RU2691988C1 - Биологически разрушаемая термопластичная композиция - Google Patents

Биологически разрушаемая термопластичная композиция Download PDF

Info

Publication number
RU2691988C1
RU2691988C1 RU2018146738A RU2018146738A RU2691988C1 RU 2691988 C1 RU2691988 C1 RU 2691988C1 RU 2018146738 A RU2018146738 A RU 2018146738A RU 2018146738 A RU2018146738 A RU 2018146738A RU 2691988 C1 RU2691988 C1 RU 2691988C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
corn starch
density polyethylene
sorbitol
starch
composition
Prior art date
Application number
RU2018146738A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Дмитриевич Лукин
Валентина Васильевна Колпакова
Иван Сергеевич Усачев
Александр Алексеевич Папахин
Аслан Сергеевич Сарджвеладзе
Зинаида Михайловна Бородина
Илья Юрьевич Васильев
Владимир Владимирович Ананьев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН
Priority to RU2018146738A priority Critical patent/RU2691988C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2691988C1 publication Critical patent/RU2691988C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L3/00Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08L3/04Starch derivatives, e.g. crosslinked derivatives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/04Oxygen-containing compounds
    • C08K5/05Alcohols; Metal alcoholates
    • C08K5/053Polyhydroxylic alcohols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22Expanded, porous or hollow particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/16Compositions of unspecified macromolecular compounds the macromolecular compounds being biodegradable
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06Polyethene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к полимерным композициям, предназначенным для получения биоразлагаемых изделий, таких как пленки, в том числе пленочные изделия для уничтожения сорняков, термоформованные изделия для цветочной, овощной рассады, мешки для бытового мусора. Биологически разрушаемая термопластичная композиция для производства полимерных изделий содержит полиэтилен низкой плотности, пористый кукурузный крахмал, глицерин, сорбитол. В состав термопластичного крахмала входит пористый кукурузный крахмал, полученный биокаталитическим гидролизом нативного кукурузного крахмала в присутствии амилолитических ферментов, при следующем соотношении компонентов, масс. %: пористый кукурузный крахмал 18,0-21, глицерин 9,0-10,5, сорбитол 3,0-3,5, полиэтилен низкой плотности остальное. Технический результат - улучшенная разлагаемость в условиях биоразложения. 3 табл.

Description

Изобретение относится к полимерным композициям, содержащим синтетический термопластичный полимер и наполнитель, пригодный для получения биоразлагаемых полимерных изделий на основе полиэтилена низкой плотности с удовлетворительными эксплуатационными свойствами традиционной технологии переработки термопластичных материалов.
Наиболее близкой к изобретению является композиция [патент RU №2645677], содержащая, масс. %:
полиэтилен 60-70
нативный крахмал 18-24
глицерин 9-12
сорбитол 3-4
Недостатком композиции являются недостаточно высокие эксплуатационные свойства, проявляющиеся в повышенной хрупкости изделий, недостаточной прочности и величины водопоглощения.
Задача настоящего изобретения - создание термопластичной композиции, способной придавать биоразлагаемые свойства синтетическому полимеру (полиэтилену низкой плотности), для производства полимерных изделий, разрушающихся более интенсивно в условиях окружающей среды (свет, атмосферные осадки, микроорганизмы и т.д.), при сохранении пластичности, повышению прочности и более высокой водосвязывающей способности, по сравнению с прототипом.
Проблема решается тем, что в качестве биоразлагаемого компонента в состав термопластичного крахмала входит пористый кукурузный крахмал при следующем соотношении компонентов, масс. %
пористый кукурузный крахмал 18,0-21,0
глицерин 9,0-10,5
сорбитол 3,0-3,5
полиэтилен низкой плотности остальное
Компоненты вводят в необходимых количествах, используя приемы, общепринятые в технологии получения пластмасс. В качестве полимера используется линейный полиэтилен низкой плотности.
Предлагаемая композиция обладает реологическими характеристиками, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для переработки на традиционном для пластмасс оборудовании (экструдер, термопластавтомат). Изделия обладают необходимыми эксплуатационными характеристиками и свойствами, в частности биологической разрушаемостью после срока эксплуатации в течение 18 месяцев.
В качестве сырья для получения термопластичного крахмала (ТПК) рекомендуется использовать ферментативно модифицированный пористый кукурузный крахмал, получаемый по технологии, разработанной во ВНИИ крахмалопродуктов, путем биокаталитического гидролиза нативного кукурузного крахмала при температуре ниже начальной точки клейстеризации в присутствии амилолитических ферментов в гетерогенной среде [Патент РФ 2528004].
Благодаря данному процессу на поверхности зерна крахмала вследствие биокатализа образуются многочисленные радиальные канавки и поры различной глубины, благодаря чему ферментативно модифицированный пористый кукурузный крахмал, по сравнению с нативным крахмалом, обладает увеличенным объемом и площадью поверхности пор, сниженной молекулярной массой за счет сокращения длины полисахаридных цепочек амилозы и амилопектина, повышенной адсорбционной и водосвязывающей способностью (таблица 1).
Figure 00000001
Figure 00000002
Пористая поверхность крахмала обеспечивает повышенную его совместимость с гидрофильной частью пластификаторов (гидроксильными группами сорбитола и глицерина). В результате чего гидрофобная часть их структуры более эффективно взаимодействует с гидрофобной матрицей полиэтилена. Взаимное проникновение соответствующих структур друг в друга способствует снижению хрупкости, увеличению прочности и повышенному влагопоглощению пленочных изделий при хранении в процессе биоразлагаемости.
Вследствие снижения молекулярной массы и увеличения общей поверхности, модифицированный пористый кукурузный крахмал проявляет также повышенную ферментативную атакуемость, по сравнению с исходным нативным крахмалом, что весьма важно для сокращения длительности процесса биоразложения получаемых на основе крахмала полимерных пленок и материалов. Преимуществом пористого кукурузного крахмала перед нативным является более развитая поверхность пор, благодаря чему увеличивается поверхность и площадь взаимодействия крахмала с наполнителем и синтетическим полимером, что позволяет получать более равномерную по всей длине термопластичную композицию.
ТПК, используемый в качестве наполнителя, имеет следующие характеристики: массовая доля влаги - не более 1%; массовая доля золы - не более 0,3%; предельное напряжение при растяжении - не менее 4 МПа; относительное удлинение при разрыве - не менее 15%. ТПК производится методом экструзии при оборотах шнека 60-80 мин-1, температуре на выходе из экструдера 115°С.
Выбор оптимальных соотношений полимера и наполнителя обусловлен пределом, который определяется силой взаимодействия на границе раздела крахмальных гидрофильных и полимерных гидрофобных фаз.
Поверхность полиэтилена низкой плотности играет роль дисперсной среды, среди которой равномерно распределены частицы ТПК, содержащие модифицированный пористый кукурузный крахмал и пластификаторы-полиолы: трехатомный спирт глицерин и пятиатомный спирт сорбитол. Глицерин повышает показатель текучести расплава композиции, что положительно отражается на ее растяжении, деформации, а в конечном итоге - на способности композиции к биоразложению. Сорбитол гидрофобной частью взаимодействует с гидрофобной поверхностью полиэтилена, а гидрофильной частью через спиртовые группы -ОН- с гидрофильным крахмалом, ослабляя тем самым внутримолекулярные связи внутри полиэтилена низкой плотности. Молекулы пористого кукурузного крахмала, находящиеся во взаимодействии с гидроксильными группами сорбитола, обладая повышенной водосвязывающей способностью, растворимостью и атакуемостью ферментами микроорганизмов, в первую очередь подвергаются деструкции под влиянием внешних факторов, а продукты деструкции, при участии сорбитола, глицерина, нарушают структуру синтетического полимера с образованием пустот, щелей, в которые проникает вода, микроорганизмы и другие факторы, вызывающие его ускоренное разложение.
В качестве биоразлагаемого наполнителя, стимулирующего процесс биоразложения конечных изделий из полиэтилена низкой плотности, используется ТПК в количестве 30-40%. Оптимальное соотношение полиэтилена и ТПК составляет 65-70 и 30-35%, соответственно.
При большем соотношении полиэтилена низкой плотности, чем 65÷70 в составе композиции, из-за высокой прочности, пленка не подвергается разложению в течение 18 месяцев; при меньшем соотношении, чем 65÷70, композиция не обладает требуемой прочностью для изделий технического назначения.
При соотношении пористого кукурузного крахмала больше 21, композиция обладает повышенной хрупкостью, а меньше 18 - не способна к повышенному влагопоглощению в процессе биоразлагаемости.
Количество глицерина при соотношении больше или меньше 9,0÷10,5 не способствует достижению эластичности (относительному удлинению при разрыве) композиции для биоразлагаемости в течение 18 месяцев, а количество сорбитола при соотношении больше или меньше 3,0÷3,5 затрудняет текучесть расплава и формирование изделий через плоскощелевую головку экструдера.
Предлагаемую композицию изготавливают следующим способом.
Пример 1. 70 мас. % полиэтилена низкой плотности смешивают с 30 мас. % термопластичного пористого кукурузного крахмала в скоростном смесителе в течение 7 минут. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации и плавления, температура расплава на выходе из головки экструдера 140°С. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 2×3 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой получают пленку или лист, из которого формуют различные изделия.
Пример 2. 65 мас. % полиэтилена низкой плотности смешивают с 35 мас. % термопластичного пористого кукурузного крахмала в скоростном смесителе в течение 7 минут. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации и плавления, температура расплава на выходе из головки экструдера 140°С. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 2×3 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой получают пленку или лист, из которого формуют различные изделия.
Пример 3. 62,5 мас. % полиэтилена низкой плотности смешивают с 37,5 мас. % термопластичного пористого кукурузного крахмала в скоростном смесителе в течение 7 минут. Полученная смесь поступает в экструдер для гомогенизации и плавления, температура расплава на выходе из головки экструдера 140°С. Полученные жгуты охлаждают потоком холодного воздуха и разрезают на гранулы размером 2×3 мм. Из полученных гранул на экструдере со щелевой головкой получают пленку или лист, из которого формуют различные изделия.
Ссылки на методы определения численных значений показателей термопластичных композиций приведены в таблице 2.
Figure 00000003
Составы термопластичных композиций по примерам приведены в таблице 3.
Figure 00000004
*) изменение относительного удлинения при разрыве и разрушающего напряжения при растяжении, после выдержки в биогумусе в течение 18 месяцев, относительно прототипа, %

Claims (5)

  1. Биологически разрушаемая термопластичная композиция для производства полимерных изделий, содержащая полиэтилен низкой плотности, кукурузный крахмал, глицерин, сорбитол, отличающаяся тем, что в состав термопластичного крахмала входит пористый кукурузный крахмал, полученный биокаталитическим гидролизом нативного кукурузного крахмала в присутствии амилолитических ферментов, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
  2. пористый кукурузный крахмал 18,0-21;
  3. глицерин 9,0-10,5;
  4. сорбитол 3,0-3,5;
  5. полиэтилен низкой плотности остальное.
RU2018146738A 2018-12-26 2018-12-26 Биологически разрушаемая термопластичная композиция RU2691988C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146738A RU2691988C1 (ru) 2018-12-26 2018-12-26 Биологически разрушаемая термопластичная композиция

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146738A RU2691988C1 (ru) 2018-12-26 2018-12-26 Биологически разрушаемая термопластичная композиция

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2691988C1 true RU2691988C1 (ru) 2019-06-19

Family

ID=66947870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018146738A RU2691988C1 (ru) 2018-12-26 2018-12-26 Биологически разрушаемая термопластичная композиция

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2691988C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761830C2 (ru) * 2020-06-30 2021-12-13 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН Биологически разрушаемая термопластичная композиция
RU2820519C1 (ru) * 2023-03-23 2024-06-04 Елин Илья Владимирович Способ получения лигнинмеламинфенолформальдегидной смолы

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2408621C2 (ru) * 2008-09-26 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет прикладной биотехнологии" Полимерная композиция для получения биодеградируемых формованных изделий из расплава
RU2528004C1 (ru) * 2012-12-29 2014-09-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук Способ получения пористого крахмала и глюкозного сиропа
RU2570905C1 (ru) * 2014-06-26 2015-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Биотек" Способ получения биодеградируемой термопластичной композиции
RU2645677C1 (ru) * 2016-12-26 2018-02-27 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М.Горбатова" РАН Биологически разрушаемая термопластичная композиция

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2408621C2 (ru) * 2008-09-26 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет прикладной биотехнологии" Полимерная композиция для получения биодеградируемых формованных изделий из расплава
RU2528004C1 (ru) * 2012-12-29 2014-09-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук Способ получения пористого крахмала и глюкозного сиропа
RU2570905C1 (ru) * 2014-06-26 2015-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Биотек" Способ получения биодеградируемой термопластичной композиции
RU2645677C1 (ru) * 2016-12-26 2018-02-27 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М.Горбатова" РАН Биологически разрушаемая термопластичная композиция

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.В.Колпакова, И.С.Усачев, А.С.Сарджвеладзе и др. Термопластичный крахмал в составе биоразлагаемой полимерной пленки. Кондитерское и хлебопекарное производство. номер 1-2, 2018, с.21-25. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761830C2 (ru) * 2020-06-30 2021-12-13 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН Биологически разрушаемая термопластичная композиция
RU2820519C1 (ru) * 2023-03-23 2024-06-04 Елин Илья Владимирович Способ получения лигнинмеламинфенолформальдегидной смолы
RU2820520C1 (ru) * 2023-03-23 2024-06-04 Елин Илья Владимирович Способ получения лигнинфенолформальдегидной смолы

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1032919C (zh) 适于生产可生物降解制品的含淀粉组合物及其制备方法
CN108929527B (zh) 一种兼具高延展性和高阻隔性能的pbat/改性淀粉全生物降解薄膜及其制备方法和应用
KR20140106882A (ko) 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 생분해성 멀칭 필름
DE69306874T2 (de) Durch Wärme formbare Zusammensetzung, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Anwendung zur Herstellung von thermogeformten Gegenständen
US10975213B2 (en) Composition and method of making biodegradable pellets
PL174799B1 (pl) Kompozycja polimerowa
CN106832807A (zh) 一种纤维素增强淀粉的可控全降解地膜及其制备方法
CN109233162B (zh) 一种包装用环保型可降解复合膜及其制备方法
CN1939966A (zh) 疏水性可生物降解材料及其制备方法以及膜制品
JP2003073539A (ja) 高強度生分解性樹脂組成物及び成形品
CN116745354A (zh) 包含淀粉基聚合物材料的双轴取向膜和单轴取向膜、层压材料和其他结构
CN1039648C (zh) 可得自含变构淀粉和热塑性聚合物的熔体的聚合物组合物
CN113337088B (zh) 注塑用复合降解塑料材料的制备方法
CN104371296A (zh) 一种聚甲基乙撑碳酸酯组合物及其制备方法
CN109504042A (zh) Pha改性的tps/pbat可生物降解树脂及其制备方法
RU2691988C1 (ru) Биологически разрушаемая термопластичная композиция
CN106397842A (zh) 一种具有可降解性能的包装膜材料
Yee et al. Mechanical and water absorption properties of poly (vinyl alcohol)/sago pith waste biocomposites
CN1712436A (zh) 一种脂肪族聚酯/淀粉/粘土三元全降解树脂及其制备方法
RU2645677C1 (ru) Биологически разрушаемая термопластичная композиция
CN112812518A (zh) 一种热塑性生物降解塑料及其制备方法
KR102599541B1 (ko) 작물재배후 토양조건에서 생분해성이 향상된 멀칭필름용 조성물, 이의 제조방법 및 이로부터 제조한 멀칭필름
RU2318006C1 (ru) Биологически разрушаемая термопластичная композиция с использованием ржаной муки
CN114106419A (zh) 一种可生物降解的片材及其制备方法
RU2761830C2 (ru) Биологически разрушаемая термопластичная композиция