Курсовая работа: Биоразлагаемые полимерные материалы
Типичная зависимость мощности теплового потока образца от температуры нагрева представлена на рис. 5. Область плавления полимера 130 — 180 °С с максимумом при 178 °С. После плавления при температуре 256 °С наблюдается разложение полимера. Температура разложения остается постоянной как при нагреве на воздухе, так и в токе азота, что свидетельствует о механизме деполимеризации.
Для оценки термостойкости полимера была исследована его температура кристаллизации до и после термообработки. Термообработку проводили сразу после точки плавления вещества при 190 °С в течение 15 мин (рис. 6). На рисунке экзотермическому пику соответствует теплота кристаллизации, происходит уменьшение температуры кристаллизации (кривая 2), что свидетельствует об уменьшении молекулярной масса полимера при термостатировании в указанных условиях.
Уменьшение молекулярной массы сказывается на изменении пика плавления полимера (рис. 7), и проявляется в расщеплении эндотермического пика и снижении температуры плавления полимера. Предварительно было установлено, что скорость охлаждения расплава (200 и 5 °С/мин) незначительно влияет на температуру плавления и форму эндотермического пика.
Изобретение относится к биодеградируемым сополимерам; пленкам, включающим сополимеры; и поглощающим изделиям одноразового использования, таким как пеленки, санитарные салфетки и панталоны для пациентов, страдающих недержанием, включающим такие пленки.
Большое разнообразие поглощающих изделий, сконструированных таким образом, чтобы быть эффективными для поглощения жидкостей организма, таких как кровь, моча, менструальные выделения и им подобным, является хорошо известным. Продукты одноразового использования этого типа обычно включают определенного типа материал проницаемый для жидкости, для верхнего покрытия, поглощающую центральную часть и материал непроницаемый для жидкости, для нижнего покрытия. До сих пор такие поглощающие структуры изготавливались, например, с использованием для верхнего покрытия тканых, нетканых или пористых пленкообразующих полиэтиленовых или полипропиленовых материалов. Материалы для нижнего покрытия обычно включают гибкие полиэтиленовые покрытия. Материалы поглощающей центральной части обычно включают волокна из древесной пульпы или волокна из древесной пульпы в комбинации с поглощающими желирующими материалами. Один из аспектов таких поглощающих изделий до недавнего времени заключался в их одноразовом использовании. Хотя такие продукты в своей основе включают материалы, которые как полагали в конечном счете будут деградировать и хотя продукты этого типа вносят небольшой вклад в общие твердые отходы, производимые потребителями каждый год, тем не менее, существует необходимость в разработке таких продуктов одноразового использования из материалов, которые являются компостируемыми.
Обычный поглощающий продукт одноразового использования уже в большей степени является компостируемым. Обычная пеленка одноразового использования, например, состоит приблизительно на 80% из компостируемых материалов, например волокон из бумажной пульпы и им подобных. В процессе компостирования загрязняющие поглощающие изделия одноразового использования разрывают и смешивают с органическими отходами, по существу, до компостирования. После окончания компостирования, частицы, которые не подверглись компостированию, отсеивают. Таким образом, даже сегодняшние поглощающие изделия могут быть успешно переработаны на компостирующих заводах.
Тем не менее, существует необходимость в снижении количества некомпостируемых материалов в поглощающих изделиях одноразового использования. Существует конкретная необходимость в замене полиэтиленовых нижних покрытий в поглощающих изделиях пленками из компостируемого материала, непроницаемыми для жидкости, потому что нижнее покрытие обычно представляет один из наиболее некомпостируемых компонентов обычного поглощающего изделия одноразового использования.
Кроме того, будучи компостируемыми, пленки, примененные в качестве нижних покрытий для поглощающих изделий, должны удовлетворять многим другим эксплуатационным характеристикам. Например, смолы должны быть термопластичными, так чтобы могли быть применены обычные способы переработки пленки. Эти способы включают полив пленки или экструзию пленки с раздувом однослойных структур и полив или соэкструзию пленки с раздувом многослойных структур. Другие способы включают экструзионное покрытие одного материала на другой или с обеих сторон компостируемого субстрата, такого как другая пленка, нетканое волокно или бумажное волокно.
Еще и другие свойства являются существенными в операциях превращения продукта, где используют пленки для изготовления поглощающих изделий. Свойства, такие как предел прочности при растяжении, модуль упругости при растяжении, сопротивление раздиру и температура термического размягчения, определяют в значительной степени насколько хорошо пленка будет эксплуатироваться на перерабатывающих линиях.
Кроме вышеупомянутых свойств, необходимо учитывать свойства, предъявляемые конечным потребителем поглощающего изделия. Свойства пленки, такие как, ударная вязкость, сопротивление проколу и влагопропускание являются важными, так как они влияют на продолжительность эксплуатации поглощающего изделия и емкость в процессе носки.
Как только избавляются от поглощающего изделия и оно входит в процесс компостирования, другие свойства становятся важными. Независимо от того, измельчаются или нет входящие отходы, важно, чтобы пленка или большие фрагменты пленки подвергались первоначально разрушению до гораздо более мелких частиц в процессе начальной стадии компостирования. Иначе говоря, пленки или большие фрагменты пленки могут быть отсеяны из потока компоста и могут никогда не стать частью конечного компоста.
Ранее были изучены биодеградируемость и физические свойства различных полигидроксиалканоатов. Полигидроксиалканоаты являются полиэфирными соединениями, продуцируемыми различными микроорганизмами, такими как бактерии и морские водоросли. Несмотря на то, что полигидроксиалканоаты представляли общий интерес из-за их биодеградируемой природы, их действительное использование в качестве пластичных материалов было затруднено из-за их термической нестабильности. Например, поли-3-гидроксибутират (РНВ) является натуральным продуктом хранения энергии бактерий и морских водорослей, и присутствует в виде дискретных гранул в пределах цитоплазмы клетки. Однако в противоположность другим биологически полученным полимерам, таким как протеины и полисахариды, РНВ является термопластичным полимером, обладающим высокой степенью кристалличности и точно выраженной температурой плавления около 180o C. К сожалению, РНВ становится нестабильным и деструктирует при повышенных температурах вблизи его температуры плавления. Вследствие этой термической нестабильности, коммерческие применения РНВ были чрезвычайно ограничены.
В результате, исследователи изучили другие полигидроксиалканоаты, такие как поли(3-гидроксибутират-со-3- гидроксивалерат) (PHVB), в надежде найти полигидроксиалканоаты, обладающие достаточной термической стабильностью и другими полезными химическими и физическими свойствами для использования в практических целях. К сожалению, полигидроксиалканоаты, такие как РНВ и PHVB, трудно перерабатывались в пленки, пригодные для применений в качестве нижнего покрытия. Как обсуждалось ранее, термическая неустойчивость РНВ делала такую переработку практически невозможной. Кроме того, медленные скорости кристаллизации и характеристики текучести РНВ и PHVB делали трудной переработку пленки. Примеры гомополимера РНВ и сополимеров PHVB описывают в патенте США 4393167, Holmes et.al., опубликованном 12 июля 1983, и в патенте США 4880592, опубликованном 14 ноября 1989. Сополимеры PHVB являются коммерчески доступными из Imperial Chemical Indastries под торговой маркой BIOPOL. Сополимеры PHVB в настоящее время производят с содержанием валерата в области от около 5 до около 24 мольных %. Увеличение содержания валерата снижает температуру плавления, кристалличность и жесткость полимера. Обзор технологии BIOPOL представляют в Bisness 2000+(Winter, 1990).
Благодаря медленной скорости кристаллизации пленка, изготовленная из PHVB, будет липкой сама по себе даже после охлаждения; значительная часть PHVB остается аморфной и липкой в течение продолжительного периода времени. В операциях отливки пленки, где пленку немедленно охлаждают на охлаждающих валках, после того как она покидает экструзионную головку, расплав PHVB часто прилипает к валкам, замедляя скорость, с которой может быть переработана пленка, или даже предотвращая процесс наматывания пленки. В пленках, полученных раздувом, остаточная липкость PHVB заставляет трубчатую пленку слипаться, после того как ее охлаждают и сдавливают для намотки.
Патент США 4880592, Martini et.al., опубликованный 14 ноября 1989, раскрывает значения, достигаемые PHVB монослоем пленки, для применений в качестве нижнего покрытия пеленки за счет соэкструдирования PHVB между двумя слоями полимера, например полиолефина, растяжение и ориентацию многослойной пленки и затем сдирание прочь полиолефиновых слоев, после того как PHVB было предоставлено время для кристаллизации. Остающуюся пленку PHVB затем ламинируют либо водорастворимыми пленками, либо водонерастворимыми пленками, такими как поливинилиденхлоридными или другими полиолефинами. К сожалению, такие решительные и громоздкие меры переработки являются необходимыми при попытке избежать присущих трудностей, связанных с переработкой PHVB в пленки.
На основании приведенного выше, существует необходимость создания поглощающих изделий одноразового использования (например, пеленок) с повышенной биодеградируемостью. Для удовлетворения этой необходимости существует предварительная необходимость в биодеградируемом сополимере, который являлся бы способным к тому, чтобы быть легко перерабатываемым в пленку для использования в таких санитарных предметах одноразового использования.
Изобретение относится к пленке, содержащей биодеградируемый сополимер, где сополимер включает по крайней мере два статистически повторяющихся мономерных звена (RRMU), где первый RRMU имеет структуру
и второй RRMU имеет структуру
где по крайней мере 50% RRMU имеют структуру первого RRMU.
Настоящее изобретение далее относится к поглощающему изделию, включающему проницаемое для жидкости верхнее покрытие, непроницаемое для жидкости нижнее покрытие, включающее вышеуказанную пленку, и поглощающую центральную часть, расположенную между верхним покрытием и нижним покрытием.
Настоящее изобретение отвечает на необходимость в биодеградируемом сополимере, который является способным легко перерабатываться в пленку. Далее настоящее изобретение отвечает на необходимость в поглощающих изделиях одноразового использования с повышенной биодеградируемостью.
Термин "ASTM", как он использован здесь, обозначает Американское общество по испытанию и материалам.
Термин "включающий", как он использован здесь, обозначает, что могут быть добавлены другие стадии и другие ингредиенты, не влияющие на конечный результат. Этот термин включает "состоящий из" и "по существу состоящий из".
Термин "алкил", как он использован здесь, обозначает насыщенную углеродсодержащую цепь, которая может быть неразветвленной или разветвленной; и замещенной (моно- или поли-) или незамещенной.
Термин "алкенил", как он использован здесь, обозначает углеродсодержащую цепь, которая может быть мононенасыщенной (т.е. одна двойная связь в цепи) или полиненасыщенной (т. е. две или более двойных связей в цепи); неразветвленной или разветвленной; и замещенной (моно- или поли-) или незамещенной.
Термин "РНА", как он использован здесь, обозначает полигидроксиалканоат согласно настоящему изобретению.
Термин "РНВ", как он использован здесь, обозначает гомополимер поли-3-гидроксибутирата.
Термин "PHBV", как он использован здесь, обозначает сополимер поли(3-гидроксибутирата-со-3-гидроксивалерата).
Термин "биодеградируемый", как он использован здесь, обозначает способность соединения к полной деградации до СО2 и воды или биомассы за счет микроорганизмов и/или естественных факторов окружающей среды.
Термин "компостируемый", как он использован здесь, обозначает материал, который отвечает следующим трем требованиям