Концентрированная полимерная композиция - мастер-батч с антимикробными свойствами и способностью к биоразложению на основе полиолефинов Российский патент 2023 года по МПК C08L23/06 C08L101/16 C08J3/20 C08K3/105 C08K5/00 

Проблема сохранности качества продуктов питания - одна из важных экономических и производственных проблем, с которыми сталкивается человечество в современном мире. Пищевые продукты являются богатой средой для развития микроорганизмов, при размножении которых в этой среде может произойти накопление вредных для человеческого организма веществ - метаболитов микробных клеток. Это явление называют микробиологической порчей пищевых продуктов, которая в большинстве случаев является необратимым процессом, приводящим к невозможности использования по назначению испорченных продуктов питания. Микробиологическая порча пищевых продуктов в мире является значимой экономической проблемой и проблемой здравоохранения. По данным ВОЗ, в мире в 2010 г. зарегистрировано 582 млн случаев пищевых инфекций, среди которых 38% - у детей в возрасте до 5 лет; смертность составила 1,09 млн человек, в том числе 34% - в возрасте до 5 лет.

В настоящее время все больше внимания уделяется проблеме создания биоразлагаемых полимерных материалов для снижения нагрузки на окружающую среду. Разработка и исследование таких материалов является одним из приоритетных направлений развития науки. Сегодня сложилось несколько научных направлений в области создания биоразлагаемых полимерных материалов, которые занимаются исследованиями биополимеров и биокомпозитов на основе природных и синтетических полимеров, а также модификацией синтетических полимерных композиций для ускорения деструкции полимерной матрицы.

Поэтому проблеме создания полимерной упаковки, способствующей защите продуктов питания от патогенной микрофлоры и способной к биоразложению, посвящено множество научных работ и изобретений.

Настоящее изобретение относится к области модификации полимерных композиций с заранее заданными свойствами, а именно к полимерной композиции на основе полиолефинов с антимикробными свойствами и способностью к биоразложению, которое может быть использовано при изготовлении полимерных материалов для производства различных изделий промышленного, бытового и медицинского назначения, упаковочных материалов продуктов питания, сельскохозяйственных материалов, товаров домашнего хозяйства и товаров персонального пользования с коротким циклом использования.

Известна биоразлагаемая гранулированная полиолефиновая композиция и способ ее получения, содержащая термостабилизатор и крахмал, (см. патент РФ №2352597, МПК C08L 23/02, 20.04.2009).

Биоразлагаемая гранулированная полиолефиновая композиция представляет собой непылящие гранулы с размером 2-8 мм, с насыпной объемной плотностью 530-630 кг/м³, плотностью гранул менее 920-1300 кг/м³.

В качестве технологических и целевых добавок композиция содержит стабилизаторы процесса переработки полиолефина, термостабилизаторы, антиоксиданты, смазки и антистатические вещества, противоокислитель, биоразлагающую добавку, пигменты, наполнители, мягчители, оптические просветлители, нуклеаторы (зародышеобразователи), процессинговый аддитив (добавка) «Dynamer», например, марки FX 5911.

Однако известная биоразлагаемая гранулированная полиолефиновая композиция при своем использовании, как следует из текста патента, имеет следующие недостатки:

- не обеспечивает необходимые и стойкие бактерицидные свойства и антимикробное воздействие в отношении отрицательной микрофлоры;

- недостаточные функциональные качества при производстве упаковочных полимерных материалов для пищевых продуктов с обеспечением долговременной защиты от микробиологической порчи;

- недостаточно обеспечивает после практического использования необходимой способности к биодеградации при утилизации;

- недостаточно обеспечивает сохранность сухих пищевых продуктов в процессе их хранения.

Известна полимерная композиция для получения биодеградируемых формованных изделий из расплава на основе полиэтилена, содержащая биоразлагаемый наполнитель, (см. патент РФ №2408621, МПК C08L 23/06, 10.01.2008).

Композиция содержит производственные и/или бытовые отходы полиэтилена, свекловичный жом и бентонит в качестве технологической добавки. В качестве полимерного связующего использовались отходы полиэтилена производственные и бытовые, имеющие следующие показатели: частицы (крошка) разного цвета без механических примесей, количество посторонних включений не более 10%, массовая доля влаги не более 2%. Такая композиция обладает реологическими характеристиками, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для переработки на традиционном для пластмасс оборудовании (экструдер, термопластавтомат).

Однако известная полимерная композиция для получения биодеградируемых формованных изделий из расплава на основе полиэтилена при своем использовании имеет следующие недостатки:

- не обеспечивает необходимые и стойкие бактерицидные свойства и антимикробное воздействие в отношении отрицательной микрофлоры;

- недостаточные функциональные качества при производстве упаковочных полимерных материалов для пищевых продуктов с обеспечением долговременной защиты от микробиологической порчи;

- недостаточно обеспечивает после практического использования необходимой способности к биодеградации при утилизации;

- недостаточно обеспечивает сохранность сухих пищевых продуктов в процессе их хранения.

- недопустимо добавление вторичного полиэтилена (отходов полиэтилена), ПВХ и других полимеров для пленки, используемой для фасовки и упаковки свежих пищевых продуктов. Вторичный полиэтилен может содержать токсичные примеси. Действующими санитарными нормами утвержден стандарт ГОСТ 33837-2016, регламентирующий требования к сырью полимера первого сорта.

Известна принятая нами в качестве ближайшего аналога биодеградируемая полимерная композиция с антимикробными свойствами на основе полиолефинов (см. патент РФ №2725644, МПК C08L 23/06, 03.07.2020).

Данная композиция включает экстракт березы 8-12 мас.%, крахмал 10-60 мас.%, термостабилизатор 0,5-1,0 мас.% и полиолефины до 100 мас.%. Экстракт коры березы содержит бетулипол (бетулин) С₃₆Н₆₀О₃ не менее 80 мас.%. В качестве полиолефинов используют полиэтилен низкого давления, и/или полиэтилен высокого давления, и/или полипропилен. В качестве термостабилизатора используют ирганокс 1010 или иргафос. Технический результат - обеспечение повышенной способности полимерного материала к биодеградации, обеспечение необходимой и достаточной противомикробной и противодрожжевой активности полимерной композиции при изготовлении упаковочного материала, падежное обеспечение сохранности сухих пищевых продуктов в процессе их хранения, обеспечение после практического использования необходимой способности к биодеградации при утилизации.

Однако известная композиция при своем использовании имеет следующие недостатки:

- недостаточные функциональные качества и технические характеристики пленочного материала в связи с большим количеством добавок к при производстве упаковочных полимерных материалов для пищевых продуктов с обеспечением долговременной защиты от микробиологической порчи;

- недостаточно обеспечивает сохранность свежих пищевых продуктов в процессе их хранения.

Задача настоящего изобретения - разработка мастер-батча для модификации полиолефинов для придания полимерной композиции антимикробных свойств и способности к биоразложению.

Техническим результатом является обеспечение возможности создания полимерного пленочного материала с добавкой мастер-батча для производства изделий с необходимой и достаточной противомикробной и противодрожжевой активностью для увеличения срока сохранения свежести продуктов питания в 2 и более раз, повышенной способностью после практического использования полимерных материалов к биодеградации при утилизации.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложена концентрированная полимерная композиция - мастер-батч гранулированный с антимикробными свойствами и способностью к биоразложению на основе полиолефинов, характеризующаяся тем, что содержит в качестве полиолефинов полиэтилен низкого давления, и/или полиэтилен высокого давления, содержит в качестве антимикробного действующего вещества цинк пиритион, дополнительно сдержит функциональный компонент, способствующий биоразложению крахмал, а также функциональную модифицирующую добавку для регулирования реологических параметров расплава мастер-батча, в качестве которого используют полиэтиленгликоль ПЭГ-1500 высокомолекулярный, при следующем содержании компонентов, мас.%:

цинк пиритион - 10-15

крахмал - 10-15

полиэтиленгликоль - 10-15

полиолефины - остальное до 100%.

Содержание полиэтилена высокого давления в его смеси с полиэтиленом низкого давления выбрано от 20 до 80 масс. %. При этом в качестве полимерной основы используют марки полиэтилена низкого давления ПЭНД 276-73, полиэтилена высокого давления ПЭВД 10803-020, соответствующие марке полиэтилена «Н» для изготовления изделий народного потребления, упаковки и бытового назначения согласно техническим условиям ГОСТ 10354-82 для пленки полиэтиленовой. В качестве антимикробного агента используют цинк пиритион, CAS 13463-41-7. В качестве функциональной добавки, способствующей биоразложению, использовали крахмал картофельный. В качестве функциональной модифицирующей добавки для регулирования реологических параметров расплава мастер-батча использовали полиэтиленгликоль 1500 (ПЭГ-1500), CAS 25322-68-3.

Среди признаков, характеризующих предложенную концентрированную полимерную композицию - мастер-батч с антимикробными свойствами и способностью к биоразложению на основе полиолефинов, существенными являются:

- содержание в качестве полиолефинов полиэтилена низкого давления, и/или полиэтилена высокого давления, в соотношении от 20 до 80 мас.%;

- использование в качестве антимикробного агента цинк пиритиона не более 15 мас.%;

- использование в качестве функциональной добавки для ускорения процесса биоразложения крахмала картофельного в виде сухого вещества, не более 15 мас.%;

- содержание функциональной модифицирующей добавки, в качестве которого используют ПЭГ-1500, не более 15 мас.%;

- следующее содержание компонентов предложенной композиции, мас.: цинк пиритион 10-15, крахмал 10-15, полиэтиленгликоль 10-15, полиолефины остальное до 100%.

- выбор содержания полиэтилена высокого давления в его смеси с полиэтиленом низкого давления от 20 до 80 мас.%;

- использование в качестве полиолефинов марки полиэтилена низкого давления ПЭНД 276-73, полиэтилена высокого давления ПЭВД 10803-020;

Экспериментальные исследования и практические использование предложенной концентрированной полимерной композиции - мастер-батча с антимикробными свойствами и способностью к биоразложению на основе полиолефинов показали его высокую эффективность. Было установлено, что с использованием всех существенных признаков предложенного технического решения обеспечена и достигнута:

- необходимые и заданные технические характеристики полимерной композиции, позволяющие ее смешивать с чистым полиэтиленом для производства полимерных изделий в соотношении от 1:50 методом экструзии.

- необходимая и заданная противомикробная и противодрожжевая активность полимерной композиции при изготовлении упаковочного пленочного полимерного материала с добавкой мастер-батча с достижением антимикробной активности 1 % масс. цинк пиритиона и более, при этом обеспечено достижение высоких прочностных характеристик по разрушающему напряжению при растяжении до 24 МПа и по относительному удлинению при разрыве до 350%;

- надежное обеспечение увеличения сроков сохранения свежести пищевых продуктов в процессе их хранения на примере мяса филе курицы с достижением увеличения срока длительности хранения в 2 раза при Т=4±2°С от заявляемых на продукт сроков согласно ГОСТ 31962-2013;

- необходимая способность после практического использования к биоразложению при утилизации с выраженным падением характеристики относительного удлинения при разрыве на 70% через 6 месяцев после эксплуатации согласно ГОСТ 9.060-75.

Реализация предложенного пленочного полимерного материала с добавкой мастер-батча антимикробной полимерной композиции со способностью к биоразложению на основе полиолефинов иллюстрируется следующими результатами экспериментальных исследований в представленной таблице 1, в которой показаны примеры составов и достигнутые штатные характеристики.

Технология изготовления изделий из предложенного мастер-батча антимикробной полимерной композиции со способностью к биоразложению на основе полиолефинов не требует для своего использования специфического технологического оборудования и включает в себя выдувную экструзию с получением рукавов полиэтилена.

С учетом добавления концентрированного гранулята мастер-батча, предполагаемое применение следующее:

Таблица 1 Полимер/
Полимерная
смесь Цинк пиритион, масс. % ПЭГ-1500. % Крахмал, масс. % Применение 1. ПЭНД 1-3 1-3 1-3 Фасовочные пакеты, мешки, пакеты-майки, с/х пленки для мульчирования, одноразовая посуда 2. ПЭНД 3-5 3-5 3-5 Литьевая тара, пленки, листы, упаковка пищевых продуктов (лотки, пленки) 3. ПЭВД 1-3 1-3 1-3 Фасовочные пакеты, мешки, пакеты-майки, с/х пленки для мульчирования, одноразовая посуда 4. ПЭВД 3-5 3-5 3-5 Литьевая тара, пленки, листы, упаковка пищевых продуктов (лотки, пленки) 5. ПЭВД+20ПЭНД 1-3 1-3 1-3 Фасовочные пакеты, мешки, пакеты-майки, с/х пленки для мульчирования, одноразовая посуда 6. ПЭВД+20ПЭНД 3-5 3-5 3-5 Литьевая тара, пленки, листы, упаковка пищевых продуктов (лотки, пленки)

Сущность изобретения поясняется на примерах экспериментальных исследований.

Экспериментальные исследования и практические использование пленочного материала, полученного методом выдувной экструзии из полиэтилена высокого давления в его смеси с полиэтиленом низкого давления выбрано от 20 до 80 мас.% с добавкой мастер-батча заданной концентрации показали его высокую эффективность. Технология изготовления изделий из предложенной антимикробной полимерной композиции со способностью к биоразложению из концентрированного гранулята мастер-батча на основе полиэтилена не требует для своего использования специфического технологического оборудования и включает в себя предварительное создание модифицированного цинк пиритионом, крахмалом, ПЭГ-1500 мастер-батча, его смешение со смесью полиэтилена высокого давления и/или полиэтилена низкого давления от 20 до 80 мас.%, выдувную экструзию пленки в виде антимикробного биоразлагаемого полиэтиленового рукава.

Для определения эффективности предлагаемого упаковочного материала были проверены следующие характеристики: прочность, противомикробная и противодрожжевая активность, способность к биоразложению, выход цинка из пленочного материала в продукт при его хранении. Были достигнуты следующие результаты:

1) Высокие прочностных характеристик по разрушающему напряжению при растяжении до 24 MПa и по относительному удлинению при разрыве до 350%;

Образец закрепляли в зажимах испытательной машины с электромеханическим приводом «Zwick ZOO5» и равномерно затягивали для предотвращения скольжения образца при испытании. Испытания физико-механических характеристик пленки проводились согласно стандарту ГОСТ 10354-82 при температуре (23±2)°С и скорости раздвижения зажимов испытательной машины 50 мм/мин.

2) Необходимая и заданная противомикробная и противодрожжевая активность полимерной композиции для изготовления упаковочного пленочного полимерного материала.

Исследование биоцидных свойств полимерных композиций с цинк пиритионом проводилось методом тестирования пленочных материалов при их замачивании в растворах с посевом патогенной микрофлоры и последующим тестированием на тест-пластинах для количественного определения микроорганизмов Petrifilm™ корпорации 3M. Были использованы тест-пластины 6406 3M Petrifilm АС для определения КМАФАнМ и тест-пластины 6417 3M Petrifilm YM для определения дрожжей и плесневых грибов

3) Надежное обеспечение увеличение сроков сохранения свежих пищевых продуктов с достижением увеличения срока длительности хранения в 2-2,5 раза, то есть на 100-150% по отношению к контрольным образцам.

Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 10444.15-94. Продукты пищевые. Методы определения количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов. В качестве образцов пищевых продуктов для исследований их сохранности в антимикробной полиэтиленовой пленке было выбрано мясо курицы - филе грудки куриной. Образцы массой 100 г закладывали в антимикробные рукава полученной раздувом пленки размерами 15 см по ширине и 25 см по длине. В качестве образца сравнения использовались аналогичные контрольные образцы в обычной пленке без функциональных добавок. Образцы хранились в камере холодильника при температуре +4°С. Определение количества патогенных микроорганизмов КМАФАМ проводилось в соответствие с ГОСТ 10444.15-94 методом смывов с поверхности грудки куриной и серийных разбавлений, с последующим высевом клеток микроорганизмов на питательные среды тест-пластины 6406 3M Petrifilm АС для определения КМАФАнМ и тест-пластины 6417 3M Petrifilm YM для определения дрожжей и плесневых грибов. Инкубация последних осуществлялась в воздушном термостате в течение 24 часов при температуре 36±1°C. На следующий день производились подсчеты выросших колоний, их зона роста составляет примерно 20 см².

4) Установлено, что масса ионов цинка, вышедших из пленок в 100 г свежих продуктов (на примере мяса курицы) не превышает среднее потребление цинка 7,5-17,0 мг/сут.

Введение антимикробного биоразлагаемого мастер-батча в пленочный материал полимерной композиции может увеличить допустимую концентрацию миграции (ДКМ) ионов цинка в модельную среду. Нормируемое значение ДКМ цинка составляет 1,000 мг/л только для упаковочных материалов из поливинилхлорида. Для упаковки из других пластических масс этот показатель не нормируется. В качестве среды использовалась рекомендуемую приложением 2 ТР ТС 005/2011 модельную среду для свежих мяса и рыбы - дистиллированную воду. В соответствие с МР 2.3.1.2432-08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации», среднее потребление цинка 7,5-17,0 мг/сут. Установленные уровни потребности 9,5-15,0 мг/сут. Верхний допустимый уровень потребления 25 мг/сут.

Исходя из вышесказанного, были определены массы ионов цинка в мясных продуктах фотометрическим методом с дитизоном по ПНД Ф 14.1:2:4.60-96 «Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации ионов цинка в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с дитизоном».

5) Достигнута необходимая способность после практического использования к биоразложению при хранении в почве при утилизации с выраженным падением характеристики относительного удлинения при разрыве 6 МПа через 6 месяцев после хранения в почве.

Для оценки способности к биоразложению полученного пленочного материала с антимикробным биоразлагаемым мастер-батчем использовали ускоренный метод теста при закапывании в почву (Burialtest). Изучение способности материала к биорзложению оценивали в модельной почвенной среде (рН = 5.0-6.0) при 50±5°С в термошкафу, атмосферном давлении, во влажных условиях в течение 6 месяцев.

Примеры конкретного осуществления технического решения

Производиться модификация гранул полиэтилена выбранными функциональными добавками цинк пиритиона, крахмала и ПЭГ-1500. Цинк пиритион и крахмал в заданной концентрации предварительно смешиваются. ПЭГ-1500 расплавляется при Т=44-48°С согласно спецификации. Расплав ПЭГ-1500 смешивается с полученной композицией полиэтилена, цинк пиритиона и крахмала. Полученную модифицированную смесь гранул линейного полиэтилена и/или полиэтилена высокого давления подают в одношнековый лабораторный экструдер Z-7 с одной температурной зоной и экструдируют при 160-200°С и скорости вращения шнеков 50 об/мин (согласно выбранному полиэтилену низкого и/или высокого давления). На выходе из формующей головки экструдера получают стренг в виде плотного стержня, который затем охлаждается в зоне с вентиляции, вытягивается. Стренг мастер-батча с высоким содержанием функциональных добавок поступает в дробильную установку с последующим получением гранул идеального смешения. Полученные гранулы мастер-батча используют для смешения с гранулами чистого полиэтилена для дальнейшей переработки пленочного материала с заданными антимикробными характеристиками и способностью к биоразложению. Составы и свойства полученных композиций приведены в таблице 2.

Гранулы концентрированного мастер-батча после экструдера Z-7 смешивают с чистым полиэтиленом и помещают в одношнековый экструдер SJ-28 (выдувной) с четырьмя температурными зонами для получения пленочного материала, обладающего антимикробными свойствами и способностью к биоразложению. Экструдируют при температурах 170-185-185-180°С от зоны загрузки до зоны выхода соответственно и скорости вращения шнеков 50 об/мин. На выходе из формующей головки экструдера получают полиэтиленовый рукав и наматывают его на валы (скорость вращения валов 10-18 оборотов в мин), с последующей запайкой на пакеты.

Исследования антимикробных свойств проводили с помощью тест-пластин марки Petrifilm 3M 6406 для определения количества КМАФАнМ (КОЕ/г) и 6417 для определения дрожжей и плесневых грибов. Использовали известную методику, рекомендуемую для определения компанией 3М.

Исследования прочностных свойств композиций: прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве, проводили с помощью испытательной машины с электромеханическим приводом «ZwickZOO5» на образцах, которые изготавливали методом выдувной экструзии на лабораторном экструдере SJ-28. Испытания проводились при температуре (23±2) °С и скорости раздвижения зажимов испытательной машины 50 мм/мин.

Исследования способности к биоразложению проводили с помощью метода ускоренных испытаний Burialtest, при закладке экспериментально полученных пленок, размером 10×10 см в термошкафу при Т=50±5°С в почву и последующими наблюдениями за ними в течении 6 месяцев до фрагментного разрушения пленочного материала (2-3 см в диаметре).

Примеры

Для выяснения оценки антимикробных свойств полученного концентрированного мастер-батча и последующего получения пленочного материала на его основе были выбраны следующие массовые содержания для полимерной рецептуры:

Таблица 2 № Конц. Цинк пиритиона,
% масс. Конц.
ПЭГ-1500
% масс. Конц. крахмал
% масс. Полиэтилен
% масс. 1 1 1 1 ПЭНД 2 1 1 1 ПЭВД 3 1 1 1 20ПЭНД+80ПЭВД 4 2 1 1 ПЭНД 5 1 2 1 ПЭВД 6 1 1 2 20ПЭНД+80ПЭВД

На полиэтиленовых пленках, полученных методом выдувной экструзии, проведены физико-механические испытания, получены деформационные кривые, построены зависимости прочности полиэтиленовых пленок при разрыве от концентрации различных добавок в полиэтиленовых пленках. Произведено исследование физико-механических свойств при варьировании отдельно взятых функциональных добавок для оценки наиболее эффективной концентрации введения отдельно взятой добавки. В условиях эксперимента установлено, что:

• При увеличении в системе концентрации функциональных добавок цинк пиритиона до 3% прочность полиэтиленовой пленки при разрыве уменьшается на 9,8% по сравнению с прочностью контрольного образца (пленка без цинк пиритиона). Прочность модифицированных пленок практически не изменилась относительно контрольного образца. В связи с этим для анализа по определению биоцидных свойств отобраны полиэтиленовые пленки с концентрацией цинк пиритиона 1% и 3%;

• При увеличении в системе концентрации ПЭГ-1500 до 3% прочность полиэтиленовой пленки увеличивается на 11,1% по сравнению с прочностью контрольного образца (пленка без ПЭГ-1500). Прочность модифицированных пленок практически не изменилась относительно контрольного образца. В связи с этим для анализа по определению биоцидных свойств отобраны полиэтиленовые пленки с концентрацией ПЭГ-1500 1% и 3%;

• При увеличении в системе концентрации крахмала до 3% прочность ПЭ пленки при разрыве уменьшается на 25,9% по сравнению с прочностью контрольного образца полиэтиленовой пленки (пленка без крахмала); В связи с этим для анализа по определению биоцидных свойств отобраны полиэтиленовые пленки с концентрацией крахмала 1% и 3%;

Исследование биоцидных свойств, модифицированных полиэтиленовых пленок выявило:

• Введение цинк пиритиона в концентрациях 1% и 3% в матрицу полиэтиленовой пленки придает ей бактерицидные свойства. Оптимизируя количество ZnP в пленке, целесообразнее остановится на концентрации 2%;

• Введение ПЭГ-1500 в концентрациях 1% и 3% в матрицу полиэтиленовой пленки способствует увеличению биоцидной активности пленки. Оптимизируя количество ПЭГ-1500 в пленке целесообразнее остановится на концентрации 2%, так как при увеличении до 3%, коэффициент биоцидной активности изменяется незначительно - на 0,6%.

• При введении крахмала в концентрациях 1% и 2% в матрицу полиэтиленовой пленки биоцидная активность пленки увеличивается на 31%, по сравнению с контрольным образцом (пленка без биоразлагаемых добавок).

В ходе эксперимента установлено, что пленки с «активной» антимикробной поверхностью с введением крахмала в концентрациях 1% и 2% являются биоразлагаемыми.

• Потери массы пленки с 2% крахмала за 6 месяцев при ускоренном методе испытаний (Т=50±5°С) составляют 20,3%, что на 10% больше, чем у пленок с 1% крахмала;

• Прочность при разрыве у пленки с 2% крахмала за 6 месяцев при ускоренном методе испытаний (Т=50±5°С) уменьшается на 68 % (в 2,9 р.); у пленки с 1% крахмала - на 60% (в 2,3 р.);

• При увеличении концентрации крахмала в пленке с 1 до 3% прочность пленок при разрыве, находящихся в обычных условиях за 6 месяцев хранения не изменилась;

• Прочность пленок с крахмалом в концентрациях 1% и 3%, находящихся в почве уменьшилась практически в 3 раза за 6 месяцев при ускоренном методе испытаний (Т=50±5°С), по сравнению с пленками, хранившимися при обычных условиях.

Условные обозначения:

• ПЭНД - полиэтилен марки 276-73, гранулированный линейный полиэтилен низкого давления, ПАО «Нижнекамскнефтехим»

• ПЭВД - полиэтилен марки 15813-020, гранулированный полиэтилен высокого давления, ООО «Ангарский Завод Полимеров»

• ZnP - цинк пиритион

• ПЭГ-1500 - полиэтиленгликоль-1500

В ходе анализа были задействованы несколько видов гранулята мастер-батча, которые отличались соотношением полимерных компонентов и были далее использованы для получения пленочного антимикробного биоразлагаемого материала с меньшим содержанием компонентов, масс:

Рецептура гранулята № 1: 55% ПЭНД + 15 % ZnP + 15% ПЭГ-1500 + 15% крахмал;

Рецептура гранулята № 2: 55% ПЭВД + 15 % ZnP + 15% ПЭГ-1500 + 15% крахмал;

Рецептура гранулята № 3: 55% (80% ПЭВД+ 20 % ПЭНД) + 15% ZnP + 15% ПЭГ-1500 + 15% крахмал;

В ходе эксперимента установлено, что гранулят с рецептурой № 2 обладает наиболее выраженными бактерицидными свойствами, по сравнению с рецептурами № 1 и № 3, на основании этого выбор в соотношении полимерных компонентов и базовом грануляте полиэтилена для мастер-батча был сделан в пользу полиэтилена ПЭВД (рецептура №3).

Для получения концентрированного мастер-батча модифицированного гранулята с различными добавками взвесили исходные компоненты по рецептуре, согласно таблице 3 № 1, № 2, № 3 и № 4. Способ приготовления мастер-батча подробно описан в примере технического решения выше. ПЭГ помещали в лабораторный химический стакан и расплавили в термошкафу при температуре 44-48°С. Затем в расплавленную смесь внесли и смешали необходимые количества ПЭНД, ПЭВД, ZnP и крахмал. Полученную смесь перенесли в бункер лабораторного экструдера Z-7. Далее расплавленная при 160-200°С в зависимости от базового полимера полиэтилена ПЭНД и/или ПЭВД. Тщательно гомогенизированная с помощью шнека в цилиндре экструдера полимерная смесь выходит через фильеру, кондиционируется, с помощью охлаждающего вентиляционного устройства, затем в виде стренга поступает в натяжное устройство и дробилку.

Таблица 3 Рецептура концентрированного мастер-батча с функциональными добавками ZnP, ПЭГ-1500, крахмала Добавка ZnP ПЭГ-1500 Крахмал Полимер ПЭНД ПЭВД Рецептура №1 15 15 15 55 - М, г* 75 75 75 275 - Рецептура №2 15 15 15 - 55 М, г* 75 75 75 - 275 Рецептура №3 15 15 15 55 20 80 М, г* 75 75 75 55 220 *Масса для приготовления гранулята мастер-батча 500 г.

Для получения пленки с «активной» антимикробной поверхностью и способностью к биоразложению с добавкой концентрированного мастер-батча использовали экструдер SJ-28. Для изготовления пленочного материала заданной концентрации компонентов (таблица 2) использовали массы гранулята мастер-батча таблицы 4. Заданную массу модифицированного гранулята с добавками, добавленную в чистый полиэтилен, переносится в бункер лабораторного экструдера SJ-28.

Таблица 4 Конц. Функциональных добавок (для каждой соответственно)
% масс. Масса концентрированного мастер-батча для получения пленочного материала из массы 1 кг сырья, г 1 30 3 90

При температурном режиме: 1 зона нагрева: 170°C; 2 зона нагрева: 185°C; 3 зона нагрева: 185°C; 4 зона нагрева: 180°C и частота вращения шнека: 50 об/мин, гранулят плавится, гомогенизируется и поступает в кольцевую головку через боковой вход фильеры, меняя свое движение на 90 град. В кольцевой фильере расплав полимера равномерно распределяется за счет винтового распределителя по всей окружности фильеры и выходит в виде цилиндрической заготовки. Затем заготовка раздувается с помощью воздуха, подаваемого через отверстие в дорне. Рукав охлаждается с помощью равномерного обдува воздухом из специального обдувочного кольца, установленного на фильере.

После этого рукав поступает в складывающее устройство и вытягивается тянущими валками (частота вращения валков 10-18 об/мин) в сложенном виде, затем пленка через систему валков подается в намоточное устройство, где наматывается на бумажную шпулю.

Настоящее изобретение относится к полимерной композиции на основе полиолефинов с антимикробными свойствами и способностью к биоразложению, которые применяются для получения упаковочного материала в виде полиэтиленовой пленки. Концентрированная полимерная композиция – мастер-батч гранулированный с антимикробными свойствами и способностью к биоразложению содержит следующие компоненты, мас.%: цинк пиритион - 10-15; крахмал - 10-15; полиэтиленгликоль - 10-15; полиолефины - остальное до 100%. В качестве полиолефинов используют полиэтилен высокого давления и полиэтилен низкого давления. В качестве активного антимикробного компонента используют цинк пиритион. Технический результат – создание полимерного пленочного материала с добавкой мастер-батча для производства изделий с необходимой и достаточной противомикробной и противодрожжевой активностью для увеличения срока сохранения свежести продуктов питания в 2 и более раз, повышенной способностью после практического использования полимерных материалов к биодеградации при утилизации. 4 табл., 6 пр.

Концентрированная полимерная композиция – мастер-батч гранулированный с антимикробными свойствами и способностью к биоразложению на основе полиолефинов для получения упаковочного материала в виде полиэтиленовой пленки, содержащая активный антимикробный компонент, отличающаяся тем, что в качестве полиолефинов используют полиэтилен высокого давления и полиэтилен низкого давления, а в качестве активного антимикробного компонента используют цинк пиритион, а также компоненты, способствующие достижению необходимых антимикробных свойств полимерного материала, крахмал и полиэтиленгликоль при следующем содержании компонентов, мас.%:

Цинк пиритион - 10-15

Крахмал - 10-15

Полиэтиленгликоль - 10-15

Полиолефины - остальное до 100%.