Применение отходов для создания биокомпозитов

Описание проекта

Рост населения на планете вызывает озабоченность по поводу удовлетворения спроса на энергию в ближайшем будущем. Текущая зависимость от полимеров на основе ископаемого топлива не является рациональной из-за истощения запасов ископаемого топлива и нестабильных цен, что способствует осуществлению поиска возобновляемых ресурсов. В то же время, в связи с ростом количества свалок требуется решить проблемы, связанные с обработкой отходов. Перспективным подходом считается использование отходов и побочных продуктов промышленности для изготовления биоразлагаемых материалов.

В качестве замены полимеров на основе нефти и синтетических волокон рассматриваются биополимеры, содержащие волокна, полученные из отходов или побочных продуктов. Натуральные волокна по сравнению с синтетическими волокнами обладают такими преимуществами, как экономичность, биоразлагаемость, возобновляемость, легкий вес, снижение износа инструмента, хорошая удельная сила и минимальные выбросы вредных веществ во время горения. Однако природные волокна являются гидрофильными, что несовместимо с большинством гидрофобных полимерных матриц, поскольку приводит к ухудшению механических характеристик получаемых биокомпозитов. Поэтому требуются различные способы преодоления указанных недостатков в биокомпозитах. Одним из таких способов является применение компатибилизирующих добавок для улучшения межфазной адгезии между волокном и биоразлагаемой полимерной матрицей. Некоторые компании предлагают готовые биоразлагаемые полимерные смеси, так например компания BASF осуществляет коммерческую продажу полимерной смеси под торговой маркой Ecovia.

Однако существует необходимость в разработке новых компатибилизаторов и модифицированных биодеградируемых полимеров, проявляющих повышенную прочность, жесткость, удлинение, ударную вязкость по сравнению с известными композитами.

В патенте Гуэлфского университета (CA) (US20180127554, 10.05.2018) предлагаются синтезированные компатибилизаторы на основе полимерных смесей двух или более биодеградируемых полимеров, а также способы изготовления совместимых композиционных материалов за один этап производства.

Суть изобретения

Биоразлагаемый композит в одном варианте осуществления изобретения включает в себя:

(а) полимерную матрицу, содержащую один или несколько биоразлагаемых полимеров;

(б) наполнитель, выбранный из группы, состоящей из одной или более комбинаций следующих материалов:

(i) побочных продуктов кофе и/или чая,

(ii) многолетних трав и/или сельскохозяйственных отходов,

(iii) побочных продуктов производства этанола на основе зерновых культур и

(iv) неорганических наполнителей; и

(c) компатибилизатор с привитым ангидридом, содержащий один или несколько биодеградируемых полимеров, модифицированных ангидридной группой.

В одном варианте осуществления изобретения биодеградируемые полимеры выбираются из группы, состоящей из: сополимеров полибутилена адипата и терефталата, полимолочной кислоты, полибутиленсукцината, сополимеров полибутиленсукцината и адипата, поликапролактона и полигидроксалканоата.

Получаемый результат

Были получены четыре образца биокомпозитов на основе полимерной матрицы с добавлением кофейной шелухи, на основе полимерной матрицы с добавлением кофейной шелухи и компатибилизатора торговой марки Joncryl, на основе полимерной матрицы с добавлением кофейной шелухи, отвержденные за один производственный этап, и на основе полимерной матрицы с добавлением кофейной шелухи и синтетического компатибилизатора. Указанные образцы композитов сравнивали между собой.

Результаты показали, что механические свойства композита, содержащего только кофейную шелуху, ухудшаются. Композиты с компатибилизатором Joncryl продемонстрировали улучшение прочности на растяжение и изгиб по сравнению с композитом, содержащим синтезированный компатибилизатор. Кроме того, композит с компатибилизатором Joncryl показал наилучшую прочность при растяжении и ударе. 

 Полный текст патента можно скачать здесь

Хотите знать больше? Закажите бесплатный тестовый патентный поиск по интересующей вас теме.

В ответ на запрос вы получите:

• Количество патентов в мире за 10 лет
• Динамика патентования по годам и странам
• Перечень технических задач, решаемых в патентах
• Примеры компании и их новейших разработок

Скачать пример отчета вы можете здесь 
Заказать патентные исследования можно здесь
Получить патент на свое изобретение здесь