PL241216B1

PL241216B1 - Sposób wytwarzania kompozycji przeznaczonej na opakowania oraz sposób wytwarzania kompozytu przeznaczonego na opakowania z kompozycji otrzymanej tym sposobem

Info

Publication number: PL241216B1
Application number: PL429956A
Authority: PL
Inventors: Mirosława Prochoń; Marian Zaborski; Anna Masek
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2022-08-22
Also published as: PL429956A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania kompozycji z przeznaczeniem na opakowanie, który polega na tym, że do 15 - 50 cz. wag. wody destylowanej wprowadza się 15 - 25 cz. wag. skrobi naturalnej, i całość miesza się w temperaturze od 50 do 60°C, aż do uzyskania kleiku skrobiowego; następnie podnosi się temperaturę mieszaniny do 65 - 75°C; po czym wprowadza się plastyfikator, korzystnie glicerynę, w ilości od 15 do 25 cz. wag. i całość miesza się przez 2 - 10 minut, i kolejno wprowadza się od 35 do 40 cz. wag. 20% wodnego roztworu alkoholu poliwinylowego, o jednolitej konsystencji, po czym miesza się do aż do otrzymania jednolitej masy. Sposób wytworzenia kompozytu, przeznaczonego na opakowania, z kompozycji otrzymanej sposobem według wynalazku, polega na tym, że otrzymaną kompozycję formuje się w kształcie płyt poprzez prasowanie prasą hydrauliczną lub formuje się metodą termoformowania do pożądanego kształtu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji przeznaczonej na opakowania, zwłaszcza na opakowania świeczek tealight oraz sposób wytwarzania kompozytu, przeznaczonego na opakowania, z kompozycji otrzymanej tym sposobem.

W obecnych czasach znaczna ilość surowców przeznaczonych na różnego rodzaju opakowania opiera się na syntetycznych tworzywach. Jednymi z wiodących surowców pozyskanych z surowców petrochemicznych jest polietylen PE i polipropylen PP (US6939919B2; WO2014056559A1). Niestety żadne z tych tworzyw nie jest degradowane w środowisku naturalnym, wprawdzie domieszkuje się do nich surowce pochodzenia naturalnego, np. skrobię modyfikowaną, chitozan, białka etc., ale to powoduje tylko częściową degradację, biodegradację, natomiast sam czynnik syntetyczny, jakim jest PP czy PE, pozostaje w środowisku w postaci zdefragmentaryzowanej, co może mieć negatywne konsekwencje na środowisko naturalne.

Narastające zużycie surowców nieodnawialnych do produkcji różnego rodzaju tworzyw syntetycznych niesie za sobą nie tylko konsekwencje braku tych surowców z czasem, ale także olbrzymie ilości powstających w wyniku popytu na produkty spożywcze, kosmetyczne, medyczne itp. odpadów tworzyw polimerowych. Prowadzone są intensywne badania nad wykorzystaniem biomasy - surowców odnawialnych, do produkcji tego typu opakowań.

Z opisu zgłoszenia patentowego CN107177148A znany jest sposób wytwarzania folii do pakowania ekspresowego na bazie skrobi i alkoholu poliwinylowego (PVA). Folię do pakowania ekspresowego na bazie skrobi i PVA wytwarza się w stosunku 280-220 części masowych PVA, 56-64 części rozpuszczalnego w wodzie glukanu, 84-96 części modyfikowanej skrobi, 5-10 części organicznego bentonitu, 20-40 części plastyfikatora, 15-25 części proszku propolisu, 1-3 części środka antystatycznego, 2,5-7,5 części środka pomocniczego do tworzenia filmu oraz 1,5-2 części środka wiążącego, przy czym stosunek masowy PVA do rozpuszczalnego w wodzie glukanu do modyfikowanej skrobi wynosi 10 : 2 : 3, a stosunek masowy środka antystatycznego do środka błonotwórczego wynosi 2 : 5. Zaletą wytworzonej kompozycji jest to, że surowce są łatwe do otrzymania i wygodne w obróbce, a folia ma dobrą przetwarzalność, dobre właściwości mechaniczne, wytrzymałość na rozciąganie folii nie jest niższa niż polietylenu, podczas gdy wytrzymałość na rozdarcie i udarność folii są lepsze niż wytrzymałość folii z polietylenu. Wytworzona folia może mieć zastosowanie w przemyśle opakowań ekspresowych i może być stopniowo degradowana biologicznie w warunkach kompostowania.

Z opisu zgłoszenia patentowego EP0611804A1 znane są wytłaczane kompozycje z alkoholu poliwinylowego zawierające modyfikowane skrobie, znajdujące zastosowanie w pakowaniu i formowaniu. Kompozycja przygotowywana jest poprzez zmieszanie alkoholu poliwinylowego oraz termoplastycznej skrobi modyfikowanej w celu uzyskania produktu, który ma zmniejszoną wrażliwość na wodę, i zmniejszone wydłużenie przy wysokiej wilgotności względnej. Termoplastyczna skrobia modyfikowana może być dodana do polialkoholu winylowego przed lub podczas topienia samego alkoholu w celu zmniejszenia jego stopnia krystaliczności.

Z opisu zgłoszenia patentowego US5106890A znana jest folia z alkoholu poliwinylowego oraz skrobi, którą wytwarza się z kompozycji zawierającej alkohol poliwinylowy o stopniu hydrolizy co najmniej 93% molowych oraz skrobię, przy czym folia jest przynajmniej jednoosiowo rozciągnięta. Folia według niniejszego wynalazku jest doskonała pod względem wodoodporności, a ponadto cechuje się właściwościami biodegradowalnymi.

W celu ograniczenia palności stosuje się środki z grupy tzw. antypirenów, retardantów palenia etc [Materials Science and Engineering: R: Reports, 2009, 63, 3, 29, 100]. Retardanty palenia, ang. FR flame retardant, inaczej środki opóźniające palenie, opóźniacze palenia albo antypireny, są to związki chemiczne lub ich mieszaniny, które opóźniają proces zapalenia się oraz wpływają na spowolnienie szybkości reakcji pirolizy lub utleniania się polimerów/tworzyw podczas kontaktu z płomieniem. W obecnych czasach z uwagi na wymogi dyrektyw europejskich wybiera się bezhalogenowe retardanty palenia, do których należą m.in. nieorganiczne wodorotlenki, np. glinu lub magnezu; związki nieorganiczne i organiczne fosforu, polifosforany w tym fosforany, fosfoniany, czerwony fosfor; związki azotu, w tym melamina i jej sole; związki krzemu, mineralne i syntetyczne, w tym modyfikowane nanonapełniacze glinokrzemianowe. Szczególną pozycję na rynku bezhalogenowych retardantów palenia zajmują związki fosforu i azotu, w tym polifosforany [ECHA European Chemicals Agency, Justifcation for the draft recommenda

PL 241 216 B1 tion of inclusion in annex XIV, Substance name: Hexabromocyclododecane (HBCDD) and all major diastereoisomers identified, 14.01.2009]. Najbardziej popularnym i najlepiej opisanym wśród nich jest polifosforan amonu; do mniej popularnych rynkowo, ale o rosnącym znaczeniu, należą sole melaminy.

Celem wynalazku jest zapewnienie termostabilności przy jednoczesnej biodegradowalności opakowań, na przykład opakowań dedykowanych na świeczki.

Sposób wytwarzania kompozycji z przeznaczeniem na opakowanie, z wykorzystaniem skrobi, plastyfikatora w postaci gliceryny, alkoholu poliwinylowego i wody, według wynalazku polega na tym, że najpierw sporządza się kleik skrobiowy przez zmieszanie wody i skrobi naturalnej w temperaturze 50-60°C, stosując na 15-50 części wagowych wody destylowanej 15-25 części wagowych skrobi naturalnej, następnie podnosi się temperaturę mieszaniny do 65-75°C, wprowadza glicerynę w ilości 15-25 części wagowych, całość miesza się przez 2-10 minuty i następnie wprowadza się alkohol poliwinylowy w postaci roztworu wodnego o stężeniu 20%, o jednolitej konsystencji, w ilości 35-40 części wagowych, po czym miesza się całość aż do otrzymania jednolitej masy.

Korzystnie stosuje się glicerynę bezwodną o gęstości 1,26 g/ml (20°C).

Korzystnie po dodaniu mieszaniny alkoholu poliwinylowego i wody wprowadza się barwnik w ilości 0,01-0,02 części wagowych, przy czym zaleca się, by barwnik wprowadzać w formie zawiesiny wodnej zawierającej 0,01 części wagowych barwnika oraz 0,5 części wagowych wody. Szczególnie polecanym jest stosowanie barwników spożywczych lub barwników pochodzenia naturalnego, jak na przykład czerwień koszenilowa, żółcień chinolinowa oraz błękit brylantowy.

Po otrzymaniu jednolitej masy z wytworzonej kompozycji korzystnie odparowuje się nadmiar wody, przykładowo poprzez stabilizację w komorze termicznej. Korzystnie stabilizację w komorze termicznej prowadzi się przez 24-48 godziny, w temperaturze 55-60°C i ciśnieniu p = 0,5-1,5 atm, co pozwala na odparowanie nadmiaru wody, której nadmiar negatywnie wpływa na dalszą jej obróbkę , tj. formowaniu np. w prasie hydraulicznej. Pozwala to na uzyskanie z kompozycji kompozytów bez pęcherzy i defektów strukturalnych.

Kompozycję bezpośrednio po wytworzeniu najlepiej od razu poddać dalszym procesom przetwórczym mającym na celu uzyskanie kompozytu. Jeżeli jednak wytworzona kompozycja nie jest od razu poddawana dalszym procesom przetwórczym, w tym zwłaszcza prasowaniu lub formowaniu, zaleca się ją termostabilizować w zakresie temperatur 5-10°C, co zapobiega rozwijanie się grzybów i pleśni.

Korzystnym jest, po dodaniu wodnego roztworu alkoholu poliwinylowego, wprowadzenie od 2 do 5 części wagowych substancji ograniczającej palność zawieszonych w wodzie destylowanej w proporcji 1 : 1, przy szczególnie korzystnie jako substancję ograniczającą palność stosuje się fosforan melaminy albo fosfor czerwony.

Drugim aspektem wynalazku jest sposób wytworzenia kompozytu przeznaczonego na opakowania z kompozycji otrzymanej opisanym wyżej sposobem, polegający na tym, że otrzymaną kompozycję formuje się w kształcie płyt poprzez prasowanie prasą hydrauliczną lub formuje się metodą termoformowania do pożądanego kształtu, przy czym proces prasowania korzystnie prowadzi się w zakresie temperatur od 140-160°C, w czasie od 5 do 10 min oraz ciśnieniu od 10 do 30 bar.

Kompozyt polimerowy wytworzony z kompozycji otrzymanej opisanym powyżej sposobem cechuje się zwiększoną stabilnością termiczną i odpornością na palność, dobrą elastycznością oraz transparentnością. Kompozyt posiada naturalny kolor barwy słomkowej, żółtej, jednakże zastosowanie odpowiedniego barwnika pozwala uzyskanie oczekiwanego zabarwienia. Kompozyty wytworzone z kompozycji otrzymanej sposobem według wynalazku są także w 100% biodegradowalne, spełniając zasadę, że po 6 miesiącach kompostowania całkowicie rozkładane są przez mikroorganizmy do CO 2 oraz H2O w glebie lub wodzie. Kompozyt po określonym czasie użytkowania może bezpośrednio trafić na wysypiska śmieci czy miejsca składowania kompostu. Kompozyt zachowuje kształt w trakcie jego użytkowania na przykład w trakcie wypalania się świeczek.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

Przykład 1.

Przyjęto, że część wagowa wynosi 100 g.

Kompozycję z przeznaczeniem na opakowanie, zwłaszcza na opakowanie do świeczek typu tealight, wytworzono w następujący sposób. Do 20 części wagowych wody destylowanej wprowadzono 20 części wagowych skrobi naturalnej (ziemniaczanej, ale mogą być także stosowane inne rodzaje skrobi naturalnej i następnie całość mieszano w temperaturze od 55°C, uzyskując kleik skrobiowy, który przejawia właściwości adhezyjne i błonotwórcze. Po rozpuszczeniu skrobi i wytworzeniu kleiku skrobiowego, temperatura mieszaniny została podwyższona do 65-75°C, po czym wprowadzono plastyfikator,

PL 241 216 B1 w postaci gliceryny bezwodnej o gęstości 1,26 g/ml (20°C), w ilości 20 części wagowych celem nadania właściwości elastycznych kompozytom wykonanym z tej kompozycji. Całość mieszano przez 10 minut, po czym wprowadzono małymi porcjami 40 części wagowych 20% wodnego roztworu alkoholu poliwinylowyego, o jednolitej konsystencji. Następnie do mieszaniny wprowadzony został barwnik naturalny w formie zawiesiny wodnej zawierającej barwnik w ilości 0,01 części wagowych oraz wodę w ilości 0,5 części wagowych. W dalszej kolejności mieszano kompozycję, aż do otrzymania jednolitej masy. Kompozycja po stabilizacji została bezpośrednio wprowadzona do prasy hydraulicznej i metodą prasowania została formowana do kształtu m.in. płyt, uzyskując kompozyt polimerowy. Parametry procesu prasowania to: temperatura 150°C, czas 5 min oraz ciśnienie 20 bar.

Kompozyt wytworzony sposobem według wynalazki cechuje się wytrzymałością na rozciąganie rzędu 2,5-3,5 MPa oraz twardością 45-65°Sh, większą sztywnością wynikającą z wyższego modułu sprężystości, a tym samym większą odpornością cieplną. Nie jest transparentny, ze względu na obecność skrobi przyjmuje barwę mleczno-żółtą. Kompozyt jest w 100% biodegradowalny, spełniając zasadę, że po 6 miesiącach kompostowania całkowicie rozpada się przez np. mikroorganizmy do CO2 oraz H2O w glebie lub wodzie. Końcowy produkt wytworzony z kompozycji lub kompozytu według wynalazku po określonym czasie użytkowania może bezpośrednio trafić na wysypiska śmieci czy miejsca składowania kompostu.

P r z y k ł a d 2.

Kompozycję z przeznaczeniem na opakowanie, zwłaszcza na opakowanie do świeczek typu tealight, wytworzono tak jak w przykładzie 1, przy czym zastosowano następujące ilości składników:

Skrobia 18 części wagowych

Gliceryna 17 części wagowych

Alkohol (poliwinylowy) PVA 8 części wagowych

Barwnik 0,01 części wagowych

Woda 52 części wagowych, przy czym po dodaniu do mieszaniny roztworu alkoholu poliwinylowego wprowadzono do niej także 5 części wagowych fosforu czerwonego (może być także stosowany fosforan melaminy) zawieszonego w 5 części wagowych wody destylowanej, całość mieszamy, kontrolując temperaturę jak w przykładzie 1.

Otrzymaną kompozycję termostabilizowano przez 2 dni, w temperaturze 50°C, po czym poddano ją obróbce formowania metodą prasowania do kształtu płyt. Parametry procesu prasowania to: zakres temperatur 140-160°C, czas 5-10 min oraz ciśnienie 10-30 bar.

Kompozyt wytworzony sposobem według wynalazki cechuje się wytrzymałością na rozciąganie rzędu 2,5-3,5 MPa oraz twardością 45-65°C, większą sztywnością wynikającą z wyższego modułu sprężystości, a tym samym większą odpornością cieplną. Nie jest transparentny, ze względu na obecność skrobi przyjmuje barwę mleczno-żółtą. Kompozyt jest w 100% biodegradowalny, spełniając zasadę, że po 6 miesiącach kompostowania całkowicie rozpada się przez np. mikroorganizmy do CO2 oraz H2O w glebie lub wodzie. Końcowy produkt wytworzony z kompozycji lub kompozytu według w ynalazku po określonym czasie użytkowania może bezpośrednio trafić na wysypiska śmieci czy miejsca składowania kompostu.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania kompozycji z przeznaczeniem na opakowanie, z wykorzystaniem skrobi, plastyfikatora w postaci gliceryny, alkoholu poliwinylowego i wody, znamienny tym, że najpierw sporządza się kleik skrobiowy przez zmieszanie wody i skrobi naturalnej w temperaturze 50-60°C, stosując na 15-50 części wagowych wody destylowanej 15-25 części wagowych skrobi naturalnej, następnie podnosi się temperaturę mieszaniny do 65-75°C, wprowadza glicerynę w ilości 15-25 części wagowych, całość miesza się przez 2-10 minuty i następnie wprowadza się alkohol poliwinylowy w postaci roztworu wodnego o stężeniu 20%, o jednolitej konsystencji, w ilości 35-40 części wagowych, po czym miesza się całość aż do otrzymania jednolitej masy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się glicerynę bezwodną o gęstości 1,26 g/ml (20°C).
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że po dodaniu mieszaniny alkoholu poliwinylowego i wody wprowadza się barwnik w ilości 0,01-0,02 części wagowych.

PL 241 216 B1
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że barwnik wprowadza się w formie zawiesiny wodnej zawierającej 0,01 części wagowych barwnika oraz 0,5 części wagowych wody.
5. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że stosuje się barwniki spożywcze lub barwniki pochodzenia naturalnego.
6. Sposób według dowolnego z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że po otrzymaniu jednolitej masy odparowuje się nadmiar wody z kompozycji, korzystnie poprzez stabilizację w komorze termicznej.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że nadmiar wody z kompozycji odparowuje się poprzez stabilizację w komorze termicznej.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stabilizację w komorze termicznej prowadzi się przez 24-48 godziny, w temperaturze 55-60°C i ciśnieniu p = 0,5-1,5 atm.
9. Sposób według dowolnego z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że po otrzymaniu jednolitej masy, wytworzoną kompozycję termostabilizuje się w zakresie temperatur 5-10°C.
10. Sposób według dowolnego z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że po dodaniu wodnego roztworu alkoholu poliwinylowego wprowadza się od 2 do 5 części wagowych substancji ograniczającej palność, zawieszonej w wodzie destylowanej w proporcji 1 : 1.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że jako substancję ograniczającą palność stosuje się fosforan melaminy albo fosfor czerwony.
12. Sposób wytworzenia kompozytu przeznaczonego na opakowania, z kompozycji otrzymanej sposobem według zastrzeżeń od 1 do 11, znamienny tym, że kompozycję otrzymaną według zastrzeżeń od 1 do 11 formuje się w kształcie płyt poprzez prasowanie prasą hydrauliczną lub formuje się metodą termoformowania do pożądanego kształtu.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że proces prasowania prowadzi się w zakresie temperatur od 140-160°C, w czasie od 5 do 10 minut oraz przy ciśnieniu od 10 do 30 bar.