КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОРАЗЛАГАЕМОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА И БИОРАЗЛАГАЕМЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ЕЕ ОСНОВЕ Российский патент 2024 года по МПК C08L5/00 C08L3/02 C08L1/08 C08L29/04 C08K5/92 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 С08L 97/00, С08L 23/06, С08L 23/08, 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 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.

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 С 08L 3/02, С 08L 29/04, С 08L 106/16, С 08K 5/05, С 08J 5/18. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на ее основe [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.

Указанный результат достигается тем, что:

1. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала, содержащая крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, лимонную кислоту, согласно изобретению, дополнительно содержит натрийкарбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Крахмал 0,3-0,7 NaКМЦ 0,75-1,5 Поливиниловый спирт 0,8-1,8 Глицерин 1,8-3,5 Лимонная кислота 0,07-0,17 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 натрийкарбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Крахмал 5,17-12,73 NaКМЦ 10,56-27,27 Поливиниловый спирт 14,55-25,86 Глицерин 31,03-49,30 Лимонная кислота 1,27-2,59 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 (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.

• ТУ 6-55-39-90: Натрийкарбоксиметилцеллюлоза очищенная (NaКМЦ), представляющая собой натриевую соль целлюлозогликолевй кислоты, получаемую при взаимодействии щелочной целлюлозы с монохлорацетатом натрия или монохлоруксусной кислотой. Очищенная NaКМЦ получается путем экстракции примесей, содержащихся в технической NaКМЦ, водными растворами этилового спирта.

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, раствором (гелем) натрийкарбоксиметилцеллюлозы с лимонной кислотой и глицерином.

Раствор 1 представляет собой раствор (гель) натрийкарбоксиметилцеллюлозы, который готовят путем растворения навески NaКМЦ в дистиллированной воде и выдерживания полученного раствора в течение 1-2 часов при комнатной температуре для набухания. Затем проводят сшивку натрийкарбоксиметилцеллюлозы раствором лимонной кислоты при температуре 95-100°С в течение 10-15 минут.

Раствор 2 представляет собой раствор (клейстер) крахмала, который готовят путем смешения навески картофельного или кукурузного крахмала с дистиллированной водой комнатной температуры добавлением раствора лимонной кислоты и последующей сшивкой крахмала лимонной кислотой при температуре 95-100°С в течение 10-15 минут. По истечении времени раствор охладили до комнатной температуры.

Раствор 3 представляет собой раствор поливинилового спирта в дистиллированной воде, который готовят путем растворения навески ПВС в воде комнатной температуры и нагревания при температуре 70-90°С при постоянном перемешивании.

Композицию для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала готовят путем смешения растворов NaКМЦ, крахмала и ПВС, добавления к полученной смеси глицерина и перемешивания в течение 15-30 минут при комнатной температуре.

Для получения биоразлагаемых пленок готовую композицию (формовочный раствор), содержащую смесь растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и глицерина, отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) в количестве 20 мл и высушивают при комнатной температуре в течение 48 часов до полного высыхания.

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 15 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

Раствор 1. Готовят 3 % раствор (гель) натрийкарбоксиметилцеллюлозы путем растворения навески 0,75 г NaКМЦ в 24,25 мл дистиллированной воды и выдерживают полученный раствор в течение 1 часа при комнатной температуре для набухания. Затем добавляют раствор лимонной кислоты (0,07 г в 2,43 мл воды) и нагревают при температуре 100°С в течение 10 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 2. Готовят 2 % раствор (клейстер) крахмала путем смешения 0,45 г картофельного крахмала с 22,05 мл дистиллированной воды комнатной температуры, в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,1 г лимонной кислоты и 1,4 мл воды), нагревают при температуре 95°С в течение 12 минут, после чего раствор охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 3. Для приготовления 4 % раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 1,8 г растворяют в 43,2 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 75°С, выдерживают при перемешивании в течение 20 минут и затем охлаждают до комнатной температуры.

Композицию для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала готовят путем смешения растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и добавления к полученной смеси 3,5 г глицерина и перемешивания в течение 20 минут при комнатной температуре.

Для получения биоразлагаемых пленок готовую композицию (формовочный раствор), содержащую смесь растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и глицерина отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) в количестве 20 мл и высушивают при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимали с подложки и выдерживали еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена эластичная гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; цвета застывшего крахмального клейстера.

- разрывное напряжение 17,2±0.6 МПа;

- степень сорбции паров воды 14,7 %;

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас. %:

Крахмал 0,45 NaКМЦ 0,75 Поливиниловый спирт 1,8 Глицерин 3,5 Лимонная кислота 0,17 Вода 93,33

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

Крахмал .6,34 NaКМЦ 10,56 Поливиниловый спирт 25,35 Глицерин 49,30 Лимонная кислота 2,40 Вода 6,05

Пример 2

Раствор 1. Готовят 4 % раствор (гель) натрийкарбоксиметилцеллюлозы путем растворения навески 1,2 г NaКМЦ в 28,8 мл дистиллированной воды и выдерживают полученный раствор в течение 2 часов при комнатной температуре для набухания. Затем добавляют раствор лимонной кислоты (0,1 г в 8,5 мл воды) и нагревают при температуре 95°С в течение 15 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 2. Готовят 3 % раствор (клейстер) крахмала путем смешения 0,6 г кукурузного крахмала с 17,4 мл дистиллированной воды комнатной температуры, в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,05 г лимонной кислоты и 4,05 мл воды), нагревают при температуре 96°С в течение 15 минут, после чего раствор охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 3. Для приготовления 4 % раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 1,5 г растворяют в 36 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 70°С, выдерживают при перемешивании в течение 25 минут и затем охлаждают до комнатной температуры.

Композицию для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала готовят путем смешения растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и добавления к полученной смеси 1,8 г глицерина и перемешивания в течение 15 минут при комнатной температуре.

Для получения биоразлагаемых пленок готовую композицию (формовочный раствор), содержащую смесь растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и глицерина отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) в количестве 20 мл и высушивают при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимали с подложки и выдерживали еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена эластичная гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; цвета застывшего крахмального клейстера.

- разрывное напряжение 14,5±0.3 МПа;

- степень сорбции паров воды 18,3 %;

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас. %:

Крахмал 0,6 NaКМЦ 1,2 Поливиниловый спирт 1,5 Глицерин 1,8 Лимонная кислота 0,15 Вода 94,75

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

Крахмал 10,35 NaКМЦ 20,69 Поливиниловый спирт 25,86 Глицерин 31,03 Лимонная кислота 2,59 Вода 9,48

Пример 3

Раствор 1. Готовят 4 % раствор (гель) натрийкарбоксиметилцеллюлозы путем растворения навески 1,4 г NaКМЦ в 33,6 мл дистиллированной воды и выдерживают полученный раствор в течение 1 часа при комнатной температуре для набухания. Затем добавляют раствор лимонной кислоты (0,1 г в 1,5 мл воды) и нагревают при температуре 97°С в течение 12 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 2. Готовят 2 % раствор (клейстер) крахмала путем смешения 0,4г картофельного крахмала с 19,6 мл дистиллированной воды комнатной температуры, в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,03 г лимонной кислоты и 0,87 мл воды), нагревают при температуре 100°С в течение 10 минут, после чего раствор охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 3. Для приготовления 3 % раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 1,2 г растворяют в 38,8 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 80°С, выдерживают при перемешивании в течение 18 минут и затем охлаждают до комнатной температуры.

Композицию для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала готовят путем смешения растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и добавления к полученной смеси 2,5 г глицерина и перемешивания в течение 25 минут при комнатной температуре.

Для получения биоразлагаемых пленок готовую композицию (формовочный раствор), содержащую смесь растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и глицерина отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) в количестве 20 мл и высушивают при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимали с подложки и выдерживали еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена эластичная гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; цвета застывшего крахмального клейстера.

- разрывное напряжение 16,0±0.5 МПа;

- степень сорбции паров воды 17,5 %;

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас. %:

Крахмал 0,4 NaКМЦ 1,4 Поливиниловый спирт 1,2 Глицерин 2,5 Лимонная кислота 0,13 Вода 94,37

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

Крахмал 6,42 NaКМЦ 22,47 Поливиниловый спирт 19,26 Глицерин 40,13 Лимонная кислота 2,09 Вода 9,63

Пример 4

Раствор 1. Готовят 2,5 % раствор (гель) натрийкарбоксиметилцеллюлозы путем растворения навески 0,9 г NaКМЦ в 35,1 мл дистиллированной воды и выдерживают полученный раствор в течение 1,5 часов при комнатной температуре для набухания. Затем добавляют раствор лимонной кислоты (0,07 г в 4,29 мл воды) и нагревают при температуре 95°С в течение 15 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 2. Готовят 2 % раствор (клейстер) крахмала путем смешения 0,5г кукурузного крахмала с 24,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры, в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,03 г лимонной кислоты и 2 мл воды), нагревают при температуре 95°С в течение 15 минут, после чего раствор охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 3. Для приготовления 3 % раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 0,9 г растворяют в 29,1 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 90°С, выдерживают при перемешивании в течение 15 минут и затем охлаждают до комнатной температуры.

Композицию для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала готовят путем смешения растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и добавления к полученной смеси 2,7 г глицерина и перемешивания в течение 30 минут при комнатной температуре.

Для получения биоразлагаемых пленок готовую композицию (формовочный раствор), содержащую смесь растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и глицерина отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) в количестве 20 мл и высушивают при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимали с подложки и выдерживали еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена эластичная гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; цвета застывшего крахмального клейстера.

- разрывное напряжение 16,5±0.5 МПа;

- степень сорбции паров воды 16,0±0.5 %;

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас. %:

Крахмал 0,5 NaКМЦ 0,9 Поливиниловый спирт 0,9 Глицерин 2,7 Лимонная кислота 0,10 Вода 94,90

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

Крахмал 8,93 NaКМЦ 16,07 Поливиниловый спирт 16,07 Глицерин 48,21 Лимонная кислота 1,79 Вода 8,93

Пример 5

Раствор 1. Готовят 4 % раствор (гель) натрийкарбоксиметилцеллюлозы путем растворения навески 1,3 г NaКМЦ в 31,2 мл дистиллированной воды и выдерживают полученный раствор в течение 2 часов при комнатной температуре для набухания. Затем добавляют раствор лимонной кислоты (0,05 г в 7,12 мл воды) и нагревают при температуре 100°С в течение 10 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 2. Готовят 1,5 % раствор (клейстер) крахмала путем смешения 0,3г картофельного крахмала с 19,7 мл дистиллированной воды комнатной температуры, в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,03 г лимонной кислоты и 3,1 мл воды), нагревают при температуре 98°С в течение 12 минут, после чего раствор охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 3. Для приготовления 4 % раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 1,4 г растворяют в 33,6 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 75°С, выдерживают при перемешивании в течение 20 минут и затем охлаждают до комнатной температуры.

Композицию для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала готовят путем смешения растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и добавления к полученной смеси 2,2 г глицерина и перемешивания в течение 20 минут при комнатной температуре.

Для получения биоразлагаемых пленок готовую композицию (формовочный раствор), содержащую смесь растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и глицерина отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) в количестве 20 мл и высушивают при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимали с подложки и выдерживали еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена эластичная гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; цвета застывшего крахмального клейстера.

- разрывное напряжение 14,6±0.4 МПа;

- степень сорбции паров воды 17,9±5.0 %;

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас. %:

Крахмал 0,3 NaКМЦ 1,3 Поливиниловый спирт 1,4 Глицерин 2,2 Лимонная кислота 0,08 Вода 94,72

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

Крахмал 5,17 NaКМЦ 22,41 Поливиниловый спирт 24,14 Глицерин 37,93 Лимонная кислота 1,38 Вода 8,97

Пример 6

Раствор 1. Готовят 4 % раствор (гель) натрийкарбоксиметилцеллюлозы путем растворения навески 1,5 г NaКМЦ в 36 мл дистиллированной воды и выдерживают полученный раствор в течение 2 часов при комнатной температуре для набухания. Затем добавляют раствор лимонной кислоты (0,05 г в 3,62 мл воды) и нагревают при температуре 98°С в течение 15 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 2. Готовят 2 % раствор (клейстер) крахмала путем смешения 0,7г кукурузного крахмала с 34,3 мл дистиллированной воды комнатной температуры, в который добавляют раствор лимонной кислоты (0,02 г лимонной кислоты и 1,81 мл воды), нагревают при температуре 97°С в течение 14 минут, после чего раствор охлаждают до комнатной температуры.

Раствор 3. Для приготовления 4 % раствора поливинилового спирта навеску ПВС массой 0,8 г растворяют в 19,2 мл дистиллированной воды комнатной температуры, нагревают до температуры 75°С, выдерживают при перемешивании в течение 20 минут и затем охлаждают до комнатной температуры.

Композицию для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала готовят путем смешения растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и добавления к полученной смеси 2,0 г глицерина и перемешивания в течение 25 минут при комнатной температуре.

Для получения биоразлагаемых пленок готовую композицию (формовочный раствор), содержащую смесь растворов NaКМЦ и крахмала с лимонной кислотой, раствора ПВС и глицерина отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) в количестве 20 мл и высушивают при комнатной температуре в течение 48 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снимали с подложки и выдерживали еще 24 часа при комнатной температуре.

Характеристика готовой пленки:

Получена эластичная гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; цвета застывшего крахмального клейстера.

- разрывное напряжение 14,4±0.3 МПа;

- степень сорбции паров воды 18,7±5.0 %;

- время биодеструкции, 90 сут.

Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас. %:

Крахмал 0,7 NaКМЦ 1,5 Поливиниловый спирт 0,8 Глицерин 2,0 Лимонная кислота 0,07 Вода 94,93

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

Крахмал 12,73 NaКМЦ 27,27 Поливиниловый спирт 14,55 Глицерин 36,36 Лимонная кислота 1,27 Вода 7,82

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 на 32-341 %) и меньшей степенью сорбции паров воды (на 7,5-27,2 %).

Таблица

Характеристика исследуемых образцов пленок

Образец Разрывное
напряжение МПа Степень сорбции
паров воды, % Время биодеструкции, сут. Примеры Образец №1 17,2±0,6 14,7±5.0 90 Образец №2 14,5±0,3 18,3±5.0 90 Образец №3 16,0±0,5 17,5±5.0 90 Образец №4 16,5±0,5 16,0±5.0 90 Образец №5 14,6±0,4 17,9±5.0 90 Образец №6 14,4±0,3 18.7±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

Изобретение относится к композиции для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала и может быть использовано в биомедицине и фармакологии, например одноразовые инструменты, упаковочные материалы, капсулы, пищевой промышленности, например упаковочный материал и предметы первой необходимости, сельском хозяйстве, например биоразрушаемые пленки. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного пленочного материала содержит следующие компоненты при следующем соотношении, мас. %: крахмал 0,3-0,7, NaКМЦ 0,75-1,5, поливиниловый спирт 0,8-1,8, глицерин 1,8-3,5, лимонная кислота 0,07-0,17, 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 и снижении степени сорбции паров воды. 2 н.п. ф-лы, 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 натрийкарбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Крахмал 0,3-0,7 NaКМЦ 0,75-1,5 Поливиниловый спирт 0,8-1,8 Глицерин 1,8-3,5 Лимонная кислота 0,07-0,17 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 натрийкарбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Крахмал 5,17-12,73 NaКМЦ 10,56-27,27 Поливиниловый спирт 14,55-25,86 Глицерин 31,03-49,30 Лимонная кислота 1,27-2,59 Вода Остальное