Биоразлагаемая полимерная композиция для упаковочного назначения Российский патент 2023 года по МПК C08L29/04 B65D65/46 

Изобретение относится к получению биоразлагаемых полимерных композитов, содержащих раствор поливинилового спирта и наполнителя из растительных отходов, применяемых в производстве упаковочных термоформованных изделий и пленок, способных к биодеструкции. Изобретение может быть использовано при производстве упаковочных материалов, одноразовых изделий, в сельском хозяйстве при производстве биоразрушаемых пленок.

Известна композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала, содержащая поливиниловый спирт, крахмал, глицерин, L-аспарагиновую кислоту, соляную кислоту, этиловый спирт и воду (RU 2669865, МПК C08L 3/02, C08L 29/04, C08L 101/16, C08K 5/05, C08K 3/00, опубл. 16.10.2018).

Недостатком известной композиции являются низкие значения упруго-прочностных характеристик.

Известна композиция для производства пленок из ПВС с наполнителем из древесной муки тополя с размером частиц менее 149 мкм, которая дополнительно содержит пластификатор, термостабилизатор, антиоксидант и смазку (CN111073189, МПК C08J 5/18; C08K 5/053; C08K 5/06; C08K 5/17; C08L 29/04; C08L 71/02; C08L 97/02, опубл. 28.04.2020).

Известен биоразлагаемый упаковочный материал для пищевых продуктов, содержащий поливиниловый спирт, модифицированную древесную муку, растительный крахмал, диоктилмалеат, модифицированное касторовое масло, нанокарбонат кальция, нанодиатомит, пластификатор и базальтовые волокна (CN112011139A, МПК B65D 65/46; C08J 5/18; C08K 13/04; C08K 3/26; C08K 7/10; C08K 7/26; C08L 29/04; C08L 3/02; C08L 91/00; C08L 97/02, опубл. 01.12.2020).

Недостатком известных композиций является сложный состав. Данные композиции перерабатываются методом экструзии, что усложняет технологию изготовления и приводит высокой себестоимости.

Известен полимерный материал, содержащий поливиниловый спирт, древесную муку, полиэтиленгликоль-600 и борную кислоту (V. Kumar, S. Lal, R. Bagoria and S. Arora Thermal and Tensile Properties of PVA and Wood flour Composites International Journal of Applied Engineering Research. Vol. 14, N. 7 2019, pp. 1619-1626).

Недостатком являются низкие значения прочности при растяжении.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является полимерная композиция, содержащая 10%-ный раствор поливинилового спирта, древесную муку с размером частиц 119 мкм и глютаровый альдегид. (R. Bana, A. K. Banthia Green Composites: Development of Poly(Vinyl Alcohol)-Wood Dust Composites. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 46. 821–829, 2007).

Недостатком прототипа являются низкие значения упруго-прочностных характеристик, недостаточные для изготовления надежных упаковочных изделий и пленок, обеспечивающих сохранность при значительной их массе и наличии внешних нагрузок.

Техническая задача изобретения заключается в создании биоразлагаемой полимерной композиции на основе раствора поливинилового спирта и наполнителя из растительных отходов, изделия из которого эффективно разрушаются под действием климатических факторов и имеют высокие эксплуатационные характеристики.

Сущность изобретения заключается в том, что биоразлагаемая полимерная композиция для упаковочного назначения включает 5% масс. водный раствор полностью гидролизованного поливинилового спирта, а в качестве растительного наполнителя используют лузгу подсолнечника или свекловичный жом, или пивную дробину с размером частиц менее 200 мкм и влажностью менее 5% при концентрации 20…50 гр/100 мл 5% масс. водного раствора поливинилового спирта.

В табл. 1 приведены составы и значения упруго-прочностных характеристик биоразлагаемых полимерных композиций.

Для изготовления композиции использовались следующие компоненты:

полностью гидролизованный поливиниловый спирт марки BF-17 (Тайвань, степень гидролиза – 98,5…99,2%, содержание летучих веществ <5%, зольность 0,7%, степень полимеризации – 1,700…1,800, молекулярный вес – 75,000…80,000).

Растительный наполнитель в виде агропромышленных отходов (лузга подсолнечника, свекловичный жом, пивная дробина) измельчался на роторно-ножевой мельнице РМ-120 и с помощью ситового метода на виброанализаторе А-20 отбирались частицы с размером менее 200 мкм. Затем растительный наполнитель сушили в лабораторной сушилке до влажности менее 5%.

Способ изготовления биоразлагаемой полимерной композиции для упаковочного назначения заключается в следующем.

Для получения 5% масс. водного раствора навеску поливинилового спирта массой 5 г растворяли в 95 мл дистиллированной воды в плоскодонной колбе с помощью магнитной мешалки при температуре 85..90°C в течение 20…30 мин. Далее в полученный раствор, согласно рецептуре, добавляли растительный наполнитель. Перемешивание вели при температуре 80°С в течение 30 мин до полного смачивания растительного наполнителя.

Материал в виде пленки получали методом полива формовочного раствора на плоскую пластиковую подложку. Раствор выдерживался до полного испарения влаги при комнатной температуре в течение 2..3 суток.

Испытания упруго-прочностных свойств проводили согласно ГОСТ 11262-2017 и ГОСТ 34370-2017.

Для водорастворимых биоразлагаемых упаковочных материалов чаще всего используют поливиниловый спирт, который соответствует ГОСТ Р 57432-2017. Композиции на основе поливинилового спирта способны разлагаться в течение 6 месяцев (Папкина В.Ю., Малинкина О.Н., Шиповская А.Б., Гребенюк Л.В., Степанов М.В. Свойства, деградация в почвогрунте и фитотоксичность композитов крахмала с поливиниловым спиртом. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2018. Т.18. №1. С. 25-35).

Известно, что агропромышленные отходы, в частности лузга подсолнечника или свекловичный жом, или пивная дробина, способствуют биодеструкции полимерных материалов (RU 2408621, RU 2473578, RU 2782373).

Разработанная полимерная композиция по сравнению с известным решением позволяет получить пленочные материалы для упаковки с высокими упруго-прочностными характеристиками сниженной себестоимостью за счет использования агропромышленных отходов.

Таблица 1

Состав Предел прочности при растяжении, МПа Модуль упругости при растяжении, МПа Относительное удлинение, % Предлагаемые составы 100 мл 5%-го раствора ПВС+
20 гр свекловичного жома 32,9 420 0,11 100 мл 5%-го раствора ПВС+
30 гр свекловичного жома 22,5 330 0,08 100 мл 5%-го раствора ПВС+
40 гр свекловичного жома 20,5 320 0,07 100 мл 5%-го раствора ПВС+
50 гр свекловичного жома 19,2 310 0,06 100 мл 5%-го раствора ПВС+
20 гр лузги подсолнечника 15,4 270 0,08 100 мл 5%-го раствора ПВС+
30 гр лузги подсолнечника 14,8 260 0,08 100 мл 5%-го раствора ПВС+
40 гр лузги подсолнечника 12,4 250 0,06 100 мл 5%-го раствора ПВС+
50 гр лузги подсолнечника 9,8 230 0,05 100 мл 5%-го раствора ПВС+
20 гр пивной дробины 18,8 440 0,23 100 мл 5%-го раствора ПВС+
30 гр пивной дробины 18,0 435 0,20 100 мл 5%-го раствора ПВС+
40 гр пивной дробины 17,9 420 0,19 100 мл 5%-го раствора ПВС+
50 гр пивной дробины 16,8 410 0,19 Прототип 80% раствора ПВС+
20% древесной муки+глютаровый альдегид 7,8 3,3 -

Изобретение относится к получению биоразлагаемых полимерных композитов, содержащих раствор поливинилового спирта и наполнителя из растительных отходов, применяемых в производстве упаковочных термоформованных изделий и пленок, способных к биодеструкции.

Биоразлагаемая полимерная композиция для упаковочного назначения, включающая 5% масс. водный раствор полностью гидролизованного поливинилового спирта и растительный наполнитель, в качестве которого используют лузгу подсолнечника или свекловичный жом, или пивную дробину с размером частиц менее 200 мкм и влажностью менее 5%. Для приготовления композиции используют 5% масс. водный раствор поливинилового спирта с концентрацией 20…50 гр/100 мл. Изобретение позволяет получить пленочные материалы для упаковки с высокими упруго-прочностными характеристиками сниженной себестоимостью за счет использования агропромышленных отходов. 1 табл., 13 пр.

Биоразлагаемая полимерная композиция для упаковочного назначения, включающая раствор поливинилового спирта, растительный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве раствора использовался 5% масс. водный раствор полностью гидролизованного поливинилового спирта, а в качестве растительного наполнителя используют лузгу подсолнечника или свекловичный жом, или пивную дробину с размером частиц менее 200 мкм и влажностью менее 5% при концентрации 20…50 гр/100 мл 5% масс. водного раствора поливинилового спирта