КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОРАЗЛАГАЕМОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА И БИОРАЗЛАГАЕМЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ЕЕ ОСНОВЕ Российский патент 2024 года по МПК C08L5/00 C08L29/04 C08L3/02 C08K3/15 C08K5/00 C08K5/53 C08K5/09 C08K5/92 C08J5/18 

Изобретение относится к химической и биохимической технологии, а именно, к получению пленочных биоразлагаемых полимерных материалов пищевого назначения, содержащих смесь крахмала и хитозана 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 C08L97/00, C08L23/06, C08L23/08, 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. Огарёва" (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 экструзионной 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.

Известна композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на ее основе [Патент 2669865 Российская Федерация, МПК C08L 3/02, C08L 29/04, C08K 3/00, C08K 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 биоразлагаемого полимерного материала являются:

- 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.

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 [Пат. 2796732 РФ, МПК C08L 3/02, C08L 29/04, C08L 106/16, C08K 5/05, C08J 5/18. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на ее основе [Текст] / Никифорова Т.Е., Гузенко О.А.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-тех. ун-т. - №2022120925; заявл. 01.08.2022; опубл. 29.05.2023, Бюл. № 16.].

Композиция для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала содержит крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, этиловый спирт, 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

Биоразлагаемый полимерный пленочный материал на основе композиции содержит крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, 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.

Недостатками прототипа являются:

- недостаточно высокая прочность получаемой пленки (недостаточно высокое разрывное напряжение: 3,9-12,5 МПа);

- сравнительно высокая степень сорбции паров воды (15,9-24,6).

Техническим результатом изобретения является

- повышение прочности получаемой пленки (увеличение разрывного напряжения);

- снижение степени сорбции паров воды;

- сохранение времени биодеструкции.

Указанный результат достигается тем, что композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала, содержащая крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, лимонную кислоту, согласно изобретению, дополнительно содержит хитозан и экстракт черного чая при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Крахмал 0,2-0,5 Хитозан 0,8-1,3 Поливиниловый спирт 0,4-0,9 Глицерин 1,2-1,8 Лимонная кислота 0,05-0,08 Экстракт черного чая 0,7-1,2 Уксусная кислота 0,33-0,65 Вода остальное

2. Биоразлагаемый полимерный пленочный материал на основе композиции по п. 1, содержащий крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, лимонную кислоту, согласно изобретению, дополнительно содержит хитозан и экстракт черного чая при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Крахмал 3,54-10,57 Хитозан 15,52-23,0 Поливиниловый спирт 7,08-15,52 Глицерин 27,3-30,0 Лимонная кислота 0,86-1,26 Экстракт черного чая 14,80-20,0 Уксусная кислота 5,70-11,8 Вода остальное

Изобретение поясняется чертежом, на котором показан внешний вид пленок.

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 (ПВС) - 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 908-2004 Кислота лимонная моногидрат пищевая. Технические условия.

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

• Хитозан. ТУ 9289-067-00472124-03 «Хитозан пищевой».

• Уксусная кислота. ГОСТ 61-69. Кислота уксусная. Технические условия;

• Чай черный. ГОСТ 32573-2013. 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, раствора (клейстера) крахмала с лимонной кислотой, глицерином и с раствором (гелем) хитозана и раствором дубильной кислоты или экстрактом чая.

Раствор 1 представляет собой смесь растворов крахмала и ПВС с добавками лимонной кислоты и глицерина.

Для получения раствора (клейстера) крахмала навеску крахмала помещают в стакан с дистиллированной водой, в который добавляют раствор лимонной кислоты и перемешивают на водяной бане при температуре 85-95°С в течение 15-30 минут, затем раствор охлаждают до комнатной температуры.

Для получения раствора поливинилового спирта навеску ПВС 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.

Приготовленные растворы крахмала и ПВС смешивают, добавляют глицерин и все тщательно перемешивают без нагревания в течение 10 минут.

Раствор 2 представляет собой раствор хитозана в 1 % или 2 % растворе уксусной кислоты.

Для приготовления раствора хитозана взвешивают навеску хитозана, растворяют в 1 % или 2 % растворе уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 20-30 мин, затем подвергают обработке ультразвуком в течение 10-20 мин и оставляют набухать в покое без перемешивания в течение 30-40 мин до образования однородного коллоидного раствора (геля).

Раствор 3 представляет собой водный экстракт черного чая.

Для приготовления экстракта черного чая навеску сухих листьев черного чая заваривают дистиллированной водой с температурой 90-100°С, настаивают в течение 15 минут и после охлаждения отфильтровывают. Содержание сухих веществ в экстракте черного чая определяют гравиметрическим методом.

Для получения биоразлагаемых пленок готовый формовочный раствор, содержащий смесь равных объемов растворов 1, 2 и 3 (1 объем раствора крахмала и поливинилового спирта с добавлением лимонной кислоты и глицерина / 1 объем раствора хитозана / 1 объем экстракта черного чая) перемешивают и нагревают до температуры 40°С. Полученную смесь отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) в количестве 15 мл и высушивают при комнатной температуре в течение 48 часов.

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 сорбированных паров определяли гравиметрически, фиксируя массу набухшего образца на аналитических весах, точность взвешивания ±0.0001г.

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 лимонной кислоты, получение геля хитозана, раствора ПВС и экстракта чая).

Готовят 2% клейстер крахмала путем смешения картофельного крахмала с дистиллированной водой (0,3 г крахмала и 14,7 мл дистиллированной воды комнатной температуры), в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,05 г в 1,45 мл воды) и нагревают при температуре 85°С и перемешивании в течение 30 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления 4% раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 0,6 г растворяют в 14,4 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 70°С и выдерживают при перемешивании в течение 30 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

Получение раствора 1: растворы крахмала, ПВС и 1,5 г глицерина тщательно перемешивают без нагревания в течение 10 минут.

Получение раствора 2: взвешивают навеску хитозана массой 1 г, растворяют в 32,5 мл 2 % раствора уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 20 мин, затем подвергают обработке ультразвуком в течение 20 мин и оставляют набухать в покое без перемешивания в течение 35 мин до образования однородного коллоидного раствора (геля).

Получение раствора 3: для приготовления экстракта черного чая навеску сухих листьев черного чая 3,12 г заваривают 35,1 мл дистиллированной воды с температурой 90°С, настаивают в течение 15 минут и после охлаждения отфильтровывают. Состав полученного экстракта: 32,5 мл воды, содержание сухих веществ в экстракте чая - 1 г.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания равных объемов растворов 1. 2 и 3 и нагревания их до температуры 40°С.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 15 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимают с подложки и выдерживают еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; светло-коричневого цвета, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 17,1±0.6 МПа;

- степень сорбции паров воды 14,8 %.

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас. %:

Крахмал 0,3 Хитозан 1,0 Поливиниловый спирт 0,6 Глицерин 1,5 Лимонная кислота 0,05 Экстракт черного чая 1,0 Уксусная кислота 0,65 Вода 94,9

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

Крахмал 5,45 Хитозан 18,2 Поливиниловый спирт 10,9 Глицерин 27,3 Лимонная кислота 0,91 Экстракт черного чая 18,2 Уксусная кислота 11,8 Вода 7,24

Пример 2.

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации (клейстеризация крахмала в присутствии лимонной кислоты, получение геля хитозана и растворов ПВС и дубильной кислоты).

Готовят 1,33% клейстер крахмала путем смешения картофельного крахмала с дистиллированной водой (0,2 г крахмала и 14,8 мл дистиллированной воды комнатной температуры), в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,07 г в 1,33 мл воды) и нагревают при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления 2,67% раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 0,4 г растворяют в 14,6 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 75°С и выдерживают при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

Получение раствора 1: смешение растворов крахмала, ПВС и 1,6 г глицерина тщательно перемешивают без нагревания в течение 10 минут.

Получение раствора 2: взвешивают навеску хитозана массой 1,3 г, растворяют в 32,2 мл 1,5 % раствора уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 25 мин, затем подвергают обработке ультразвуком в течение 15 мин и оставляют набухать в покое без перемешивания в течение 30 мин до образования однородного коллоидного раствора (геля).

Получение раствора 3: для приготовления экстракта черного чая навеску сухих листьев черного чая 3,27 г заваривают 35,4 мл дистиллированной воды с температурой 95°С, настаивают в течение 15 минут и после охлаждения отфильтровывают. Состав полученного экстракта: 32,4 мл воды, содержание сухих веществ в экстракте чая - 1,1 г.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания равных объемов растворов 1. 2 и 3 и нагревания их до температуры 40°С.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 15 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимают с подложки и выдерживают еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; светло-коричневого цвета, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 14,2±0.3 МПа;

- степень сорбции паров воды 18,4 %.

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 0,2 Хитозан 1,3 Поливиниловый спирт 0,4 Глицерин 1,6 Лимонная кислота 0,07 Экстракт черного чая 1,1 Уксусная кислота 0,48 Вода 94,85

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

Крахмал 3,54 Хитозан 23,0 Поливиниловый спирт 7,08 Глицерин 28,32 Лимонная кислота 1,24 Экстракт черного чая 19,47 Уксусная кислота 8,50 Вода 8,85

Пример 3.

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации (клейстеризация крахмала в присутствии лимонной кислоты, получение геля хитозана и растворов ПВС и дубильной кислоты).

Готовят 3,33% клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (0,5 г крахмала и 14,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры), в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,06 г в 1,64 мл воды) и нагревают при температуре 85°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления 3,33% раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 0,5 г растворяют в 14,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 70°С и выдерживают при перемешивании в течение 30 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

Получение раствора 1: смешение растворов крахмала, ПВС и 1,3 г глицерина тщательно перемешивают без нагревания в течение 10 минут.

Получение раствора 2: взвешивают навеску хитозана массой 0,8 г, растворяют в 32,7 мл 2 % раствора уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 30 мин, затем подвергают обработке ультразвуком в течение 15 мин и оставляют набухать в покое без перемешивания в течение 30 мин до образования однородного коллоидного раствора (геля).

Получение раствора 3: для приготовления экстракта черного чая навеску сухих листьев черного чая 3,02 г заваривают 35,2 мл дистиллированной воды с температурой 95°С, настаивают в течение 15 минут и после охлаждения отфильтровывают. Состав полученного экстракта: 32,8 мл воды, содержание сухих веществ в экстракте чая - 0,7 г.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания равных объемов растворов 1. 2 и 3 и нагревания их до температуры 40°С.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 15 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимают с подложки и выдерживают еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; светло-коричневого цвета, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 15,8±0.5 МПа;

- степень сорбции паров воды 17,8 %.

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 0,5 Хитозан 0,8 Поливиниловый спирт 0,5 Глицерин 1,3 Лимонная кислота 0,06 Экстракт черного чая 0,7 Уксусная кислота 0,49 Вода 95,65

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

Крахмал 10,57 Хитозан 16,91 Поливиниловый спирт 10,57 Глицерин 27,48 Лимонная кислота 1,26 Экстракт черного чая 14,80 Уксусная кислота 10,36 Вода 8,03

Пример 4.

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации (клейстеризация крахмала в присутствии лимонной кислоты, получение геля хитозана и растворов ПВС и дубильной кислоты).

Готовят 2,67% клейстер крахмала путем смешения картофельного крахмала с дистиллированной водой (0,4 г крахмала и 14,6 мл дистиллированной воды комнатной температуры), в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,05 г в 1,25 мл воды) и нагревают при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления 6% раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 0,9 г растворяют в 14,1 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 75°С и выдерживают при перемешивании в течение 25 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

Получение раствора 1: смешение растворов крахмала, ПВС и 1,7 г глицерина тщательно перемешивают без нагревания в течение 10 минут.

Получение раствора 2: взвешивают навеску хитозана массой 0,9 г, растворяют в 32,6 мл 1 % раствора уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 25 мин, затем подвергают обработке ультразвуком в течение 10 мин и оставляют набухать в покое без перемешивания в течение 35 мин до образования однородного коллоидного раствора (геля).

Получение раствора 3: для приготовления экстракта черного чая навеску сухих листьев черного чая 3,12 г заваривают 35,1 мл дистиллированной воды с температурой 90°С, настаивают в течение 15 минут и после охлаждения отфильтровывают. Состав полученного экстракта: 32,5 мл воды, содержание сухих веществ в экстракте чая - 1 г.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания равных объемов растворов 1. 2 и 3 и нагревания их до температуры 40°С.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 15 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимают с подложки и выдерживают еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; светло-коричневого цвета, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 16,5±0.5 МПа;

- степень сорбции паров воды 16,2±0.5 %.

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 0,4 Хитозан 0,9 Поливиниловый спирт 0,9 Глицерин 1,7 Лимонная кислота 0,05 Экстракт черного чая 1,0 Уксусная кислота 0,33 Вода 94,72

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

Крахмал 6,90 Хитозан 15,52 Поливиниловый спирт 15,52 Глицерин 29,31 Лимонная кислота 0,86 Экстракт черного чая 17,24 Уксусная кислота 5,70 Вода 8,95

Пример 5.

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации (клейстеризация крахмала в присутствии лимонной кислоты, получение геля хитозана и растворов ПВС и дубильной кислоты).

Готовят 2% клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (0,3 г крахмала и 14,7 мл дистиллированной воды комнатной температуры), в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,08 г в 1,42 мл воды) и нагревают при температуре 85°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления 5,33% раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 0,8 г растворяют в 14,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 80°С, выдерживают при перемешивании в течение 20 минут и затем охлаждают до комнатной температуры.

Получение раствора 1: смешение растворов крахмала, ПВС и 1,2 г глицерина тщательно перемешивают без нагревания в течение 10 минут.

Получение раствора 2: взвешивают навеску хитозана массой 1,2 г, растворяют в 32,3 мл 2 % раствора уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 20 мин, затем подвергают обработке ультразвуком в течение 20 мин и оставляют набухать в покое без перемешивания в течение 35 мин до образования однородного коллоидного раствора (геля).

Получение раствора 3: для приготовления экстракта черного чая навеску сухих листьев черного чая 3,27 г заваривают 35,4 мл дистиллированной воды с температурой 95°С, настаивают в течение 15 минут и после охлаждения отфильтровывают. Состав полученного экстракта: 32,4 мл воды, содержание сухих веществ в экстракте чая - 1,1 г.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания равных объемов растворов 1. 2 и 3 и нагревания их до температуры 40°С.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 15 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимают с подложки и выдерживают еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; светло-коричневого цвета, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 14,5±0.4 МПа;

- степень сорбции паров воды 18,1±5.0 %.

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 0,3 Хитозан 1,2 Поливиниловый спирт 0,8 Глицерин 1,2 Лимонная кислота 0,08 Экстракт черного чая 1,1 Уксусная кислота 0,65 Вода 94,67

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

Крахмал 5,21 Хитозан 20,83 Поливиниловый спирт 13,89 Глицерин 20,83 Лимонная кислота 1,39 Экстракт черного чая 19,10 Уксусная кислота 11,28 Вода 7,47

Пример 6.

1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации (клейстеризация крахмала в присутствии лимонной кислоты, получение геля хитозана и растворов ПВС и дубильной кислоты).

Готовят 2,67% клейстер крахмала путем смешения картофельного крахмала с дистиллированной водой (0,4 г крахмала и 14,6 мл дистиллированной воды комнатной температуры), в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,07 г в 1,13 мл воды) и нагревают при температуре 90°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.

Для приготовления 4% раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 0,6 г растворяют в 14,4 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 70°С и выдерживают при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.

Получение раствора 1: смешение растворов крахмала, ПВС и 1,8 г глицерина тщательно перемешивают без нагревания в течение 10 минут.

Получение раствора 2: взвешивают навеску хитозана массой 1 г, растворяют в 32, 5 мл 1,5 % раствора уксусной кислоты и интенсивно перемешивают в течение 30 мин, затем подвергают обработке ультразвуком в течение 10 мин и оставляют набухать в покое без перемешивания в течение 40 мин до образования однородного коллоидного раствора (геля).

Получение раствора 3: для приготовления экстракта черного чая навеску сухих листьев черного чая 3,3 г заваривают 35,3 мл дистиллированной воды с температурой 100°С, настаивают в течение 15 минут и после охлаждения отфильтровывают и отжимают. Состав полученного экстракта чая: 32,3 мл воды, содержание сухих веществ (масса сухого экстракта чая) - 1,2 г.

2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания равных объемов растворов 1. 2 и 3 и нагревания их до температуры 40°С.

3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 15 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимают с подложки и выдерживают еще 24 часа при комнатной температуре.

Внешний вид готовой пленки, представлен на Фиг. 1.

Характеристика готовой пленки:

Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; светло-коричневого цвета, плохо пропускает свет.

- разрывное напряжение 14,3±0.3 МПа;

- степень сорбции паров воды 18,9±5.0 %.

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:

Крахмал 0,4 Хитозан 1 Поливиниловый спирт 0,6 Глицерин 1,8 Лимонная кислота 0,07 Экстракт черного чая 1,2 Уксусная кислота 0,49 Вода 94,44

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

Крахмал 6,67 Хитозан 16,67 Поливиниловый спирт 10,0 Глицерин 30,0 Лимонная кислота 1,17 Экстракт черного чая 20,0 Уксусная кислота 8,17 Вода 7,32

Результаты испытаний с характеристиками исследуемых образцов пленок полученных пленочных материалов по прототипу и по заявляемому изобретению представлены в таблице.

Таблица Образец Разрывное
напряжение МПа Степень сорбции
паров воды, % Время биодеструкции, сут. Примеры Образец №1 17,1±0,6 14,8±5.0 90 Образец №2 14,2±0,3 18,4±5.0 90 Образец №3 15,8±0,5 17,8±5.0 90 Образец №4 16,5±0,5 16,2±5.0 90 Образец №5 14,5±0,4 18,1±5.0 90 Образец №6 14,3±0,3 18.9±5.0 90 Прототип 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

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) и меньшей, по сравнению с прототипом, степенью сорбции паров воды при одинаковом времени биодеструкции материала.

Изобретение относится к композиции для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала и может быть использовано в биомедицине и фармакологии, например одноразовые инструменты, упаковочные материалы, капсулы, в пищевой промышленности, например упаковочный материал и предметы первой необходимости, в сельском хозяйстве, например биоразрушаемые пленки. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала содержит следующие компоненты при следующем соотношении в мас.%: крахмал 0,2–0,5, хитозан 0,8–1,3, поливиниловый спирт 0,4–0,9, глицерин 1,2–1,8, лимонная кислота 0,05–0,08, экстракт черного чая 0,7–1,2, уксусная кислота 0,33–0,65, вода - остальное. Также изобретение относится к биоразлагаемому полимерному пленочному материалу на основе композиции для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности получаемой пленки, а именно в увеличении разрывного напряжения, снижении степени сорбции паров воды, сохранении времени биодеструкции. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 12 пр.

1. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала, содержащая крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, лимонную кислоту, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хитозан и экстракт черного чая при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Крахмал 0,2–0,5 Хитозан 0,8–1,3 Поливиниловый спирт 0,4–0,9 Глицерин 1,2–1,8 Лимонная кислота 0,05–0,08 Экстракт черного чая 0,7–1,2 Уксусная кислота 0,33–0,65 Вода остальное

2. Биоразлагаемый полимерный пленочный материал на основе композиции по п. 1, содержащий крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, лимонную кислоту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хитозан и экстракт черного чая при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Крахмал 3,54-10,57 Хитозан 15,52-23,0 Поливиниловый спирт 7,08-15,52 Глицерин 27,3-30,0 Лимонная кислота 0,86-1,26 Экстракт черного чая 14,80-20,0 Уксусная кислота 5,70-11,8 Вода остальное