CZ289909B6

CZ289909B6 - Způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků

Info

Publication number: CZ289909B6
Application number: CZ19984320A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Doc. Ing. Csc. Marek; Irena Ing. Csc. Prokopová; Josef Ing. Dvořáček; Eva Vlčková; Du©An Prof. Ing. Csc. Čurda
Original assignee: Vysoká ©Kola Chemicko-Technologická V Praze
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2002-04-17
Also published as: CZ9804320A3

Abstract

Zp sob spo v v tom, e se obalov² nebo fixa n prost°edek z obnoviteln²ch zdroj (polysacharid na b zi celul zy nebo krobu) hydrofobizuje pota en m vrstvou biologicky degradovateln ho polymeru na b zi kopolyamidu a/nebo kopolyesteru a/nebo sm sn ho kopolyamidesteru a/nebo n kter ho z uveden²ch kopolymer modifikovan²ch poly(oxyethylenem).\

Description

V souvislosti se zvyšujícími se požadavky na ochranu životního prostředí je ve vyspělých společnostech věnována pozornost možnostem náhrady materiálů vyráběných z vyčerpatelných fosilních zdrojů surovin (ropy, uhlí, zemního plynu apod.) za materiály vyráběné z obnovitelných zdrojů, tj. ze surovin získávaných převážně agroprodukcí. V oblasti výroby obalů se jedná o náhradu obvykle používaných polymerů (polyethylenu, polypropylenu, polystyrenu, polyvinylchloridu, polyethylentereftalátu apod.). Nejhojněji se vyskytujícími přírodními polymery na bázi bílkovin (lepku, kolagenanu, kaseínu) a především polysacharidů (celulózy a škrobu).

Dosavadní stav techniky

Snaha nahradit obalové a fixační prostředky ze syntetických polymerů materiály na bázi přírodních polymerů z obnovitelných zdrojů je spojena se snadnějším a rychlejším odbouráváním těchto látek v přírodě a tím menším znečišťováním životního prostředí. O volbě vhodného přírodního polymeru rozhoduje vedle samotné biologické odbouratelnosti mnoho dalších faktorů, jako je ekonomická dostupnost, zajištění dostatečné produkce suroviny, technologické vlastnosti potřebné při zpracování suroviny použitím stávajících technologií při výrobě obalů apod. Z těchto důvodů je vedle tradičního využití obnovitelných surovin na bázi celulózy věnována čím dál větší pozornost škrobnatým surovinám. Jejich masovému uplatnění však brání vysoká hydrofilita. Potlačení této nežádoucí vlastnosti může být dosaženo hydrofobizací škrobu před samotnou technologickou přípravou obalu nebo během ní, a to chemickou modifikací škrobu nebo přídavkem různých hydrofobizačních aditiv. Alternativně může být potřebné hydrofobizace obalového nebo fixačního prostředku vyrobeného z obnovitelných surovin na bázi přírodních polymerů dosaženo jeho vhodnou povrchovou úpravou. Tato úprava spočívá v nanesení ochranné vrstvy hydrofobní sloučeniny na povrch již připraveného obalu nebo fixačního prostředku. Použitá hydrofobizující sloučenina musí splňovat nejenom požadavek na dostatečnou odolnost vůči vodě a vzdušné vlhkosti při zachování potřebné fyzikální pevnosti a stálosti vyrobeného obalu, z hlediska požadavků na ochranu životního prostředí však musí být i dostatečně biodegradabilní.

Podstata vynálezu

Souhrn uvedených požadavků splňuje způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů, spočívající v potažení obalu nebo fixačního prostředku z přírodního obnovitelného zdroje vrstvou biologicky degradovatelného polymeru na bázi kopolyamidu a/nebo kopolyesteru a/nebo směsného kopolyamidesteru a/nebo některého z uvedených kopolymerů modifikovaných poly(oxyethylenem). Uvedené hydrofobizující kopolymery se způsobem podle vynálezu nanášejí na povrch připravených obalových nebo fixačních prostředků ve formě roztoků v organickém rozpouštědle, natíráním nebo stříkáním nebo ponořením obalových či fixačních prostředků do roztoků těchto kopolymerů, s následným odpařením rozpouštědel za tepla. V případě kopolymerů s nižší teplotou tání se podle vynálezu mohou obalové nebo fixační prostředky potahovat vrstvou těchto kopolymerů ponořením materiálu určeného k hydrofobizací do taveniny těchto kopolymerů. Jako biologicky odbouratelné obalové nebo fixační prostředky se podle vynálezu používají přírodní polymery na bázi polysacharidů, a to především materiál na bázi škrobu s přídavkem aditiv, připravený teplotním expanzním postupem, nebo materiál na bázi papíru nebo celulózy, s přídavkem aditiv s výhodou ve formě nasávané papíroviny.

-1 CZ 289909 B6

Výhodou uvedeného způsobu přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů je kromě jednoduchosti provedení a snadné přípravy používaných kopolymerů především potřebný stupeň zvýšené odolnosti obalů a fixačních prostředků vůči vodě i vzdušné vlhkosti, což umožňuje nahradit klasické obalové a fixační materiály ze syntetických polymerů na bázi ropných uhlovodíků a jejich derivátů (např. nejčastěji používaného pěnového polystyrenu) přírodními polymery z obnovitelných zdrojů. U připravených obalových nebo fixačních prostředků dochází po povrchové úpravě podle vynálezu nejen k potřebné hydrofobizaci, ale i ke zlepšení fyzikálních vlastností obalů čí fixačních prostředků, při zachování jejich biologické odbouratelnosti. Dobrou biodegradovatelnost, která byla ověřena nejen u kompaktních hydrofobizovaných obalových prostředků, ale i u samotných kopolymerů používaných k povrchové úpravě, je možno vysvětlit menší kompaktností, resp. „chaotičtějším“ uspořádáním jednotlivých fragmentů polymeru narozdíl od vysoké krystalinity samotného polyamidu, složeného z molekul o shodném počtu uhlíkových atomů.

Příklady provedení vynálezu

Vynález je dokumentován příklady použití, aniž by se jimi omezoval.

Příklad 1

Polymerační násada o složení 59 % mol. 6-hexanlaktamu, 40 % mol. 12-dodekanlaktamu, a 1 % mol. kyseliny fosforečné dávkované ve formě 85% vodného roztoku se zahřívá vmíchaném duplikátorovém reaktoru pod inertní atmosférou při teplotě 260 °C po dobu 48 hodin. Reakční produkt (obsah kopolyamidu 92,2 % hmotn., hodnota limitního viskozitního čísla roztoku kopolymerů v m-kresolu při 25 °C η=1,88, interval tání 170-175 °C) se rozpustí v ethanolu za teploty varu ethanolu. Obaly na bázi škrobu s přídavkem aditiv připravené teplotním expanzním postupem se povrchově upravují namáčením v horkém 75% ethanolovém roztoku polymeru s následným odpařením rozpouštědla v proudu horkého vzduchu.

Příklad 2

Směs 58 % mol. 6-hexanlaktamu, 40 % mol. 12-dodekanlaktamu a 2 % mol. kyseliny 6-aminohexanové se podrobí polymeraci v míchaném duplikátorovém reaktoru pod inertní atmosférou při teplotě 300 °C. Po 20 hodinách polymerace se získá produkt s limitním viskozitním číslem η=1,5, který se aplikuje ve formě ethanolového roztoku stříkáním na výplňový materiál pro přepravu výrobků v obalech (připravený extruzí škrobnatých surovin), s následným odpařením rozpouštědla v proudu horkého vzduchu.

Příklad 3

Směs 6-hexanlaktamu, 12-dodekanlaktamu a kyseliny fosforečné (molámí poměr 58:40:2) a 10 % hmotn. poly(oxyethylenu) s molámím číslem M_n= 1 000 se podrobí polymeraci při 260 °C po dobu 48 hodin postupem uvedeným v příkladu 1. Ethanolový roztok vzniklého kopolymerů s limitním viskozitním číslem η=0,76 o koncentraci 5 % hmotn. připravený za teploty varu ethanolu, se nanáší na povrch papírových obalů stříkáním, s následným odpařením rozpouštědla při 125 °C.

-2CZ 289909 B6

Příklad 4

Polymerační násada o složení 55 % mol. 6-hexanlaktamu, 40 % mol. 12-dodekanlaktamu a 5 % mol. hexamethylendiaminové soli kyseliny adipové (AH-sůl) se podrobí polymeraci při 260 °C po dobu 48 hodin v evakuované skleněné ampuli. Produkt polymerace s limitním viskozitním číslem η=1,20 se rozpustí v izopropylalkoholu a za horka se nanáší máčením na obaly z nasávané papíroviny, s následným odpařením rozpouštědla v proudu horkého vzduchu.

Příklad 5

Směs 95 % mol. 6-hexanlaktamu a 5 % mol. L-alaninu se zahřívá v zatavených evakuovaných ampulích s teplotním gradientem 2,5 °C/min na teplotu 230 °C. Po 24 hodinách polymerace při této teplotě se provádí následná 24hodinová dokondenzace reakčního produktu za tlaku 20 Pa při 230 °C. Vzniklý kopolymer se za horka rozpustí ve směsném rozpouštědle chlorid vápenatý/ethanol/voda (7 % hmot, chloridu vápenatého CaCL₂ ve směsi ethanol-voda, objemově 3 : 1). Roztoky kopolymeru o koncentraci 7 % hmotn. se aplikují na obalové materiály na bázi škrobu s přídavkem aditiv, postupem uvedeným v příkladu 1.

Příklad 6

Směs 97 % mol. 6-hexanlaktamu a 3 % mol. L-lysin monohydrochloridu se podrobí polymeraci postupem popsaným v příkladu 5. Roztok kopolymeru ve směsném rozpouštědle CaCh/ethanol/voda se aplikuje na papírové obaly stříkáním, s následným odpařením ethanolu při 120-130 °C.

Příklad 7

Směs 68 % mol. 6-hexanlaktamu, 30 % mol. 6-hexanlaktonu a 2 % mol. kyseliny fosforečné dávkované ve formě 85% vodného roztoku se podrobí polymeraci při teplotě 220 °C po dobu 48 hodin postupem popsaným v příkladu 1. Produkt polymerace limitní viskozitní číslo η=0,43 s teplotou tání 155-160 °C se na obaly z nasávané papíroviny aplikuje máčením do taveniny.

Příklad 8

Kopolymer 6-hexanlaktamu s 6-hexanlaktonem, připravený postupem popsaným v příkladě 7, se rozpustí pod inertní atmosférou při 120 °C v 85% vodném roztoku kyseliny L-mléčné. Roztok kopolymeru (60% hmotn.) se pak v průběhu dvou hodin zahřívá na teplotu 175 °C za současného postupného snižování tlaku až na 20 Pa. Za těchto podmínek probíhá polyreakce po dobu 10 hodin. Vzniklý produkt obsahující zabudované strukturní jednotky kyseliny L-mléčné se aplikuje ve formě taveniny na obalové materiály na bázi teplotně zpracovaného škrobu s přídavkem aditiv.

Příklad 9

Kopolymer 6-hexanlaktamu a 12-dodekanlaktamu, připravený postupem popsaným v příkladu 1, se modifikuje zabudováním strukturních jednotek kyseliny L-mléčné postupem popsaným v příkladu 8. Vzniklý kopolyesteramid s teplotou tání 120-125 °C se aplikuje na povrch výplňového materiálu pro přepravu výrobků v obalech (připraveného extruzí škrobnatých surovin) stříkáním taveniny polymeru.

-3CZ 289909 B6

Příklad 10

Kopolymer 6-hexanlaktamu a 12-dodekanlaktamu, připravený postupem popsaným v příkladu 1, se rozpustí pod inertní atmosférou při 120 °C vekvimolámí směsi vodného roztoku kyseliny L-mléčné (85 % hmotn.) a vodného roztoku kyseliny glykolové (70 % hmotn.). Roztok (40 °/o hmotn. kopolymeru) se zahřívá během dvou hodin na teplotu 180 °C za současného snižování tlaku až na 20 Pa. Po 10 hodinách zahřívání při této teplotě a tlaku se produkt polyreakce (se zabudovanými strukturními jednotkami kyseliny L-mléčné a glykolové) aplikuje na obalové materiály z nasávané papíroviny ve formě taveniny.

Průmyslová využitelnost

Způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů je využitelný při výrobě obalů pro fixaci přepravovaného zboží (výrobků elektrotechnického průmyslu apod.), které by pro svoji snadnou biologickou odbouratelnost měly nahradit doposud používané ekologicky nevhodné materiály z fosilních zdrojů.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů, vyznačující se tím, že se obalový nebo fixační prostředek potáhne vrstvou biologicky degradovatelného polymeru na bázi kopolyamidu a/nebo kopolyesteru a/nebo směsného kopolyamidesteru a/nebo některého z uvedených kopolymerů modifikovaných poly(oxyethylenem).

2. Způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů podle nároku 1,vyznačující se tím, že se obalový nebo fixační prostředek ponoří do roztoku kopolyamidu a/nebo kopolyesteru a/nebo směsného kopolyamidesteru a/nebo do některého z uvedených kopolymerů modifikovaných poly(oxyethylenem) v organickém rozpouštědle a po vyjmutí se nechá organické rozpouštědlo odpařit při zvýšené teplotě.

3. Způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů podle nároku 1,vyznačující se tím, že se obalový nebo fixační prostředek natře nebo postříká roztokem kopolyamidu a/nebo kopolyesteru a/nebo směsného kopolyamidesteru a/nebo některého z uvedených kopolymerů modifikovaných poly(oxyethylenem) v organickém rozpouštědle a poté se organické rozpouštědlo nechá odpařit.

4. Způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů podle nároku 1, vyznačující se tím, že se kopolyamid a/nebo kopolyester a/nebo směsný kopolyamidester a/nebo některý z uvedených kopolymerů modifikovaný poly(oxyethylenem) aplikuje na materiál ve formě taveniny.

5. Způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů podle nároku 1,vyznačující se tím, že se k potažení vrstvou biologicky degradovatelného kopolymeru použije obalový nebo fixační prostředek na bázi škrobu s přídavkem aditiv, připravený teplotním expanzním postupem.

6. Způsob přípravy hydrofobizovaných biologicky odbouratelných obalových a fixačních prostředků z obnovitelných zdrojů podle nároku 1,vyznačující se tím, že se k potažení vrstvou biologicky degradovatelného kopolymeru použije obalový nebo fixační prostředek na bází papíru nebo celulózy s přídavkem aditiv s výhodou ve formě nasávané papíroviny.