Биоразлагаемое вещество на основе возобновляемого сырья

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2606990:

Общество с ограниченной ответственностью "Проект Экопак" (RU)

Изобретение относится к биоразлагаемой композиции для создания материалов и изделий, способных подвергаться биоразложению, в частности упаковочных пленок. Биоразлагаемая композиция на основе возобновляемого сырья, полученная из наполнителя, воды и пластификаторов, в которой в качестве наполнителя использован крахмал, а в качестве пластификаторов желатин и поливинилацетат. Дополнительно в качестве структурообразователя биоразлагаемая композиция может содержать натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы в количестве 5-15 мас.%, другие пластификаторы, в частности диметилсульфоксид в количестве не более 25 мас. %, карбамид и (или) глицерин в количестве не более 20 мас.%. Технический результат - разработка биоразлагаемой композиции из природного возобновляемого сырья, позволяющей изготавливать широкий спектр материалов и изделий с заданным сроком биодеструкции от нескольких секунд до нескольких суток. 7 з.п. ф-лы, 6 пр.

 

Изобретение относится к биоразлагаемой композиции для создания материалов и изделий, способных подвергаться биоразложению, в частности упаковочных пленок.

Известно, что полиэтилен производится из не возобновляемого сырья. Использование нефтепродуктов для производства полиэтилена уже сегодня создает ряд проблем для отечественных потребителей. Производство не справляется с растущим на 3-8% в год спросом. Это ведет к удорожанию материала, увеличению привлекаемых к производству ресурсов с одновременным скачком экологической угрозы.

Экономия сырья и его природная составляющая способны решить целый спектр проблем, среди которых главными становятся истощение ресурсов и экологический кризис. Использование биоразлагемых упаковок изменит в лучшую сторону экологию, уменьшит государственные и частные траты на сборы мусора в труднодоступных местах. При этом по своим эксплуатационным характеристикам продукт не уступает полиэтилену.

В настоящее время известно множество биоразлагаемых композиций и пленочных материалов из них. Как правило, речь идет о оксобиоразлагаемых материалах, т.е. о биоразлагаемых добавках в полиэтилен или его производные. При этом полиэтилен как производную нефтяных/газовых ресурсов следует отнести к не возобновляемым продуктам.

В качестве прототипа выбрана композиция боразлагаемой пленки на основе пектина и хитозана [Патент РФ №2458077, МПК C08J 5/18, C08L 5/06, C08L 5/08, C08L1 01/16, з. 14.12.2010 г., оп. 10.08.2012 г. ], включающая пектин, хитозан (наполнители), воду, однонормальную соляную кислоту (растворитель хитозана), глицерин в качестве пластификатора и структурообразователь - трехпроцентный раствор метилцеллюлозы, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

пектин 35-37
хитозан 35-37
вода 7-8
однонормальная соляная кислота 7-8
глицерин 5-6
трехпроцентный раствор метилцеллюлозы остальное

К недостаткам прототипа следует отнести дороговизну пектина (самый дешевый способ его получения из апельсиновой цедры, в которой содержание пектина составляет 2/3 части, кроме того, производство пектина ориентировано на другие отрасли промышленности, в частности на производство детского питания, комбикормов и т.п.) и трудности с промышленным производством хитозана (не освоено в Российской Федерации). Кроме того, для растворения хитозана используется соляная кислота, что создает дополнительные риски производства.

Задачей изобретения являлась разработка биоразлагаемой композиции из природного возобновляемого сырья, позволяющей изготавливать широкий спектр материалов и изделий с заданным сроком биодеструкции от нескольких секунд до нескольких суток.

Указанная задача решается биоразлагаемой композицией на основе возобновляемого сырья, полученной из наполнителя, воды и пластификаторов, в которой, согласно предложению, в качестве наполнителя использован крахмал, в качестве пластификатора использованы желатин и поливинилацетат, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

крахмал 5-35
желатин 25-70
поливинилацетат 5-10,4
вода остальное

Дополнительно в качестве структурообразователя биоразлагаемая композиция может содержать натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы в количестве 5-15 мас. %.

Дополнительно биоразлагаемая композиция может содержать другие пластификаторы, в частности диметилсульфоксид в количестве не более 25 мас. %, карбамид и (или) глицерин в количестве не более 20 мас. %.

Задавая процентное соотношение компонентов и добавляя другие, возможно регулировать процесс водорастворимости, то есть первичную стадию биоразложения. Первичная стадия биоразложения дополняется вторичной: продукты распада становятся питательной средой для грибов рода trichoderma - самого распространенного вида грибов в почвах средних широт. Таким образом, можно изготавливать, например, пленки, которые растворяются в воде при нормальных условиях.

Далее представлены примеры биоразлагаемой композиции для производства упаковочной пленки.

Пример I

Масс. %:

Крахмал 8,9
Желатин 26,6
Карбамид 11,1
Поливинилацетат 8,9
Диметилсульфоксид 8,9
Глицерин 5,6
Вода 30

Изготовление пленки из биоразлагаемой композиции возможно любым известным способом. Например, следующим.

В емкость с половиной заданного количества воды добавляют крахмал, после чего начинается процесс набухания, время процесса определяется исходя из свойств (смачиваемости) крахмала. В емкость с другой половиной воды засыпают желатин, при этом также осуществляется процесс набухания (~3 часа). Далее проводят постепенный нагрев растворов до температуры

Пример IV. Для окрашивания пленок можно добавлять пищевые красители: Е160В, Е 160С, Е162, Е140, Е132 в количестве до 15 масс. %:

Крахмал – 8,3

Карбамид – 10

ПВА – 8,3

Желатин – 24,9

ДМСО – 4,2

Глицерин – 2,6

Натриевая соль

карбоксиметилцеллюлозы – 10

Пищевой краситель – 10

Вода – 21,7

Краситель Е160С – пленка красного цвета или аннато (Е160В) – пленка желтого цвета, хлорофилл (Е140) – зеленого цвета, индигокармин (Е 132) – синего цвета – в количестве до 5 масс. %, слабый окрас преимущественно как фоновый рисунок, в количестве 10 масс. % – хороший насыщенный цвет (для контуров рисунка), 15 масс. % – пленка уже непрозрачна ( для нанесения надписей).

Пример V

Масс.%:

Крахмал – 35

Желатин – 25

ПВА – 8,8

Глицерин – 4,6

Натриевая соль

карбоксиметилцеллюлозы – 5

Вода – 21,6

При увеличении содержания крахмала до 35 масс. % водорастворимость пленок увеличивается и составляет от нескольких секунд до 2 минут. Прочность увеличивается до 34 МПа, пластичность уменьшается до значения 1,4.

Пример VI

Масс.%:

Крахмал – 5

Желатин – 70

ПВА – 5

Натриевая соль

карбоксиметилцеллюлозы – 5

Вода – 15

При увеличении содержания желатина до 70 масс. % пленка обладает хорошими физико-механическими свойствами: прочность = 30 МПа, относительное удлинение при разрыве = 1,5, величина напряженности электростатического поля = 3 кВ/м. Удельное поверхностное электрическое сопротивление ~ 10 в 7 степени (Ом), полупериод стекания заряда = 1,5секунды. Однако такая пленка характеризуется быстрой водорастворимостью до 10 минут.
Крахмал 10,4
Карбамид 13,1
Поливинилацетат 10,4
Желатин 31,4
Диметилсульфоксид 5,2
Глицерин 3,2
Вода 26,3

По сравнению с Примером I произошло уменьшение содержания глицерина и диметилсульфоксида в 2 раза. Предел прочности для этого образца уже 28 МПа, относительное удлинение при разрыве немного уступает, но является достаточно высоким - 1,75. Напряженность электростатического поля 2 кВ/м. Удельное поверхностное электрическое сопротивление порядка 10 в 7 степени. Полупериод стекания заряда - 1 секунда.

Пример III. Композиция повторяет композицию по Примеру II, но с добавлением натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), масс %:

Крахмал 9,2
Желатин 27,6
Карбамид 11,6
Поливинилацетат 9,2
Диметилсульфоксид 4,6
Глицерин 2,9
Натриевая соль
карбоксиметилцеллюлозы 11,6
Вода 23,3

При добавлении натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в количестве от 10 масс. % прочность увеличится до 41 МПа, что является достаточно высоким показателем, сопоставимым уже с полистиролом (который используется для производства бутылей и стаканчиков для йогурта). При этом относительное удлинение при разрыве (пластичность) упадет до значения 1,3.

Следует также отметить, что изделия (пленки) могут окрашиваться, добавлением в композицию красителей, предпочтительно пищевых (для обеспечения безопасности в случае попадания изделия внутрь живого организма).

Пример IV. Для окрашивания пленок можно добавлять пищевые красители: Е160В, Е160С, Е162, Е140, Е132 в количестве до 15 масс. %:

Крахмал 8,3
Карбамид 10
Поливинилацетат 8,3
Желатин 24,9
Диметилсульфоксид 4,2
Глицерин 2,6
Натриевая соль
карбоксиметилцеллюлозы 10
Пищевой краситель 10
Вода 21,7

Краситель Е160С - пленка красного цвета или аннато (Е160В) - пленка желтого цвета, хлорофилл (Е140) - зеленого цвета, индигокармин (Е 132) - синего цвета - в количестве до 5 масс. %, слабый окрас преимущественно как фоновый рисунок, в количестве 10 масс. % - хороший насыщенный цвет (для контуров рисунка), 15 масс. % - пленка уже непрозрачна (для нанесения надписей).

Пример V

Масс. %:

Крахмал 35
Желатин 25
Поливинилацетат 8,8
Глицерин 4,6
Натриевая соль
карбоксиметилцеллюлозы 5
Вода 21,6

При увеличении содержания крахмала до 35 масс. % водорастворимость пленок увеличивается и составляет от нескольких секунд до 2 минут. Прочность увеличивается до 34 МПа, пластичность уменьшается до значения 1,4.

Пример VI

Масс. %:

Крахмал 5
Желатин 70
Поливинилацетат 5
Натриевая соль
карбоксиметилцеллюлозы 5
Вода 15

При увеличении содержания желатина до 70 масс. % пленка обладает хорошими физико-механическими свойствами: прочность = 30 МПа, относительное удлинение при разрыве = 1,5, величина напряженности электростатического поля = 3 кВ/м. Удельное поверхностное электрическое сопротивление ~10 в 7 степени (Ом), полупериод стекания заряда = 1,5 секунды. Однако такая пленка характеризуется быстрой водорастворимостью до 10 минут.

1. Биоразлагаемая композиция для получения пленки на основе возобновляемого сырья, полученная из наполнителя, воды и пластификаторов, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя использован крахмал, в качестве пластификатора использованы желатин и поливинилацетат, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

крахмал 5-35
желатин 25-70
поливинилацетат 5-10,4
вода остальное

2. Биоразлагаемая композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в качестве структурообразователя натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы в количестве 5-15 мас. %.

3. Биоразлагаемая композиция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в качестве пластификатора диметилсульфоксид в количестве не более 25 мас. %.

4. Биоразлагаемая композиция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в качестве пластификатора карбамид в количестве не более 20 мас. %.

5. Биоразлагаемая композиция по п. 3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в качестве пластификатора карбамид в количестве не более 20 мас. %.

6. Биоразлагаемая композиция по пп. 1, 2 или 5, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в качестве пластификатора глицерин в количестве не более 20 мас. %.

7. Биоразлагаемая композиция по пп. 1, 2 или 5, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пищевой краситель в количестве не более 15 мас. %.

8. Биоразлагаемая композиция по п. 6, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пищевой краситель в количестве не более 15 мас. %.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к композициям гомогенных биоразлагаемых пленок, которые можно использовать для производства различных изделий промышленного, бытового и медицинского назначения.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен композитный материал, композитный продукт, применение композитного материала (варианты), способ получения литейных форм, способ получения деревянных панелей, способ связывания наполнителей для получения композитного материала и двухкомпонентный клей.
Изобретение относится к композиции клея, включающей сою, аддукт амин-эпихлоргидрина (АЭ) и изоцианат, где аддукт АЭ включает полиамидоамин-эпихлоргидриновый полимер (ПАЭ); изоцианат включает поли(гексаметилендиизоцианат) (пГДИ) или поли(метилендифенилдиизоцианат); соотношение сухая масса аддукта АЭ/сухая масса изоцианата составляет от 10:1 до 1:1 и соотношение соя/общее содержание компонента аддукта АЭ и изоцианатного компонента в композиции составляет от 1:2 до 10:1.

Изобретение относится к композициям биоразлагаемых пленок и может быть использовано в фармацевтике, медицине, ветеринарии, пищевой или косметической промышленности, а также для изготовления оберточной пищевой пленки, капсул, упаковочных материалов.

Группа изобретений относится к клеевой композиции и способу ее получения, к полиамидоамин-эпигалогенгидриновой смоле (ПАЭ), а также к способу получения композиционного материала на основе древесины, ламината, фанеры, древесностружечной плиты, древесноволокнистой плиты.

Изобретение относится к меховой промышленности и может быть использовано при отделке овчинно-шубного и пушно-мехового полуфабриката. .

Изобретение относится к смеси привитых сополимеров для использования в качестве добавки в химических материалах, а также при освоении, эксплуатации, комплектации подземных месторождений нефти и природного газа и в случае глубоких скважин.
Изобретение относится к химической и пищевой промышленности, в частности к получению биоразлагаемых пластмасс, и может быть использовано для изготовления формованных или пленочных изделий различного назначения, в том числе пищевого.
Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к комбинированным способам получения нетканых материалов с использованием пропитки жидким связующим.

Изобретение относится к технологии получения формованных изделий из биологически распадающихся полимеров и может быть использовано при производстве упаковочного материала или волокнистых материалов - пряжи, нетканых или текстильных изделий.

Изобретение относится к получению красителя с крахмальным компонентом, который может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Способ получения красителя с крахмальным компонентом включает получение крахмального компонента из группы нативного крахмала или модифицированного крахмала и последующее его взаимодействие с органическим красителем с использованием механического смешивания при массовом соотношении 1:1 или 1:2 соответственно или добавления 15-20 мас.% красителя к 5-10%-ной суспензии крахмального компонента после корректировки рН с последующей распылительной сушкой.

Изобретение относится к однофазному получению свободно-сыпучих гидрофобных крахмалов, которое включает обработку крахмала силиконатом и кислотой в однофазном процессе.
Изобретение относится к способу уменьшения выделения формальдегида из минерально-волокнистого изделия и к соединенным минерально-волокнистым изделиям, имеющим низкое выделение формальдегида.

Изобретение относится к пленке, которую применяют в составе разнообразных одноразовых изделий, например подгузников, гигиенических салфеток, одежды для взрослых, страдающих недержанием, перевязочного материала и т.д.

Изобретение относится к порошку растворимого при низкой температуре полисахарида и полиола, частицы которого имеют по существу несферическую форму, причем полисахарид и полиол физически связаны друг с другом, полисахарид имеет форму частиц и полиол преимущественно имеет кристаллическую форму.
Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, в частности к способам получения сетчатых гидрофильных полимеров, относящихся к суперабсорбентам, обладающим способностью поглощать большое количество воды.

Изобретение относится к производству биоразлагаемых композиций, предназначенных для создания пленок и различных тароупаковочных изделий, способных к биодеградации под воздействием природных факторов.

Изобретение относится к технологии получения композитных полимерных упаковочных материалов и может быть использовано в пищевой промышленности, а также в сельском хозяйстве и в быту.
Изобретение относится к получению нетоксичных композиционных материалов, таких как полимерная глина для художественного моделирования, и может использоваться в промышленности для формования изделий любых форм и размеров.
Описан способ получения биоразлагаемой смеси для производства формованных изделий. В качестве упрочняющих наполнителей используют волокна из различных природных источников, особенно волокна из отходов, получаемых во время различных процессов производства.

Упаковка для использования в микроволновой печи содержит композиционный сусцептор, включающий слой стандартного сусцептора СВЧ-излучения, прилегающий к слою, экранирующему СВЧ-излучение, содержащему источник подвижных зарядов.
Наверх