PL245229B1 - Materiał kompozytowy i sposób jego wytwarzania - Google Patents

Abstract

Materiał kompozytowy zawierający spoiwo otrzymane z oleju spożywczego oraz wypełniacze zawiera 15 - 35% (w/w) spoiwa otrzymanego z oczyszczonego ze stałych zanieczyszczeń oleju spożywczego zmieszanego z kwasem siarkowym (VI) o stężeniu od 92% (w/w) do 98% (w/w), przy stosunku masowym kwasu siarkowego (VI) do katalizowanego oleju spożywczego posmażalnicznego od 1:4,1 do 1:26, 1-8% (w/w) suszu roślinnego o właściwościach antymikrobiologicznych oraz 60 - 95% (w/w) wypełniaczy. Przedmiotem zgłoszenia jest także sposób wytwarzania tego kompozytu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest materiał kompozytowy o właściwościach antymikrobiologicznych zawierający spoiwo otrzymane z oleju spożywczego oraz wypełniacze, a także sposób jego wytwarzania.

Podczas użytkowania oleju, np. wielokrotnego smażenia w lokalu gastronomicznym, ulega on degradacji, przez co nie nadaje się do spożycia. Do reakcji degradacji można zaliczyć: reakcje utleniania (oksydacji), reakcje cyklizacji, reakcje polimeryzacji, reakcje wtórne, reakcje prowadzące do zmiany początkowej struktury związku. W wyniku tych reakcji cząsteczki nienasyconych kwasów tłuszczowych i ich pochodnych mogą ulegać rozkładowi i przegrupowaniu, tworząc nowe związki z różnymi gru pami funkcyjnymi zawierającymi tlen. Również zachodzić może wydzielenie wolnych kwasów tłuszczowych, poprzez rozkład triglicerydów.

Reakcje wtórne zachodzą przez oddziaływanie utworzonych rodników z grupą nadtlenkową z innymi cząsteczkami, przez co powstają różne związki chemiczne. Reakcje prowadzące do zmiany początkowej struktury związku to reakcje, w których kwasy o izomerii cis- mogą przechodzić w kwasy trans-. Przez to mogą zmieniać się właściwości oleju, takie jak temperatura topnienia.

Olej spożywczy posmażalniczy to mieszanina długołańcuchowych kwasów tłuszczowych (głównie linolowego, linolenowego i oleinowego) w postaci tri-, di-, monoglicerydów oraz wolnych kwasów tłuszczowych o zmiennej zawartości procentowej. W trakcie smażenia porcja triglicerydów części estrowej ulega rozkładowi. Stopień takiej degradacji zależy od liczby cykli smażenia, czasu smażenia, temperatury i rodzaju oleju roślinnego. Dodatkowo w trakcie głębokiego smażenia w wyniku połączenia wysokiej temperatury i tlenu jest generowanych wiele lotnych związków, co sprzyja procesom utleniania.

Olej spożywczy posmażalniczy jest odpadem trudnodegradowalnym oraz niebezpiecznym, dlatego tak ważne jest jego odpowiednie zagospodarowanie.

W opisie patentowym US7758686B2 przedstawiono sposób wytwarzania spoiwa pochodzenia roślinnego. Lepiszcze stanowiły żywice naturalne lub modyfikowana żywica w ilości 2 do 98% wagowych w stosunku do całkowitej masy spoiwa.

Sposób otrzymywania materiału budowlanego z oleju roślinnego opisano w zgłoszeniu patentowym US20130160677A1. Według wynalazku olej należy ogrzać do temperatury od 100 do 200°C. Kompozycja zawiera olej roślinny i sortowane kruszywo o porowatości kruszywa od 10% do 40% i maksymalnej wielkości cząstek agregatu około 15 mm.

W zgłoszeniu patentowym WO2010035005A2 opisano kompozycję zawierającą agregat i środek wiążący glicerol (w ilości od 10 do 20% wag.) z której można wytworzyć element konstrukcyjny Glicerol mieszany jest z agregatem w obecności ośrodka wodnego, a następnie utwardzany. W kompozycji może być zawarty również olej roślinny. Ponadto kompozycja zawiera kruszywo, olej roślinny i alkaliczny aktywator zawierający jony wapnia lub magnezu.

W zgłoszeniu patentowym PL430724A opisano sposób przetwarzania olejów spożywczych posmażalnicznych na spoiwo budowlane, budowlany materiał kompozytowy zawierający spoiwo będące produktem przetwarzania olejów spożywczych posmażalnicznych oraz sposób wytwarzania elementów ukształtowanych z budowlanego materiału kompozytowego zawierającego spoiwo będące produktem przetwarzania olejów spożywczych posmażalnicznych. Kompozycja otrzymywana jest przy stosunku masowym kwasowego katalizatora do oleju od 1:8 do 1:40. Utwardzanie kompozycji następuje w temperaturze od 170 do 380°C w czasie 8-24 godziny.

Z opisu patentowego KR101989277B1 znana jest kompozycja do układania nawierzchni drogi zawierająca żywicę alkidową wytworzoną przy użyciu odpadowego oleju spożywczego jako spoiwa klejącego. Kompozycja do nawierzchni drogi zawiera: 5 do 15 części wagowych żywicy alkidowej; 70 do 85 części wagowych kruszywa; oraz 1 do 10 części wagowych środka utwardzającego. Żywicę alkidową wytwarza się przez mieszanie odpowiednio przefiltrowanego w celu usunięcia zanieczyszczeń odpadowego oleju spożywczego, kwasu wielozasadowego, alkoholu wielowodorotlenowego i rozpuszczalnika organicznego.

Nieoczekiwanie okazało się, że możliwe jest opracowanie sposobu przetwarzania olejów spożywczych posmażalniczych, zwłaszcza odpadowych, na funkcjonalny budowlany materiał kompozytowy o właściwościach antymikrobiologicznych.

Materiał kompozytowy zawierający spoiwo otrzymane z oleju spożywczego oraz wypełniacze według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera 15-35% (w/w) spoiwa otrzymanego z oczyszczonego ze stałych zanieczyszczeń oleju spożywczego zmieszanego z kwasem siarkowym (VI) o stężeniu od 92% (w/w) do 98% (w/w), przy stosunku masowym kwasu siarkowego (VI) do katalizowanego oleju spożywczego posmażalnicznego od 1:4,1 do 1:26, 1-8% (w/w) suszu roślinnego o właściwościach antymikrobiologicznych oraz 60-95% (w/w) wypełniaczy.

Korzystnie wypełniacze to piasek w ilości 10% do 65% (w/w) w stosunku do całkowitej masy materiału, żwir w ilości od 0% do 15% (w/w) w stosunku do całkowitej masy materiału lub popioły lotne w ilości od 0% do 45% (w/w) w stosunku do całkowitej masy materiału.

Korzystnie susz roślinny zawiera co najmniej jedną roślinę o właściwościach antymikrobiologicznych wybraną z grupy obejmującej chmiel, kurkumę, kobylak, czosnek, imbir, gruczołkowiec pawi, miętę pieprzową, szałwię lub ich mieszaniny.

Sposób wytwarzania materiału kompozytowego według wynalazku charakteryzuje się tym, że oczyszczony ze stałych zanieczyszczeń olej spożywczy miesza się z katalizatorem w postaci kwasu siarkowego (VI) o stężeniu od 92% (w/w) do 98% (w/w), przy stosunku masowym kwasu siarkowego (VI) do katalizowanego oleju spożywczego posmażalnicznego od 1:4,1 do 1:26, po czym całość się homogenizuje, a następnie do tak otrzymanego spoiwa dodaje się susz roślinny i miesza przez 10-25 min. z prędkością obrotową od 100 obr./min do 400 obr./min., po czym do tak otrzymanej mieszaniny dodaje się wypełniacze, a następnie całość homogenizuje się.

Korzystnie homogenizację spoiwa prowadzi się poprzez mieszanie fazy olejowej i kwasu siarkowego z prędkością obrotową od 200 obr./min. do 800 obr./min w temperaturze od 10°C do 35°C przez okres od 5 min do 40 min.

Korzystnie mieszaninę spoiwa z wypełniaczami homogenizuje się z prędkością obrotową od 100 obr./min. do 400 obr./min. w temperaturze od 15°C do 35°C przez okres od 15 do 60 min..

Korzystnie po homogenizacji mieszaninę wprowadza się do formy, zagęszcza się i wygrzewa się w temperaturze od 160°C do 210°C przez okres nie większy niż 18 godzin, po czym tak otrzymany element schładza się i wyjmuje z formy.

Stosowany olej posmażalniczy to na przykład olej rzepakowy, słonecznikowy, sojowy, palmowy, arachidowy, sezamowy, kukurydziany lub ich mieszaniny.

Materiał kompozytowy otrzymywany zgodnie z wynalazkiem może z powodzeniem służyć do wytwarzania zbitych, twardych elementów o właściwościach biobójczych, które można wykorzystać jako element budowlany typu dachówka, kostka brukowa, płyta brukowa, krawężnik, parapet, bloczek budowlany, element konstrukcyjny.

Przedmiot wynalazku ilustrują następujące przykłady:

Przykład 1

W temperaturze 20°C sporządza się mieszaninę: 16,18 g oleju spożywczego posmażalniczego i 1,65 g kwasu siarkowego (VI) o stężeniu 95%. Homogenizację mieszaniny przeprowadza się poprzez mieszanie mechaniczne (800 obr./min.). Całość miesza się przez 35 min. Do mieszaniny wprowadza się przy jednoczesnym mieszaniu (400 obr./min.) 1,8 g suszu roślinnego. Czas mieszania 10 min., a następnie dodaje się kruszywo: 80 g piasku oraz 35 g popiołu lotnego. Temperatura prowadzenia procesu wynosi 25°C. Czas mieszania 40 minut. Mieszaninę wprowadza się do otwartej formy i zagęszcza wibracyjnie. Mieszaninę wygrzewa się w piecu w czasie 17 godzin w temperaturze 175°C, po czym tak otrzymany element z zestalonego materiału kompozytowego schładza się i wyjmuje z formy. Element z zestalonego kompozytu według wynalazku charakteryzuje się nasiąkliwością < 5% oraz wytrzymałością na rozciąganie przy rozłupywaniu nie mniejszą niż 2,9 MPa.

Przykład 2

W temperaturze 15°C sporządza się mieszaninę: 48,36 g oleju spożywczego, 4,5 g kwasu siarkowego (VI) o stężeniu 96%. Homogenizację mieszaniny przeprowadza się poprzez mieszanie mechaniczne (600 obr./min.). Całość miesza się przez 40 min. Do mieszaniny wprowadza się przy jednoczesnym mieszaniu 12,5 g suszu roślinnego (250 obr./min.). Całość miesza się 25 min., a następnie dodaje się kruszywo: 150 g piasku oraz 52,5 g popiołu lotnego. Temperatura prowadzenia procesu wynosi 20°C. Czas mieszania 55 minut. Mieszaninę wprowadza się do otwartej formy i zagęszcza wibracyjnie. Mieszaninę wygrzewa się w piecu w czasie 14 godzin w temperaturze 195°C, po czym tak otrzymany element z zestalonego materiału kompozytowego schładza się i wyjmuje z formy. Element z zestalonego kompozytu według wynalazku charakteryzuje się nasiąkliwością < 5% oraz wytrzymałością na rozciąganie przy rozłupywaniu nie mniejszą niż 2,9 MPa.

Przykład 3

W temperaturze 30°C sporządza się mieszaninę: 47,28 g oleju spożywczego 3,82 g kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 98%. Homogenizację mieszaniny przeprowadza się poprzez mieszanie mechaniczne (350 obr./min.). Całość miesza się przez 28 min. Do mieszaniny wprowadza się przy jednoczesnym mieszaniu (150 obr./min.) 16,3 g suszu roślinnego. Całość miesza się 16 min po czym dodaje się kruszywo: 152,5 g piasku oraz 42,9 g popiołu lotnego. Temperatura prowadzenia procesu wynosi 35°C. Czas mieszania 40 minut. Mieszaninę wprowadza się do otwartej formy i zagęszcza wibracyjnie. Mieszaninę wygrzewa się w piecu w czasie 16 godzin w temperaturze 210°C, po czym tak otrzymany element z zestalonego materiału kompozytowego schładza się i wyjmuje z formy. Element z zestalonego kompozytu według wynalazku charakteryzuje się nasiąkliwością < 5% oraz wytrzymałością na rozciąganie przy rozłupywaniu nie mniejszą niż 2,9 MPa.

Przykład 4

W temperaturze 10°C sporządza się mieszaninę: 71,50 g oleju spożywczego i 10,8 g kwasu siarkowego (VI) o stężeniu 98%. Homogenizację mieszaniny przeprowadza się poprzez mieszanie mechaniczne (700 obr./min.). Całość miesza się przez 250 min. Do mieszaniny wprowadza się przy jednoczesnym mieszaniu (280 obr./min.) 6,65 g suszu roślinnego. Czas mieszania 20 minut. Następnie dodaje się kruszywo: 160 g piasku oraz 56,2 g popiołu lotnego oraz 9,9 g żwiru. Temperatura prowadzenia procesu wynosi 15°C. Czas mieszania 22,5 minuty. Mieszaninę wprowadza się do otwartej formy i zagęszcza wibracyjnie. Mieszaninę wygrzewa się w piecu w czasie 17 godzin w temperaturze 185°C, po czym tak otrzymany element z zestalonego materiału kompozytowego schładza się i wyjmuje z formy. Element z zestalonego kompozytu według wynalazku charakteryzuje się nasiąkliwością < 5% oraz wytrzymałością na rozciąganie przy rozłupywaniu nie mniejszą niż 2,9 MPa.

Wyniki badań

Właściwości antymikrobiologiczne otrzymanych w przykładach materiałów kompozytowych zostały potwierdzone w badaniach wstępnych. Materiały te wykazały skuteczność inaktywacji bakterii odpowiadającą redukcji nie niższej niż 30% wobec szczepów E. coli, S. aureus, P. aeruginosa, S. epidermidis oraz skuteczność inaktywacji grzybów odpowiadającą redukcji minimum 30% wobec C. albicans, T. rubrum, S. brevicaulis, A. fumigatus. Ponadto materiały nie wykazują cytotoksyczności wobec komórek keratynocytów.

Claims (7)

1. Materiał kompozytowy zawierający spoiwo otrzymane z oleju spożywczego oraz wypełniacze, znamienny tym, że zawiera 15-35% (w/w) spoiwa otrzymanego z oczyszczonego ze stałych zanieczyszczeń oleju spożywczego zmieszanego z kwasem siarkowym (VI) o stężeniu od 92% (w/w) do 98% (w/w), przy stosunku masowym kwasu siarkowego (VI) do katalizowanego oleju spożywczego posmażalnicznego od 1:4,1 do 1:26, 1-8% (w/w) suszu roślinnego o właściwościach antymikrobiologicznych oraz 60-95% (w/w) wypełniaczy.

2. Materiał według zastrz. 2, znamienny tym, że wypełniacze to piasek w ilości 10% do 65% (w/w) w stosunku do całkowitej masy materiału, żwir w ilości od 0% do 15% (w/w) w stosunku do całkowitej masy materiału lub popioły lotne w ilości od 0% do 45% (w/w) w stosunku do całkowitej masy materiału.

3. Materiał według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że susz roślinny zawiera co najmniej jedną roślinę o właściwościach antymikrobiologicznych wybraną z grupy obejmującej chmiel, kurkumę, kobylak, czosnek, imbir, gruczołkowiec pawi, miętę pieprzową, szałwię lub ich mieszaniny.

4. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, znamienny tym, że oczyszczony ze stałych zanieczyszczeń olej spożywczy miesza się z katalizatorem w postaci kwasu siarkowego (VI) o stężeniu od 92% (w/w) do 98% (w/w), przy stosunku masowym kwasu siarkowego (VI) do katalizowanego oleju spożywczego posmażalnicznego od 1:4,1 do 1:26, po czym całość się homogenizuje, a następnie do tak otrzymanego spoiwa dodaje się susz roślinny i miesza przez 10-25 min. z prędkością obrotową od 100 obr./min do 400 obr./min., po czym do tak otrzymanej mieszaniny dodaje się wypełniacze, a następnie całość homogenizuje się.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że homogenizację spoiwa prowadzi się poprzez mieszanie fazy olejowej i kwasu siarkowego z prędkością obrotową od 200 obr./min. do 800 obr./min w temperaturze od 10°C do 35°C przez okres od 5 min do 40 min.

6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że mieszaninę spoiwa z wypełniaczami homogenizuje się z prędkością obrotową od 100 obr./min. do 400 obr./min. w temperaturze do 15°C do 35°C przez okres od 15 do 60 min.

7. Sposób według zastrz. 4 albo 5 albo 6, znamienny tym, że po homogenizacji mieszaninę wprowadza się do formy, zagęszcza się i wygrzewa się w temperaturze od 160°C do 210°C przez okres nie większy niż 18 godzin, po czym tak otrzymany element schładza się i wyjmuje z formy.