PL242234B1

PL242234B1 - Method for producing a biodegradable starch-based coating formulation and a packaging material with a biodegradable coating

Info

Publication number: PL242234B1
Application number: PL437011A
Authority: PL
Inventors: Marek Walkowski; Magdalena Zdanowicz; Łukasz Łopusiewicz; Artur Bartkowiak
Original assignee: Walkowski Marek P P H U Marco Imp Export
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2023-01-30
Also published as: PL437011A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania biodegradowalnej formulacji powłokotwórczej na bazie skrobi wykorzystujący proces rozklejenia skrobi w obecności plastyfikatora i wosku naturalnego, taki że rozklejanie prowadzi się w wodzie, przy stosunku wagowym skrobi, plastyfikatora i wosku naturalnego wynoszącym 100:25-35:0,5-2,5, następnie formulację nanosi się na papier i suszy w podczerwieni. Przedmiotem zgłoszenia jest także materiał pakowy zawierający warstwę papieru.The subject of the application is a method for obtaining a biodegradable film-forming formulation based on starch using the process of dissolving starch in the presence of a plasticizer and natural wax, such that dissolving is carried out in water, with a weight ratio of starch, plasticizer and natural wax of 100:25-35:0.5- 2.5, then the formulation is applied to paper and dried in the infrared. The application also relates to a packaging material comprising a layer of paper.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania biodegradowalnej formulacji powłokotwórczej na bazie skrobi o zwiększonej tłuszczoszczelności oraz materiał pakowy z powłoką biodegradowalną o zwiększonej tłuszczoszczelności.The subject of the invention is a method of obtaining a biodegradable film-forming formulation based on starch with increased grease resistance and a packaging material with a biodegradable coating with increased grease resistance.

Skrobia jest biodegradowalnym polisacharydem, pochodzenia naturalnego wykorzystywanym m.in.: w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, papierniczym i tekstylnym. Stosowana jest jako składnik żywności, zagęstnik, środek chłonący wilgoć, lepiszcze i wypełniacz. W papiernictwie wykorzystywana jest jako tzw. sizing agent (ang.), czyli środek do powlekania papieru nadający mu m.in. gładkość i odpowiednią teksturę. Skrobia składa się z dwóch frakcji polisacharydowych: zwiniętej w postać helisy amylozy oraz rozgałęzionej amylopektyny. W przypadku roślin wyższych skrobia w największych ilościach znajduje się w organach odpowiedzialnych za magazynowanie substancji zapasowych, tj. w nasionach, korzeniach i bulwach. Skrobia stanowi ok. 80% suchej masy tkanki wewnętrznej nasion zbóż, bulw ziemniaków czy korzeni tapioki. W liściach wielu roślin niektóre produkty przyswajania ditlenku węgla w procesie fotosyntezy w ciągu dnia konwertowane są do skrobi, która następnie rozpada się w warunkach nocnych, gdy niemożliwe jest zajście procesu fotosyntezy, dostarczając węgiel dla utrzymania procesów metabolicznych i wzrostu roślin. Właściwości fizykochemiczne skrobi zależą m.in. od udziałów amylozy i amylopektyny. Niemodyfikowany polisacharyd jest nierozpuszczalny w zimnej wodzie i w większości rozpuszczalników organicznych. Granule skrobi w wodzie w podwyższonej temperaturze pęcznieją tworząc kleik. Woda działa na skrobię jak plastyfikator, dzięki czemu rozklejona skrobia wykazuje właściwości powłokotwórcze. Film z rozkl ejonej skrobi jednak jest kruchy, dlatego wprowadza się małocząsteczkowe związki polarne takie jak: poliole, amidy i aminy (glicerol, ksylitom, glikol etylenowy, mocznik, formamid, etyloamina) jako plastyfikatory nadające materiałom elastyczność. Zarówno skrobia jak i najczęściej stosowane plastyfikatory zawierają grupy hydroksylowe, nadające skrobi hydrofilowość. Aby zwiększyć barierowość materiałów skrobiowych wobec wody stosuje się wprowadzanie napełniaczy, np. glinokrzemianów, talku, sieciowanie chemiczne, np. kwasem cytrynowym, czy modyfikację chemiczną np. kopolimeryzację szczepioną, substytucję grup hydroksylowych np. poprzez estryfikację pochodnymi kwasów tłuszczowych, otrzymanie blend polimerowych poprzez wymieszanie skrobi z innymi polimerami, np. polialkoholem winylowym), karboksymetylocelulozą oraz dodatek substancji o charakterze hydrofobowym, np. wosków, olejów, kwasów tłuszczowych, olejków eterycznych. Zwiększenie właściwości barierowych materiałów skrobiowych może się odbywać na drodze zarówno chemicznej (sieciowanie kowalencyjne, kopolimeryzacja szczepiona, reakcje podstawienia, np. estryfikacja, eteryfikacja) jak i fizycznej (sieciowanie jonowe, dodatek napełniaczy, otrzymywanie blend, dodatek substancji o charakterze hydrofobowym).Starch is a biodegradable polysaccharide of natural origin used, among others, in the food, cosmetic, paper and textile industries. It is used as a food ingredient, thickener, humectant, binder and filler. It is used in papermaking as sizing agent (ang.), i.e. an agent for coating paper giving it, among others, smoothness and proper texture. Starch consists of two polysaccharide fractions: helical amylose and branched amylopectin. In the case of higher plants, starch is found in the largest amounts in the organs responsible for storing reserve substances, i.e. in seeds, roots and tubers. Starch constitutes about 80% of the dry mass of the internal tissue of cereal seeds, potato tubers or tapioca roots. In the leaves of many plants, some of the products of carbon dioxide assimilation in the process of photosynthesis during the day are converted to starch, which then breaks down at night, when photosynthesis is impossible, providing carbon for maintaining metabolic processes and plant growth. The physicochemical properties of starch depend, among others, on from the shares of amylose and amylopectin. The unmodified polysaccharide is insoluble in cold water and most organic solvents. Starch granules in water at elevated temperature swell to form gruel. Water acts on the starch as a plasticizer, thanks to which the glued starch has film-forming properties. However, the starch film is brittle, so low-molecular polar compounds such as polyols, amides and amines (glycerol, xylitol, ethylene glycol, urea, formamide, ethylamine) are introduced as plasticizers that give the materials flexibility. Both starch and the most commonly used plasticizers contain hydroxyl groups which make starch hydrophilic. In order to increase the barrier properties of starch materials against water, the introduction of fillers, e.g. aluminosilicates, talc, chemical cross-linking, e.g. with citric acid, or chemical modification, e.g. graft copolymerization, substitution of hydroxyl groups, e.g. by esterification with fatty acid derivatives, obtaining polymer blends by mixing starch with other polymers, e.g. polyvinyl alcohol), carboxymethylcellulose and the addition of hydrophobic substances, e.g. waxes, oils, fatty acids, essential oils. Increasing the barrier properties of starch materials can be done both chemically (covalent cross-linking, graft copolymerization, substitution reactions, e.g. esterification, etherification) and physical (ionic cross-linking, addition of fillers, preparation of blends, addition of hydrophobic substances).

Pod kątem zastosowania materiałów skrobiowych do celów spożywczych preferowanymi środkami plastyfikującymi są poliole oraz cukry lub ich mieszaniny: glicerol, ksylitol, sorbitol, glukoza, fruktoza, sacharoza, cukier inwertowany.In terms of the use of starch materials for food purposes, the preferred plasticizers are polyols and sugars or their mixtures: glycerol, xylitol, sorbitol, glucose, fructose, sucrose, invert sugar.

Środkami hydofobizującymi stosowanymi do modyfikacji fizycznej mogą być woski naturalne takie jak: Carnauba, Candelilla, pszczeli, ryżowy, olej jojoba, lanolina.Water repellents used for physical modification can be natural waxes such as: Carnauba, Candelilla, bee, rice, jojoba oil, lanolin.

Woski naturalne spełniają w powłoce skrobiowej rolę środków hydrofobizujących, pozwalających na uzyskanie równomiernej, gładkiej powierzchni poprzez wprowadzenie do formulacji np. długich alkilowych łańcuchów kwasów tłuszczowych o charakterze hydrofobowym. Stosowane w tym celu mogą być woski naturalne takie jak: Carnauba, Candelilla, pszczeli, ryżowy, olej jojoba, lanolina. Poza modyfikacją właściwości barierowych woski naturalne nadają połysk, zwiększają przyleganie, obniżają lepkość kleików skrobiowych. Aby nadać powłoce skrobiowej elastyczność, zwiększyć adhezję do podłoża i zapobiec pękaniu podczas suszenia i użytkowania, do układu wprowadza się plastyfikatory, np. glicerol, ksylitol, sorbitol lub glikol propylenowy, glukozę, sacharozę lub ich mieszaniny.Natural waxes play the role of hydrophobing agents in the starch coating, allowing for an even, smooth surface by introducing, for example, long alkyl chains of hydrophobic fatty acids into the formulation. Natural waxes such as: Carnauba, Candelilla, beeswax, rice, jojoba oil, lanolin can be used for this purpose. In addition to modifying the barrier properties, natural waxes give gloss, increase adhesion, and reduce the viscosity of starch pastes. To give the starch coating elasticity, increase adhesion to the substrate and prevent cracking during drying and use, plasticizers are introduced into the system, e.g. glycerol, xylitol, sorbitol or propylene glycol, glucose, sucrose or mixtures thereof.

Komercyjnie dostępny papier o zwiększonej tłuszczoszczelności i odporności na wodę jest najczęściej powlekany lub laminowany materiałami na bazie syntetycznych ropopochodnych poliolefin, silikonów oraz lakierów akrylowych i ich pochodnych (np. kopolimerów ze styrenem). Stanowi to problem środowiskowy, ponieważ tego typu materiały nie ulegają całkowitej biodegradacji. Hybrydowe materiały, zwłaszcza w połączeniu z poliolefinami mogą stanowić źródło mikroplastiku (cząsteczki tworzyw sztucznych o średnicy mniejszej niż 5 mm), który stanowi poważne zanieczyszczenie gleb i wód. W komercyjPL 242234 B1 nych biodegradowalnych laminowanych opakowaniach papierowych wykorzystuje się tworzywa na bazie polilaktydu i blend modyfikowanej skrobi z poliestrami, jednak te materiały są droższe, a produkcja znacznie mniej wydajna od klasycznych tworzyw wykorzystywanych do laminacji papieru (poliolefin). Laminowanie papieru tworzywami wymaga zastosowania wyspecjalizowanego i drogiego sprzętu (wytłaczanie z wylewaniem typu CAST). Dodatkowo, materiały laminowane typu papier/tworzywo są problematyczne w recyklingu. Separacja tworzywa od podłoża papierowego wymaga wysokich kosztów związanych m.in. z wysokimi nakładami energetycznymi - złożonymi procesami wymagającymi stosowania wielu odczynników.Commercially available paper with increased grease and water resistance is most often coated or laminated with materials based on synthetic petroleum polyolefins, silicones and acrylic varnishes and their derivatives (e.g. copolymers with styrene). This is an environmental problem because these types of materials are not completely biodegradable. Hybrid materials, especially in combination with polyolefins, can be a source of microplastics (plastic particles with a diameter of less than 5 mm), which is a serious contamination of soils and waters. In commercial biodegradable laminated paper packaging, plastics based on polylactide and blends of modified starch with polyesters are used, but these materials are more expensive and production is much less efficient than the classic materials used for paper lamination (polyolefins). Laminating paper with plastics requires the use of specialized and expensive equipment (CAST embossing). In addition, paper/plastic laminated materials are problematic to recycle. Separation of the plastic from the paper substrate requires high costs related to e.g. with high energy inputs - complex processes requiring the use of many reagents.

Przedmiot wynalazku charakteryzuje się tym, że do jego otrzymania wykorzystuje się w pełni biodegradowalne surowce pochodzenia naturalnego ze źródeł odnawialnych. Bazę formulacji stanowi skrobia, która jest tania i powszechnie dostępna w Polsce i na świecie. Formulacja jak i otrzymana z niej powłoka nie zawiera rozpuszczalników organicznych ani zanieczyszczeń w postaci np. metali ciężkich. Komponenty formulacji, są nietoksyczne, mogą być zatem wykorzystane po produkcji opakowań mających bezpośredni kontakt z żywnością. Dodatkowo, skrobia stosowana jako „sizing agent” nadaje podłożu pakowemu gładkość polepszając walory organoleptyczne opakowania. Niewielki dodatek wosku naturalnego nadaje delikatny perłowy refleks (widoczny zwłaszcza na bielonym papierze), podwyższając walory estetyczne końcowego wyrobu. Skrobia może być stosowana jako spoiwo przy przetwarzaniu pulpy papierowej, dlatego powleczony nią papier można poddać recyklingowi materiałowemu bez konieczności usuwania powłoki.The subject of the invention is characterized by the fact that fully biodegradable raw materials of natural origin from renewable sources are used to obtain it. The basis of the formulation is starch, which is cheap and widely available in Poland and in the world. The formulation and the coating obtained from it do not contain organic solvents or impurities in the form of e.g. heavy metals. The components of the formulation are non-toxic, so they can be used after the production of packaging that has direct contact with food. In addition, starch used as a "sizing agent" gives the packaging substrate smoothness, improving the organoleptic qualities of the packaging. A small addition of natural wax gives a delicate pearly reflection (visible especially on bleached paper), increasing the aesthetic value of the final product. Starch can be used as a binder in the processing of paper pulp, therefore the paper coated with it can be recycled material without the need to remove the coating.

Literatura patentowa przedstawia kilka wynalazków dotyczących powlekania papieru preparatami zawierającymi skrobię w celu nadania mu większej tłuszczoszczelności. W japońskim patencie JP2018053374A przedstawiono kompozycję na bazie skrobi i jej pochodnych z dodatkiem wosku parafinowego lub mikrokrystalicznego. W patencie EP0045175A1 opisano układ składający się z wosku mikrokrystalicznego, skrobi oraz żywicy formaldehydowej przeznaczony do powlekania różnego typu papieru i kartonu. W patencie US2003207038A1 opisano dyspersję na bazie skrobi, wosku w udziale ok. 5%, środka zapobiegającego rozpuszczaniu i plastyfikatora.The patent literature presents several inventions relating to the coating of paper with starch-containing formulations to make it more greaseproof. The Japanese patent JP2018053374A presents a composition based on starch and its derivatives with the addition of paraffin or microcrystalline wax. Patent EP0045175A1 describes a system consisting of microcrystalline wax, starch and formaldehyde resin for coating various types of paper and cardboard. The patent US2003207038A1 describes a dispersion based on starch, wax in the proportion of about 5%, an anti-dissolving agent and a plasticizer.

Wynalazek stanowi sposób otrzymywania biodegradowalnej formulacji powłokotwórczej do papieru na bazie skrobi wykorzystujący proces rozklejenia skrobi w obecności plastyfikatora i wosku naturalnego, charakteryzujący się tym, że rozklejanie prowadzi się w wodzie przy stosunku wagowym skrobi, biodegradowalnego plastyfikatora i wosku naturalnego wynoszącym 100:25-35:0,5-2,5.The invention is a method for obtaining a starch-based biodegradable film-forming formulation for paper using a starch disintegration process in the presence of a plasticizer and natural wax, characterized in that disassembly is carried out in water with a weight ratio of starch, biodegradable plasticizer and natural wax of 100:25-35: 0.5-2.5.

W korzystnym wariancie rozwiązania jako skrobię stosuje się skrobię kukurydzianą, ziemniaczaną lub pszenną.In a preferred embodiment, corn, potato or wheat starch is used as the starch.

W korzystnym wariancie rozwiązania jako plastyfikator stosuje się poliol w ilości 25-35 części wagowych na 100 części wagowych skrobi. Korzystnie tym stosowanym poliolem jest gliceryna lub sorbitol.In a preferred embodiment, the polyol is used as a plasticizer in an amount of 25-35 parts by weight per 100 parts by weight of starch. Preferably, the polyol used is glycerin or sorbitol.

W korzystnym wariancie rozwiązania stosuje się wosk naturalny w ilości 0,5-2,5 części wagowych na 100 części wagowych skrobi. Korzystnie jako wosk naturalny stosuje się woski Candelilla, Carnauba, pszczeli lub ryżowy.In a preferred embodiment, natural wax is used in an amount of 0.5-2.5 parts by weight per 100 parts by weight of starch. Candelilla, Carnauba, bees or rice waxes are preferably used as the natural wax.

Wynalazek stanowi także materiał pakowy z powłoką biodegradowalną, charakteryzujący się tym, że stanowi papier powleczony formulacją wytworzoną sposobem określonym powyżej.The invention also provides a packaging material with a biodegradable coating, characterized in that it is a paper coated with a formulation produced by the method defined above.

Rozwiązanie według wynalazku cechuje się wykorzystaniem w pełni biodegradowalnych substancji pochodzenia naturalnego, z których otrzymuje się tłuszczoszczelną, gładką powłokę już przy niewielkim dodatku wosku naturalnego (pszczelego lub roślinnego): 1-2,5 części wagowych na 100 części wagowych skrobi, co stanowi 0,99-2,44% w końcowej powłoce. Prezentowane rozwiązanie jest znacznie bardziej przyjazne dla środowiska niż w znanych ze stanu techniki rozwiązaniach, gdzie wykorzystuje się syntetyczne, nieulegające biodegradacji woski. Co więcej woski parafinowe i mikrokrystaliczne według tych znanych rozwiązań mogą stanowić źródło zanieczyszczenia mikroplastikiem przy nieodpowiednim składowaniu.The solution according to the invention is characterized by the use of fully biodegradable substances of natural origin, from which a grease-proof, smooth coating is obtained with a small addition of natural wax (bees or vegetable): 1-2.5 parts by weight per 100 parts by weight of starch, which is 0, 99-2.44% in the final coating. The presented solution is much more environmentally friendly than the solutions known from the state of the art, where synthetic, non-biodegradable waxes are used. Moreover, the paraffin and microcrystalline waxes of these prior art can be a source of microplastic contamination if not properly stored.

Testy tłuszczoszczelności papieru oznaczono metodą KIT zgodnie z normą ISO 165322:2007(en) Paper and board - Determination of grease resistance - Part 2: Surface repellency test. Badanie polega na umieszczeniu serii ponumerowanych roztworów (różniących się napięciem powierzchniowym i lepkością lub „agresywnością”) na powierzchni próbki. Roztwory są ponumerowane od 1 (najmniej agresywne) do 12 (najbardziej agresywne). Roztwór o najwyższym numerze, który nie plami powierzchni, jest określany jako „wartość KIT”.Paper grease resistance tests were determined using the KIT method in accordance with ISO 165322:2007(en) Paper and board - Determination of grease resistance - Part 2: Surface repellency test. The test involves placing a series of numbered solutions (differing in surface tension and viscosity or "aggressiveness") on the surface of the sample. The solutions are numbered from 1 (least aggressive) to 12 (most aggressive). The solution with the highest number that does not stain the surface is referred to as the "KIT value".

Sposób otrzymywania biodegradowalnej powłoki o zwiększonej hydrofobowości na bazie skrobi prowadzi się w obecności wosku naturalnego i plastyfikatora. Stosunek wagowy składników: skrobi, plastyfikatora, wosku wynosi 100:25-35:0,5-2,5. Następnie emulsję nakłada się na gorąco na papier i suszy w podczerwieni. Stosuje się skrobię z różnych źródeł botanicznych: kukurydzianą, pszenną, ziemniaczaną. Jako plastyfikator stosuje się poliol, korzystnie glicerynę, sorbitol w ilości 25-35 części wagowych na 100 części wagowych polisacharydu.The method of obtaining a biodegradable coating with increased hydrophobicity based on starch is carried out in the presence of natural wax and a plasticizer. The weight ratio of the ingredients: starch, plasticizer, wax is 100:25-35:0.5-2.5. The emulsion is then hot applied to paper and dried in infrared. Starch from various botanical sources is used: corn, wheat, potato. As a plasticizer, a polyol, preferably glycerin, sorbitol is used in an amount of 25-35 parts by weight per 100 parts by weight of polysaccharide.

Biodegradowalna powłoka na bazie kleiku skrobiowego charakteryzuje się tym, że stanowi produkt rozklejenia skrobi w wodzie, w podwyższonej temperaturze w obecności plastyfikatora i wosku naturalnego. Skrobia pochodzi z różnych źródeł: kukurydziana, pszenna, ziemniaczana, a jej stężenie w układzie wodnym wynosi 4-5% wag. Plastyfikator stanowi poliol, korzystnie gliceryna lub sorbitol, w ilości 20-35 części wagowych na 100 części wagowych skrobi. Woski naturalne stanowią: Candelilla, Carnauba, pszczeli i ryżowy.The biodegradable coating based on starch glue is characterized by the fact that it is a product of starch dissolving in water at elevated temperature in the presence of a plasticizer and natural wax. Starch comes from various sources: corn, wheat, potato, and its concentration in the aqueous system is 4-5% by weight. The plasticizer is a polyol, preferably glycerin or sorbitol, in an amount of 20-35 parts by weight per 100 parts by weight of starch. Natural waxes are: Candelilla, Carnauba, beeswax and rice.

Zastosowanie biodegradowalnej powłoki na bazie skrobi, która stanowi produkt rozklejenia skrobi w wodzie, w podwyższonej temperaturze w obecności plastyfikatora i wosku naturalnego po odparowaniu wody z formulacji obejmuje jej nanoszenie na papier. Stosunek wagowy składników: skrobi, plastyfikatora, wosku wynosi 100:25-35:0,5-2,0 a powłoka jest nanoszona metodą powlekania za pomocą ryflowanego wałka i suszenia podczerwienią jako powłoki dla papieru zwiększającego jego hydrofobowość przy jednoczesnym zmniejszeniu hydrofilowości, stosowanego do pakowania tłustych produktów np. typu fast food, ryb, wędlin.The use of a biodegradable coating based on starch, which is a product of starch dissolving in water, at elevated temperature in the presence of a plasticizer and natural wax, after evaporation of water from the formulation, involves its application to paper. The weight ratio of the ingredients: starch, plasticizer, wax is 100:25-35:0.5-2.0 and the coating is applied by coating with a grooved roller and infrared drying as a coating for paper increasing its hydrophobicity while reducing hydrophilicity, used for packing fatty products, e.g. fast food, fish, cold cuts.

Skrobia jest polimerem składającym się z dwóch frakcji: amylozy i amylopektyny z grupy polisacharydów o dobrych właściwościach filmo- i powłokotwórczych po rozklejeniu w wodzie z dodatkiem plastyfikatora. Ponadto skrobia jest całkowicie biodegradowalnym, nietoksycznym surowcem odnawialnym, dzięki czemu może być przeznaczona do kontaktu z żywnością. Otrzymane powłoki cechują się wysoką tłuszczoszczelnością i zredukowanym stopniem absorpcji wody w stosunku do niepowleczonego papieru.Starch is a polymer consisting of two fractions: amylose and amylopectin from the group of polysaccharides with good film- and film-forming properties after dissolving in water with the addition of a plasticizer. In addition, starch is a completely biodegradable, non-toxic renewable raw material, so it can be intended for contact with food. The obtained coatings are characterized by high grease tightness and a reduced degree of water absorption in relation to uncoated paper.

Wprowadzenie wosku naturalnego do formulacji już w niewielkiej ilości, bo do 2,5 części wagowych w przeliczeniu na skrobię pozwala na uzyskanie zwiększonej odporności na tłuszcz oraz wodę. Dodatkowo jego zastosowanie umożliwia uzyskanie efektu estetycznego; powleczona powierzchnia jest bardziej gładka, o lekko perłowym połysku. Dzięki zwiększonej barierowości wobec olejów i tłuszczów przy jednoczesnym zmniejszeniu hydrofilowości powłoki wynalazek można zastosować do pakowania np. dań typu fast food (tłuste frytki, hamburgery z sosem), ryb lub wędlin.The introduction of natural wax into the formulation even in a small amount, i.e. up to 2.5 parts by weight in terms of starch, allows for increased resistance to fat and water. In addition, its use makes it possible to obtain an aesthetic effect; the coated surface is more smooth, with a slightly pearly sheen. Thanks to the increased barrier against oils and fats, while reducing the hydrophilicity of the coating, the invention can be used for packaging, for example, fast food dishes (fatty fries, hamburgers with sauce), fish or cold cuts.

Wynalazek przedstawiony jest w przykładach wykonania, w których podano skład ilościowy, warunki otrzymywania oraz wartości lepkości oraz KIT. Przykłady 1-9 dotyczą otrzymywania formulacji na bazie skrobi zastosowanych jako powłoka do papieru.The invention is presented in embodiments, in which the quantitative composition, preparation conditions and values of viscosity and KIT are given. Examples 1-9 relate to the preparation of starch-based formulations used as a paper coating.

Przykład 1Example 1

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 144 g wody 6 g skrobi kukurydzianej (4% wag. skrobi) i 1,8 g (30 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) gliceryny jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 0,6 g wosku Candelilla. Układ mieszano przez 40 minut (400-450 obrotów/min.) w temperaturze 85°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation was prepared by introducing 6 g of corn starch (4 wt.% of starch) and 1.8 g (30 wt. parts per 100 wt. parts of starch) of glycerin as a plasticizer into 144 g of water, then adding 0.6 g Candelilla wax. The system was stirred for 40 minutes (400-450 rpm) at 85°C. The formulation was then applied to ⁴⁵ gsm paper using a lab coater equipped with a 0.64 mm wire diameter corrugated roller. The coated paper was dried on an infrared drying machine. The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

Przykład 2Example 2

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 144 g wody 6 g skrobi pszennej (4% wag. skrobi) i 1,8 g (30 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) gliceryny jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 0,6 g wosku Carnauba. Układ mieszano przez 30 minut (400-450 obrotów/min. w temperaturze 95°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation were prepared by introducing 6 g of wheat starch (4 wt.% starch) and 1.8 g (30 wt. parts per 100 wt. parts of starch) of glycerin as a plasticizer into 144 g of water, then g carnauba wax. The system was mixed for 30 minutes (400-450 rpm at 95°C. The formulation was then applied to ⁴⁵ gsm paper using a lab coater equipped with a 0.64 mm wire diameter checker roller. were dried on an infrared drying machine.The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

Przykład 3Example 3

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 144 g wody 6 g skrobi ziemniaczanej (4% wag. skrobi) i 1,8 g (30 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) sorbitolu jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 0,6 g wosku Candelilla. Układ mieszano przez 30 minut (400-450 obrotów/min.) w temperaturze 95°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation were prepared by introducing 6 g of potato starch (4 wt.% of starch) and 1.8 g (30 wt. parts per 100 wt. parts of starch) of sorbitol as a plasticizer into 144 g of water, then adding 0.6 g Candelilla wax. The system was stirred for 30 minutes (400-450 rpm) at 95°C. The formulation was then applied to ⁴⁵ gsm paper using a lab coater equipped with a 0.64 mm wire diameter corrugated roller. The coated paper was dried on an infrared drying machine. The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

Przykład 4Example 4

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 144 g wody 6 g skrobi kukurydzianej (4% wag. skrobi) i 1,5 g (25 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) sorbitolu jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 0,6 g wosku ryżowego. Układ mieszano przez 30 minut (400-450 obrotów/min.) w temperaturze 85°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation was prepared by introducing 6 g of corn starch (4 wt.% of starch) and 1.5 g (25 wt. parts per 100 wt. parts of starch) of sorbitol as a plasticizer into 144 g of water, then adding 0.6 g of rice wax. The system was stirred for 30 minutes (400-450 rpm) at 85°C. The formulation was then applied to 45 ^gsm paper using a lab coater equipped with a 0.64 mm wire diameter corrugated roller. The coated paper was dried on an infrared drying machine. The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

Przykład 5Example 5

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 142,5 g wody 7,5 g skrobi ziemniaczanej (5% wag. skrobi) i 1,87 g (25 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) sorbitolu jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 1,5 g wosku pszczelego. Układ mieszano przez 45 minut (400-450 obrotów/min.) w temperaturze 85°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation were prepared by introducing 7.5 g of potato starch (5 wt.% starch) and 1.87 g (25 wt. parts per 100 wt. 1.5 g of beeswax was introduced. The system was stirred for 45 minutes (400-450 rpm) at 85°C. The formulation was then applied to 45 ^gsm paper using a lab coater equipped with a 0.64 mm wire diameter corrugated roller. The coated paper was dried on an infrared drying machine. The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

Przykład 6Example 6

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 144 g wody destylowanej 6 g skrobi pszennej (4% wag. skrobi) i 1,2 g (20 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) gliceryny jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 0,3 g wosku Carnauba. Układ mieszano przez 40 minut (400-450 obrotów/min.) w temperaturze 95°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation were prepared by adding 6 g of wheat starch (4 wt.% starch) and 1.2 g (20 wt. parts per 100 wt. 3 g carnauba wax. The system was stirred for 40 minutes (400-450 rpm) at 95°C. The formulation was then applied to ⁴⁵ gsm paper using a lab coater equipped with a 0.64 mm wire diameter corrugated roller. The coated paper was dried on an infrared drying machine. The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

Przykład 7Example 7

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 144 g wody destylowanej 6 g skrobi ziemniaczanej (4% wag. skrobi) i 1,5 g (20 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) gliceryny jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 0,6 g wosku Candelilla. Układ mieszano przez 40 minut (400-450 obrotów/min.) w temperaturze 95°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation were prepared by introducing 6 g of potato starch (4 wt.% of starch) and 1.5 g (20 wt. parts per 100 wt. parts of starch) of glycerin as a plasticizer into 144 g of distilled water, then introducing 6 g of Candelilla wax. The system was stirred for 40 minutes (400-450 rpm) at 95°C. The formulation was then applied to 45 g/m ² paper using a laboratory coater equipped with a 0.64 mm wire diameter corrugated roller. The coated paper was dried on an infrared drying machine. The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

Przykład 8Example 8

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 143,25 g wody destylowanej 6,75 g skrobi kukurydzianej (4,5% wag. skrobi) i 2,1 g (35 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) gliceryny jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 0,6 g wosku Candelilla. Układ mieszano przez 30 minut (400450 obrotów/min.) w temperaturze 95°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation were prepared by introducing 6.75 g of corn starch (4.5 wt% starch) and 2.1 g (35 wt% per 100 wt% starch) of glycerin into 143.25 g of distilled water as plasticizer, then 0.6 g of Candelilla wax was introduced. The system was stirred for 30 minutes (400-450 rpm) at 95°C. The formulation was then applied to 45 g/m ² paper using a laboratory coater equipped with a 0.64 mm wire diameter corrugated roller. The coated paper was dried on an infrared drying machine. The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

Przykład 9Example 9

Przygotowano 150 g formulacji w wyniku wprowadzenia do 142,5 g wody destylowanej, 7,5 g skrobi kukurydzianej (5% wag. skrobi) i 1,75 g (30 cz. wag. na 100 cz. wag. skrobi) gliceryny jako plastyfikatora, następnie wprowadzano 0,3 g wosku Carnauba. Układ mieszano przez 30 minut (400-450 obrotów/min.) w temperaturze 95°C. Następnie formulację nałożono na papier o gramaturze 45 g/m² za pomocą powlekarki laboratoryjnej wyposażonej w wałek ryflowany rogowy o średnicy drutu 0,64 mm. Powleczony papier suszono na maszynie suszącej promieniowaniem podczerwonym. Wyniki badań reologicznych formulacji i KIT uzyskanej powłoki przedstawiono w tabeli 1.150 g of the formulation was prepared by adding 142.5 g of distilled water, 7.5 g of corn starch (5 wt.% starch) and 1.75 g (30 wt. parts per 100 wt. wt. starch) of glycerin as a plasticizer then 0.3 g of carnauba wax was introduced. The system was stirred for 30 minutes (400-450 rpm) at 95°C. The formulation was then applied to ⁴⁵ gsm paper using a lab coater equipped with a 0.64 mm wire diameter corrugated roller. The coated paper was dried on an infrared drying machine. The results of rheological tests of the formulation and KIT of the obtained coating are presented in Table 1.

PL 242234 BIPL 242234 B.I

Tabela 1. Wartości lepkości formulacji powłokotwórczych oraz KIT dla powłok naniesionych na podłoże papierowe.Table 1. Viscosity values of film-forming formulations and KIT for coatings applied to a paper substrate.

Folia wg przykładu Foil according to the example Lepkość formulacji powłokotwórczej w 70°C przy sile ścinającej l/s4 [mPa*s] Viscosity of the film-forming formulation at 70°C at shear force l/s4 [mPa*s] Wartość KIT powłoki naniesionej na podłoże papierowe The KIT value of a coating applied to a paper substrate 1 1 243 243 6 6 2 2 126 126 8 8 3 3 52 52 8 8 4 4 296 296 7 7 5 5 37 37 9 9 6 6 36 36 8 8 7 7 43 43 7 7 8 8 250 250 8 8 9 9 49 49 8 8

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

1. A method for obtaining a starch-based biodegradable film-forming formulation for paper using the process of dissolving starch in the presence of a plasticizer and natural wax, characterized in that dissolving is carried out in water at a weight ratio of starch, biodegradable plasticizer and natural wax of 100:25-35:0 .5-2.5.

2. A method for obtaining a biodegradable film-forming formulation according to claim A process according to claim 1, characterized in that corn, potato or wheat starch is used.

3. A method for obtaining a biodegradable film-forming formulation according to claim A process according to claim 1, characterized in that the polyol is used as a plasticizer in an amount of 25-35 parts by weight per 100 parts by weight of starch.

4. A method for obtaining a biodegradable film-forming formulation according to claim The process of claim 3, wherein the polyol is glycerin or sorbitol.

5. A method for obtaining a biodegradable film-forming formulation according to claim The method according to claim 1, characterized in that natural wax is used in an amount of 0.5-2.5 parts by weight per 100 parts by weight of starch.

6. A method for obtaining a biodegradable coating according to claim The process of claim 5, wherein the candelilla, carnauba, beeswax or rice wax is used.

7. Packaging material with a biodegradable coating, characterized in that it is paper coated with a formulation produced by the method of claims 1-6.