КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОРАЗЛАГАЕМОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА И БИОРАЗЛАГАЕМЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ЕЕ ОСНОВЕ Российский патент 2023 года по МПК C08L3/02 C08L29/04 C08L101/16 C08K5/05 C08J5/18 

Изобретение относится к химической и биохимической технологии, а именно, к получению пленочных биоразлагаемых полимерных материалов пищевого назначения, содержащих смесь крахмала с поливиниловым спиртом, применяемых в производстве упаковочных термоформованных изделий и пленок, способных к биодеструкции под действием климатических факторов и микроорганизмов. Изобретение может быть использовано в биомедицине и фармакологии (одноразовые инструменты, упаковочные материалы, капсулы), пищевой промышленности (упаковочный материал и предметы первой необходимости), сельском хозяйстве (биоразрушаемые пленки).

Известна полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий) [Патент 2629680 Российская Федерация, МПК С08L97/00, С08L23/06, С08L23/08, C08L 97/02 Полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий / Водяков В.Н., Шабарин А.А., Шабарин А.А., Кузьмин А.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" (RU). - №2016124877; заявл. 21.06.2016; опубл. 31.08.2017. Бюл. № 25], содержащая биоразлагаемый наполнитель - свекловичный жом, технологическую добавку - полиэтиленгликоль, сополимер этилена и винилацетата, смесь полиэтиленов низкого и высокого давления в соотношении 1:1. Композиция позволяет при одинаковом (30%) содержании биоразлагаемого наполнителя, обеспечивающем высокую способность к биодеструкции, существенно улучшить эксплуатационные (прочность до 2 раз) и технологические характеристики (вязкость до 9 раз при температуре экструзионнной переработки 150°С, скорости сдвига 1000 с-1). Однако введение свекловичного жома в качестве биоразлагаемого наполнителя не позволяет получать стабильную по составу массу, в которой помимо органической части присутствуют минеральные примеси. Кроме этого, одним из отрицательных качеств жома является то, что свежий свекловичный жом содержит большое количество воды, по этой причине в нем активно развиваются микроорганизмы и он быстро закисает; избыточное содержание воды в жоме затрудняет и удорожает его транспортировку, а также требует дополнительной энергоемкой стадии производственного процесса - сушки.

Известно пищевое пленочное покрытие [Патент 2532180 Российская Федерация, МПК C08L 5/00. Биоразлагаемая пленка на основе пектина и хитозана / Денисова М.Н., Жук С.Г., Бухарова Е.Н., Рысмухамбетова Г.Е., Кащенко В.Ф.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" (RU). - №2013134600/05; заявл. 23.07.2013; опубл. 27.10.2014 Бюл. № 30], в котором пленку готовят следующим образом. Ксантан растворяют в дистиллированной воде при температуре 27-25°C, хитозан растворяют в 3% растворе лимонной кислоты при нагревании до 27-25°C. Затем полученные растворы ксантана и хитозана предпочтительно в пропорции 4:1 сливают и перемешивают до полного растворения образующихся сгустков. Для того чтобы пленка была прочной и равномерно отделялась от подложки, после перемешивания сгустков в полученный раствор добавляют глицерин и 3% раствор метилцеллюлозы. Пленку формируют на подложке в течение 20-24 часов при температуре от 0 до 25°C.

К недостаткам пищевого пленочного покрытия, полученного данным способом, относятся повышенное влагопоглощение и водорастворимость, а также недостаточная прочность за счет высокого содержания (50-55 мас.%) загустителя - ксантана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на ее основе [Патент 2669865 Российская Федерация, МПК C08L 3/02, C08L 29/04, C08К 3/00, C08К 5/05, C08L 101/16. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на ее основе / Малинкина О.Н., Папкина В.Ю., Шиповская А.Б.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" (RU). - №2017136410; заявл. 16.10.2017; опубл. 16.10.2018, Бюл. № 29].

Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала содержит крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, L-аспарагиновую кислоту, соляную кислоту и этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Крахмал 0,9-23,0 Поливиниловый спирт 1,8-23,0 Глицерин 3,5-11,2 L-аспарагиновая кислота 0,3-3,4 Соляная кислота 0,1-1,3 Этиловый спирт 1,5-22,6 Вода остальное

Биоразлагаемый полимерный материал на основе композиции содержащий крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, дополнительно содержит продукт реакции L-аспарагиновой и соляной кислот в виде гидрохлорида L-аспарагиновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Крахмал 24,0-40,0 Поливиниловый спирт 40,0-51,0 Глицерин 4,1-11,7 Гидрохлорид L-аспарагиновой кислоты 7,7-9,9 Вода остальное

Недостатками прототипа является:

- недостаточно высокая прочность получаемой пленки (недостаточно высокое разрывное напряжение: 0,83-2,89 МПа);

- длительное время биодеструкции материала в почве (150 суток);

- сравнительно высокая степень сорбции паров воды.

Техническим результатом изобретения является

- повышение прочности получаемой пленки (увеличение разрывного напряжения);

- сокращение времени биодеструкции материала в почве;

- снижение степени сорбции паров воды.

Указанный результат достигается тем, что композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала, содержащая крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, этиловый спирт, согласно изобретению, дополнительно содержит одну из кислот: адипиновую, лимонную, фосфорную, щавелевую, сок аронии черноплодной или клюквы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Крахмал 0,8-1,2 Поливиниловый спирт 1,1-2,5 Глицерин 3,5-5,5 Кислота 0,2-0,5 Этиловый спирт 0-8,4 Сок аронии черноплодной или клюквы 0-1 Вода остальное

Биоразлагаемый полимерный материал на основе композиции по п. 1, содержащий крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, согласно изобретению, дополнительно содержит одну из кислот: адипиновую, лимонную, фосфорную, щавелевую, сок аронии черноплодной или клюквы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Крахмал 10,22-14,40 Поливиниловый спирт 17,22-26,05 Глицерин 47,23-56,23 Кислота 2,30-5,48 Сок аронии черноплодной или клюквы 0-9,84 Вода остальное

Для осуществления заявляемого изобретения используют следующие материалы и реагенты:

ГОСТ 7699-78 Крахмал картофельный. Технические условия.

ГОСТ 32159-2013 Крахмал кукурузный. Общие технические условия

Крахмал представляет собой преимущественно смесь двух фракций гомоглюканов (полимеров глюкозы) линейного и разветвленного строения - амилозы и амилопектина.

Крахмал - дешевое отечественное сырье многотоннажного производства, получается из ежегодно возобновляемых природных сырьевых источников (картофель, кукуруза, рис и др.), является биоразлагаемым материалом.

ГОСТ 10779-78 Спирт поливиниловый. Технические условия.

Поливиниловый спирт - искусственный, водорастворимый, термопластичный полимер. Пластифицируется в присутствии воды, легко деградирует под действием ферментов, плесневых грибов и почвенных бактерий.

ГОСТ 6823-2017 Глицерин натуральный сырой. Общие технические условия. Глицерин - трехатомный спирт, один из распространенных дешевых пластификаторов полимеров, улучшает перерабатываемость и термостабильность полимерной композиции.

ГОСТ 6552-80. Кислота ортофосфорная. Технические условия. Бесцветная жидкость, не имеющая запаха. Массовая доля ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄) не менее 85-87%

ГОСТ 10558-80 Кислота адипиновая. Технические условия.

Белое кристаллическое вещество. Массовая доля адипиновой кислоты (С₆Н₁₀О₄) не менее 99,7%

ГОСТ 908-2004 Кислота лимонная моногидрат пищевая. Технические условия.

Кристаллическое вещество белого цвета, без запаха, имеющее сильный кислый вкус.

ГОСТ 22180-76 Кислота щавелевая. Технические условия.

Бесцветные кристаллы, растворимые в воде и спирте.

ГОСТ 5962-2013 Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья. Технические условия.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Биоразлагаемый полимерный пленочный материал получают по растворной технологии. Растворная технология предусматривает получение формовочного раствора посредством смешения приготовленного водного раствора поливинилового спирта, клейстера крахмала с фосфорной, щавелевой, лимонной кислотой или раствором адипиновой кислоты в этиловым спирте, глицерином, с добавлением или без добавления сока клюквы или аронии черноплодной.

Для получения клейстера крахмала навеску полимера помещают в стакан с дистиллированной водой, в которой предварительно растворяют лимонную, щавелевую или фосфорную кислоту, или спиртовой раствор адипиновой кислоты, и перемешивают на водяной бане в течение 15-30 минут при температуре 85-95°С.

Для получения раствора поливинилового спирта навеску полимера растворяют в дистиллированной воде на водяной бане в течение 20-30 минут при перемешивании при температуре 70-80°С. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры.

Адипиновую кислоту растворяют в этиловом 95% спирте при комнатной температуре.

Для получения биоразлагаемых пленок готовый формовочный раствор, содержащий смесь крахмала, фосфорной, щавелевой, лимонной или адипиновой кислоты в этиловом спирте, глицерина и поливинилового спирта с добавлением или без добавления сока клюквы или аронии черноплодной, отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) с последующим удалением испаряющихся реагентов при комнатной температуре в течение 3 суток.

Для полученных образцов пленочных материалов определяют следующие характеристики: разрывное напряжение МПа, степень сорбции паров воды, %, время биодеструкции, сут.

Расчет состава компонентов в готовом биоразлагаемом материале осуществляли пересчетом исходного состава компонентов формовочной композиции (растворе) с учетом остаточной влажности получаемого материала, точность взвешивания ±0.0001г.

Для определения разрывного напряжения полученных упаковочных материалов использовали разрывную машину марки 2099Р-5 с электрическим приводом активного захвата и электронным силоизмерителем.

Разрывное напряжение, МПа, характеризует разрывную нагрузку, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения. Скорость движения разрывной машины устанавливается 20 мм/мин. При испытании образцов разрывная нагрузка фиксировалась электронным силоизмерителем.

Сорбционные свойства материалов по отношению к парам воды оценивали в герметично закрытом эксикаторе, частично (на 1/20 часть) заполненном дистиллированной водой, при температуре 21±2°С и атмосферном давлении. Количество сорбированых паров определяли гравиметрически, фиксируя массу набухшего образца на аналитических весах, точность взвешивания ±0.0001 г.

Изучение способности материала к биодеградации оценивали in vitro в модельной почвенной среде (рН 5.0-6.0) при 21±2°С, естественном освещении и аэрации, атмосферном давлении, во влажных условиях в течение 90 суток. Подготовленные образцы в виде пластин 50×15 мм помещали в полипропиленовый контейнер, наполненный почвогрунтом. В контейнере создавали влажные условия посредством полива водой с периодичностью один раз в 3 суток. Через каждые 30 суток выдерживания в почвенной среде образцы извлекали из контейнера, механически очищали от грунта и определяли массу на аналитических весах. О скорости биодеградации судили по величине потери массы образцов.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Пример 1

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.

Готовят клейстер крахмала путем смешения картофельного крахмала с дистиллированной водой (1 г крахмала и 48,67 мл дистиллированной воды комнатной температуры), в которой предварительно растворяют щавелевую кислоту (0,33 г), и нагревания при температуре 85°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления раствора поливинилового спирта (2,5 г ПВС и 42,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.

Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (45 г) и глицерином (5 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25^оС в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.

Внешний вид готовой пленки, модифицированной щавелевой кислотой, представлен на Фиг. 1а.

Характеристика готовой пленки, модифицированной щавелевой кислотой:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 3,9±0.3 МПа;

- степень сорбции паров воды 15,9%;

- время биодеструкции 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 1 Поливиниловый спирт 2,5 Глицерин 5 Щавелевая кислота 0,33 Вода остальное (91,17)

Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:

Крахмал 10,42 Поливиниловый спирт 26,05 Глицерин 52,10 Щавелевая кислота 3,43 Вода остальное (8)

Пример 2

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.

Предварительно растворяют адипиновую кислоту (0,3 г) в этиловом спирте (8,4 мл) при комнатной температуре в течение 10 минут.

Готовят клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (1,2 г крахмала и 40,1 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которую предварительно добавляют раствор адипиновой кислоты (0,3 г), и нагревания при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут, затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления раствора поливинилового спирта (2 г ПВС и 44 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.

Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (46 г) и глицерином (4 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.

Внешний вид готовой пленки, модифицированной адипиновой кислотой, представлен на Фиг. 1б.

Характеристика готовой пленки, модифицированной адипиновой кислотой:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 4,2±0.5 МПа;

- степень сорбции паров воды 19,4%;

- время биодеструкции 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 1,2 Поливиниловый спирт 2 Глицерин 4 Адипиновая кислота 0,3 Этиловый спирт 8,4 Вода остальное (84,1)

Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:

Крахмал 14,4 Поливиниловый спирт 24 Глицерин 48 Адипиновая кислота 3,6 Вода остальное (10)

Пример 3

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.

Готовят клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (0,8 г крахмала и 48,85 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которой предварительно растворяют янтарную кислоту (0,35 г), и нагревания при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления раствора поливинилового спирта (1,1 г ПВС и 45,4 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.

Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (46,5 г) и глицерином (3,5 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.

Внешний вид готовой пленки, модифицированной янтарной кислотой, представлен на Фиг. 1в.

Характеристика готовой пленки, модифицированной янтарной кислотой:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 5,8±0.6 МПа;

- степень сорбции паров воды 20,8%;

- время биодеструкции 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 0,8 Поливиниловый спирт 1,1 Глицерин 3,5 Янтарная кислота 0,35 Вода остальное (94,25)

Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:

Крахмал 12,52 Поливиниловый спирт 17,22 Глицерин 54,78 Янтарная кислота 5,48 Вода остальное (10)

Пример 4

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.

Готовят клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (1 г крахмала и 48,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которую предварительно добавляют ортофосфорную кислоту (0,5 г), и нагревания при температуре 90°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления раствора поливинилового спирта (2 г ПВС и 42,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.

Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (44,5 г) и глицерином (5,5 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.

Внешний вид готовой пленки, модифицированной ортофосфорной кислотой, представлен на Фиг. 1г.

Характеристика готовой пленки, модифицированной ортофосфорной кислотой:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; прозрачная, хорошо пропускает свет.

- разрывное напряжение 12,5±0.9 МПа;

- степень сорбции паров воды 17,2%;

- время биодеструкции 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 1,0 Поливиниловый спирт 2,0 Глицерин 5,5 Ортофосфорная кислота 0,5 Вода остальное (91)

Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:

Крахмал 10,22 Поливиниловый спирт 20,44 Глицерин 56,23 Ортофосфорная кислота 5,11 Вода остальное (8)

Пример 5

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.

Готовят клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (0,9 г крахмала и 48,4 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которой предварительно растворяют лимонную кислоту (0,2 г) и сок клюквы (0,5 г), и нагревания при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления раствора поливинилового спирта (1,8 г ПВС и 43,7 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.

Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (45,5 г) и глицерином (4,5 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.

Внешний вид готовой пленки, модифицированной лимонной кислотой и соком клюквы, представлен на Фиг. 1, г.

Характеристика готовой пленки, модифицированной лимонной кислотой и соком клюквы:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет, имеет ярко-розовое окрашивание.

- разрывное напряжение 4,0±0,4 МПа;

- степень сорбции паров воды 24,6%;

- время биодеструкции 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 0,9 Поливиниловый спирт 1,8 Глицерин 4,5 Лимонная кислота 0,2 Сок клюквы 0,5 Вода остальное (92,1)

Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:

Крахмал 10,37 Поливиниловый спирт 20.73 Глицерин 51,84 Лимонная кислота 2,30 Сок клюквы 5,76 Вода остальное (9)

Пример 6

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.

Готовят клейстер крахмала путем смешения картофельного крахмала с дистиллированной водой (1,1 г крахмала и 47,65 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которой предварительно растворяют лимонную кислоту (0,25 г) и сок аронии черноплодной (1 г), и нагревания при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления раствора поливинилового спирта (2,2 г ПВС и 43 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.

Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (45,2 г) и глицерином (4,8 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.

Внешний вид готовой пленки, модифицированной лимонной кислотой и соком аронии черноплодной, представлен на Фиг. 1е.

Характеристика готовой пленки, модифицированной лимонной кислотой и соком аронии черноплодной:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет, имеет ярко-розовое окрашивание.

- разрывное напряжение 4,1±0.4 МПа;

- степень сорбции паров воды 23,9%;

- время биодеструкции 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 1,1 Поливиниловый спирт 2,2 Глицерин 4,8 Лимонная кислота 0,25 Сок клюквы 1,0 Вода остальное (90,65)

Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:

Крахмал 10,82 Поливиниловый спирт 21,65 Глицерин 47,23 Лимонная кислота 2,46 Сок клюквы 9,84 Вода остальное (8)

Результаты испытаний полученных пленочных материалов по прототипу и по заявляемому изобретению представлены в таблице.

Таким образом, из приведенных в таблице и в примерах данных следует, что предлагаемая композиция позволяет получать на ее основе пленки, характеризующиеся более высоким разрывным напряжением (большей прочностью), меньшим временем биодеструкции материала (на 60 суток, по сравнению с прототипом) и меньшей степенью сорбции паров воды.

Таблица

Характеристика исследуемых образцов пленок

Образец Разрывное напряжение, МПа Степень сорбции паров воды, % Время биодеструкции, сут. Примеры Образец №1 3,9±0.3 15,9±5.0 90 Образец №2 4,2±0.5 19,4±5.0 90 Образец №3 5,8±0.6 20,8±5.0 90 Образец №4 12,5±0.9 17.2±5.0 90 Образец №5 4,0±0.4 24,6±5.0 90 Образец №6 4,1±0.4 23.9±5.0 90 Прототип Образец №1 0.83±0.2 16±5.0 150 Образец №2 2.82±0.5 24.0±5.0 150 Образец №3 2.89±0.3 53.0±5.0 150

Настоящее изобретение относится к группе изобретений: композиция для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала и биоразлагаемый полимерный пленочный материал. Данная композиция содержит компоненты в соотношении, мас.%: крахмал – 0,8-1,2, поливиниловый спирт – 1,1-2,5, глицерин – 3,5-5,5, кислота – 0,2-0,5, этиловый спирт – 0-8,4, сок аронии черноплодной или клюквы – 0-1, вода – остальное. Кислота выбрана из адипиновой, лимонной, фосфорной, щавелевой, янтарной кислоты. Биоразлагаемый полимерный пленочный материал на основе данной композиции содержит в соотношении, мас. %: крахмал - 10,22–14,40, поливиниловый спирт - 17,22–26,05, глицерин - 47,23–56,23, кислота - 2,30–5,48, сок аронии черноплодной или клюквы - 0–9,84 и вода – остальное. Технический результат – повышение прочности получаемой пленки (увеличение разрывного напряжения); сокращение времени биодеструкции материала в почве; снижение степени сорбции паров воды. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 9 пр.

1. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала, содержащая крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, этиловый спирт, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит одну из кислот: адипиновую, лимонную, фосфорную, щавелевую, янтарную, сок аронии черноплодной или клюквы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Крахмал 0,8–1,2 Поливиниловый спирт 1,1–2,5 Глицерин 3,5–5,5 Кислота 0,2–0,5 Этиловый спирт 0–8,4 Сок аронии черноплодной или клюквы 0–1 Вода остальное

2. Биоразлагаемый полимерный пленочный материал на основе композиции по п. 1, содержащий крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит одну из кислот: адипиновую, лимонную, фосфорную, щавелевую, сок аронии черноплодной или клюквы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Крахмал 10,22–14,40 Поливиниловый спирт 17,22–26,05 Глицерин 47,23–56,23 Кислота 2,30–5,48 Сок аронии черноплодной или клюквы 0–9,84 Вода остальное