PL198609B1

PL198609B1 - Method for manufacturing biodegradable material

Info

Publication number: PL198609B1
Application number: PL360231A
Authority: PL
Inventors: Ewa Rudnik; Agnieszka Szczygielska; Edward Grzywa
Original assignee: Inst Chemii Przemys & Lstrok O
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2008-07-31
Also published as: PL360231A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania tworzywa biodegradowalnego z zastosowaniem w lókna celulozowego, znamienny tym, ze mieszanin e karboksymetyloskrobi z w lóknem celulozowym, w stosunku wago- wym karboksymetyloskrobi do w lókna celulozowego od 1:0,01 do 1:0,50, wprowadza si e do wyt la- czarki posiadaj acej co najmniej dwa slimaki, przy jednoczesnym dozowaniu wody, u zytej w stosunku wagowym do mieszaniny karboksymetyloskrobi z wlóknem celulozowym odpowiednio od 3:1 do 0,5:1, i proces wyt laczania prowadzi si e w temperaturze kolejnych stref grzewczych wyt laczarki od 45°C do 120°C, z szybko scia zapewniaj ac a kontaktowanie si e sk ladników w czasie co najmniej 20 sekund. PL PL1. The method of producing a biodegradable material using cellulose fiber, characterized in that mixtures of carboxymethyl starch with cellulose fiber, in the weight ratio of carboxymethyl starch to cellulose fiber from 1: 0.01 to 1: 0.50, are introduced into Extruder with at least two screws, with simultaneous dosing of water, used in a weight ratio to the mixture of carboxymethyl starch with cellulose fiber, respectively from 3: 1 to 0.5: 1, and the extrusion process is carried out at the temperature of subsequent heating zones extruders from 45 ° C to 120 ° C, fast enough to ensure the contact of the ingredients in at least 20 seconds. PL PL

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania tworzywa biodegradowalnego zawierającego polisacharydy i ich pochodne.The subject of the invention is a method of producing a biodegradable material containing polysaccharides and their derivatives.

Tworzywo biodegradowalne według wynalazku może znaleźć zastosowanie jako materiał np. do wytwarzania opakowań transportowych, może też stanowić dodatek do syntetycznych i naturalnych polimerów.The biodegradable material according to the invention can be used as a material, e.g. for the production of transport packaging, it can also be an additive to synthetic and natural polymers.

Większość tworzyw biodegradowalnych zawiera zdolne do biodegradacji składniki naturalne, zwłaszcza skrobię, celulozę lub ich pochodne.Most biodegradable plastics contain biodegradable natural ingredients, especially starch, cellulose or their derivatives.

Znany jest z polskiego opisu patentowego 167 213 sposób wytwarzania masy na bazie skrobi do otrzymywania cienkościennych kształtek zdolnych do rozkładu. Przedstawiona masa zawiera skrobię ziemniaczaną, kukurydzianą, pszenną, ryżową lub z tapioki albo ich mieszaniny. W skład masy wchodzą, jako środek antyadhezyjny, kwasy tłuszczowe lub ich pochodne, celuloza, wióry drzewne, otręby lub słoma jako absorbujące wodę substancje, substancje nieorganiczne, węgiel, substancje białkowe, pełniące rolę napełniacza. Sposób wytwarzania masy polega na dokładnym, wieloetapowym ich wymieszaniu.There is known from the Polish patent specification 167 213 a method of producing a starch-based mass for obtaining thin-walled shaped bodies capable of decomposition. The mass depicted comprises potato, corn, wheat, rice or tapioca starch or mixtures thereof. The composition of the mass includes, as a release agent, fatty acids or their derivatives, cellulose, wood shavings, bran or straw as water-absorbing substances, inorganic substances, carbon, protein substances acting as a filler. The mass production method consists in thorough, multi-stage mixing.

Znany jest z polskiego opisu patentowego 171 872 sposób wytwarzania biodegradowalnego materiału zawierającego mieszaninę tworzywa syntetycznego i dodatku biodegradowalnego. Tworzywem syntetycznym są termoplastyczne pochodne celulozy tj.: octan, propionian, maślan, octomaślan celulozy lub etyloceluloza, stanowiące 30-85% wagowych, a dodatkiem biodegradowalnym jest skrobia lub niemodyfikowana celuloza w ilości 15-70% wagowych. Sposób wytwarzania tego materiału, polega na tym, że tworzywo syntetyczne stapia się w temperaturze w zakresie od temperatury topnienia tego tworzywa syntetycznego do 240°C, dodając równocześnie lub następnie skrobię lub niemodyfikowaną celulozę. Kształtowanie granulatu następuje na drodze sprasowania, formowania wtryskowego lub wytłaczania.There is known from the Polish patent specification 171 872 a method of producing a biodegradable material containing a mixture of a synthetic material and a biodegradable additive. The synthetic materials are thermoplastic cellulose derivatives, i.e. acetate, propionate, butyrate, cellulose acetate butyrate or ethylcellulose, constituting 30-85% by weight, and the biodegradable additive is starch or unmodified cellulose in the amount of 15-70% by weight. The method of producing this material consists in fusing the synthetic material at a temperature ranging from the melting point of this synthetic material to 240 ° C, simultaneously or then adding starch or unmodified cellulose. The granules are shaped by pressing, injection molding or extrusion.

Znane jest z polskiego opisu patentowego 173 504 tworzywo zdolne do bio- i fotodegradacji na bazie kompozycji polimerycznej zawierającej modyfikowaną skrobię. W skład tworzywa według tego opisu wchodzi polimer termoplastyczny oraz konwencjonalne dodatki stosowane przy przetwarzaniu kompozycji poliolefinowej, takie jak przeciwutleniacze, środki poślizgowe, środki barwiące, kryjące i stabilizujące. Jako polimery termoplastyczne stosuje się poliolefiny: polipropylen, polietylen, kopolimer etylen-propylen, kopolimery etylen-buten, etylen-heksan, etylen-okten, poliizobuten oraz polistyren, poliamidy i PVC. Opisane tworzywo zawiera 23,0-98,5% wagowych polimeru termoplastycznego, 2-60% wagowych skrobi prażonej w temperaturze 382-492K i modyfikowaną skrobię. Modyfikacja skrobi polega bądź na traktowaniu wodnej zawiesiny skrobi ługami lub kwasami, bądź estryfikowaniu skrobi czynnikami mono- lub polifunkcjonalnymi, bądź utlenianiu skrobi, przy czym modyfikowaną chemicznie skrobię zabezpiecza się przed procesem prażenia środkami smarującymi i zwiększającymi płynność podczas przetwórstwa, do których zalicza się pochodne wyższych kwasów tłuszczowych. Jako czynnik przyspieszający proces fotodegradacji stosuje się mieszaniny amidu kwasu oleinowego i substancji modyfikujących polimery etylenu.A bio- and photodegradable material based on a polymer composition containing modified starch is known from the Polish patent specification 173 504. The material of this specification comprises a thermoplastic polymer and conventional additives used in the processing of the polyolefin composition, such as antioxidants, lubricants, colorants, hiding agents, and stabilizers. Thermoplastic polymers are polyolefins: polypropylene, polyethylene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butene copolymers, ethylene-hexane, ethylene-octene, polyisobutene, polystyrene, polyamides and PVC. The described material contains 23.0-98.5% by weight of a thermoplastic polymer, 2-60% by weight of starch calcined at the temperature of 382-492K and a modified starch. The modification of starch consists in either treating the aqueous suspension of starch with lyes or acids, or esterifying the starch with mono- or poly-functional factors, or oxidizing starch, whereby the chemically modified starch is protected against the roasting process with lubricants and increasing the fluidity during processing, which include derivatives of higher fatty acids. Mixtures of oleic acid amide and ethylene polymer modifiers are used as a factor accelerating the photodegradation process.

Według europejskiego opisu patentowego EP 0976790 znany jest sposób wytwarzania tworzywa na bazie surowców roślinnych. W skład tworzywa wchodzą produkty pochodzące z fasoli, słonecznika, rzepy, oleju palmowego, kokosowego, lnu, pszenicy, jęczmienia. Sposób wytwarzania tworzywa polega na przeprowadzeniu procesu uplastycznienia przez wytłaczanie, prasowanie pod ciśnieniem, formowanie wtryskowe, prasowanie próżniowe lub cienkowarstwowe rozdmuchiwanie. Surowce roślinne w czasie procesu plastyfikowania mogą być mieszane z wodą, glicerolem, glioksalem, dialdehydem kwasu glutarowego, lecytyną i/lub barwnikami. Podczas procesu uplastycznienia zastosowano środki wiążące takie jak kompleks mocznik-formaldehyd lub białka pochodzące z surowców roślinnych. Po procesie uplastycznienia tworzywo jest poddawane obróbce termicznej lub chemicznej poprzez dodanie do alkaliów, rozdrabnianiu, zwilżaniu, przemywaniu, defibrylacji i/lub mieszaniu w co najmniej jednym wstępnym etapie. Następnie przeprowadza się proces suszenia i/lub utwardzania. Wadą tego procesu jest jego wieloetapowość.According to the European patent specification EP 0976790, a method of producing a material based on vegetable raw materials is known. The material includes products derived from beans, sunflower, turnip, palm oil, coconut oil, flax, wheat and barley. The method of plastic production consists in carrying out the plasticization process by extrusion, pressing under pressure, injection molding, vacuum pressing or thin-layer blowing. The plant raw materials during the plasticizing process can be mixed with water, glycerol, glyoxal, glutaric acid dialdehyde, lecithin and / or dyes. During the plasticization process, binders such as urea-formaldehyde complex or proteins derived from plant materials were used. After plasticizing, the material is thermally or chemically treated by adding to alkali, grinding, wetting, washing, defibrillating and / or mixing in at least one preliminary step. This is followed by a drying and / or curing process. The disadvantage of this process is its multi-stage nature.

Z opisu zgłoszenia patentowego WO 03 002638 znane jest biodegradowalne tworzywo będące kompozytem zawierającym 35-55% wagowych kompleksu formaldehydowo-mocznikowego, 33-58% wagowych skrobi, 4-11% wagowych węglanu wapnia, 2-3% wagowych włókien roślinnych pochodzących z łusek ryżu, trzciny cukrowej, łusek orzechów ziemnych. Sposób otrzymywania polega na przeprowadzeniu operacji jednostkowych takich jak mielenie i mieszanie surowców,From the patent application WO 03 002638 a biodegradable material is known which is a composite containing 35-55% by weight of urea formaldehyde complex, 33-58% by weight of starch, 4-11% by weight of calcium carbonate, 2-3% by weight of vegetable fibers derived from rice hulls. , sugarcane, peanut hulls. The method of production consists in carrying out unit operations such as grinding and mixing raw materials,

PL 198 609 B1 dwukrotne kształtowanie i formowanie pod ciśnieniem 30397,5-45596,25, kPa (300-450 atm), w czasie 25-80 sekund i temperaturze 120-180°C.Double shaping and forming under pressure of 30397.5-45596.25 kPa (300-450 atm), time 25-80 seconds and temperature 120-180 ° C.

Znana jest z chińskiego opisu patentowego CN 1339540 metoda otrzymywania degradowalnych wyrobów zawierających włókna roślinne, żywicę mocznikowo-formaldehydową, skrobię, boraks, glicerynę i sól sodową karboksymetylocelulozy. Surowce miesza się w określonych proporcjach i poddaje prasowaniu, a następnie impregnowaniu przy użyciu etylocelulozy i suszeniu w podwyższonej temperaturze.The method of obtaining degradable products containing vegetable fibers, urea-formaldehyde resin, starch, borax, glycerin and sodium carboxymethylcellulose is known from the Chinese patent description CN 1339540. The raw materials are mixed in certain proportions and pressed, then impregnated with ethyl cellulose and dried at elevated temperature.

Z koreańskiego opisu patentowego KR 9200758 znany jest sposób otrzymywania płyt pilśniowych do wytworzenia których należy przygotować mieszaninę zawierającą 60-90% wagowych włókien celulozowych, 0,5-4% wagowych organicznego spoiwa zawierającego skrobię, metylocelulozę, karboksymetylocelulozę, hydroksyetylocelulozę, 5-20% wagowych nieorganicznego środka wiążącego zawierającego roztwór koloidalny krzemianów, glinianów, szkło wodne, 0,5-5% wagowych organicznych środków wiążących, 0,5-3% wagowych środka kontrolującego pH. Otrzymuje się produkt końcowy o dobrej trwałości.Korean patent description KR 9200758 discloses a method of obtaining fiberboards for the production of which a mixture of 60-90% by weight of cellulose fibers, 0.5-4% by weight of an organic binder containing starch, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, 5-20% by weight should be prepared. an inorganic binder containing a colloidal solution of silicates, aluminates, water glass, 0.5-5% by weight of organic binders, 0.5-3% by weight of a pH controlling agent. An end product with good stability is obtained.

Celem wynalazku było opracowanie efektywnego i bezodpadowego sposobu wytwarzania tworzywa biodegradowalnego opartego na polisacharydach. W sposobie według wynalazku w wyniku wytłaczania surowców pochodzenia naturalnego (tzw. odnawialnych) otrzymuje się biodegradowalne tworzywo, które można formować tradycyjnymi metodami prasowania.The aim of the invention was to develop an efficient and waste-free method of producing a biodegradable material based on polysaccharides. In the method according to the invention, as a result of the extrusion of raw materials of natural origin (the so-called renewable), a biodegradable material is obtained that can be formed by traditional pressing methods.

Sposób wytwarzania tworzywa biodegradowalnego według wynalazku polega na tym, że kompozycję karboksymetyloskrobi z włóknem celulozowym, w stosunku wagowym karboksymetyloskrobi do włókna celulozowego od 1:0,01 do 1:0,50, wprowadza się do wytłaczarki, posiadającej co najmniej dwa ślimaki, przy jednoczesnym dozowaniu wody, użytej w stosunku wagowym do kompozycji karboksymetyloskrobi z włóknem celulozowym od 3: 1 do 0,5:1, i prowadzi się proces wytłaczania w temperaturze kolejnych stref grzewczych wytłaczarki od 45°C do 120°C, przy szybkości wytłaczania zapewniającej kontaktowanie się składników w czasie co najmniej 20 sekund.The method of producing the biodegradable material according to the invention consists in introducing the composition of carboxymethyl starch with cellulose fiber, in a weight ratio of carboxymethyl starch to cellulose fiber from 1: 0.01 to 1: 0.50, into an extruder having at least two screws, while simultaneously dosing water, used in a weight ratio to the composition of carboxymethyl starch with cellulose fiber from 3: 1 to 0.5: 1, and the extrusion process is carried out at the temperature of successive heating zones of the extruder from 45 ° C to 120 ° C, at the extrusion rate ensuring contact ingredients for at least 20 seconds.

Korzystnie jest stosować kompozycję karboksymetyloskrobi z włóknem celulozowym w stosunku wagowym karboksymetyloskrobi do włókna celulozowego od 1:0,05 do 1:0,35.It is preferred to use a carboxymethyl starch composition with cellulose fiber in a weight ratio of carboxymethyl starch to cellulose fiber from 1: 0.05 to 1: 0.35.

Korzystnie jest dozować wodę w stosunku wagowym do kompozycji karboksymetyloskrobi z włóknem celulozowym odpowiednio od 2:1 do 0,5:1.It is preferable to dose the water in a weight ratio to the carboxymethyl starch with cellulose fiber composition of 2: 1 to 0.5: 1, respectively.

W sposobie według wynalazku korzystnie jest stosować włókno celulozowe drzew liściastych lub iglastych lub lnu.In the process according to the invention, it is advantageous to use cellulose fiber from deciduous or coniferous trees or flax.

Korzystnie jest wytłaczanie prowadzić z szybkością zapewniającą kontaktowanie się składników w czasie 0,5-10 minut.It is preferable to perform extrusion at a speed that will bring the components into contact within 0.5-10 minutes.

Postępowanie według wynalazku, które polega na wytłaczaniu surowców pochodzenia naturalnego zapewnia w prostym, energooszczędnym procesie technologicznym otrzymanie tworzywa biodegradowalnego o barwie od jasnobrązowej do ciemnobrązowej, zawartości wilgoci po wytłoczeniu 10-16% wagowych i o dobrych właściwościach mechanicznych.The procedure according to the invention, which consists in extrusion of raw materials of natural origin, ensures, in a simple, energy-saving technological process, obtaining a biodegradable material with a color from light brown to dark brown, moisture content after extrusion 10-16% by weight and with good mechanical properties.

Proces ten jest proekologiczny - charakteryzuje się brakiem ścieków i odpadów, a ponadto czas niezbędny do wytworzenia produktu jest znacznie krótszy niż w przypadku znanych sposobów.This process is environmentally friendly - it is characterized by the lack of sewage and waste, and moreover, the time needed to produce the product is much shorter than in the case of known methods.

Sposób otrzymywania tworzywa według wynalazku przedstawiono w poniższych przykładach wykonania.The method of obtaining the material according to the invention is shown in the following examples.

P r z y k ł a d IP r z k ł a d I

Do mieszalnika, wyposażonego w mieszadło mechaniczne, wprowadzono 100 kg karboksymetyloskrobi, dodano 5 kg włókna lnianego, czesanego, zielonego, zmielonego uprzednio w młynku tnącym typu SM 100 firmy Retsch przy użyciu sita o przekroju 0,25 mm. Całość dokładnie wymieszano i uzyskaną kompozycję dozowano za pomocą dozownika wolumetrycznego do wytłaczarki przy jednoczesnym dozowaniu wody destylowanej do wytłaczarki za pomocą pompki z szybkością 0,11 l/h.100 kg of carboxymethyl starch was introduced into the mixer, and 5 kg of combed green flax fiber, previously ground in a Retsch SM 100 cutting mill using a 0.25 mm sieve, were added. The whole was thoroughly mixed and the obtained composition was dosed by means of a volumetric feeder into the extruder while simultaneously dosing distilled water into the extruder by means of a pump at a rate of 0.11 l / h.

Do wytłaczania zastosowano laboratoryjną wytłaczarkę dwuślimakową firmy ThermoHaake typu PTW16/25D. Wytłaczarka wyposażona jest w czujniki pomiaru stref grzewczych, termopary, czujnik ciśnienia w zakresie 0-20 MPa (0-200 bar), 2 układy ślimaków o średnicy 16 mm, których maksymalna prędkość wynosi 500 obr/min, a maksymalny moment obrotowy 12 Nm/śrubę. Zastosowano jednootworową okrągłą dyszę o średnicy 5 mm.A laboratory twin-screw extruder by ThermoHaake, type PTW16 / 25D, was used for extrusion. The extruder is equipped with sensors for measuring heating zones, thermocouples, a pressure sensor in the range of 0-20 MPa (0-200 bar), 2 systems of screws with a diameter of 16 mm, the maximum speed of which is 500 rpm and the maximum torque of 12 Nm / screw. A single-hole round nozzle with a diameter of 5 mm was used.

Proces reaktywnego wytłaczania tworzywa biodegradowalnego prowadzono w temperaturze w temperaturze kolejnych stref grzewczych wynoszącej odpowiednio w pierwszej strefie 50°C, drugiej 80°C, trzeciej 90°C, czwartej strefie 95°C oraz temperaturze na dyszy 100°C, przy szybkości obrotów ślimaków wynoszącym 70 obr/min. i szybkości obrotów ślimaków wolumetrycznego dozownikaThe process of reactive extrusion of biodegradable material was carried out at a temperature in the temperature of subsequent heating zones of 50 ° C in the first zone, the second 80 ° C, the third 90 ° C, the fourth zone 95 ° C and the temperature at the nozzle 100 ° C, at the screw rotation speed of 70 rpm and the speed of rotation of the screws of the volumetric doser

PL 198 609 B1 wynoszącym 44 obr/min. Czas przebywania materiału w wytłaczarce wynosi 3 minuty. Uzyskano produkt o barwie brunatnej i zawartość wilgoci 12% wagowych.PL 198 609 B1 of 44 rpm. The residence time of the material in the extruder is 3 minutes. A brown product with a moisture content of 12% by weight was obtained.

Twardość tworzywa wynosiła 40,5 MPa, wytrzymałość na rozciąganie 3,9 MPa, wydłużenie względne przy zerwaniu 0,7%.The hardness of the material was 40.5 MPa, the tensile strength was 3.9 MPa, and the relative elongation at break was 0.7%.

P r z y k ł ad IIExample II

Proces reaktywnego wytłaczania tworzywa biodegradowalnego prowadzono w sposób analogiczny z podanym w przykładzie I, przy czym do wytłaczania przygotowano kompozycję ze 100 kg karboksymetyloskrobi i 10 kg włókna lnianego, czesanego, zielonego zmielonego przy użyciu młynka stosując sito o przekroju 0,75 mm. Proces reaktywnego wytłaczania prowadzono przy szybkości obrotów ślimaków wynoszącym 80 obr/min. Temperatura w poszczególnych strefach grzewczych jak w przykładzie I. Czas przebywania materiału w wytłaczarce wynosi 3 minuty. Uzyskano pastę o barwie brunatnej o zawartości wilgoci 13,9% wag., której wytrzymałość na rozciąganie wynosi 12,7 MPa, a wydłużenie względne przy zerwaniu 2,6%. Uzyskaną pastę kształtuje się na drodze prasowania pod ciśnieniem 10132,5 kPa (100 atm.), w temperaturze 110C°. Z tworzywa można wytwarzać kształtki opakowaniowe lub można je stosować jako składnik kompozycji polimerowych wpływający na ich częściową biodegradowalność.The process of reactive extrusion of biodegradable material was carried out in a similar manner to that given in Example 1, while extrusion was made of a composition of 100 kg of carboxymethyl starch and 10 kg of flax fiber, combed, green, ground with a grinder using a 0.75 mm sieve. The reactive extrusion process was carried out at a screw rotation speed of 80 rpm. Temperature in individual heating zones as in Example 1. The material residence time in the extruder is 3 minutes. A brown paste was obtained with a moisture content of 13.9% by weight, the tensile strength of which was 12.7 MPa and the elongation at break 2.6%. The obtained paste is shaped by pressing at a pressure of 10132.5 kPa (100 atm.) And a temperature of 110C °. Packaging moldings can be produced from the material or they can be used as a component of polymer compositions influencing their partial biodegradability.

P r z y k ł a d IIIP r z x l a d III

Proces reaktywnego wytłaczania tworzywa biodegradowalnego prowadzono w sposób analogiczny z podanym w przykładzie I, przy czym do wytłaczania przygotowano kompozycję ze 100 kg karboksymetyloskrobi i 25 kg włókna lnianego, czesanego, zielonego zmielonego uprzednio w młynku przy użyciu sita o przekroju 0,75 mm. Szybkość dozowania wody do wytłaczarki wynosi 0,14 l/h. Proces reaktywnego wytłaczania prowadzono przy szybkości obrotów ślimaków wynoszącym 70 obr/min. Zastosowano zakres temperatur stref grzewczych wytłaczarki jak podany w przykładzie I wynalazku. Czas przebywania materiału w wytłaczarce wynosi 60 sekund. Uzyskano pastę o barwie ciemnobrunatnej o zawartości wilgoci 10% wag., o twardości 79,8 MPa, wytrzymałości na rozciąganie 3,5 MPa, i wydłużeniu względnym przy zerwaniu 0,8%. Uzyskaną pastę kształtuje się na drodze prasowania pod ciśnieniem 9625,875 kPa (95 atm.),w temperaturze 105 C°.The process of reactive extrusion of biodegradable material was carried out in a similar manner to that given in Example 1, and for extrusion a composition was prepared from 100 kg of carboxymethyl starch and 25 kg of flax fiber, combed, green, previously ground in a grinder using a 0.75 mm sieve. The rate of water dosing into the extruder is 0.14 l / h. The reactive extrusion process was carried out at a screw rotation speed of 70 rpm. The temperature range of the extruder heating zones was used as given in Example 1 of the invention. The residence time of the material in the extruder is 60 seconds. A dark brown paste was obtained, with a moisture content of 10% by weight, a hardness of 79.8 MPa, a tensile strength of 3.5 MPa, and an elongation at break of 0.8%. The obtained paste is shaped by pressing at a pressure of 9625.875 kPa (95 atm.) And a temperature of 105 C °.

P r z y k ł a d IVP r x l a d IV

Do mieszalnika wyposażonego w mieszadło mechaniczne wprowadzono 100 kg karboksymetyloskrobi dodano 25 kg celulozy sosnowej, siarczanowej, bielonej, zmielonej uprzednio w młynku tnącym typu SM 100 firmy Retsch stosując sito o przekroju 0,5 mm, następnie całość dokładnie wymieszano i uzyskaną kompozycję dozowano za pomocą dozownika wolumetrycznego do wytłaczarki przy jednoczesnym dozowaniu wody destylowanej do wytłaczarki za pomocą pompki z szybkością 0,11 l/h. Zastosowano dyszę o średnicy wynoszącej 5 mm. Proces reaktywnego wytłaczania tworzywa biodegradowalnego prowadzono w temperaturze kolejnych stref grzewczych wytłaczarki wynoszącej odpowiednio w pierwszej strefie 50°C, drugiej 80°C, trzeciej 100°C, czwartej strefie 110°C oraz temperaturze na dyszy 105°C przy szybkości obrotów ślimaków wynoszącym 70 obr/min. i szybkości obrotów ślimaków wolumetrycznego dozownika wynoszącym 66 obr/min. Czas przebywania materiału w wytłaczarce wynosi 2 minuty. Uzyskano produkt o barwie jasnobrunatnej o zawartości wilgoci 12,8% wag., którego wytrzymałość na rozciąganie wynosi 28,3 MPa, a wydłużenie względne przy zerwaniu 2,4%. Produkt końcowy formuje się w wyniku prasowania pod ciśnieniem 8612,625 kPa (85 atm.), temperaturze 115 C°.100 kg of carboxymethyl starch were introduced into a mixer equipped with a mechanical stirrer, 25 kg of pine, sulphate, bleached cellulose, previously ground in a Retsch SM 100 cutting mill using a 0.5 mm sieve, were added, then the whole was thoroughly mixed and the resulting composition was dosed using a dispenser. volumetric to the extruder while dosing distilled water to the extruder using a pump at a rate of 0.11 l / h. A nozzle with a diameter of 5 mm was used. The process of reactive extrusion of biodegradable material was carried out at the temperature of the subsequent heating zones of the extruder, which was in the first zone 50 ° C, the second 80 ° C, the third 100 ° C, the fourth zone 110 ° C and the temperature on the nozzle 105 ° C at the speed of the screws rotation of 70 rpm. / min. and the screw speed of the volumetric metering unit is 66 rpm. The residence time of the material in the extruder is 2 minutes. A light brown product was obtained, with a moisture content of 12.8% by weight, with a tensile strength of 28.3 MPa and an elongation at break of 2.4%. The end product is formed by pressing at a pressure of 85 atm and a temperature of 115 ° C.

P r z y k ł a d VP r z k ł a d V

Proces reaktywnego wytłaczania tworzywa biodegradowalnego prowadzono w sposób analogiczny z podanym w przykładzie IV, przy czym do reakcji przygotowano kompozycję zużywając 100 kg karboksymetyloskrobi i 5 kg celulozy sosnowej, siarczanowej, bielonej, uprzednio zmielonej w młynku stosując sito o przekroju 0,25 mm. Szybkość dozowania wody do wytłaczarki wynosi 0,17 l/h. Proces reaktywnego wytłaczania prowadzono przy szybkości obrotów ślimaków wynoszącym 70 obr/min i szybkości obrotów ślimaków wolumetrycznego dozownika wynoszącym 47 obr/min. Temperatury stref grzewczych wytłaczarki jak w przykładzie IV. Czas przebywania materiału w wytłaczarce wynosi 30 sekund. Uzyskano pastę o barwie ciemnobrunatnej o zawartości wilgoci po wytłoczeniu 12,5% wag., której wytrzymałość na rozciąganie wynosi 26,8 MPa, a wydłużenie względne przy zerwaniu 7,0%. Uzyskaną pastę kształtuje się na drodze prasowania pod ciśnieniem 10132,5 kPa (100 atm.), w temperaturze 110°C.The process of reactive extrusion of biodegradable material was carried out in the same way as described in Example IV, and the composition was prepared for the reaction using 100 kg of carboxymethyl starch and 5 kg of bleached pine, sulphate cellulose, previously ground in a mill using a 0.25 mm sieve. The rate of water dosing into the extruder is 0.17 l / h. The reactive extrusion process was carried out at a screw rotation speed of 70 rpm and a volumetric feeder screw rotation speed of 47 rpm. Temperatures of the extruder heating zones as in example 4. The residence time of the material in the extruder is 30 seconds. The result was a dark brown paste with an extrusion moisture content of 12.5% by weight, the tensile strength of which was 26.8 MPa and the elongation at break 7.0%. The obtained paste is shaped by pressing at a pressure of 100 atm and a temperature of 110 ° C.

Badania biodegradacji wybranych kompozytów otrzymanych według wynalazku przedstawiono w tabeli.The biodegradation tests of selected composites obtained according to the invention are presented in the table.

PL 198 609 B1PL 198 609 B1

Badania biodegradacji wykonano zgodnie z normą PN-ISO 9408.The biodegradation tests were carried out in accordance with the PN-ISO 9408 standard.

Kompozyt z przykładu Composite of the example Biodegradacja [%] Biodegradation [%] II II 90 90 IV IV 80 80 V V 67 67

Roztwory kompozytów po badaniach biodegradacji poddano badaniom ekotoksykologicznym. Badania przeprowadzono zgodnie z międzynarodową normą DIN/EN/ISO 11348 wykorzystując bakterie świecące LCK 482 (Vibrio fischeri). Nie stwierdzono toksyczności produktów biodegradacji kompozytów.Composite solutions after biodegradation tests were subjected to ecotoxicological tests. The tests were carried out in accordance with the international standard DIN / EN / ISO 11348 using LCK 482 (Vibrio fischeri) luminous bacteria. The biodegradation products of the composites were not toxic.

Claims

The method of producing biodegradable material using cellulose fiber, characterized in that a mixture of carboxymethyl starch with cellulose fiber, in a weight ratio of carboxymethyl starch to cellulose fiber from 1: 0.01 to 1: 0.50, is fed to an extruder having at least two screws , with simultaneous dosing of water, used in a weight ratio to the mixture of carboxymethyl starch with cellulose fiber, respectively from 3: 1 to 0.5: 1, and the extrusion process is carried out at the temperature of successive heating zones of the extruder from 45 ° C to 120 ° C, with the speed of ensuring contact of the ingredients for at least 20 seconds.

2. The method according to p. The process of claim 1, wherein the mixture of carboxymethyl starch with cellulose fiber is used in a weight ratio of carboxymethyl starch to cellulose fiber from 1: 0.05 to 1: 0.35.

3. The method according to p. The process of claim 1, wherein water and the mixture of carboxymethyl starch with cellulose fiber are introduced in a weight ratio of 2: 1 to 0.5: 1, respectively.

4. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the cellulose fiber of deciduous or coniferous trees or of flax is used.

5. The method according to p. The process of claim 1, wherein extrusion is carried out at a rate for the contact of the components for 0.5-10 minutes.

6. The method according to p. The process of claim 1, wherein the length of the cellulose fiber is 0.25 to 0.75 mm.