4 puta godišnje. Listovi se sakupljaju u šumskim predelima ili ga skupljaju farmeri koji na plantažama uzgajaju betel orahe. Listovi se koriste kao, npr. materijali za ojačavanje, ali uglavnom se smatraju otpadom i spaljuju. Materijal lisnog rukavca je poznat po pravljenju predmeta kao što su šolje, činije, tanjiri, i tako dalje, kao što je opisano u npr. WO 2004/056544. U tom cilju se materijal rukavca, koji se naziva i materijal osovine, nakvasi i zatim presuje vodenom parom pod pritiskom. Međutim, ni jedan polimerni materijal nije opisan niti sugerisan. Izraz „lisni rukavac“ poznat je u sadašnjem stanju tehnike, i odnosi se na onaj deo lista koji je u kontaktu sa stablom drveta, pružajući se do prstenastog zgloba gde se list spaja sa drvetom. Kada drvo gubi listove, rukavac gubi kontakt sa stablom. Rukavac može npr. ručno da se odvoji od lista. Izraz „materijal dobijen od lisnog rukavca“ potrebno je razumeti tako da uključuje čestični materijal lisnih rukavaca, npr. dobijen mlevenjem, pri čemu taj čestični materijal može dalje da bude obrađen npr. u pelete, kao što će biti razmatrano u daljem tekstu.

[0007] Iznenađujuće je nađeno da upotreba takve komponente matriksa daje koristan polimerni materijal koji ima stabilnost oblika i biorazgradiv je u normalnim prirodnim uslovima prema smernicama ASTM D6954-01/04.

[0008] Materijal lisnog rukavca palme Areca catechu sadrži, na osnovu ukupne težine rukavca, 30-70 tež./tež.%, naročito 35-65 tež./tež.% hemiceluloze i 10-30 tež./tež.%, naročito 13-25 tež./tež.% lignina, i suštinski je oslobođen celuloze (tj. manje od 5 tež./tež.%, poželjno manje od 1 tež./tež.%). Nevezano za neko teorijsko objašnjenje, veruje se da ova kombinacija odnosa hemiceluloze prema ligninu i odsustvo ili skoro potpuno odsustvo celuloze, obezbeđuje materijalu lisnog rukavca, naročito onom palme Areca catechu, termoplastične osobine i čini ovaj materijal sposobnim da formira polimerni matriks. I hemicelulozu i lignin potrebno je, iznenađujuće, posmatrati kao jedinjenja koja imaju sposobnost da formiraju polimernu strukturu ili joj bar doprinesu. Za razliku od celuloze, hemiceluloza ima zapravo kratke, granate lance šećera od 500 - 3000 jedinica, koji sadrže šećere glukozu, ksilozu, manozu, galaktozu, ramnozu i arabinozu. Veruje se da granata struktura hemiceluloze značajno doprinosi sposobnosti hemiceluloze da polimerizuje iz rastopa. Celuloza sadrži samo velike linearne lance od 7000-15 000 molekula glukoze. Celuloza zbog toga nema sposobnost da polimerizuje, ali može da se koristi kao punilac ili materijal za ojačavanje.

[0009] U jednom atraktivnom primeru izvođenja, polimerni materijal prema pronalasku sadrži drugu komponentu polimernog matriksa. Nađeno je da u poznatim polimernim materijalima, značajan deo njihove matriksne komponente može da se zameni prvom komponentom polimernog matriksa, kako je definisano ranije u ovom tekstu, što poznatom polimernom materijalu obezbeđuje poboljšane osobine, naročito kada je u pitanju biorazgradivost, čvrstoća i fleksibilnost materijala, naročito kada druga komponenta matriksa sadrži termoplastični polimer.

[0010] Termoplastični polimer se poželjno bira iz grupe koja se sastoji od polilaktične kiseline (PLA), polihidroksilalkanoata (PHA), polipropilena (PP), polietilen tereftalata (PET), polivinilhlorida (PVC), polistirena (PS), polivinilidena (PV), polikarbonata (PC), akrilonitril butadien stirena (ABS), međutim, bilo koji termoplastični polimer ili njihova kombinacija, može da se koristi kao druga komponenta polimernog matriksa u polimernom materijalu prema predmetnom pronalasku. Polimerni materijal pripremljen od kombinacije prve komponente matriksa sa drugom komponentom prema pronalasku, izborno u kombinaciji sa dodatnim komponentama matriksa, ima značajno povoljniji odnos cena-kvalitet u odnosu na polimerni materijal, koji se zasniva samo na drugoj komponenti polimernog matriksa. Nađeno je da prva komponenta polimernog matriksa, tj. materijal lisnog rukavca drveća Arecaceae, naročito drveta Areca catechu, značajno doprinosi polimeru druge komponente polimernog matriksa, i ima sposobnost da zameni deo tog polimera. Biorazgradivi polimeri, naročito polilaktična kiselina, poželjni su kao druga komponenta polimernog matriksa, pošto je iznenađujuće nađeno da je biorazgradivost biorazgradivih polimera u domaćinstvu ili u prirodi, naročito polilaktične kiseline, značajno poboljšana. Mešanjem materijala lisnog rukavca, kao prve komponente, sa npr.

polilaktičnom kiselinom, mogu se dobiti polimerni predmeti koji su biorazgradivi u prirodnim okolnostima čime se izbegava potreba za industrijskim instalacijama sa obradom polilaktične kiseline pri visokoj temperaturi i vlažnosti . Mešanjem polilaktične kiseline sa materijalom lisnog rukavca, polimerni materijal može lako da se razloži uz niske troškove. Razlaganje u domaćinstvu i na tradicionalnim deponijama je sada moguće, a zbog relativno visokog sadržaja hemiceluloze i lignina, polimer je veoma pogodan za stvaranje biogasa. Ovo važi i za druge biorazgradive polimere, kao što su polihidroksialkanoati. Za komponente matriksa koje nisu biorazgradive, kao što su, PP, PET, itd., njihovim mešanjem sa materijalom lisnog rukavca kao prvom komponentom matriksa definisanim u tekstu iznad, dobija se smeša polimera istog ili sličnog kvaliteta kao i odgovarajući polimerni materijal bez prve komponente matriksa. Interesantno, uočeno je da se mešanjem prve komponente matriksa sa polimerima koji nisu biorazgradivi, kao što je polipropilen, dobija novi polimerni materijal gde polimeri koji prethodno nisu bili biorazgradivi stiču biorazgradivost.

[0011] Kada su i prva i druga komponenta biorazgradive, može se postići poboljšana biorazgradivost u odnosu na biorazgradivost polimernog materijala pripremljenog samo od druge komponente polimernog matriksa.

[0012] Težinski odnos između prve komponente polimernog matriksa i druge komponente je poželjno 5 - 100 : 95 - 0. Ovo znači da se u smeši nalazi, poželjno 5 do 100 tež./tež.% prve komponente polimernog matriksa, i 95 - 0 tež./tež.% druge komponente. Međutim, potrebno je razumeti da se dodatne komponente polimernog matriksa takođe mogu mešati; u tom slučaju, vrednost druge komponente polimernog matriksa potrebno je razumeti kao vrednost druge i svih dodatnih komponenti polimernog matriksa zajedno. Poželjno je da se za prvu komponentu koristi najviši mogući sadržaj. Stručnjak u ovoj oblasti će lako moći da odredi optimalan težinski odnos između prve komponente polimernog matriksa i druge komponente kako bi se postigao predviđeni cilj polimerne smeše. Sa ovim ciljem, težinski odnos prve komponente polimernog matriksa i druge komponente polimernog matriksa je poželjno 5 - 70 : 95 - 30, poželjnije 10 - 50 : 90 - 10, i još poželjnije 40 - 60 : 60 - 40. Nađeno je da su gore navedene prednosti naglašene kod mešavina materijala dobijenog od lisnog rukavca biljke Areca catechu i polilaktične kiseline, koje imaju težinski odnos od 50 : 50 ili viši, tj. imaju viši sadržaj materijala lisnog rukavca nego polilaktične kiseline.

[0013] U drugom poželjnom primeru izvođenja, polimerni materijal prema pronalasku sadrži jednu ili više nematriksnih komponenti. Ugradnjom nematriksnih komponenti, neophodno je koristiti manje matriksnih komponenti, čime se snižavaju troškovi, ili je moguće ojačati polimerni materijal, ili i jedno i drugo. "Nematriksne komponente" ovde su definisane kao komponente koje ne učestvuju u polimerizaciji i nisu deo matriksa, ali su ugrađene u njega. Stručnjak u ovoj oblasti zna koje su pogodne nematriksne komponente, kao što su materijali za punjenje i ojačavanje. Kako bi se obezbedio biorazgradivi polimerni materijal, pomenuta nematriksna komponenta je takođe biorazgradiva. Mogu se takođe ugraditi i drugi aditivi, kao što su pesticidi, đubriva, ili sredstva za beljenje, sredstva za bojenje, sredstva za davanje mirisa, torefikovana biomasa, kao što će biti diskutovano u nastavku teksta.

[0014] Pogodan je bilo koji materijal za punjenje i za ojačavanje, poznat u stanju tehnike i pogodan za ugradnju. Stručnjak u ovoj oblasti biće u stanju da odabere neki od poznatih punilaca i materijala za ojačavanje. Punioci su poželjno odabrani iz grupe koja se sastoji od talka, gline, peska, metala kao što su cink, aluminijum, a materijali za ojačavanje su poželjno odabrani iz grupe koja se sastoji od vlakana, kao što su staklena vlakna, najlonska vlakna i organska vlakna, naročito biljna vlakna, kao što su vlakna konoplje, kanafa, jute, lana, pamuka, sisala, kokosovog oraha, kokos treseta i ljuske betel oraha. Stručnjak u ovoj oblasti zna koji su pogodni materijali.

[0015] Vlakna betel palme Areca catechu, kao što je ljuska oraha ove palme, poznata su kao materijal za ojačavanje, i u sintetskim polimernim materijalima (Srinivasa et al., 2011; Materials and Design 32, pp. 2469-2475) ili u biorazgradivim polimernim materijalima, kao što je polilaktična kiselina (Tao et al., Trans. Nonferrous Met. Soc. China (0001), 19, pp.651-655).

[0016] Nematriksni materijali mogu da budu prisutni u poznatim polimerima u količini od najviše oko 20 tež./tež.%. Međutim, pokazano je da materijal dobijen od lisnog rukavca kao prva komponenta polimernog matriksa shodno pronalasku, može biti prisutan u mnogo većem udelu. Veruje se da termoplastične osobine materijala lisnog rukavca doprinose ovoj karakteristici, tako da mnogo manje druge komponente polimernog matriksa mora da se koristi, ili čak može da bude sasvim ili pretežno zamenjena materijalom lisnog rukavca. U tom cilju, polimerni materijal poželjno sadrži najmanje 20 tež./tež.%, poželjno najmanje 30 tež./tež.%, poželjnije najmanje 40 tež./tež.% prve komponente polimernog matriksa, bazirano na ukupnoj težini rastopa.

[0017] U drugom primeru izvođenja, pronalazak obezbeđuje postupak za pripremu polimernog materijala prema pronalasku, koji sadrži korak pripreme rastopa od najmanje prve komponente polimernog matriksa, i, ukoliko je prisutna, druge komponente polimernog matriksa. Sada je nađeno da materijal rukavca može da se koristi kao matriksni materijal u polimernom materijalu. Pri tome, pomenuti materijal rukavca se prvo topi tako da se dobije polimerni rastop. Ovo je u oštroj suprotnosti sa procesima na niskoj temperature koji su opisani ranije u ovom tekstu, gde se materijal lisnog rukavca presuje u ploče i druge oblike upotrebom vodene pare. Pri takvim postupcima, ne dobija se rastop materijala rukavca. Izraz „rastop“ poželjno se odnosi na potpuno otopljeni materijal uniformne prirode. Za matriksni materijal termoplastičnog polimera, rastop se dobija na temperaturama iznad temperature staklastog prelaza i/ili temperature kristalizacije.

[0018] Postupak prema pronalasku sadrži korak zagrevanja prve komponente polimernog matriksa, i druge komponente polimernog matriksa do temperature od najmanje 150°C, poželjno od najmanje 160°C. Na toj temperaturi, materijal lisnog rukavca je potpuno otopljen i dalje može da se obrađuje kao običan polimer tj. može da se podvrgne ekstruziji, injekcionom presovanju, itd. Poželjno se temperatura bira tako da komponente polimernog matriksa daju uniformni rastop u kome su sve komponente matriksa rastopljene. Temperatura rastopa je poželjno 250°C ili manje, poželjno 230°C ili manje, kako bi se izbeglo spaljivanje polimernog rastopa. Međutim, optimalni opseg temperature diktiran je odnosom i sastavom komponenti matriksa, kako će to stručnjak u ovoj oblasti lako razumeti.

[0019] Pomenuti rastop se dalje obrađuje npr. ekstruzijom ili injekcionim presovanjem ili bilo kojom drugom odgovarajućom tehnikom za livenje. Ako je prisutan, drugi ili bilo koji dodatni materijal polimernog matriksa se poželjno topi zajedno sa prvim materijalom polimernog matriksa (tj. materijalom lisnog rukavca).

[0020] Poželjno, prva komponenta polimernog matriksa obezbeđena je kao čestični materijal, prah ili pelete dobijene presovanjem pomenutog čestičnog materijala ili praha. Pomenuti čestični materijal ili prah su poreklom od materijala rukavaca listova drveća iz roda Arecaceae, naročito betel palme Areca catechu. Čestični materijal, prah ili pelete se koriste za pripremu polimernog materijala tj. za snabdevanje ekstrudera.

[0021] Lisni rukavci drveća iz roda Arecaceae, naročito betel palme Areca catechu obrađuju se u čestični materijal ili prah. Stručnjak u ovoj oblasti poznaje tehnike dobijanja ovakvog čestičnog materijala ili praha i može da koristi bilo koju poznatu tehniku sečenja i mlevenja itd. Čestični materijal može da se peletira uobičajenim poznatim tehnikama za dobijanje peleta. Pelete se poželjno dobijaju presovanjem čestičnog materijala i/ili praha, u suvim uslovima tj. bez značajnijeg dodavanja vlage. Pomenuti čestični materijal ili prah, poželjno se dobija sečenjem i/ili mlevenjem materijala lisnog rukavca.

[0022] Poželjno, čestični materijal, prah ili pelete se dobijaju bez ikakve hemijske obrade. Iako pelete dobijene od čestičnog materijala ili praha mogu hemijski da se obrađuju npr. nekim insekticidom, sasvim je moguće uzdržati se od bilo kakve hemijske obrade. Iako takva obrada može da uključi dovođenje u kontakt čestičnog materijala, praha ili peleta sa tečnošću, ta tečnost se koristi isključivo da bi se čestičnom materijalu, prahu ili peletama obezbedila pomenuta hemikalija. Peletiranje, kao takvo, ipak se može izvoditi i u suvim uslovima. Potrebno je da se pod „suvim uslovima“ ovde podrazumeva da se čestičnom materijalu, prahu ili peletama dodaje 15 tež./tež.% ili manje, poželjno 10 tež./tež.% ili manje, poželjnije 5 tež./tež.% ili manje, tečnosti. Ovaj materijal je pogodan kao komponenta polimernog matriksa bez ikakve hemijske obrade. Zbog toga se lisni rukavci poželjno ne obrađuju hemijski tokom procesa dobijanja čestičnog materijala pri kome se formiraju čestični materijal i/ili prah.

[0023] Čestični materijal poželjno ima čestice veličine manje od 8 mm, poželjno manje od 5 mm, kako bi se obezbedio dobar osnovni materijal za pripremu peleta i za dobru sposobnost mešanja sa bilo kojom drugom ili daljom komponentom polimernog matriksa ili nematriksnim komponentama. Pelete imaju veličinu čestica poželjno od manje od 10 mm, poželjnije od manje od 8 mm, i poželjno od više od 2 mm. Izraz „veličina čestica“ se u ovom dokumentu definiše kao veličina čestica koje prolaze kroz sito koje ima mrežicu sa otvorima čija veličina odgovara naznačenoj veličini čestica. Veličina čestice od 8 mm dakle označava veličinu čestice onih čestica koje prolaze kroz sito sa mrežicom promera 8 mm.

[0024] Čestični materijal ili pelete se poželjno podvrgavaju antimikrobnoj obradi, kao što je obrada pomoću UV (naročito UV-C obrada) ili radioaktivnog zračenja. Međutim, profesionalcu u ovoj oblasti poznata je bilo koja odgovarajuća antimikrobna obrada. Takva antimikrobna obrada je važna kako bi se izbeglo propadanje biološkog materijala lisnog rukavca.

[0025] U veoma atraktivnom primeru izvođenja prema pronalasku, aditivi mogu da se izmešaju sa čestičnim materijalom ili prahom ili peletama materijala lisnog rukavca, pri čemu aditiv može da obezbedi poboljšan kvalitet predviđenog polimernog materijala, ili može da bude predstavljen jedinjenjima koja treba da se oslobode iz polimernog materijala prilikom njegove razgradnje tj. da obezbede predmete sa produženim oslobađanjem. Zbog toga su aditivi poželjno odabrani iz grupe koja se sastoji od pesticida, đubriva, sredstava za beljenje, sredstava za bojenje, sredstava za davanje mirisa, torefikovane biomase ili kombinacije jednog ili više navedenih sredstava.

[0026] Prva komponenta matriksa može da se pomeša npr. kao čestični materijal sa čestičnim materijalom druge komponente polimernog matriksa (ako je prisutna), ili prva i/ili druga komponenta polimernog matriksa mogu da budu u obliku rastopa, sa kojim može da se pomeša čestični materijal ili mešavina druge komponente. Međutim, u uobičajenim tehnikama pripreme, kao što je ekstruzija, ekstruder se snabdeva komponentama u obliku čestičnog materijala, pri čemu je čestični materijal otopljen.

[0027] Ovaj pronalazak takođe obezbeđuje predmet koji sadrži polimerni materijal ili polimernu mešavinu iz rastopa, kako je u ovom dokumentu definisano. Obuhvaćen je bilo koji predmet koji je pogodan da bude pripremljen od polimera. Konkretno, predmeti su biorazgradivi u sluču kada je polimerna mešavina sačinjena od biorazgradivih komponenti. Sve vrste materijala za pakovanje koji bi drugačije činili otpad, mogu da se pripreme od rastopa definisanog u ovom dokumentu, kao što su posude za prehrambene proizvode, kozmetiku, i tako dalje, ali takođe i za vlaknasti materijal, npr. za primene u hirurgiji.

[0028] Predmet prema pronalasku ili pripremljen prema prethodno izloženom postupku, poželjno ima debljinu od 0.1 - 2.0 mm, poželjno od 0.4 - 0.8 mm. Naročito kada se koristi mešavina materijala lisnog rukavca i polilaktične kiseline, može da se proizvede tankozidni materijal, koji je fleksibilniji od sličnih materijala, proizvedenih samo od PLA, tako da se mogu proizvesti i predmeti iz jednog komada sa uzglobljenim delovima, što nije bilo moguće sa PLA polimerima, koji imaju ograničenu fleksibilnost. Međutim, predmeti bilo koje željene debljine mogu da se proizvedu. Za predmete dobijene ekstrudiranjem koji imaju malu debljinu od 0.1 - 0.7 mm, poželjno se koriste čestični materijal, prah ili pelete male veličine. Za predmete koji imaju veću debljinu, za pripremu rastopa takođe mogu da se koriste krupniji čestični materijal ili pelete.

[0029] U atraktivnom primeru izvođenja, mogu da budu proizvedeni predmeti, kao što su posude za gajenje biljaka, gde su đubriva i/ili pesticidi ugrađeni u polimerni materijal. Tokom rasta biljke u pomenutoj posudi, posuda počinje da se razgrađuje i aditivi se oslobađaju u medijum za rast biljke i biljka ih preuzima. Druga prednost je to što biljka može da se zasadi u zemlju, bez vađenja iz posude. Posuda će se postepeno razlagati tokom rasta biljke u zemlji. Zbog toga polimerni materijal poželjno sadrži mešavinu od najmanje polilaktične kiseline i od materijala rukavaca listova drveća iz roda Arecaceae, poželjnije od listova betel palme.

[0030] Pronalazak dalje obezbeđuje postupak za pripremu predmeta u skladu sa pronalaskom, koji obuhvata korake:

a. pripremanja rastopa u skladu sa postupkom prema pronalasku,

b. obrade polimernog rastopa iz koraka a., pri čemu pomenuta obrada sadrži korak odabran iz grupe koja se sastoji od ekstruzije, livenja, injekcionog presovanja, livenja duvanjem ili livenja u vakuumu.

[0031] Prema pronalasku, obezbeđen je postupak za pripremu predmeta, koji sadrži korak dalje obrade polimernog rastopa, kako je prethodno opisano u ovom tekstu, pri čemu pomenuti korak poželjno sadrži bilo koju od gore opisanih tehnika, ili bilo koju drugu poznatu tehniku za pripremu plastičnih predmeta. Potrebno je uočiti da se upotrebom prve komponente polimernog matriksa, naročito u obliku peleta kao polaznog materijala za pripremu polimernog materijala, može dobiti rastop koji je moguće oblikovati ekstruzijom i livenjem, što ranije nije bilo moguće.

[0032] Takođe je opisan postupak za pripremu peleta od lisnih rukavaca drveća iz roda Arecaceae, koji obuhvata korake:

a) obezbeđivanje materijala lisnog rukavca drveća iz roda Arecaceae,

b) usitnjavanje materijala lisnog rukavca iz koraka a) u čestični materijal ili prah, c) peletiranje čestičnog materijala ili praha iz koraka b) u pelete.

[0033] Kao što je prethodno u ovom tekstu naznačeno, ovakve pelete su veoma pogodne kao polazni materijal za pripremu polimera, naročito pri postupcima ekstruzije i livenja, kao što su livenje duvanjem i livenje u vakuumu. Kao što je već prethodno u ovom tekstu naznačeno, materijal lisnog rukavca je poželjno od betel palme Areca catechu. Veličina čestica u čestičnom materijalu je poželjno manja od 8 mm, poželjnije manje od 5 mm. Pelete imaju veličinu peleta od poželjno manje od 10 mm, poželjnije od manje od 8 mm, i poželjno više od 2 mm.

[0034] Korak c) se poželjno izvodi u suvim uslovima, tj. bez dodavanja vode. Nađeno je da je polimerni rastop koji vrlo dobro može da se oblikuje ekstruzijom, moguće dobiti kada je čestični materijal ili prah bio presovan u pelete u suvim uslovima. Kao što je prethodno u ovom tekstu objašnjeno, „suvi uslovi“ i dalje dopuštaju dodavanje 15 tež./tež.% tečnosti kao što je voda, ali, poželjno, manje od 10 tež./tež.%, poželjnije 5 tež./tež.%, poželjnije manje od 4 tež./tež.%, još poželjnije manje od 3 tež./tež.%, štaviše, još poželjnije manje od 2 tež./tež.% ili manje od 1 tež./tež.% i, najpoželjnije, ne dodaje se voda, niti neka druga tečnost. Čestični materijal ili pelete poželjno se podvrgavaju antimikrobnoj obradi, kao što je obrada pomoću UV (naročito UV-C obrada) ili radioaktivnog zračenja, kako bi se produžio rok tajanja peleta.

[0035] Dalje, čestičnom materijalu, prahu ili peletama se može dodati jedan ili više aditiva, kao što su, prethodno u ovom tekstu pomenuti pesticidi, đubriva, sredstva za beljenje, sredstva za bojenje, sredstva za davanje mirisa, torefikovana biomasa ili kombinacije jednog ili više navedenih sredstava. Naročito u svrhu injekcionog presovanja ili ekstrudiranja, poželjna je torefikovana biomasa, ili prethodna obrada aditiva torefikacijom.

[0036] Dalje je izložena upotreba peleta, kao što je prethodno opisano, za pripremu polimera, konkretno polimernog materijala prema predmetnom pronalasku kako je opisano ranije u ovom tekstu.

[0037] Dalje je opisana upotreba materijala rukavaca listova drveća iz roda Arecaceae, naročito betel palme Areca catechu kao komponente matriksa u pripremi polimernog materijala i za pelete koje sadrže presovani materijal lisnih rukavaca drveća iz roda Arecaceae, naročito Areca catechu, kao što je gore opisano.

[0038] Pronalazak će sada dalje biti predstavljen sledećim slikama i primerima.

Slika 1 prikazuje 2 šematska dijagrama opšte anatomije lista. Lisna ploča 3 se drži pomoću cevastog rukavca 1 oko lisne drške 2. Listovi Areca catechu su dugi 1-2 m, i persto deljeni. Listovi imaju cevasti rukavac u osnovi oko drške koji se po sazrevanju obično otvara na jednoj strani.

Slika 2A prikazuje sakupljene listove betel palme Areca catechu, pri čemu su lisni rukavci bele boje, a lisni deo je tamne boje,

Slika 2B prikazuje lisne drške sa slike 2A, sa kojih je uklonjen lisni deo.

Slika 2C prikazuje lisne rukavce sa slike 2B, uvezane u svežnjeve.

Primeri

Primer 1

Lisni rukavci Areca catechu i priprema čestičnog materijala od njih

[0039] Lišće je isečeno kao što je prikazano na slici 2A, pri čemu je obuhvaćen i tamno obojeni list i bledo beličasti lisni rukavac. Lisni rukavac dužine približno 40-50 cm izdvojen je od ostatka lista, poželjno ručnim sečenjem na mestu gde je lišće sakupljeno. Takvi isečeni lisni rukavci su prikazani na slici 2B. Rukavci su sakupljeni, osušeni i mleveni do veličine čestica od 3 - 4 mm pomoću mašine Kotraco GR(V0 30/35, ali bilo koji pogodan mlin, poznat u struci može da se koristi (tabela 1) za mlevenje do željene veličine čestica. Sveži lisni rukavci mogu da se melju i dalje obrađuju sa sličnim rezultatima. Ova relativno mala mašina za mlevenje obradi 100-180 kg/čas, što je ekvivalent 750-1.300 lisnih rukavaca, u normalnoj nekontrolisanoj (u smislu prašine, toplote ili na drugi način) proizvodnoj sredini, i radi poluautomatski iz uređaja za napajanje lisnim rukavcem u balku.

[0040] Zapaženo je da veća veličina čestica može da rezultuje u postupku suvog peletiranja koji daje manje gladak proizvod, što može uticati na dalju obradu materijala. Veličina, međutim, nije ograničena na tu dimenziju, i maksimalna veličina čestica je definisana dimenzijama rupa u situ koje se koristi pri mlevenju, npr. koje je ugrađeno u mašinu za mlevenje. U svrhu tankozidnog injekcionog presovanja (tabela 4 IV) materijal se npr. melje do maksimalne veličine čestica od 2 mm (tabela 1 uzorak 5). Putem standardne transportne trake, mleveni materijal može da prođe UV-C jedinicu kao što je upotrebljena jedinica T-2011 (tabela 1 II), koja je smeštena ispod transportne trake preko koje mlevene čestice prolaze neposredno pre punjenja u velike vreće (vQm Packaging, Holandija, vreće imaju zapreminu od oko 0.3 - 1 m<3>). Jedinica UV-C dezinfikuje površine svih čestica koje prolaze od bakterija, što je poznato kao Log 5, na transportnoj traci i minimalno Log 1 za čestice. Ovo može da se postigne i čišćenjem parom ili čestični materijal može da se podvrgne drugom postupku sterilizacije pre punjenja u velike vreće ili drugog oblika transporta u balku, po želji. Mleveni čestični materijal može takođe da bude obrađen, na primer peletiran ili sprašen neposredno pre mlevenja. Testovi sa tako UV-tretiranim česticama su pokazali da ne dolazi do daljeg obrazovanja plesni tokom perioda od najmanje 30 dana. Kako bismo ovo potvrdili zbog dalje obrade, smestili smo uzorke materijala posle mlevenja, kao i posle UV-C tretmana u sličnim uslovima.

[0041] Čišćenje pomoću UV-C je namenjeno da spreči rano raspadanje, kao i bakterijske ili biološke kontaminacije (npr. insektima) koje bi mogle da dovedu do propadanja materijala tokom skladištenja i transporta.

[0042] Nakon punjenja pomoću bilo koje regularne transportne trake koja se nalazi iza mlina i UV-C jedinice, velike vreće se vakumiraju da bi se izbegao rast plesni ili rano raspadanje, čime se produžava rok trajanja mlevenog materijala, i stabilizuje sadržaj vlage, sprečavajući ponovnu infestaciju insektima, što takođe omogućava dodavanje inertnog gasa za dodatnu stabilizaciju mlevenog materijala za dugotrajno skladištenje.

[0043] Velike vreće su vakumirane upotrebom sistema za vakumsko ispiranje (vQm Packaging, Holandija) koji omogućava vakumiranje u logistički veoma efikasne kvadratne blokove od npr.

80x120x110 cm do maksimuma od 2 MT, gde vreće imaju membranski priključak na paletama, što omogućava maksimalnu efikasnost u utovarivanju kontejnera i čuvanju u skladištima. Poželjno je da vreće imaju patentiranu membranu ili ventil koji su dostupni kod VQM Packaging što omogućava kontrolu, kao i dodavanje inertnih gasova, ako je potrebno, da se spreči raspadanje, formiranje plesni ili druge kontaminacije. Ove, poželjno četvrtaste vreće mogu da se slože na palete, transportuju i skladište u prekomorskim kontejnerima, u bilo kom standardnom sistemu skladišta ili čak napolju.

[0044] Da bi se odredila biorazgradivost i dekompostiranje (tabela 1 IV), 3 uzorka od svakog (osušeni obrađeni rukavci sveže opali obrađeni rukavci) stavljena su u identičan i uporediv test. Materijal stavljen u vodu pokazao je trenutnu (1 - 2 dana) apsorpciju vode od 10-15% sopstvene težine posle čega je redukcija materijala od 90% zapažena u periodu od 90 dana. Materijali smešteni napolju (jugozapadna Holandija) pokazali su sličnu biorazgradivost ili razgradnju materijala od približno 60% gubitka na težini tokom 40-60 dana. Dalje smanjenje i gubitak težine do 90% ostvarilo se u vremenskom okviru od 60-120 dana od početka testova. Materijal koji je skladišten u zatvorenom prostoru na 20°C i na vlazi od oko 65-70% nije pokazao nikakve znake biorazgradnje ili raspadanja tokom ovog perioda.

Primer 2

Priprema suvih peleta od materijala lisnih rukavaca Areca catechu u mašini za suvo peletiranje

[0045] Mleveni čestični materijal iz primera 1 uveden je u mašinu za peletiranje poznatu u stanju tehnike kao suvi peletizer LM-772 kapaciteta 3 MT na dan (tabela 2 I) i presovan kroz rotacionu presu kroz sito koje formira okrugle pelete komprimovanog čestičnog materijala suvih rukavaca. Prečnik rupa u situ određuje maksimalnu veličinu čestica peleta koje izlaze iz sita, ali i veličinu čestica koje se komprimuju u pelete. Izabrani prečnik poželjno varira od 2 do 8 mm za ovaj mleveni materijal pružajući različite mogućnosti za dalju primenu budući da značajno redukuje uobičajene probleme sa snabdevanjem materijalom u postupcima ekstruzije (primer 3) ili injekcionog presovanja (primer 4). Kada je izabrani prečnik rupa u sitima mašine za peletiranje tako mali kao što je 2 ili 3 mm, mleveni čestični materijal mora da bude presovan duže i/ili pod većim pritiskom. U svrhu tankozidnog injekcionog presovanja (tabela 4 IV) materijal je peletiran do prečnika od 4 mm (tabela 1 uzorak 5).

[0046] U ovom postupku čestice iz primera 1 mogu se smanjiti i do nivoa prašine (1-100 mikrona slično npr. veličini čestica mlevenog brašna ili mlevenog kukuruza) ako je potrebno. Za tankozidne krajnje proizvode (kao što je pomenuto u primeru 4 za injekciono presovanje, videti tabelu 4 IV) ovo peletiranje čestica veličine prašine je pogodno. Izbrana oprema (tabela 2 I) ima konstrukciju koja sprečava gubitak ovakvih čestica veličine prašine tako da nema gubitka materijala tokom ovog postupka. Za druge proizvode koji npr. zahtevaju prisustvo većih vlakana za ojačanje plastike, može da bude poželjna veća veličina čestica za pelete.

[0047] Tokom peletiranja, mogu da se odaju jedan ili više aditiva putem kontrolisanog sistema za napajanje koji omogućava dodavanje širokog opsega suvih ili tečnih materijala peletama. Ovi aditivi mogu da budu suvi materijali ili tečnosti (poželjno do 15 tež./tež.% u odnosu na ukupnu težinu peleta), ali ovo mogu da budu i bilo koja od mnogih poznatih vlakana iz prirodnih ili industrijskih izvora koja su poznata kao materijali za ojačavanje ili punioci za obrazovanje kompozita sa matriksnim materijalima.

[0048] Tokom suvog peletiranja (tabela 2 II) odabrani različiti materijali su dodati da bi se odredila prikladnost mlevenog materijala iz primera 1 i mogućnost da se dalje obrađuje u okruženju ekstruzije ili injekcionog presovanja. Kako bi se smanjila prirodna obojenost materijala dodato je 5% kućnog izbeljivača (Glorix Thick Bleach, Unilever, Holandija) po KG materijala rukavaca (tabela 2 II) tokom postupka koji je rezultovao uzorkom 1.1. Tako izbeljeni materijal omogućio je smanjenje bele UN0001 color service matične smeše sa 5% kod nebeljenih mlevenih čestica na 2% kod beljenih mlevenih čestica, rezultujući u suštinskom smanjenju troškova za "belo obojeni materijal". Belo obojenu plastiku je obično veoma teško proizvesti od recikliranih materijala, drugačije nego dodavanjem do 10% matične smeše za bojenje u belo tokom injekcionog presovanja ili ekstruzije. Uzorci (tabela 1 II uzorak 5) su napravljeni dodavanjem regularnog ulja lanenog semena kakvo se koristi u ishrani konja i goveda kao aditiv za hranu više lepljivosti česticama veličine prašine dobijenim peletiranjem u svrhu tankozidnog injekcionog presovanja. Efekat samo 5% ovog dodatka lanenog semena u postupak suvog peletiranja bio je taj da je omogućio 10-15% veći izlaz materijala u KG po času do oko 3,5 MT po danu. U uzorku 1.2, 2 tež./tež.% kalaja u prahu (SN99%) proizvođača LinBraze dodat je za ojačavanje materijala do "metalu sličnih" performansi i izgleda, ovaj aditiv nema negativnih efekata na postupak suvog peletiranja ili na oblik i supstancu same pelete, omogućavajući dalju upotrebu u postupku ekstruzije ili injekcionog presovanja, budući da se topi i meša na oko 230°C.

[0049] Pored gore pomenutih aditiva, primećeno je da prirodni materijali na biološkoj bazi, naročito iz regiona gde se peletiranje sprovodi, kao što su konoplja, kenaf, juta, lan, pamuk, sisal ili vlakno kokosa, ali i neprirodni materijali kao staklo, najlon, vinil ili druga vlakna za ojačavanje koja se ne sjedinjuju ili mešaju sa polimernim matriksnim materijalom mogu uspešno da se ugrade u polimer kao punilac i/ili materijal za ojačavanje.

[0050] Upotreba peletiranja pre dalje obrade (videti primere 3 i 4) donosi prednost mogućnosti mešanja mnoštva različitih materijala sa novim matriksnim komponentama (npr. izbeljivač ili laneno seme) i dalje u suvoj fazi u poređenju sa postojećim postupcima za snabdevanje suvim materijalima za ekstruziju ili injekciono presovanje jer to obično dovodi do začepljenja u uređaju za snabdevanje, vijku/crvu ili kalupu, i/ili neravnomernoj i neizbalansiranoj smeši komponenata sa postojećim termoplastičnim polimerima, ili neželjene kristalizacije "šećera" u alatu, što izaziva suštinska oštećenja i troškove popravke i čišćenja. Takvi materijali mogu npr. da budu pesticidi, đubriva, sredstva za beljenje (tabela 2 II uzorak 1.1, sredstva za bojenje (uzorak 1.1), sredstva za davanje mirisa, punioci ili materijal za ojačavanje (uzorak 1.2), biomasa podvrgnuta torefakciji ili kombinacije dva ili više od navedenog (uzorak 1.1). U situaciji kada se dodaju tečnosti, poželjno je dodati do ne više od 15 tež./tež.% po kg (u odnosu na ukupnu težinu peleta) takvih materijala u pelete jer suve pelete neće biti konzistentne strukture i raspašće se izazivajući suštinski gubitak materijala tokom postupka posle suvog peletiranja.

[0051] Suve pelete koje su proizvedene pomoću ove mašine za suvo peletiranje imaju veličinu čestica od 6 mm u prečniku i 4-8 mm u dužini i mogu slično mlevenom materijalu iz primera 1 da se skladište u vakumiranim velikim vrećama kao što je opisano u primeru 1 (tabela 1 III) nakon mlevenja rukavaca i UV-C tretmana.

[0052] Zahvaljujući prečniku i dužini suve pelete mogu da se obrađuju npr. u bilo kojoj standardnoj mašini za ekstruziju (pojedinačnoj ili dvopužnoj, primer 3) ili bilo kojoj mašini za injekciono presovanje (primer 4) u zavisnosti od njihove dalje primene i zahteva krajnjeg proizvoda za injekcionim presovanjem ili oblikovanjem toplotom.

[0053] Tokom perioda od 180 dana, izveden je test za validaciju biorazgradivosti slično testovima (u vodi, spoljašnji i kućni uslovi) izvedenim u primeru 1 (tabela 1 IV). Nađene su razlike u primeru 2 (tabela 2 V) tokom ispitivanog perioda jer je biorazgradivost odložena kao rezultat komprimovanja čestica u suve pelete u ovom postupku. Dimenzije čestica u koje su suve pelete presovane nije pokazala varijacije u biorazgradivosti merenoj gubitkom težine. Aditiv Glorix odložio je početak biološke razgradnje suštinski, dok drugi aditivi (primer 2 tabela 2 II) nisu pokazali ni pozitivno ni negativno dejstvo na biorazgradivost uzoraka.

Primer 3

Ekstruzija

[0054] Priprema polimerizovanih zrna ekstruzijom upotrebom suvih peleta iz primera 2 i druge komponente polimernog matriksa po izboru.

[0055] Postupak opisan u primeru 3, ekstruziju za proizvodnju zrna plastike, idealan je za proizvodnju velikog obima balka ekstrudiranih polimerizovanih zrna veličine npr.2 x 3 mm koja mogu da se distribuiraju širom sveta za upotrebu kao polazni materijal za npr. postupak injekcionog presovanja ili ekstruzije za proizvodnju željenih predmeta.

[0056] Ekstruzijom mogu da se proizvedu i drugi oblici osim zrna. Može da se koristi bilo koja poznata pogodna tehnika ekstruzije u culju proizvodnje bilo kog željenog oblika ekstrudiranog polimernog materijala, kao što su gore opisana zrna, štapići, pločice i tako dalje. Pločice mogu, npr. da se upotrebe u postupku termoformiranja za proizvodnju npr. čašica, blistera, itd.

[0057] Suvi materijal rukavca i sveži materijal rukavca su samleveni i podvrgnuti suvom peletiranju, i uvedeni u 0-25 dvopužni ekstruder KraussMafei KMD (tabela 3 I) za proizvodnju regularno formiranih i polimerizovanih standardnih plastičnih peleta (tabela 3 uzorak 1.10 i uzorak 2.10). Ista ekstruzija je sprovedena sa suvo-peletiranim materijalom (tabele 1 i 2 uzorak 5) u svrhu livenja tankozidnim injekcionim presovanjem (tabela 4 IV) prečnika od približno 3 mm i dužine od 2 mm u kontinuiranom postupku na temperaturi od 190-230°C. Tokom ovog postupka, dodata je 2% matična smeša UN0001 bele, proizvođača color service (tabela 3 II uzorak 2.10) u neobojeni suvo-peletirani materijal sa izbeljivačem iz primera 2 (tabela 2 II uzorak 1.1) za bojenje ekstrudiranih peleta u potpuno belo. Mešavina korišćena za bojenje bila je uzorak 1.14 i 5.14 napravljen najmanje sa dodatim recikliranim PLA (tabela 3 III). Na osnovu ovoga sledi zaključak da bi druge mešavine i/ili upotreba (transparentnih) drugih neupotrebljavanih plastika zahtevala manje matične smeše za bojenje.

[0058] Kada je u pitanju biorazgradivost, napravljene su specifične mešavine sa PLA proizvođača Natureworks (tabele 3 III i 6 III) i recikliranim PLA nabavljenim na otvorenom tržištu (100% reciklirani PLA, Besstrade, Holandija).

[0059] Mešavine neupotrebljavanog ili recikliranog PLA i mlevenog materijala rukavca uzorka 5:10 (tabele 3 i 2 I, uzorak 5) bez aditiva napravljene su u težinskim odnosima 50:50 (uzorci 1.11, 5.11, 1.13 i 5.13) i 10:90 (uzorci 1.12, 5.12, 1.14 i 5.14).

[0060] Kada su u pitanju svojstva fleksibilnog krajnjeg proizvoda kao što su npr. fleksibilne šarke, kao i prevazilaženje tipičnih problema sa PLA u vezi sa nemogućnošću držanja vrućih tečnosti u čašicama ili drugim kontejnerima, upotrebljeni su isti procenti mešavina kao za PLA, sada uz korišćenje neupotrebljavanog PP (SABIC polipropilen) ili recikliranog PP (100% reciklirani PP, Amorf Kunstoffen, Holandija) kao druge komponente, videti tabele 3 III i 6 III, uzorci 1.15, 5.15, 1.16, 5.16, 1.17, 5.17, 1.18 i 5.18).

[0061] U pravljenju (tabela 3 IV) dodatnih uzoraka upotrebljeni su i reciklirani PLA i reciklirani PP kao drugi, odnosno treći polimerni matriksni materijal, sa istim suvo-peletiranim mlevenim materijalom rukavca kao prvim polimernim matriksnim materijalom bez aditiva, uzorci 1.19, 1.20, 5.19 i 5.20.

[0062] Svi uzorci su napravljeni na istoj mašini, sa postavkom istog alata i istim rukovaocem mašinom. Tokom perioda do 360 dana sproveden je test za validaciju biorazgradivosti u sličnim uslovima testa i okruženju kao kod primera 1 i 2 (tabela 1 IV i tabela 2 V) tj. potpuno potapanje u vodu, normalni uslovi na otvorenom i kućni uslovi. Utvrđene su razlike u primeru 3 (tabela 3 VI) tokom tog perioda ispitivanja, budući da je biorazgradivost ekstrudiranih peleta (primer 2 tabela 4 I) u svim ispitivanim situacijama (u vodi i na otvorenom) bila dodatno odložena kao rezultat sjedinjavanja i mešanja suvih peleta u ovom postupku sa odgovarajućim neupotrebljavanim i recikliranim PLA i PP materijalima (primer 2 tabela 4 III i IV).

[0063] Tokom ovih testova zapažena je razlika u biorazgradivosti merena gubitkom težine kod mešavina napravljenih sa PLA ili sa PP, dok nije zapažena razlika između neupotrebljavanih ili recikliranih materijala za PLA ili PP, kao što je prikazano u primeru 3 tabela 3 VI). Vreme biorazgradnje merene gubitkom težine bilo je za mešavine napravljene sa PP suštinski duže nego za mešavine napravljene sa PLA (tabela 3 VI)

[0064] Sledeća razlika u biorazgradivosti zapažena je kada je korišćeno samo 10% umešanog PLA ili PP (neupotrebljavanog ili recikliranog), ili kada je korišćeno samo 30% recikliranog PLA i 5% recikliranog PP. Uzorci sa 70-90% pripremljenog materijala rukavca pokazali su sličan vremenski okvir biorazgradivosti kao suvo peletirane pelete u uslovima potapanja u vodu ili uslovima na otvorenom.

[0065] Rezultati ispitivanja omogućavaju stručnjaku za kompaundiranje da relativno lako odredi unapred, tokom kompoundiranja navedenih materijala, željeni vremenski okvir biorazgradivosti za ekstrudirane pelete i omogućavaju stručnjaku za kompaundiranje da pomeša "po meri" prema daljim primenama i upotrebama, nudeći široku i jedinstvenu raznolikost u tržišnim mogućnostima i primenama.

[0066] Najuočljivije tokom procesa biorazgradnje bilo je to da struktura spoljašnjeg zida ekstrudiranih peleta postaje "hrapava" po površini tokom nekoliko dana, nasuprot glatkoj površinskoj obradi koju imaju standardne plastične pelete. Zaključak može da bude da materijal dodat u PLA, omogućava PLA da se raspadne u kućnom biorazgradivom okruženju (biorazgradivost pod uticajem kiseonika), umesto uobičajeno korišćenog industrijskog biorazgradivog okruženja potrebnog za PLA (ASTM D6400). Sve polimerizovane pelete svih uzoraka napravljenih od nove bio-plastike mogu da budu transportovane i skladištene identično kao napravljene generičke plastike, koje se trenutno distribuiraju širom sveta za uređaje za injekciono presovanje, ekstrudere za listove ili ekstrudere za profile u vrećama od 25 kg, velikim vrećama od 2 MT ili silosima, ili za bilo koji drugi postupak.

[0067] Osim toga u ovom postupku može da se izvede generičko ili specifično bojenje, kao uzorak koji se pravi sa belom kao što je navedeno u uzorku 1.1 (tabela 2 II) i uzorku 2.10 (tabela 3 II) i ne pokazuje nikakvu razliku u odnosu na poznate primene i upotrebe generičke plastike. Osim toga, u primeru 3 generičko mešanje druge plastike ili prirodnih ili industrijskih materijala koji nisu bili umešani tokom peletiranja, omogućava dodatno detaljno prilagođavanje veoma specifičnim zahtevima za krajnji proizvod u fabrici za injekciono presovanje. Testovi i uzorci pokazuju u znatnom stepenu ponašanje obrađenog materijala rukavca gotovo nalik generičkoj plastici.

Primer 4

Priprema proizvoda injekcionim presovanjem.

[0068] Suve pelete dobijene u postupku iz primera 2 (tabela 1 uzorci 1 do 5) ili polimerizovane pelete iz primera 3 (tabela 3 uzorci 1.10 do 5.20) uvedene su direktno u običnu mašinu za injekciono presovanje upotrebom postojećih alata za proizvodnju krajnjih proizvoda. Oprema za injekciono presovanje bila je programirana (u pogledu npr. temperature, pritiska, hlađenja, zatvaranja kalupa itd.) kao što je to uobičajena praksa u svakodnevnom postupku injekcionog presovanja imajući u vidu zahteve krajnjeg proizvoda i specifičnosti plastičnog materijala.

[0069] Biorazgradivost i specifičnosti nove matriksne komponente nudi nove mogućnosti za bilo koji aparat za injekciono presovanje zbog činjenice da materijal iz primera 3 može da se uvede u postojeću opremu takvog aparata. Ovo nudi mogućnost lake zamene generičke plastike ili drugih materijala proizvodima za koje ne predstavlja problem to što će podleći biorazgradnji (proizvodi 1), sve do proizvoda za koje predstavlja prednost to što će podleći biorazgradnji (proizvodi 2), preko proizvoda koji sada mogu da budu iznova dizajnirani tako da mogu da se liju sa biorazgradivim materijalom sa specifičnostima ove nove matriksne komponente (proizvodi 3).

[0070] U tabelama 4 I i IV uzorci su napravljeni upotrebom materijala uzoraka iz primera 3 (tabela 3 uzorci 1.11 do 5.20) za proizvod sa debelim zidovima i novodizajnirani tankozidni proizvod.

[0071] Proizvod sa debelim zidovima (tabela 4 I) je prirubnica koja se normalno proizvodi upotrebom 90% ABS i 10% najlona kao punioca na mašini KMCX250 MT. Za uzorak 1.11 do 1.20, korišćen je isti alat i podešavanja mašine na 190°C i pritisku od 1,2 MT.

[0072] Proizvod (debljina zida 6 mm) je bio kompletno ispunjen, sa glatkom površinom, i davao osećaj čvrstine pri dodirivanju livenog proizvoda, a vremena rada su bila primetno kraća (2-3 s.) nego kada je u pitanju proizvodnja ABS proizvoda punjenog najlonom.

[0073] Urađeni su isti testovi sa svim uzorcima kao i testovi biorazgradnje (tabela 1 IV, tabela 2 V, tabela 3 VI) bez suštinski značajne razlike u rezultatima.

[0074] Kada je stavljen u vodu, proizvod dobijen injekcionim presovanjem upio je 10-15% sopstvene težine, i pokazao u vlažnim uslovima istu biorazgradnju i razlaganje kao što je prethodno viđeno. Glatki zidovi postali su hrapavi i tanji delovi proizvoda dobijenog injekcionim presovanjem mogli su da budu slomljeni posle 30 dana.

[0075] Tankozidni proizvod (tabela 4 IV) predstavlja dizajn sim kartice/smart kartice koja može da se savije i zatvori prema standardu za kartice ISO/IEC 7816 ID.

[0076] Debljina zida materijala je 0,76 mm, i 0,24 mm na mestu ugrađenog čipa i temperaturni zahtevi tokom upotrebe su od -40 do 85 stepeni Celzijusa za trajanje od 4 časa i do 100 puta tokom njenog životnog ciklusa.

[0077] Budući da je ovo tipičan proizvod 3, napravljen je novi kalup koji će omogućiti da se ova i druge plastične mešavine oblikuju u proizvod prema željenim zahtevima. Kalup je smešten u istu mašinu KMCX250 MT.

[0078] Za uzorak 5.11 do 5.20 koristili smo potpuno isti alat i podešavanja mašine na 190 stepeni Celzijusa, ali sada pod pritiskom od 1,4 MT zbog tankozidnog dizajna i kompletnog punjenja.

[0079] Proizvod (debljina zida 0,76 sa jednom tačkom od 0,24 mm) je potpuno ispunjen, sa glatkom površinom, i daje osećaj čvrstine pri dodirivanju livenog proizvoda.

[0080] Dizajn je zahtevao funkciju fleksibilne šarke i ovo je funkcionisalo sa uzorcima iz tabele 4 IV 5.15 do 5.20 u kojima je neupotrebljavani ili reciklirani PP umešan kao prva ili druga dodata plastika. (tabela 3 III i IV) Urađeni su isti testovi sa svim uzorcima, kao i testovi biorazgradnje (tabela 1 IV, tabela 2 V, tabela 3 VI) bez suštinske razlike u rezultatima.

[0081] Smešten u vodu, proizvod napravljen injekcionim presovanjem upio je 10-15% sopstvene težine, i pokazao je u vlažnim uslovima istu biorazgradivost i raspadanje kao što je zapaženo kod ekstrudiranih peleta. Glatki zidovi proizvoda sa debelim zidovima, kao i proizvoda sa tankim zidovima, postali su hrapavi za nekoliko dana i tanji delovi proizvoda dobijenog injekcionim presovanjem mogli su da se polome posle 30 dana.

[0082] U tabeli 5 potpuno isti proizvodi (primer 4 tabela 5 1 i IV) su proizvedeni upotrebom 100% neupotrebljavanog ili 100% recikliranog PLA i/ili PP u svrhu poređenja.

[0083] Tokom obima i trajanja perioda ispitivanja za primer 3 (tabela 3) i primer 4 (tabela 4) od 360 dana sproveden je test za validaciju biorazgradivosti sličan uslovima i okruženju testova primenjenim kod prethodnih primera tj. potpuno potapanje u vodu, normalni uslovi na otvorenom i kućni uslovi.

[0084] Nije primećena biorazgradivost nikakvog tipa ili oblika pod ovim okolnostima za proizvode napravljene od PP. Proizvodi napravljeni od PLA ispoljili su gubitak providnosti i povećanu lomljivost, ali ne i značajnu razgradivost izmerenu gubitkom težine tokom celog ispitivanog perioda od 360 dana. Stoga se može zaključiti da komponenta polimernog matriksa prema pronalasku obezbeđuje biorazgradivost (biorazgradivost pod uticajem kiseonika) komponentama polimernog matriksa koje nisu biorazgradive kao što je PP, ili materijalima koji su biorazgradivi samo pomoću industrijskih postupaka (PLA).

Primer 5

Svojstva materijala

[0085] U tabeli 6 različite mešavine materijala koje se sastoje od 50% smeše PLA ili PP i kombinovane mešavine sa smešom 30% PLA i 5% PP, kao što su one proizvedene i ispitane u uzorcima iz primera 3, tabela 3 III i IV, ispitane su prema postojećim zahtevima testa ASTM i ISO za određivanje dejstva različitih mešavina na Jangov E-modul u Mpa prema ASTMD790 ili ISO 527, temperaturu toplotne defleksije (HDT) u stepenima Celzijusa prema ASTM D648, ili ISO 75, napon istezanja u MPa prema ASTM D638 ili ISO 527, i udarni test zarezivanja po Izodu u J/m2 prema ASTM D256 ili ISO 180 specifikacijama testa, kao što se uobičajeno koristi i kao što je poznato u stanju tehnike.

[0086] Kao referentni indikatori, ove vrednosti su takođe uzete iz tehničke specifikacije za neupotrebljavani materijal PLA proizvođača Natureworks Ingeo 3251D i neupotrebljavani materijal PP proizvođača Sabic 575P. Kao reference, ispitani su i reciklirani PLA i PP bez aditiva ili primesa.

[0087] Korišćene mešavine za ispitivanje bile su 50% materijala rukavca areka palme (vlakno rukavca) i respektivno 50% neupotrebljavanog i recikliranog PLA, 50% neupotrebljavanog i recikliranog PP i posebna mešavina 30% recikliranog PLA i 5% recikliranog PP i 65% materijala rukavca areka palme (vlakno).

[0088] Poboljšanje karakteristika materijala pomoću neupotrebljavanog materijala, kao i pomoću recikliranog materijala ako je pomešan sa 50% materijala rukavca areka palme pripremljenog u primeru 4, pokazalo se približno identičnim ako je mereno kao procentualno povećanje u poređenju sa originalnim vrednostima pojedinačnog PLA ili PP materijala, bilo neupotrebljavanog ili recikliranog.

[0089] E-modul ili elastični modul odnosi se na stepen krutosti elastičnog materijala. Povećanje pokazuje snažan porast od 70% u poređenju sa oba primenjena PLA materijala i gotovo 75% za oba primenjena PP materijala. Posebno vredna pažnje i zanimljiva za buduće primene je kombinacija sa snažnim povećanjem vrednosti HDT od gotovo 35% za oba primenjena PP materijala i povećanje od 15-20% u naprezanju i povećanje od 30-35% rezultata udarne čvrstoće svih uzoraka.

[0090] Podaci o svojstvima materijala pokazuju da se specifične karakteristike materijala rukavca areka palme održavaju tokom postupka i poboljšavaju postojeće termoplastike kao što su PLA ili PP.

[0091] Ovi rezultati testa dalje postavljaju mešavine 50% vlakna areka palme u red uobičajenih termoplastika (kao PP) i inženjerskih termoplastika (kao ABS) kao što je prikazano u tipičnom Ashby-jevom dijagramu kod Grantadesign (Ashby-jev dijagram jačina - maksimalna servisna temperatura, dostupno putem www.grantadesign.com) na kome je zatezna čvrstoća grafički prikazana u odnosu na servisnu temperaturu za koju je HDT uobičajeni indikator. Izuzetni rezultati testa HDT u kombinaciji sa E-modulom i zateznom čvrstoćom za 50% mešavinu sa PP definišu specifičnu mešavinu kao vrhunsku takozvanu "inženjersku plastiku" kao što je definisano HDT opsegom od 100-150°C u poređenju sa standardnim plastikama, kao što je definisano HDT opsegom od 100°C kao što je PP. Ovo je posebno primetno za mešavinu na bazi bio-materijala i naročito zato što ona uvodi biorazgradivu inženjersku plastiku pogodnu za termoplastike koji moraju da funkcionišu na višim temperaturama.

[0092] Uzorci 1.19 i 5.19 (30% reciklirani PLA i 5% reciklirani PP) koji su ispitivani pokazali su snažno povećanje E-modula u odnosu na neupotrebljavani ili reciklirani PP, ali malu vrednost u odnosu na neupotrebljavani ili reciklirani PLA. Nađeno je da se HDT snažno povećao kao što je zapaženo kod 50% PP mešavina, dok su napon istezanja i udarna čvrstoća ostali gotovo nepromenjeni u poređenju sa podacima za svojstva materijala za neupotrebljavani ili reciklirani PLA.

[0093] Primeri 1 do 5 i napravljeni uzorci 1.11 do 5.20 nude suštinski dokaz da sa ovim materijalom na bazi rukavaca sve kompanije koje se bave injekcionim presovanjem, upotrebom postojećeg proizvodnog postupka injekcionog presovanja, bez potrebe za dodatnim investicijama u opremu ili alate izuzev novo dizajniranih proizvoda 3, mogu da nađu primenu za ovaj materijal iz primera 3 (ekstruzija u plastične pelete).

[0094] Značajne prednosti su u jednokratnim primenama tipičnih krajnjih proizvoda i/ili krajnjih proizvoda koji završavaju u različitim oblicima postupaka za dobijanje biogasa zbog specifičnih i relativno visokih procenata celuloze sadržane u materijalu.

[0095] Različite studije i testovi pokazuju da velike koncentracije hemiceluloze deluju kao "ubrzavač" u ovom postupku proizvodeći brže i više biogasa pri zagrevanju na istu temperaturu biomase, ili pri smanjenju temperature koja je potrebna za spoljašnje zagrevanje biomase.

[0096] Primeri proizvoda za koje biorazgradivost nije zahtev, ali nije ni ograničenje" mogu se naći npr. u konstrukciji gde se koriste sve vrste spojnica koje drže metalno ožičenje za ojačanje betona ili izolacionim materijalima, sredstvima za vezivanje drveća za mlado i novoposađeno drveće, svim vrstama sezonskih komponenata koje se koriste samo tokom kratkog perioda kao što su spojnice, držači, čaše, tanjiri i escajg, paneli, separatori, izolacija, folije, itd.

[0097] Primeri proizvoda za koje biorazgradivost predstavlja prednost su za opštu upotrebu predviđenu za jednokratnu ambalažu za bilo koju primenu na tržištu ili tržištu gotovih proizvoda (kozmetika, mediji, elektronika, hrana, medicinska sredstva itd). Neposredna i jednostavna primena može se ostvariti u npr. pakovanju biljaka i cveća. Ovi kontejneri za biljke se sada oblikuju od generičke i reciklirane plastike da bi se smanjili troškovi.

[0098] Upotreba nove matriksne komponente za ovu vrstu primena nudi dodatne prednosti u ishrani biljke za tla sa niskom sopstvenom hranljivošću, jer dekompostira, kao i mogućnost dodavanja pesticida. Neposredna i jednostavna primena može se ostvariti kao npr. u pakovanju pečuraka, paradajza, zelene salate i drugog voća ili povrća koje zahteva čišćenje kod kuće i koje se sada pakuje na stiroporske tacne.

[0099] Pored toga, nova matriksna komponenta može da se koristi i u kombinaciji sa postojećim materijalima i postupcima za određene primene ekspandirane pene (EPS), kao što je pakovanje i zaštita elektronike i kućnih uređaja (šporeta, mašina za pranje suđa, stereo uređaja, mobilnih telefona itd), kao primera proizvoda kod kojih je biorazgradivost deo oblika i funkcije dizajna. Ovo omogućava dizajnerima proizvoda, alatničarima i onima koji se bave injekcionim presovanjem da dizajniraju i proizvedu "plastične" proizvode kod kojih je životni ciklus proizvoda kombinovan ili dopunjen izborom materijala koji sada omogućava potrošačima kupovinu proizvoda (krajnjih proizvoda, komponenata, ambalaže, dekoracije, itd.) koji završavaju svoj životni ciklus u kućnom kompostiranju ili materijalu za kućnu biomasu, energiji ili đubrivu za zemljište, ili u masi "zelenog materijala" sistema za upravljanje otpadom koji su dostupni širom sveta.

Tabela 1:

[0100]

e a a

m m ala arijkeradvi

ovi im ov atetra

ob a

uslo

usl m ne V

U dan usl 0ji<m>ji<m>og ort m lešnsp os i<9 5tičn

anip olj<a>lj<a>šn

kućni /3 vod čes mtr 113

Ssn

e u sp a spo a u u ma/ )30

u m n ni tr uica

in VM pl im u no eij<e e>j<e>R(V

kc cij

dan

ci

daGli<č>i

veal jedac nj

du uku uku unu na

za im 11 -log1

nVva

io rered

nje redjeij<a>aši

20 azo ud %ja an

dukc mtoaks

si mT-log5

A obr

90%

60tra

90%

traj

re

je

an

ov

C

V-pak

U on njaJE a

1ira raderEN

das

zg

a imLEV

brar

PrM O Vakum

Bio

IIIII<I>IV

80an 6/1ešan

eš

D25 poman 7 27 ) % pom

an

% / 5 2

uešeš

uešan

mešan

/ 52

8 m (J/ P po / 75

PLA pom

%iP pom

790 D63

u % % pom

648

odu ani

u % Pa)

Izvan

u u js) D

(M olj<a>v LA PLA Pa) D

<a>

bl iPP

iPP

(Mziju e ulzar.ptreb

ani

treanj irananiP liriran

od Cel

o upoklir

cikl

ikl

prezne reci

eupo

nrerecik

rec

E-M

HDT(

na arn ud

la aij<a>

kastik

asti ater pla

plm aij<e>O

IS

tnajala

atn

ikac

/

6: eri oda

dod cif M

at

m 1.d

2. Spe

AST

ela 5]

0er 6

stva

m IIIIII

Tab

Pri voj

[01

S

la

6

Tabe

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Postupak za pripremu polimernog materijala, koji obuhvata korak pripreme rastopa od najmanje prve komponente polimernog matriksa i druge komponente polimernog matriksa, gde je prva komponenta polimernog matriksa materijal dobijen od lisnih rukavaca drveta roda Arecaceae, druga komponenta polimernog matriksa sadrži termoplastični polimer, pri čemu navedeni korak pripreme rastopa obuhvata zagrevanje prve komponente polimernog matriksa i druge komponente polimernog matriksa do temperature od najmanje 150°C.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time, što je materijal prve komponenta polimernog matriksa dobijen od lisnih rukavaca betel palme Areca catechu.

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što je termoplastični polimer izabran iz grupe koja se sastoji od PLA, PHA, PP, PET, PVC, PS, PC, PV, ABS ili smeše dva ili više od navedenog, pri čemu termoplastični polimer poželjno sadrži PLA.

4. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time, što je temperatura najmanje 160°C.

5. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time, što je temperatura 250°C ili manje, poželjno 230°C ili manje.

6. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time, što težinski odnos prve komponente polimernog matriksa prema drugoj komponenti polimernog matriksa iznosi 5 -70 : 95 - 30, poželjno 10 - 50 : 90 - 10, poželjnije 40 - 60 : 60 - 40.

7. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, koji dalje obuhvata ugrađivanje jedne ili više nematriksnih komponenata, izabranih iz grupe koja se sastoji od punilaca, materijala za ojačavanje, pesticida, đubriva, sredstava za beljenje, sredstava za bojenje, sredstava za davanje mirisa, torefikovane biomase ili kombinacije dva ili više od navedenog, gde je jedan ili više punilaca poželjno izabran iz grupe koja se sastoji od talka, gline ili peska, materijal za ojačavanje je poželjno izabran iz grupe koja se sastoji od vlakana, uključujući staklena vlakna, najlonska vlakna i organska vlakna, pri čemu organska vlakna poželjno potiču od ljuske oraha Arecha catechu.

8. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time, što je prva komponenta polimernog matriksa obezbeđena kao čestični materijal; prah; ili kao pelete dobijene presovanjem navedenog čestičnog materijala i/ili praha, gde navedene pelete poželjno imaju veličinu čestica manju od 10 mm, poželjnije manju od 8 mm.

9. Postupak prema patentnom zahtevu 8, koji dalje obuhvata antimikrobnu obradu čestičnog materijala ili peleta pre pripreme rastopa, pri čemu antimikrobna obrada poželjno obuhvata obradu pomoću UV ili radioaktivnog zračenja.

10. Postupak prema patentnom zahtevu 8 ili 9, koji dodatno obuhvata dodavanje mešanjem jednog ili više aditiva u čestični materijal, prah ili pelete, pri čemu je aditiv poželjno izabran iz grupe koja se sastoji od pesticida, đubriva, sredstava za beljenje, sredstava za bojenje, sredstava za davanje mirisa, torefikovane biomase ili kombinacije jednog ili više od navedenog.

11. Polimerni materijal, koji može da se dobije postupkom prema bilo kom od patentnih zahteva 1 - 10.

12. Polimerni materijal prema patentnom zahtevu 11, koji sadrži najmanje 20 tež./tež.%, poželjno najmanje 30 tež./tež.%, poželjnije najmanje 40 tež./tež.% prvog materijala polimernog matriksa, u odnosu na ukupnu težinu polimernog materijala.

13. Predmet, koji sadrži polimerni materijal prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva.

14. Predmet prema patentnom zahtevu 13, koji bar lokalno ima debljinu od 0.1 - 2.0 mm., poželjno od 0.4 - 0.8 mm.

15. Postupak za pripremu predmeta prema patentnom zahtevu 13 ili 14, koji obuhvata korake: a. pripreme rastopa u skladu sa postupkom prema bilo kom od patentnih zahteva 1 - 10, b. obrade polimernog rastopa iz koraka a., gde navedena obrada obuhvata korak odabran iz grupe koja se sastoji od ekstruzije, livenja, injekcionog presovanja, livenja duvanjem ili livenja u vakuumu.