RU213719U1 - Биоразлагаемое упаковочное изделие - Google Patents

Биоразлагаемое упаковочное изделие Download PDF

Info

Publication number
RU213719U1
RU213719U1 RU2022103513U RU2022103513U RU213719U1 RU 213719 U1 RU213719 U1 RU 213719U1 RU 2022103513 U RU2022103513 U RU 2022103513U RU 2022103513 U RU2022103513 U RU 2022103513U RU 213719 U1 RU213719 U1 RU 213719U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
paper
packaging
polycaprolactone
biodegradable
paper base
Prior art date
Application number
RU2022103513U
Other languages
English (en)
Inventor
Сара Ильдаровна Басырова
Мансур Флоридович Галиханов
Ляйсан Рафаиловна Галеева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU213719U1 publication Critical patent/RU213719U1/ru

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области применения материала, который может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности для производства тары и упаковки, в частности к биоразлагаемым упаковочным изделиям. Технический результат заключается в получении упаковочного материала, обладающего первоначальными повышенными эксплуатационными характеристиками, но при этом способного к биоразложению в естественных условиях. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработано биоразлагаемое упаковочное изделие, содержащее лист, выполненный из бумажной основы, характеризующееся тем, что в качестве бумажной основы служит крафт-бумага, по меньшей мере, частично покрытая поликапролактоном, причем изделие обработано в униполярном коронном разряде. 2 ил.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области применения материала, который может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности для производства тары и упаковки, в частности к биоразлагаемым упаковочным изделиям.
Уровень техники
Актуальность работы связана с возрастающим уровнем загрязнения окружающей среды. Одним из серьезных вопросов экологии в настоящее время является утилизация или уничтожение отходов жизнедеятельности человека, в особенности различной тары и упаковки, поскольку в качестве материалов для их создания используются материалы, имеющие длительный срок разложения в окружающей среде. В настоящее время упаковка из целлюлозно-бумажных материалов является одной из лидирующих по объемам производства. Однако по причине высокой гигроскопичности целлюлозно-бумажных материалов все чаще для производства упаковки и для полиграфии используется ЦБМ обработанный различными гидрофобными составами, либо ламинированный. В то же время, существуют предположения, что свойства данных материалов можно повысить при помощи физических полей различной природы, например, действием постоянного коронного разряда. Следовательно, можно получить биоразлагаемые материалы с улучшенным комплексом свойств.
В патенте RU 2693757, МПК B65D 65/40,85/72, В32В 27/32, 7/12, 29/00 (2006.01), 2019 г. представлен упаковочный ламинированный материал, содержащий покрытия из алюминия, полиэтилена низкого давления и композиция, содержащая этиленовые мономерные звенья и мономерные звенья с функциональными группами карбоновой кислоты. Недостатками данного материала является сложность и многокомпонентность состава для ламинирования, отсутствие экологичности материала.
Известен патент RU 2674212, МПК C08L 23/10, 1/00, 97/02, 101/16 (2006.01), 2018 г., в котором описана полимерная композиция из смеси полиэтиленов высокого и низкого давления, порошковой целлюлозы, выделенной из морских бурых водорослей, при следующем содержании компонентов, мас.%: полиэтилен 50-90, порошковая целлюлоза 10-50. Однако недостатком данной композиции является образование микропластика при разложении данной композиции.
В патенте CN 107417985 A, МПК C08K 3/34; C08K 5/1545; C08L 3/02; C08L 67/04; C08L 91/00; C08L 97/02, 2017 г. представлен экологически чистый упаковочный материал для одноразовой упаковки, состоящий из: 20-30 мас.% крахмала, полученного из сладкого картофеля, 20-30 мас.% порошка соломы масличной, 5-10 мас.% мальтозы, 8-10% салатного масла, 10-20 мас.% порошка соломы карпезиума, абротаноидной, 5-10 мас.% полипропиленгликоля, 10-20 мас.% раствора гидроксицеллюлозы, 2-5 мас.%, 3-5 частей хитинового хитозанового спирта, 2-5 мас.% и 5-10 мас.% полигидроксибутирата. Недостатками данного материала являются сложность приготовления и многокомпонентность состава.
В патенте ЕР 0326410, МПК В32В 27/20; В32В 29/04; В32В 33/00; G03C 1/79; представлена водонепроницаемая ламинированная бумага, обладающая хорошими печатными свойствами и низкой способностью к статическому заряду, которая содержит бумажную основу, имеющую по меньшей мере один слой термопластичной смолы, ламинированный на ее поверхности. В процессе получения данного материала проводят обработку коронным разрядом для улучшения печатных свойств.
Недостатками данного материала являются отсутствие возможности вторичной переработки и способности к биоразложению.
Биоразлагаемая структура бумага-пластик по патенту CN 212528977, МПК В32В 23/00; В32В 23/06; В32В 29/00; В32В 37/06; В32В 37/10; C08J 5/18; C08K 5/06; C08K 5/103; C08K 5/134; C08L 1/12; D21H 19/34, 2019 г. является наиболее близким техническим решением и представляет собой биоразлагаемую композитную конструкцию, состоящую из крафт-бумаги или пергамента, покрытых производным соединением ацетата целлюлозы с добавлением пластификатора для размягчения целлюлозы.
Недостатком прототипа является наличие полимерного покрытия-ацетата целлюлозы, обладающего высокой гигроскопичностью.
Раскрытие полезной модели
В одном аспекте решения раскрыто биоразлагаемое упаковочное изделие, содержащее:
- лист, выполненный из бумажной основы, характеризующееся тем, что
- в качестве бумажной основы служит крафт-бумага, по меньшей мере частично покрытая поликапролактоном,
причем изделие обработано в униполярном коронном разряде.
В дополнительных аспектах раскрыто, что лицевая сторона бумажной основы покрыта поликапролактоном; бумажная основа с полимерным покрытием, предварительно обработана униполярным коронным разрядом под напряжением 30 кВ; на 1 м2 бумажной основы-крафт-бумаги нанесено 0,1-10 г поликапролактона; толщина покрытия из поликапролактона составляет от 10 до 100 мкм.
В другом аспекте заявлено биоразлагаемое упаковочное изделие, содержащее:
- корпус в виде коробки, выполненный из бумажной основы, характеризующееся тем, что
- в качестве бумажной основы служит картон, изготовленный из крафт-бумаги, по меньшей мере частично покрытый поликапролактоном;
причем изделие обработано в униполярном коронном разряде.
В дополнительных аспектах раскрыто, что корпус в виде коробки снаружи покрыт слоем поликапролактона толщиной от 10 до 100 мкм.
В качестве бумажной основы применяется крафт-бумага, полученная из длинноволокнистой целлюлозы хвойных пород дерева. В качестве покрытия используется биоразлагаемый полимер поликапролактон, нанесение которого осуществляется на лицевую сторону бумажной основы из 0,1-10 мас.% раствора поликапролактона в хлороформе.
Нанесение полимера на крафт-бумагу осуществляют напылением при вращении спин-коатера 1000 об/мин с последующим выпариванием растворителя в течение 1 минуты. Далее полученные образцы помещают в сушильный шкаф и выдерживают в течение 10-15 минут при температуре 100-110°С. Нагретые образцы обрабатывают униполярным коронным разрядом при напряжении 10-30 кВ в течение 30 секунд.
Задачами полезной модели являлись:
- сохранение способности к биоразложению конечного материала,
- снижение гигроскопичности целлюлозно-бумажных материалов,
- повышение уровня электретных свойств целлюлозно-бумажных материалов,
- повышение физико-механических свойств целлюлозно-бумажных материалов.
Технический результат заключается в получении упаковочного материала, обладающего первоначальными повышенными эксплуатационными характеристиками, но при этом способного к биоразложению в естественных условиях.
В табл. 1-3 представлены: КБ - крафт-бумага, КБ+к.р. - крафт-бумага, обработанная в коронном разряде, КБ+ПКЛ - крафт-бумага с поликапролактоном, КБ+ПКЛ+к.р. - крафт-бумага с поликапролактоном, обработанная в коронном разряде, MD - продольное направление, CD - поперечное направление.
Figure 00000001
Материал характеризуется такими параметрами (табл. 1), как краевой угол смачивания в диапазоне 90-100 градусов; впитываемость при полном погружении, которая будет уменьшаться по сравнению с исходной крафт-бумагой на 40-60%; впитываемость капельным способом, которая будет увеличиваться на 3-5 мин; впитываемость по Коббу, которая будет увеличиваться на 15-20% по абсолютной величине. Все параметры зависимы от толщины покрытия, которая может варьироваться от 10 до 100 мкм.
В табл.2 представлены показатели физико-механические свойства материала.
Figure 00000002
Материал будет характеризоваться такими параметрами механической прочности как: прочность на разрыв, которая будет увеличиваться на 1-5 МПа, сопротивление раздиранию, которое будет увеличиваться на 50-100 мН, сопротивление продавливанию, которое будет увеличиваться на 30-60 кПа, жесткость при изгибе, которое будет увеличиваться на 0,001-0,050 мН, сопротивление сжатию на коротком расстоянии, которое будет увеличиваться на 0,3-1,0 кН/м. Все параметры будут зависимы от толщины покрытия, которая может варьироваться от 10-100 мкм.
Установлено, что ЦБМ обладают невысокими значениями электретных характеристик (табл. 3), поскольку у полярных материалов, к которым относится целлюлоза, электропроводность на несколько порядков выше, чем у неполярных. Кроме того, ЦБМ имеют сквозные поры, через которые носители заряда достигают нижнего электрода, не задерживаясь в целлюлозном материале. Из таблицы 3 видно, что нанесение покрытий позволило увеличить электретные характеристики ЦБМ ~ в 1,3-3 раза.
Figure 00000003
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 показывает зависимости потенциала поверхности крафт-бумаги: нижняя линия - крафт-бумага, верхняя линия - крафт-бумага с поликапролактоном.
Фиг. 2 показывает динамику разложения крафт-бумаги и крафт-бумаги с поликапролактоном в компосте при 25°С
Осуществление полезной модели.
Методы исследования
- определение электретных характеристик осуществляли на приборе ИПЭП-1, принцип работы которого заключается при помощи экранирования приемного электрода;
- измерение воздухопроницаемости и шероховатости осуществляли по методу Бендтсена согласно ГОСТ 30114-95 на приборе модели Р62420. Суть метода заключается в определении объема воздуха, проходящего через испытуемую площадь образца за определенное время. Абсолютное давление воздуха с одной стороны испытуемого образца равно атмосферному, а разность давления по обе стороны образца в процессе испытания должна быть небольшой и поддерживаться на постоянном уровне;
- определение поверхностной впитываемости капельным способом осуществляли согласно ГОСТ 12603-67;
- впитываемость при полном погружении определяли согласно ГОСТ 13648.5-78. Образцы помещали в ванну с водой и выдерживали в течение 1 минуты, затем образцы извлекали пинцетом и давали стечь лишней жидкости в течение 2 минут. Измеряли массу до и после погружения в воду;
- определение краевого угла смачивания осуществляли методом сидящей капли на катетометре К-8 с измерительной ячейкой. Для воспроизводимости результатов на образцы размером 2×3 см наносили по 5 капель испытуемых жидкостей при помощи микрошприца, которые выдерживали по 2 минуты перед измерением основания / и высоты h капли.
- определение впитываемости полученных материалов осуществляли при одностороннем смачивании по методу Кобба согласно ГОСТ-12605-97.
- сопротивление раздиранию определяли по методу Эльмендорфа согласно ГОСТ 13525.3-97 на приборе ELMENDORF 09ED;
- измерение сопротивления продавливанию осуществляли на приборе SE 180/181 L&W согласно ГОСТ-13525.8-86;
- измерение сопротивления сжатию на коротком расстоянии осуществляли на приборе Frank-PtiGmbH согласно ГОСТ Р ИСО 9895-2013;
- испытания прочности на растяжение проводили на разрывной машине ТС 101-0,5 и ПЭВМ. Для проведения эксперимента на 5 образцов каждого вида ЦБМ в машинном и поперечных направлениях шириной b (15±0,1) мм, длиной / (150±0,1) мм и толщиной, усредненной по 3-м измерениям (δ) была приложена растягивающая нагрузка вплоть до разрушения образцов. Результаты, полученные во время испытания, передаются через интерфейс RS-232 в СОМ-порт ПЭВМ. Программное обеспечение на ПЭВМ позволяет математически обработать кривую-зависимости «напряжение-деформация»;
- определение жесткости при изгибе проводили на приборе Бюхеля 116-D. Испытания проводят в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Угол изгиба при измерении - 15 градусов.
Расчет жесткости при изгибе Sb проводят согласно формуле:
Figure 00000004
где F - нагрузка, мН;
l - активная длина образца, см;
α - угол изгиба образца, град;
b - ширина образца, b=3,8 см.
- определение биоразложения образцов осуществляли согласно ГОСТ Р 54530-2011 компостированием в аэробных условиях. В качестве компоста использовали речной песок, коровий навоз марки «Оргавит» и грунт в соотношении 1:1:1.
На фотографиях (фиг. 2) видно, что через 2 недели хранения в компосте на поверхности КБ наблюдается появление пятен значительного размера, образцы, обработанные в коронном разряде меньше подвержены этим изменения, поскольку обработка подавляет активность микроорганизмов, участвующих в процессе разложения. Через 1,5 месяца наблюдаются разрывы материала, а спустя год большая часть образцов подвергается разложению. Обработка коронным разрядом препятствует деструкции материалов лишь в первые 2 недели, поскольку с течением времени происходит релаксация заряда. Однако при обработке материала коронным разрядом также происходит травление поверхности волокон крафт-бумаги, что впоследствии будет способствовать процессу разложения.
Скорость разложения может зависеть от различных факторов: температура окружающей среды, влажность окружающей среды, размеры биоразлагаемого материала, форма изделия из материала, состав микроорганизмов и т.п. Однако вне зависимости от множества перечисленных факторов предложенное решение обладает первоначальными повышенными эксплуатационными характеристиками, но при этом сохраняет способность к биоразложению в естественных условиях.

Claims (4)

1. Биоразлагаемое упаковочное изделие, содержащее лист, выполненный из бумажной основы, характеризующееся тем, что в качестве бумажной основы служит крафт-бумага, покрытая поликапролактоном, причем изделие обработано в униполярном коронном разряде.
2. Упаковочное изделие по п.1, в котором лицевая сторона бумажной основы покрыта поликапролактоном.
3. Упаковочное изделие по п.1, в котором бумажная основа с полимерным покрытием предварительно обработана униполярным коронным разрядом под напряжением 30 кВ.
4. Упаковочное изделие по п.1, в котором толщина покрытия из поликапролактона составляет от 10 до 100 мкм.
RU2022103513U 2022-02-11 Биоразлагаемое упаковочное изделие RU213719U1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU213719U1 true RU213719U1 (ru) 2022-09-26

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5981048A (en) * 1995-12-08 1999-11-09 Fuji Photo Film Co., Ltd. Completely light-shielding packaging material for photosensitive material and package using same
RU2170176C2 (ru) * 1995-04-15 2001-07-10 Дзе Проктер Энд Гэмбл Компани Многослойный материал
JP2002049130A (ja) * 2000-08-02 2002-02-15 Fuji Photo Film Co Ltd 写真感光材料用包装材料及び写真感光材料包装体
JP2004098321A (ja) * 2002-09-05 2004-04-02 Toppan Printing Co Ltd 生分解性を有する積層包装材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2170176C2 (ru) * 1995-04-15 2001-07-10 Дзе Проктер Энд Гэмбл Компани Многослойный материал
US5981048A (en) * 1995-12-08 1999-11-09 Fuji Photo Film Co., Ltd. Completely light-shielding packaging material for photosensitive material and package using same
JP2002049130A (ja) * 2000-08-02 2002-02-15 Fuji Photo Film Co Ltd 写真感光材料用包装材料及び写真感光材料包装体
JP2004098321A (ja) * 2002-09-05 2004-04-02 Toppan Printing Co Ltd 生分解性を有する積層包装材料

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Khwaldia et al. Chitosan–caseinate bilayer coatings for paper packaging materials
Iewkittayakorn et al. Biodegradable plates made of pineapple leaf pulp with biocoatings to improve water resistance
Reis et al. Application of chitosan emulsion as a coating on Kraft paper
CN112912565B (zh) 生物基阻隔涂料
CN109072559A (zh) 包含微纤化纤维素的膜和由其制成的产品
US20130017349A1 (en) Coated substrate, a process for production of a coated substrate, a package and a dispersion coating
CN110139960A (zh) 制造包含微原纤化纤维素的膜的方法
Rampazzo et al. Cellulose nanocrystals from lignocellulosic raw materials, for oxygen barrier coatings on food packaging films
Basu et al. Sustainable barrier materials based on polysaccharide polyelectrolyte complexes
Mirmehdi et al. Spraying cellulose nanofibrils for improvement of tensile and barrier properties of writing & printing (W&P) paper
Khakalo et al. Using gelatin protein to facilitate paper thermoformability
Aloui et al. Effects of coating weight and nanoclay content on functional and physical properties of bionanocomposite-coated paper
Brodnjak Influence of ultrasonic treatment on properties of bio-based coated paper
Nygårds Nanocellulose in pigment coatings: aspects of barrier properties and printability in offset
DE102022109277A1 (de) Barrierepapier
RU213719U1 (ru) Биоразлагаемое упаковочное изделие
JP2021502443A (ja) バリア特性のある包装材料
CN110431268A (zh) 包含微原纤化纤维素的可热密封的包装材料和由其制成的产品
Ge et al. A baseline study of the application of cottonseed protein and gin trash as heat-sealable paper coating for food packaging
Raynaud Development of new barrier materials using microfibrillated cellulose
Santos et al. Bio-based multilayer paperboard for sustainable packaging application
BRUNETTI Grease resistant and water-resistant coating solutions for paper-based food packaging materials
Song et al. Effects of zein emulsion application on improving the water and water vapour barrier properties of paper
dos Santos et al. Bio‐based multilayer paperboard for sustainable packaging application
US20240218601A1 (en) Compostable Packaging Material