Способ производства биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки Российский патент 2025 года по МПК C08L5/08 C08J5/18 C08L3/02 

Изобретение относится к химической технологии и конкретно касается получения полимерных биоразлагаемых (биодеградируемых) материалов для изготовления биодеградируемой упаковочной системы для производства различных изделий промышленного, бытового и медицинского назначения.

Известна многослойная биоразлагаемая пленка [1], в основе которой лежат крахмал, молочная кислота и ароматический полиэфир. Как заявляют авторы, пленка обладает хорошими механическими свойствами и прозрачностью [1].

В качестве недостатка можно выделить низкую термустойчивость и эластичность, помимо этого, вследствие содержания молочной кислоты, пленка имеет короткий срок годности и возможно возникновение посторонних запахов и вкусов у хранимого продукта.

Ближайшим к предлагаемому способу является способ производства биоразлагаемой пленки [2], в основе которого лежат растворы концентрации 2 мас. % хитозана с молекулярной массой 450-500 кДа в 2% уксусной кислоте, 2 мас. % водного раствора крахмала при объемном соотношении хитозан: крахмал от 4:1 до 2:1, формование пленки осуществляют выливанием полученной смеси на подложку из полиэтилена или полипропилена, сушку осуществляют при комнатной температуре, а для уменьшения растворимости высушенную пленку обрабатывают 10%-ным водным раствором аммиака в течение 30 мин.

Недостатком способа является использование материала с низкой водоустойчивостью и высокой токсичностью реагента, использующегося для частичного сшивания хитозана - глутарового альдегида, что является недопустимым при использовании пленки в качестве упаковочного материала пищевых продуктов.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа производства биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки для производства пленочных систем разной функциональности.

Техническая задача решается реализацией способа производства биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки, включающего смешивание 10% масс. 0,1 М водного раствора гидроксида натрия с 50% масс. очищенной творожной сыворотки с последующим нагревом до 75 ± 5°С, добавление 5,5% масс. оксида кремния (II); 5% масс. фосфата натрия; 4,5% масс. хитозана; 13% масс. винилацетатного силиката; 4,5% масс. аминокапроновой кислоты с последующим нагревом до 110 - 120°С и прогреве при постоянном помешивании в течении 15-30 минут. Далее смесь остужают до 45 - 55°С, добавляют при перемешивании 7,5% масс. пропантриола-1,2,3., выливают смесь в форму слоем толщиной 0,2 мм, сушат посредством конвективной сушки при температуре 37,5°С в течение 8 часов.

На фиг. 1. приведено фотографическое изображение образца биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки, полученного по предлагаемому способу.

Способ реализуется следующим образом. Готовят щелочную сыворочную эмульсию с кислотностью 12-17 °Т путем смешивания 10% масс. 0,1 М водного раствора гидроксида натрия с 50% масс. очищенной творожной сыворотки. Сывороточную эмульсию нагревают до 75 ± 5°С. Добавляют 5,5% масс. оксида кремния (II); 5% масс. фосфата натрия; 4,5% масс. хитозана; 13% масс. винилацетатного силиката; 4,5% масс. аминокапроновой кислоты.

Полученную смесь нагревают до 110 - 120°С и прогревают при этой температуре при постоянном помешивании в течении 15-30 минут для полного соединения решеточного строения компонентов, для лучшего взаимодействия компонентов и получения однородности.

Готовую смесь остужают до 45 - 55°С и добавляют 7,5% масс. пропантриола-1,2,3 при перемешивании. Введение пропантриола-1,2,3 способствует увеличению устойчивости готового полимера к влаге.

Осуществляют формование полимера путем выливания смеси в форму и распределения его по форме слоем толщиной 0,2 мм по всей площади. Данная толщина выбрана вследствие выбора потребителя и в соответствии с ГОСТ 10354-82 «Пленка полиэтиленовая».

Форму с полимером сушат посредством конвективной сушки при температуре 37,5°С в течение 8 часов.

В таблице 1 приведены физико-химические показатели готового полимера

Пример 1.

Готовят щелочную сыворочную эмульсию путем смешивания 10% масс. 0,1 М водного раствора гидроксида натрия с 50% масс. очищенной творожной сыворотки. Сывороточную эмульсию нагревают до 75 ± 5°С. Добавляют:

- 5,5% масс. оксида кремния (II);

- 5% масс. фосфата натрия;

- 4,5% масс. хитозана;

- 13% масс. винилацетатного силиката;

- 4,5% масс. аминокапроновой кислоты.

Полученную смесь нагревают до 110°С и прогревают при этой температуре при постоянном помешивании в течении 30 минут.

Готовую смесь остужают до 45°С и добавляют 7,5% масс. пропантриола-1,2,3 при перемешивании.

Выливают смесь в форму и распределяют по форме слоем толщиной 0,2 мм по всей площади. Форму с полимером сушат посредством конвективной сушки при температуре 37,5°С в течение 8 часов.

Пример 2.

Аналогично примеру 2, но полученную смесь нагревают до 120°С и прогревают при этой температуре при постоянном помешивании в течении 15 минут. Готовую смесь остужают до 55°С и добавляют 7,5% масс. пропантриола-1,2,3 при перемешивании.

Преимуществами предлагаемого способа производства биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки, являются:

- биодеградация получаемого материала - биодеградация происходит при изменении влажности и температуры почвы, которые позволяют ускорить процесс биодеградации. В перерасчете на естественные условия разложение длится 90 суток - после полного распада природных компонентов наблюдается мельчайшее частицы синтетических компонентов;

- полная безопасность для использования полимера при создании упаковочной системы для пищевых продуктов и детских игрушек вследствие использования 85% вторичного сырья, не обладающего пагубным воздействием на экосистему и здоровье человека;

- возможность использования полимера в любой сфере деятельности человека - добавление хитозана, винилацетатного силиката, аминокапроновой кислоты придают прочность и эластичность полимеру. Полученный полимер выдерживает температурные режимы в диапазоне от 90 до -42°С.

Данный биоразлагаемый полимер рекомендуется использовать так же, как поверхностное покрытие на крафтовую упаковку в следствии обладания высокой водоустойчивой способностью, что повысит функциональность крафтовых пакетов и упаковок, путем образования защитного слоя вместо использования PLA. Аминокапроновая кислота, которая входит в состав биополимера, обеспечивает его водостойкостью. Соответственно, полученный полимер на основе молочной сыворотки можно использовать для упаковочных систем разного вида, в том числе и жидких продуктов с сроком хранения не более 3х месяцев и сухих товаров сроком хранения 2-3 года.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в получении биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки для производства пленочных систем разной функциональности.

Источники литературы:

1. Патент №1 RU 2795428 С1, МПК 27/3 (2006.01), 5/18 (2006.01), 67/00 (2006.01), 63/181 (2006.01), 101/16 (2006.01). Многослойная биоразлагаемая пленка / ПОНТИ, Роберто, РУССО, Клаудио. - заявка: 2018147079, 2017.6.13. опубликовано: 2023.05.03.

2. Патент №2 RU 2656502 С1, МПК 5/18 (2006.01), 5/08 (2006.01), 3/02 (2006.01), 15/22 (2006.01). Способ получения биоразлагаемой пленки на основе хитозана и крахмала для медицины / Фадеева Инна Вилоровна, Трофимчук Елена Сергеевна, Рогаткина Екатерина Владимировна, Фомин Александр Сергеевич, Баринов Сергей Миронович. - заявка 2017127781, 2017.08.03, опубликовано: 2018.06.05.

Изобретение относится к химической технологии и конкретно касается получения полимерных биоразлагаемых материалов для изготовления биодеградируемой упаковки. Способ производства биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки включает смешивание 10 мас. % 0,1 М водного раствора гидроксида натрия с 50 мас. % очищенной творожной сыворотки с последующим нагревом до 75±5 °С, добавление 5,5 мас. % оксида кремния (II); 5 мас. % фосфата натрия; 4,5 мас. % хитозана; 13 мас. % винилацетатного силиката; 4,5 мас. % аминокапроновой кислоты с последующим нагревом до 110-120 °С и прогревом при постоянном помешивании в течение 15-30 мин. Далее смесь остужают до 45-55 °С, добавляют при перемешивании 7,5 мас. % пропантриола-1,2,3, выливают смесь в форму слоем толщиной 0,2 мм, сушат посредством конвективной сушки при температуре 37,5 °С в течение 8 ч. Предложенный подход обеспечивает получение биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки для производства пленочных систем разной функциональности. 1 ил., 1 табл., 2 пр.

Способ производства биоразлагаемого полимера на основе творожной сыворотки, включающий смешивание исходных компонентов, формование и сушку, отличающийся тем, что смешивают 10 мас. % 0,1 М водного раствора гидроксида натрия с 50 мас. % очищенной творожной сыворотки, нагревают до 75±5 °С, добавляют 5,5 мас. % оксида кремния (II); 5 мас. % фосфата натрия; 4,5 мас. % хитозана; 13 мас. % винилацетатного силиката; 4,5 мас. % аминокапроновой кислоты, нагревают до 110-120 °С и прогревают при постоянном помешивании в течение 15-30 мин, остужают до 45-55 °С, добавляют при перемешивании 7,5 мас. % пропантриола-1,2,3; выливают смесь в форму слоем толщиной 0,2 мм, сушат посредством конвективной сушки при температуре 37,5 °С в течение 8 ч.