PL248071B1

PL248071B1 - Sposób wytwarzania kompozytów na bazie polimerów pochodzenia naturalnego

Info

Publication number: PL248071B1
Application number: PL438269A
Authority: PL
Inventors: Weronika Janik; Stanisław Kudła; Anna Pietruszka; Jolanta Grittner; Agata Krasuska; Gabriela Dudek
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent; Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Ciezkiej Syntezy Organicznej Blachownia
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2025-10-13
Also published as: PL438269A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania kompozytów na bazie polimerów pochodzenia naturalnego, który polega na tym, że w temperaturze 10 - 32°C miesza się przez 8 - 15 minut z szybkością 10 - 60 obrotów na minutę: - 18,0 - 35,5 cg/g chitozanu o stopniu deacetylacji 61 - 95 cg/g, o średniej masie cząsteczkowej 30 - 890 i o rozpuszczalności w kwasie octowym wynoszącej co najmniej 99,8%, - 8,0 - 21,5 cg/g skrobi o zawartości amylozy 10 - 35 cg/g, - 4,5 - 20,1 cg/g poli(alkoholu winylowego) o stopniu hydrolizy 4 – 98%, - 3,3 - 8,9 cg/g ligniny, - 4,8 - 24 cg/g gliceryny, - 10,0 - 20,5 cg/g wodnego roztworu kwasu octowego albo mlekowego, o stężeniu 20 - 30% po czym: albo w mieszalniku periodycznym mieszaninę w temperaturze z zakresu 78,0 - 101,8°C miesza się z szybkością 61 - 100 obrotów/minutę przez 5 - 12 minut, albo mieszaninę wytłacza się na wytłaczarce.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytów na bazie polimerów pochodzenia naturalnego mogących znaleźć zastosowanie w przemyśle opakowaniowym przy produkcji opakowań jednokrotnego użytku.

Znane są kompozyty na bazie polimerów pochodzenia naturalnego zawierające chitozan, skrobię, poli(alkohol winylowy) i ligninę. Otrzymuje się je metodą wylewania z roztworu, stosowaną jedynie w laboratorium i wymagającą zastosowania dużych ilości wody. W literaturze nie został opisany sposób otrzymywania kompozytów złożonych z chitozanu, skrobi, poli(alkoholu winylowego) i ligniny przy wykorzystaniu techniki innej niż wylewanie z roztworu. Najbardziej zbliżone rozwiązanie do przedmiotu niniejszego wynalazku zostało przedstawione w publikacji Matet, M.; Heuzey, M.-C.; Pollet, E.; Ajji, A.; Averous, L. Carbohydr. Polym. 2013, 95, 241. W publikacji tej opisano przetwórstwo chitozanu, polioli i kwasu octowego w mieszalniku periodycznym.

Jako surowce stosuje się:

- chitozan o stopniu deacetylacji 96%, o średniej wagowej masie cząsteczkowej mieszczącej się w przedziale 250-300,

- poliole: gliceryna, ksylitol i sorbitol,

- kwas octowy.

Stosowano dwa rodzaje próbek, nieplastyfikowane (bez polioli) i plastyfikowane.

Próbki bez polioli przygotowywano w ten sposób, że roztwór kwasu octowego o stężeniu 3% powoli dodawano do proszkowego chitozanu i ręcznie mieszano w celu uzyskania jednorodnej pasty.

Próbki z poliolami przygotowywano w ten sposób, że poliol powoli kroplami dodawano do chitozanu a następnie dodawano roztwór kwasu octowego o stężeniu 3% i ręcznie mieszano w celu uzyskania jednorodnej pasty.

Tak uzyskane pasty przetwarzano w mieszalniku periodycznym w temperaturze 80°C przez 15 minut przy stałej szybkości 100 obrotów/minutę.

Otrzymane pasty prasowano na gorąco w 110°C przez 15 minut pod ciśnieniem 270 barów.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu wytwarzania kompozytów o niskiej zawartości wody złożonych z chitozanu, skrobi, poli(alkoholu winylowego) i ligniny, przeznaczonych do przetwórstwa metodą periodyczną bądź ciągłą między innymi poprzez wytłaczanie.

Okazało się, że jest możliwe wytwarzanie kompozytów z ligniny i poli(alkoholu winylowego) z chitozanem i skrobią przy znacznym ograniczeniu ilości wody w procesie ich wytwarzania i uzyskanie kompozytów nadających się do przetwórstwa typowymi metodami stosowanymi w przemyśle, takimi jak wytłaczanie. Możliwość ograniczenia wody w procesie przetwórstwa wyżej wymienionego tworzywa nie została do tej pory opisana w literaturze.

Sposób według wynalazku polega na tym, że w temperaturze 10-32°C miesza się przez 8-15 minut z szybkością 10-60 obrotów na minutę:

- 18,0-35,5 cg/g chitozanu o stopniu deacetylacji 61-95 cg/g, o średniej masie cząsteczkowej

30-890 i o rozpuszczalności w kwasie octowym wynoszącej co najmniej 99,8%,

- 8,0-21,5 cg/g skrobi o zawartości amylozy 10-35 cg/g,

- 4,5-20,1 cg/g poli(alkoholu winylowego) o stopniu hydrolizy 4-98%,

- 3,3-8,9 cg/g ligniny,

- 4,8-24 cg/g gliceryny,

- 10,0-20,5 cg/g wodnego roztworu kwasu octowego albo mlekowego, o stężeniu 20-30%, po czym • albo w mieszalniku periodycznym mieszaninę w temperaturze z zakresu 78,0-101,8°C miesza się z szybkością 61-100 obrotów/minutę przez 5-12 minut, • albo mieszaninę wytłacza się na wytłaczarce.

Korzystnie jest, jeżeli mieszaninę wytłacza się w wytłaczarce jednoślimakowej o profilu temperaturowym 58,0°C-78,0°C.

Dopuszcza się użycie dowolnego chitozanu o odmianie i źródle pochodzenia oznaczonych w literaturze symbolami: α-chitozan i β-chitozan. Do otrzymywania kompozytów sposobem według wynalazku można stosować dowolną skrobię, zarówno pochodzenia naturalnego jak i modyfikowaną dowolnym związkiem chemicznym, w której zawartość amylozy mieści się w przedziale 10%-35%. Do otrzymywania kompozytów sposobem według wynalazku stosuje się ligninę o dowolnej strukturze i wytworzonej według dowolnej technologii.

Sposób według wynalazku pozwala na znaczące ograniczenie ilości wody stosowanej w procesie wytwarzania kompozytów na bazie chitozanu, skrobi, polialkoholu winylowego) i ligniny. Umożliwia to przemysłowe zastosowanie tego typu kompozytów.

Obecność ligniny i poli(alkoholu winylowego) w kompozytach wpływa pozytywnie zarówno na wytrzymałość na ich rozciąganie jak i na wartość wydłużenia względnego przy ich zerwaniu.

W porównaniu do sposobu znanego z artykułu Matet et.al. w sposobie według przedmiotowego wynalazku możliwe jest stosowanie znacznie większych ilości chitozanu i znacznie mniejszych ilości kwasu; możliwe jest przy tym stosowanie kwasu o większym stężeniu, co ogranicza ilość wody wymaganej w procesie.

Przykład 1

Do mieszalnika periodycznego w temperaturze 15,0°C wprowadza się:

- 30,5 cg/g chitozanu firmy Glentham Life Sciences Ltd o nazwie handlowej Chitosan GP8523,

- 15,9 cg/g skrobi ziemniaczanej,

- 15,5 cg/g poli(alkoholu winylowego) firmy Kuraray Europe GmbH o nazwie handlowej

ELVANOL 71-30,

- 5,2 cg/g ligniny firmy Tokyo Chemical Industry Co. o nazwie handlowej Lignin LtdL0045,

- 12,5 cg/g gliceryny,

- 20,4 cg/g 20% roztworu kwasu octowego.

Całość miesza się z szybkością 30 obrotów na minutę przez 8 minut, następnie mieszając z szybkością obrotową rotorów 75 obrotów/minutę ogrzewa się do osiągnięcia temperatury 78,0°C, po czym miesza się jeszcze przez 8 minut.

Przykład 2

Do mieszalnika periodycznego w temperaturze 32,0°C wprowadza się:

- 35,5 cg/g chitozanu firmy Glentham Life Sciences Ltd o nazwie handlowej Chitosan GP8523,

- 21,5 cg/g skrobi ziemniaczanej,

- 10,5 cg/g poli(alkoholu winylowego) firmy Kuraray Europe GmbH o nazwie handlowej

ELVANOL 71-30,

- 12,5 cg/g gliceryny,

- 14,8 cg/g 20% roztworu kwasu octowego.

Całość miesza się z szybkością 60 obrotów na minutę przez 10 minut, następnie mieszając z szybkością obrotową rotorów 61 obrotów/minutę ogrzewa się do osiągnięcia temperatury 88,0°C, po czym miesza się jeszcze przez 12 minut.

Przykład 3

Do mieszalnika periodycznego w temperaturze 32,0°C wprowadza się:

- 21,5 cg/g skrobi ziemniaczanej,

ELVANOL 71-30,

- 12,5 cg/g gliceryny,

- 14,8 cg/g 20% roztworu kwasu mlekowego.

Przykład 4

Do mieszalnika periodycznego w temperaturze 15,0°C wprowadza się:

- 15,9 cg/g skrobi ziemniaczanej,

ELVANOL 71-30,

- 12,5 cg/g gliceryny,

- 20,4 cg/g 20% roztworu kwasu octowego

Całość miesza się z szybkością 30 obrotów na minutę przez 8 minut.

Gotową mieszankę wytłacza się na wytłaczarce jednoślimakowej o profilu temperaturowym 58,0°C-78,0^oC-78,0^oC-78,0^oC-78,0°C i przy szybkości 75 obrotów/minutę i dozowaniu 3,5 kg/h.

Przykład 5

Do mieszalnika periodycznego w temperaturze 32,0°C wprowadza się:

- 21,5 cg/g skrobi ziemniaczanej,

ELVANOL 71-30,

- 12,5 cg/g gliceryny,

- 14,8 cg/g 20% roztworu kwasu octowego.

Całość miesza się z szybkością 60 obrotów na minutę przez 10 minut.

Gotową mieszankę wytłacza się na wytłaczarce jednoślimakowej o profilu temperaturowym 78,0°C-88,0°C-88,0°C-88,0°C-88,0°C i przy szybkości 61 obrotów/minutę i dozowaniu 3,5 kg/h.

Przykład 6

Do mieszalnika periodycznego w temperaturze 32,0°C wprowadza się:

- 21,5 cg/g skrobi ziemniaczanej,

ELVANOL 71-30,

- 12,5 cg/g gliceryny,

- 14,8 cg/g 20% roztworu kwasu mlekowego.

Całość miesza się z szybkością 60 obrotów na minutę przez 10 minut.

Gotową mieszankę wytłacza się na wytłaczarce jednoślimakowej o profilu temperaturowym 78,0°C-88,0°C-88,0°C-88,0-88,0°C i przy szybkości 61 obrotów/minutę i dozowaniu 3,5 kg/h.

Przykład 7 - porównawczy

Do mieszalnika periodycznego w temperaturze 40,0°C wprowadza się:

- 10,6 cg/g chitozanu firmy Glentham Life Sciences Ltd o nazwie handlowej Chitosan GP8523,

- 5,6 cg/g skrobi ziemniaczanej,

- 7,8 cg/g poli(alkoholu winylowego) firmy Kuraray Europe GmbH o nazwie handlowej

ELVANOL 71-30,

- 2,3 cg/g ligniny firmy Tokyo Chemical Industry Co. o nazwie handlowej Lignin LtdL0045,

- 11,0 cg/g gliceryny,

- 62,7 cg/g 20% roztworu kwasu octowego.

Całość miesza się z szybkością 45 obrotów na minutę przez 15 minut, następnie mieszając z szybkością obrotową rotorów 61 obrotów/minutę ogrzewa się do osiągnięcia temperatury 82,0°C, po czym miesza się jeszcze przez 5 minut.

Przykład 8 - porównawczy

Do mieszalnika periodycznego w temperaturze 40,0°C wprowadza się:

- 5,6 cg/g skrobi ziemniaczanej,

ELVANOL 71-30,

- 11,0 cg/g gliceryny,

- 62,7 cg/g 20% roztworu kwasu octowego.

Całość miesza się z szybkością 45 obrotów na minutę przez 15 minut. Gotową mieszankę wytacza się na wytłaczarce jednoślimakowej o profilu temperaturowym 78,0°C-88,0°C-88,0°C-88,0°C-88,0°C i przy szybkości 61 obrotów/minutę i dozowaniu 3,5 kg/h.

PL 248071 Β1

Tabela przedstawia wyniki oznaczeń właściwości wytrzymałościowych przy rozciąganiu przeprowadzonych dla kompozytów o składzie jak w przykładach 1-8

Kompozyt	Właściwości wytrzymałościowe przy rozciąganiu
Maksymalne naprężenie rozciągające, MPa	Wydłużenie względne przy zerwaniu, %	Wydłużenie nominalne przy zerwaniu, %
1	8,38	20	46
2	10,5	17	42
3	10,1	18	41
4	7,54	20	45
5	8,95	12	25
6	9,11	13	24
7 - porównawczy	Uzyskany produkt jest w formie mieszaniny rozdzielonych grudek nienadających się do uformowania.
8 - porównawczy	Uzyskany produkt nie wytłacza się.

Kompozyty otrzymane sposobem według wynalazku wykazują dobre właściwości wytrzymałościowe przy rozciąganiu. Natomiast próbki o udziale składników i parametrach innych niż zastrzegane, nie nadawały się do przetwórstwa metodą periodyczną bądź ciągłą.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania kompozytów na bazie polimerów pochodzenia naturalnego znamienny tym, że w temperaturze 10-32°C miesza się przez 8-15 minut z szybkością 10-60 obrotów na minutę:

- 18,0-35,5 cg/g chitozanu o stopniu deacetylacji 61 -95 cg/g, o średniej masie cząsteczkowej 30-890 i o rozpuszczalności w kwasie octowym wynoszącej co najmniej 99,8%,

- 8,0-21,5 cg/g skrobi o zawartości amylozy 10-35 cg/g,

- 4,5-20,1 cg/g polialkoholu winylowego) o stopniu hydrolizy 4-98%,

- 3,3-8,9 cg/g ligniny,

- 4,8-24 cg/g gliceryny,

- 10,0-20,5 cg/g wodnego roztworu kwasu octowego albo mlekowego, o stężeniu 20-30% po czym:

• albo w mieszalniku periodycznym mieszaninę w temperaturze z zakresu 78,0-101,8°C miesza się z szybkością 61-100 obrotów/minutę przez 5-12 minut, • albo mieszaninę wytłacza się na wytłaczarce.
2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że mieszaninę wytłacza się w wytłaczarce jednoślimakowej o profilu temperaturowym 58,0°C-78,0°C.