PL244100B1 - Sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego - Google Patents
Sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego Download PDFInfo
- Publication number
- PL244100B1 PL244100B1 PL440645A PL44064522A PL244100B1 PL 244100 B1 PL244100 B1 PL 244100B1 PL 440645 A PL440645 A PL 440645A PL 44064522 A PL44064522 A PL 44064522A PL 244100 B1 PL244100 B1 PL 244100B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- mass
- amount
- mixture
- ingredients
- starch
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 19
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 16
- GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N 9H-xanthene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3OC2=C1 GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229920000945 Amylopectin Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 229920000856 Amylose Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000011363 dried mixture Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 12
- 235000014366 other mixer Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 abstract description 5
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 40
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 40
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 description 24
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 13
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 13
- 229920008262 Thermoplastic starch Polymers 0.000 description 12
- 239000004628 starch-based polymer Substances 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 8
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 8
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 5
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 4
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 4
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 3
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 2
- 229920002148 Gellan gum Polymers 0.000 description 2
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 2
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 2
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000000216 gellan gum Substances 0.000 description 2
- 235000010492 gellan gum Nutrition 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 2
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000215068 Acacia senegal Species 0.000 description 1
- 229920000084 Gum arabic Polymers 0.000 description 1
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 description 1
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 239000000205 acacia gum Substances 0.000 description 1
- 235000010489 acacia gum Nutrition 0.000 description 1
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N beta-monoglyceryl stearate Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCC(O)CO VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003181 biological factor Substances 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000015872 dietary supplement Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 235000013376 functional food Nutrition 0.000 description 1
- YQEMORVAKMFKLG-UHFFFAOYSA-N glycerine monostearate Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC(CO)CO YQEMORVAKMFKLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SVUQHVRAGMNPLW-UHFFFAOYSA-N glycerol monostearate Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCC(O)CO SVUQHVRAGMNPLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000010817 post-consumer waste Substances 0.000 description 1
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L3/00—Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
- C08L3/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L3/00—Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
- C08L3/12—Amylose; Amylopectin; Degradation products thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Biological Depolymerization Polymers (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego na bazie mieszaniny natywnej skrobi kukurydzianej, wody i propanotriolu metodą wytłaczania. Sposób polega na tym, że w pierwszym etapie natywną skrobię kukurydzianą w ilości od 66,1 do 72,4% masowych zawierającą: (a) wilgoć w ilości od 10 do 15% masowych, (b) nierozpuszczalną w zimnej wodzie amylozę w ilości od 20 do 30% masowych oraz (c) amylopektynę w ilości od 55 do 70% masowych miesza się z węglanem wapnia w ilości od 0,2 do 0,5% masowych i z ksantanem w ilości od 0,3 do 0,5% masowych, w temperaturze otoczenia w czasie około 5 minut, a w drugim etapie do tak wstępnie otrzymanej mieszaniny dodaje się stopniowo w czasie od 5 do 10 minut wodę w ilości od 9 do 11% masowych i propanotriol w ilości od 18 do 22% masowych, które to składniki przez kolejne minimum 20 minut miesza się, po czym tak ujednorodnioną mieszaninę składników kondycjonuje się przez 24 godziny w temperaturze otoczenia przy wilgotności powietrza zapewniającej utrzymanie na stałym poziomie wilgotności wytworzonej mieszaniny, następnie mieszaninę suszy się do 25% masowych wilgotności, po czym tak osuszoną mieszaninę wprowadza się do układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej, gdzie po zhomogenizowaniu i uplastycznieniu, rzeczony kompozyt przetłacza się do głowicy wytłaczarskiej formującej wyrób, który po uformowaniu w znany sposób chłodzi się i sezonuje się w temperaturze otoczenia.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego, przeznaczonego do wytwarzania gotowego wyrobu, zwłaszcza folii płaskiej przeznaczonej do zastosowań rolniczych i w sektorze opakowań oraz do wytwarzania granulatu kompozytowego będącego materiałem wejściowym do kolejnych procesów przetwórstwa np. metodą wytłaczania lub wtryskiwania.
W ostatnich latach obserwuje się istotny wzrost konsumpcji materiałów z tworzyw sztucznych, a wraz z nim rosnącą ilość odpadów poużytkowych. Są one często stosowane do pakowania, część z nich jest jednorazowego użytku, a dodatkowo wykonana jest z mieszanych materiałów. Tego typu materiały są często trudne do recyklingu lub ich recykling jest nieopłacalny. Nieprawidłowa utylizacja tworzyw sztucznych i ich niezdolność do biodegradacji doprowadziły do wzrostu zanieczyszczenia środowiska, w którym pozostają one przez wiele lat. Z tego powodu sektor społeczno-gospodarczy zainteresował się biodegradowalnymi tzw. zielonymi tworzywami sztucznymi „green plastics”.
Podstawową cechą tworzyw biodegradowalnych jest to, że mogą one w naturalny sposób rozkładać się na nieszkodliwe lub nawet użyteczne produkty. Jednym z najbardziej obiecujących materiałów do wytwarzania tego typu tworzyw jest skrobia. Skrobia to tani, biodegradowalny, odnawialny polimer występujący w dużej ilości na całym świecie. Można go łatwo wykorzystać do produkcji tworzyw biodegradowalnych. Jednak główną wadą tworzyw na bazie skrobi są ich słabe właściwości mechaniczne. Tworzywa opracowane wyłącznie na bazie skrobi nie mogą konkurować z tworzywami konwencjonalnymi o znacznie lepszych właściwościach mechanicznych, dlatego wymagają modyfikacji.
Modyfikacja właściwości skrobi to jeden ze sposobów na poprawę jej wad. Skrobia natywna jest zbyt krucha i wymaga dodania plastyfikatorów w celu ułatwienia jej przetwarzania. Plastyfikatory zmniejszają oddziaływania sił międzycząsteczkowych w naturalnej skrobi i sprawiają, że jest ona bardziej kowalna (ciągliwa), a tym samym mniej krucha. Oprócz plastyfikatorów można dodać wiele innych składników dodatkowych, takich jak napełniacze lub stabilizatory. Wpływają one na poprawę właściwości tworzyw otrzymanych na bazie skrobi, czyniąc z tych tworzyw materiały alternatywne dla niebiodegradowalnych tworzyw konwencjonalnych.
Znane są z opisu zgłoszeniowego US 2020291137 A1 termoplastyczne folie skrobiowe, które można wytwarzać przez łączne zastosowanie ciągłego mieszalnika dwuślimakowego i wytłaczarki jednoślimakowej. W wynalazku wykorzystano skrobię (55-70%), plastyfikator (10-25%), wodę (7,5-15%) i opcjonalne dodatki (włókna, wypełniacze, materiały wzmacniające) (1-15%). Wykorzystano proces dwuetapowy, najpierw mieszając materiały w niskiej temperaturze i przy niskim ścinaniu, czego celem było zżelowanie skrobi i utworzenie stopu kompozytowego. Stop kompozytowy został następnie wprowadzany do wytłaczarki jednoślimakowej, gdzie po przejściu przez układ uplastyczniający wytłaczarki był granulowany lub wytłaczany do postaci folii. Porównano właściwości otrzymanego materiału o składzie: skrobia - 70%, propanotriol - 20,1%, woda - 9,9% wytworzonego według wynalazku, z materiałem wytworzonym w konwencjonalnym jednoetapowym procesie wytłaczania dwuślimakowego. Stwierdzono również, że dwuetapowo otrzymany materiał ma lepsze właściwości, tj. wyższe wydłużenie przy zerwaniu i naprężenie przy zerwaniu. Świadczy to o tym, że materiał otrzymany w procesie dwuetapowym może dać tworzywo sztuczne, które jest mocniejsze i bardziej elastyczne.
Opis zgłoszeniowy US 2014235763 A1, ujawnia, że skrobia termoplastyczna (TPS) może być wytwarzana poprzez mieszanie z innymi biodegradowalnymi polimerami, które mogą być stosowane do wytwarzania folii płaskich. Skrobia z manioku była plastyfikowana z propanotriolem i przechowywana w temperaturze pokojowej przez 12-36 godzin. Za pomocą wytłaczarki wytłoczono granulat TPS stosując profil temperaturowy w zakresie 89-120°C i prędkość ślimaka w zakresie 40-60 obr./min. Uzyskany granulat TPS zmieszano z granulatem z polikaprolaktonu (PCL) i z granulatem z polilaktydu (PLA), po czym wyprodukowano znaną metodą płaskie folie.
Znane jest z opisu zgłoszeniowego US 2005196436 A1 to, że skrobię można mieszać z gumą gellan w celu wytworzenia kapsułek. Wykorzystano gumę gellan o wysokiej i niskiej zawartości acylu w zakresie 0,1-5% w co najmniej 50% substancji stałych. Skrobię (15-40%) plastyfikowano z propanotriolem w ilości 30-80% w stosunku do masy skrobi. Otrzymane kapsułki charakteryzują się doskonałą wytrzymałością, wydłużeniem i dobrą zgrzewalnością.
Z opisu zgłoszeniowego CN 101906220 A znana jest technologia wytwarzania jadalnych folii skrobiowych z wykorzystaniem zarówno wytłaczarki dwuślimakowej, jak i jednoślimakowej. Wykorzystano wytłaczarkę dwuślimakową do produkcji granulatu TPS i wytłaczarkę jednoślimakową do pro dukcji płaskiej folii. Surowce - skrobia, plastyfikator, smar i stabilizator, zostały mechanicznie wymieszane z dużą prędkością przed wytłaczaniem, aby zapewnić jednorodną mieszankę. Wynalazek ma dobre właściwości mechaniczne i barierowe, a także ma doskonałe właściwości przeciwstarzeniowe.
W opisie zgłoszeniowym US 5362777 A przedstawiono wytwarzanie termoplastycznej skrobi m.in. do produkcji granulek, proszków i włókien. Zmieszano skrobię z plastyfikatorem w ilości 5-35% w wytłaczarce z układem uplastyczniającym bez odgazowania. Do mieszanki skrobi i plastyfikatora można dodać również inne składniki, takie jak wypełniacze i zmiękczacze.
Opis zgłoszeniowy wynalazku CA 2872054 A1 ujawnia proces techniczny wytwarzania samowzmocnionego kompozytu skrobiowego stosowanego do wytwarzania kapsułek. Według wynalazku skrobia została wzmocniona maksymalnie 2% innych materiałów skrobiowych, takich jak usieciowana skrobia lub nanokryształy skrobi. Wszystkie materiały dozowano do leja zasypowego wytłaczarki dwuślimakowej i zmieszano z wodą w ilości 10-20%, jako plastyfikatorem. Temperatura wytłaczania wynosiła poniżej 160°C, a folie wytworzono metodą wylewania na walce. Kompozyt otrzymany sposobem według wynalazku może być stosowany do wytwarzania folii, płyt lub granulatu. Granulat skrobiowy może mieć zastosowanie w medycynie, w suplementach diety oraz w wytwarzaniu żywności funkcjonalnej o wysokiej wartości żywieniowej.
Z opisu zgłoszenia międzynarodowego WO 2020156862 A1 znany jest kompozyt na bazie skrobi, który w połączeniu z innymi biodegradowalnymi polimerami jest stosowany do produkcji biodegradowalnych płyt lub folii. Niniejszy wynalazek dotyczy ulepszonych biodegradowalnych polimerów, w szczególności biopolimerów na bazie skrobi, takich jak polimery termoplastycznej skrobi (TPS), formułowane z pochodnymi kalafonii, tak że otrzymana biodegradowalna kompozycja na bazie skrobi wykazuje ulepszone właściwości przetwórcze, mechaniczne, mikrostrukturalne i termiczne. Mieszanka zawiera skrobię, kopolimer lub poliester, pochodne gumy kalafonii 0,1-15% oraz plastyfikatory. Materiał otrzymany sposobem według wynalazku można rozdmuchiwać, wytłaczać lub wtryskiwać. Dzięki temu może być on używany w wielu zastosowaniach, takich jak opakowania, produkty szklarniowe lub produkty jednorazowego użytku m.in. do zastosowań higienicznych i sanitarnych.
Znana jest z opisu patentowego EP 3064542 A1 termoplastyczna kompozycja polimerowa podatna na degradację środowiskową i/lub recykling organiczny poprzez kompostowanie, która jest otrzymywana w całości ze związków pochodzenia naturalnego. Kompozycję według wynalazku otrzymuje się z polilaktydu (PLA) oraz odpowiednio modyfikowanej skrobi termoplastycznej (mTPS) otrzymanej w procesie termomechanicznej ekstruzji mieszaniny skrobi natywnej (najlepiej ziemniaczanej i/lub kukurydzianej) z odpowiednim plastyfikatorem (korzyst nie glicerol), którego właściwości fizykomechaniczne i chemiczne są dodatkowo modyfikowane związkami pochodzenia naturalnego w postaci agaru (AGR) i/lub epoksydowanego oleju roślinnego (EOR) i/lub gumy arabskiej.
Z opisu patentowego PL 216930 B1 znany jest sposób wytwarzania termoplastycznej skrobi, przez zmieszanie skrobi natywnej z plastyfikatorem i wytłoczenie polegający na tym, że w pierwszym etapie skrobię natywną w ilości 50-80 części wagowych miesza się w temperaturze 60-100°C z 20-50 częściami wagowymi gliceryny i przeprowadza w suchą mieszankę z jednoczesnym odprowadzeniem wody, a w drugim etapie kondycjonowaną suchą mieszankę przeprowadza się w stan uplastyczniony poddając ją działaniu sił ścinających w temperaturze 130-150°C i wytłacza w temperaturze 150-180°C z równoczesnym odgazowaniem części lotnych a następnie granuluje. W sposobie plastyfikowania skrobi korzystnie stosuje się natywną skrobię kukurydzianą lub natywną skrobię ziemniaczaną.
W opisie zgłoszeniowym US 6136097 A ujawniono sposób wytwarzania skrobi termoplastycznej jako mieszaniny skrobi o zawartości wody 10-20% z emulgatorem - monostearynianem gliceryny. Mieszaninę dozowano do wytłaczarki dwuślimakowej zaopatrzonej w dozownik umożliwiający dodawanie plastyfikatorów, m.in. takich jak propanotriol w proporcji: skrobia - propanotriol 3:1. Po wytłoczeniu kompozytu przez głowicę termostatowaną w temperaturze 90°C i jego zgranulowaniu, otrzymany granulat wysuszono do zawartości wilgoci 2%.
Na podstawie powyższego stanu techniki stwierdza się, że skrobia natywna stanowi dobrą bazę do wytwarzania materiałów biodegradowalnych. Jest łatwo dostępna, tania, biodegradowalna i daje się modyfikować w szerokim zakresie. Te cechy sprawiają, że skrobia jest idealnym materiałem do wytwarzania biodegradowalnych produktów, w tym jednorazowego użytku.
Celem wynalazku jest stworzenie biodegradowalnej kompozycji polimerowej na bazie natywnej skrobi kukurydzianej, złożonej z możliwie najmniejszej liczby składników i jednocześnie umożliwiającej otrzymywanie folii o dobrych własnościach mechanicznych.
Sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego według wynalazku na bazie mieszaniny natywnej skrobi kukurydzianej, wody i propanotriolu metodą wytłaczania polega na tym, że w pierwszym etapie natywną skrobię kukurydzianą w ilości od 66,1 do 72,4% masowych zawierającą: (a) wilgoć w ilości od 10 do 15% masowych, (b) nierozpuszczalną w zimnej wodzie amylozę w ilości od 20 do 30% masowych oraz (c) amylopektynę w ilości od 55 do 70% masowych miesza się z węglanem wapnia w ilości od 0,2 do 0,5% masowych i z ksantanem w ilości od 0,3 do 0,5% masowych, w temperaturze otoczenia w czasie około 5 minut, a w drugim etapie do tak wstępnie otrzymanej mieszaniny dodaje się stopniowo w czasie od 5 do 10 minut wodę w ilości od 9 do 11% masowych i propanotriol w ilości od 18 do 22% masowych, które to składniki przez kolejne minimum 20 minut miesza się, po czym tak ujednorodnioną mieszaninę składników kondycjonuje się przez 24 godziny w temperaturze otoczenia przy wilgotności powietrza zapewniającej utrzymanie na stałym poziomie wilgotności wytworzonej mieszaniny, następnie rzeczoną mieszaninę suszy się do 25% masowych wilgotności, po czym tak osuszoną mieszaninę wprowadza się do układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej, gdzie po zhomogenizowaniu i uplastycznieniu rzeczony kompozyt przetłacza się do głowicy wytłaczarskiej formującej wyrób, który po uformowaniu w znany sposób chłodzi się i sezonuje się w temperaturze otoczenia.
Stosunek ilości wody do ilości propanotriolu korzystnie wynosi 1:2.
Składniki miesza się w mieszalniku wyposażonym w dwa obrotowe mieszadła, z których jedno obraca się wokół własnej osi oraz wokół osi drugiego mieszadła, ze stałą prędkością dla wartości w zakresie od 30 do 80 rpm.
Mieszaninę składników uplastycznia się i przetwarza się w temperaturze układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej od 90 do 100°C, przy czym 90°C odpowiada strefie zasilania, a 100°C odpowiada strefie dozowania przy prędkości obrotowej ślimaka w zakresie od 30 do 100 rpm.
Sposobem opisanym według przedmiotowego wynalazku uzyskuje się kompozyt na bazie skrobi i innych biodegradowalnych składników, przeznaczony zwłaszcza do wytwarzania folii płaskich w procesie wytłaczania jednoślimakowego, jak również wytwarzania granulatu kompozytowego do dalszego przetwórstwa.
Nieoczekiwanie okazało się, że wytworzony sposobem według wynalazku kompozyt biodegradowalny na bazie skrobi w ściśle określonych warunkach charakteryzuje się stabilnością termiczną oraz dobrymi parametrami mechanicznymi, a zwłaszcza wytrzymałością na rozciąganie dzięki zastosowaniu ksantanu. Już tak niewielka ilość 0,3-0,5% masowych ksantanu, przy jednocześnie minimalnej ilości 0,2-0,5% masowych węglanu wapnia, powoduje 6% wzrost wytrzymałości na rozciąganie opracowanego materiału w porównaniu do materiału niezawierającego tego składnika, co świadczy o jego bardzo dużej efektywności (patrz: Fig. 1). Podobny, korzystny efekt obserwuje się w badaniach przenikalności tlenu przez folie wytworzone z otrzymanych według wynalazku kompozytów (patrz: Fig. 2). Dodanie ksantanu istotnie zwiększa przenikalność tlenu przez folie co ma istotne znaczenie w niektórych aplikacjach wykorzystujących tzw. materiały oddychające. Co więcej poprzez regulowanie stosunkiem wagowym ksantanu i węglanu wapnia uzyskuje się materiały o bardzo różnej przepuszczalności tlenu. Ksantan w ilości już od 0,3% masowych dodany do 0,2% masowych węglanu wapnia, spowodował wzrost przepuszczalności tlenu. Na podstawie otrzymanych wyników badań stwierdza się istotny wpływ ksantanu na właściwości biodegradowalnych kompozytów na bazie skrobi.
Zaletą zastosowania biodegradowalnej kompozycji polimerowej według wynalazku jest to, że wytworzona z niej folia płaska po wykorzystaniu ulega naturalnemu rozkładowi pod wpływem czynników biologicznych bez konieczności stosowania substancji wspomagających biodegradację.
Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady realizacji, nie ograniczając jego zakresu, dla których Fig. 1 przedstawia wykres wyników badań wytrzymałości na statyczne rozciąganie folii kompozytowych wykonanych na stanowisku badawczym TIRAtest 27025, zaś Fig. 2 - wykres wyników badań przepuszczalności tlenu przez folie kompozytowe, wykonanych na stanowisku badawczym XSDC/Pro MultiPerm 02-CO2 DC.
P rzykład 1
Natywną skrobię kukurydzianą w ilości 72,4% masowych zawierającą: (a) wilgoć w ilości 10% masowych, (b) nierozpuszczalną w zimnej wodzie amylozę w ilości 25% masowych oraz (c) amylopektynę w ilości 65% masowych, miesza się wraz z węglanem wapnia w ilości 0,2% masowych i ksantanem w ilości 0,4% masowych, w czasie 5 minut w termostatowanym w temperaturze otoczenia mieszalniku wyposażonym w dwa obrotowe mieszadła, z których jedno obraca się wokół własnej osi oraz wokół osi drugiego mieszadła, ze stałą prędkością wynoszącą 40 rpm, po czym przez kolejne 5 minut do tak wstępnie wymieszanych składników dodaje się stopniowo 9% masowych wody, a następnie 18% masowych propanotriolu. Po dodaniu wszystkich składników do mieszalnika, nadal miesza się je w stałych warunkach przez kolejne 20 minut. Ujednorodnioną mieszaninę składników kondycjonuje się przez 24 godziny w temperaturze otoczenia i przy wilgotności powietrza zapewniającej utrzymanie na stałym poziomie wilgotności wytworzonej mieszaniny składników. Po upływie czasu kondycjonowania otrzymaną mieszaninę składników suszy się do 25% masowych wilgotności. Osuszony rzeczony kompozyt wprowadza się do strefy zasilania układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej składającego się ze: ślimaka o średnicy 19 mm, długości L/D=20, bez końcówki mieszającej i stopniem sprężania zdefiniowanym jako stosunek objętości kanałów w strefie zasilania do strefy dozowania, wynoszącym 2:1 oraz cylindra bez strefy odgazowania. Proces wytłaczania kompozytu prowadzi się w temperaturze układu uplastyczniającego od 90 do 100°C, przy czym 90°C odpowiada strefie zasilania, a 100°C odpowiada strefie dozowania i temperaturze głowicy oraz przy prędkości obrotowej ślimaka 60 rpm. Po zhomogenizowaniu i uplastycznieniu kompozyt biodegradowalny przetłacza się do głowicy wytłaczarskiej płaskoszczelinowej o szerokości szczeliny 100 mm i o wysokości szczeliny 0,5 mm. Wytłoczoną folię płaską chłodzi się na termostatowanych w temperaturze 20°C walcach obracających się z tą samą prędkością, po czym sezonuje się w temperaturze otoczenia.
P rzykład 2
Natywną skrobię kukurydzianą w ilości 66,1% masowych zawierającą: (a) wilgoć w ilości 13% masowych, (b) nierozpuszczalną w zimnej wodzie amylozę w ilości 24% masowych oraz (c) amylopektynę w ilości 63% masowych, miesza się wraz z węglanem wapnia w ilości 0,5% masowych i ksantanem w ilości 0,4% masowych, w czasie 5 minut w termostatowanym w temperaturze pokojowej mieszalniku wyposażonym w dwa obrotowe mieszadła, z których jedno obraca się wokół własnej osi oraz wokół osi drugiego mieszadła, ze stałą prędkością wynoszącą 80 rpm, po czym przez kolejne 10 minut do tak wstępnie wymieszanych składników dodaje się w sposób ciągły 11% masowych wody, a następnie 22% masowych propanotriolu. Po dodaniu wszystkich składników do mieszalnika, nadal miesza się je w stałych warunkach przez kolejne 20 minut, po czym tak ujednorodnioną mieszaninę składników kondycjonuje się przez 24 godziny w temperaturze otoczenia i przy wilgotności powietrza zapewniającej utrzymanie na stałym poziomie wilgotności wytworzonej mieszaniny składników. Po tym czasie otrzymaną mieszaninę składników suszy się do 25% masowych, po czym wprowadza się ją do strefy zasilania układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej składającego się ze: ślimaka o średnicy 19 mm, długości L/D=20, bez końcówki mieszającej i stopniem sprężania zdefiniowanym jako stosunek objętości kanałów w strefie zasilania do strefy dozowania, wynoszącym 2:1 oraz cylindra gładkiego bez odgazowania. Proces wytłaczania kompozytu prowadzi się w temperaturze układu uplastyczniającego od 90 do 100°C, przy czym 90°C odpowiada strefie zasilania, a 100°C odpowiada strefie dozowania i temperaturze głowicy oraz przy prędkości obrotowej ślimaka 60 rpm. Po zhomogenizowaniu i uplastycznieniu kompozyt biodegradowalny przetłacza się do głowicy wytłaczarskiej płaskoszczelinowej o szerokości szczeliny 100 mm i o wysokości szczeliny 0,5 mm. Wytłoczoną folię płaską chłodzi się na termostatowanych w temperaturze 20°C walcach obracających się z tą samą prędkością, po czym sezonuje się w temperaturze otoczenia.
Przykład 3
Postępując zgodnie z zapisem zawartym w przykładzie 1 po zhomogenizowaniu i uplastycznieniu, kompozyt biodegradowalny przetłacza się do głowicy wytłaczarskiej otworowej o średnicy otworu 4 mm, po czym wytłoczony materiał w postaci żyłek chłodzi się i granuluje w znany sposób, następnie tak wytworzony granulat sezonuje się w temperaturze otoczenia.
P rzykład 4
Postępując zgodnie z zapisem zawartym w przykładzie 2 po zhomogenizowaniu i uplastycznieniu, kompozyt biodegradowalny przetłacza się do głowicy wytłaczarskiej otworowej o średnicy otworu 4 mm, po czym wytłoczony materiał w postaci żyłek chłodzi się i granuluje w znany sposób, następnie tak wytworzony granulat sezonuje się w temperaturze otoczenia.
Wynalazek może być poddawany różnym modyfikacjom, z wyjątkiem tych, które są ograniczone zastrzeżeniami patentowymi.
Claims (4)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego na bazie mieszaniny natywnej skrobi kukurydzianej, wody i propanotriolu metodą wytłaczania, znamienny tym, że w pierwszym etapie natywną skrobię kukurydzianą w ilości od 66,1 do 72,4% masowych zawierającą: (a) wilgoć w ilości od 10 do 15% masowych, (b) nierozpuszczalną w zimnej wodzie amylozę w ilości od 20 do 30% masowych oraz (c) amylopektynę w ilości od 55 do 70% masowych miesza się z węglanem wapnia w ilości od 0,2 do 0,5% masowych i z ksantanem w ilości od 0,3 do 0,5% masowych, w temperaturze otoczenia w czasie około 5 minut, a w drugim etapie do tak wstępnie otrzymanej mieszaniny dodaje się stopniowo w czasie od 5 do 10 minut wodę w ilości od 9 do 11% masowych i propanotriol w ilości od 18 do 22% masowych, które to składniki przez kolejne minimum 20 minut miesza się, po czym tak ujednorodnioną mieszaninę składników kondycjonuje się przez 24 godziny w temperaturze otoczenia przy wilgotności powietrza zapewniającej utrzymanie na stałym poziomie wilgotności wytworzonej mieszaniny, następnie mieszaninę suszy się do 25% masowych wilgotności, po czym tak osuszoną mieszaninę wprowadza się do układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej, gdzie po zhomogenizowaniu i uplastycznieniu, rzeczony kompozyt przetłacza się do głowicy wytłaczarskiej formującej wyrób, który po uformowaniu w znany sposób chłodzi się i sezonuje się w temperaturze otoczenia.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek ilości wody do ilości propanotriolu korzystnie wynosi 1:2.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że składniki miesza się w mieszalniku wyposażonym w dwa obrotowe mieszadła, z których jedno obraca się wokół własnej osi oraz wokół osi drugiego mieszadła, ze stałą prędkością dla wartości w zakresie od 30 do 80 rpm.
- 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę składników uplastycznia się i przetwarza się w temperaturze układu uplastyczniającego wytłaczarki jednoślimakowej od 90 do 100°C, przy czym 90°C odpowiada strefie zasilania, a 100°C odpowiada strefie dozowania przy prędkości obrotowej ślimaka w zakresie od 30 do 100 rpm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL440645A PL244100B1 (pl) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL440645A PL244100B1 (pl) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL440645A1 PL440645A1 (pl) | 2023-09-18 |
PL244100B1 true PL244100B1 (pl) | 2023-11-27 |
Family
ID=88203679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL440645A PL244100B1 (pl) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL244100B1 (pl) |
-
2022
- 2022-03-14 PL PL440645A patent/PL244100B1/pl unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL440645A1 (pl) | 2023-09-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104861210B (zh) | 一种疏水稳定的淀粉基全生物降解树脂及其制备方法 | |
DE69233246T2 (de) | Mikrobiologisch abbaubare Polymerzusammensetzung | |
Jullanun et al. | Morphological characteristics and properties of TPS/PLA/cassava pulp biocomposites | |
DE69805848T2 (de) | Biologisch abbaubare formkörper | |
US12049729B2 (en) | Compostable seaweed-based compositions, and associated systems and methods | |
CN107304285B (zh) | 一种聚酯改性材料及其膜制品的制备方法 | |
CN1939966A (zh) | 疏水性可生物降解材料及其制备方法以及膜制品 | |
CA2114286C (en) | Starch-based material | |
CN113754990A (zh) | 一种淀粉基全生物降解材料及其制备方法 | |
CN113150511A (zh) | 一种可生物降解气调功能保鲜膜及其制备方法 | |
CN113396039A (zh) | 制备淀粉共混物的方法 | |
US9206318B2 (en) | Compostable and biodegradable materials and articles formed from them | |
PL244100B1 (pl) | Sposób wytwarzania kompozytu biodegradowalnego | |
KR102204708B1 (ko) | 복합분해성 폴리올레핀계 수지 조성물 및 이의 제조방법 | |
US11518860B1 (en) | Biodegradable and waterproof shaped articles based on thermoplastic starch with lower retrogradation and improved mechanical properties | |
EP4137285A2 (en) | Method for preparing a biodegradable polymeric composition comprising thermoplastic starch and a synthetic biodegradable polymer | |
CN114106419A (zh) | 一种可生物降解的片材及其制备方法 | |
US9416255B2 (en) | Compositions comprising polylactic acid, bentonite, and gum arabic | |
US20130131225A1 (en) | Compositions comprising polylactic acid and gum arabic | |
CN113881111A (zh) | 一种用于塑料填充的热塑性玉米淀粉及其制备方法 | |
PL243329B1 (pl) | Sposób wytwarzania biodegradowalnego materiału na bazie skórek banana | |
RU2822267C1 (ru) | Биоразлагаемая композиция для мульчирующей пленки | |
WO2024102010A1 (en) | Biodegradable thermoplastic polymer composition and methods for its manufacture | |
BR102016014420A2 (pt) | Processo de preparação de blendas poliméricas ambientalmente degradáveis reforçadas com nanocristais/nanowhiskers de celulose para produção de filmes flexíveis por extrusão | |
PL234327B1 (pl) | Biodegradowalna kompozycja polimerowa na bazie skrobi termoplastycznej i sposób jej wytwarzania oraz sposób wytwarzania folii z tej kompozycji |