RU2538264C1

RU2538264C1 - Composite packing material

Info

Publication number: RU2538264C1
Application number: RU2013132631/05A
Authority: RU
Inventors: Пелагея Прокопьевна САВВИНОВА; Анна Ивановна ФЕДОРОВА; Ирина Владимировна Гаенкова; Николай Юрьевич Иванов; Алексей Борисович Ефимов
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2015-01-10
Also published as: RU2013132631A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: claimed is raw material mixture for obtaining packing material, which contains paper wastes, natural zeolite, starch and water.

EFFECT: invention makes it possible to obtain packing paper, which has good moisture-regulating properties, and reduce cost of its production.

Description

Изобретение относится к производству композиционных материалов с влагорегулирующими свойствами и может быть использовано для изготовления различных видов упаковочной бумаги (ячеистой, пластинами) для длительного хранения сельхозпродукции.The invention relates to the production of composite materials with moisture-regulating properties and can be used for the manufacture of various types of packaging paper (cellular, plates) for long-term storage of agricultural products.

Известен композиционный материал (см. JP №160060/97, A01C 1/06, приор. 17.06.1997) для изготовления бумажной ленты с вмещенными в нее семенами, в состав которого включены наполнители - макулатура и цеолит, при этом последний выступает одновременно и в качестве защиты семян от болезнетворных микробов, и как почвоулучшитель. Однако материал не может служить для хранения овощей и фруктов, т.к. он разработан с целью рекультивации семян, и сведения об его использовании в качестве упаковочного материала для сельхозпродукции отсутствуют.Composite material is known (see JP No. 160060/97, A01C 1/06, prior. 06/17/1997) for the manufacture of paper tape with seeds contained in it, the composition of which includes fillers - waste paper and zeolite, while the latter acts simultaneously in as a seed protection against pathogenic microbes, and as a soil conditioner. However, the material cannot be used to store fruits and vegetables, as it was developed for the purpose of seed reclamation, and there is no information on its use as a packaging material for agricultural products.

Известен композиционный материал (см. заявку JP №11-131369 А, 18.05.1999) для сохранения свежести продуктов питания и овощей, состоящий из волокон полиэстера, акрила и искусственного цеолита, который добавляется в массу в количестве 30-80% от веса.Known composite material (see application JP No. 11-131369 A, 05/18/1999) for preserving the freshness of food and vegetables, consisting of fibers of polyester, acrylic and artificial zeolite, which is added to the mass in an amount of 30-80% by weight.

Недостатком материала является то, что используются синтетические волокна и искусственный цеолит, который лишь выборочно выполняет функции адсорбирования газов, выделяемых сельхозпродуктами при длительном их хранении.The disadvantage of this material is that synthetic fibers and artificial zeolite are used, which only selectively performs the functions of adsorption of gases released by agricultural products during their long-term storage.

Известен композиционный материал для изготовления бугорчатой упаковки для яиц, изготавливаемый по ТУ 5471-002-16529168-97 и состоящий из наполнителя, в качестве которого используются макулатура, картон, целлюлоза сульфитная небеленая, и связующего на основе глинозема и силикатного клея. Однако материал не обладает влагорегулирующими свойствами, что и определило его узкую область применения - для упаковки яиц.Known composite material for the manufacture of tuberous egg packaging, manufactured according to TU 5471-002-16529168-97 and consisting of a filler, which is used as waste paper, cardboard, unbleached sulfite pulp, and a binder based on alumina and silicate glue. However, the material does not have moisture control properties, which determined its narrow scope - for packing eggs.

Известен также композиционный материал для изготовления упаковочных материалов, состоящий из наполнителя (макулатура, верховой сфагновый мох или слаборазложившийся верховой сфагновый мох) и связующего (канифоль таловая и глинозем) (см. RU №2245790, B29D 7/00, B29L 31:58, B65D 85/30, B65D 88/50,E04B 1/72, 10.02.2005).Also known is a composite material for the manufacture of packaging materials, consisting of a filler (waste paper, high sphagnum moss or poorly decomposed high sphagnum moss) and a binder (tall rosin and alumina) (see RU No. 22575790, B29D 7/00, B29L 31:58, B65D 85/30, B65D 88/50, E04B 1/72, 02/10/2005).

Недостатком композиционного материала с наполнителем в виде верхового сфагнового мха является то, что при многократном использовании упаковочный материал не будет обладать адсорбирующими свойствами, что не способствует его использованию для хранения скоропортящихся продуктов.The disadvantage of a composite material with a filler in the form of an upper sphagnum moss is that with repeated use, the packaging material will not have adsorbing properties, which does not contribute to its use for storing perishable products.

Вместе с тем известно, что в местности Хонгуруу Сунтарского района Республики Саха (Якутия) имеется богатое месторождение природного гидрофильного цеолита, обладающего хорошими антисептирующими и адсорбирующими свойствами (см. http://sakha.gov.ru/node/10673). В составе природного цеолита этого месторождения присутствуют практически чистые гейландиты (70-98%), кварц, полевые шпаты, обломки кремнистых пород, биотит, вулканическое стекло, глинистые минералы (монтмориллонит, гидрослюда) с ничтожно малым количеством акцессорных минералов (0,005-0,015%).At the same time, it is known that in the Khonguruu district of the Suntar region of the Republic of Sakha (Yakutia) there is a rich deposit of natural hydrophilic zeolite with good antiseptic and adsorbing properties (see http://sakha.gov.ru/node/10673). The natural zeolite of this deposit contains almost pure geylandites (70-98%), quartz, feldspars, fragments of siliceous rocks, biotite, volcanic glass, clay minerals (montmorillonite, hydromica) with a negligible amount of accessory minerals (0.005-0.015%) .

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в получении экологически безопасного упаковочного материала, предназначенного для длительного хранения сельхозпродукции.The problem to which the claimed invention is directed is expressed in the production of environmentally friendly packaging material intended for long-term storage of agricultural products.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в расширении ассортимента выпускаемой упаковочной бумаги, обладающей влагорегулирующими свойствами.The technical effect obtained by solving the problem is expressed in expanding the range of manufactured packaging paper with moisture-regulating properties.

Для решения поставленной задачи сырьевая смесь для получения композиционного упаковочного материала, содержащая наполнитель, связующее и воду, отличается тем, что в качестве наполнителя используются бумажные отходы (в т.ч. с лазерной, ксероксной печатью) и природный цеолит гейландитового типа, а связующим является крахмал (в том числе, получаемый из пищевых отходов), при следующем соотношении компонентов, мас.%: бумажная макулатура - 60-65, природный цеолит - 10-15, крахмал - 10-15, вода - остальное.To solve this problem, the raw material mixture for producing a composite packaging material containing a filler, a binder and water is characterized in that paper waste (including laser, xerox printing) and natural zeolite of the heilandite type are used as filler, and the binder is starch (including that obtained from food waste), in the following ratio of components, wt.%: paper waste - 60-65, natural zeolite - 10-15, starch - 10-15, water - the rest.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the characteristics of the claimed solution with the signs of analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Возможное использование в качестве наполнителя бумажной макулатуры с лазерной и ксероксной печатью объясняется тем, что она в своем составе имеет термопластическую смолу (ПВХ), содержащую сажу в качестве пигмента, и оксид железа для облегчения работы с сухой краской в печатном устройстве. В бумажной макулатуре совокупное содержание в ней сажи и оксида железа может составить до 1,0 г/м³. С другой стороны, наличие этих веществ обеспечивает дополнительную вязкость композиционного материала при термообработке готовых образцов.The possible use as a filler of paper waste paper with laser and xerox printing is explained by the fact that it contains thermoplastic resin (PVC) containing soot as a pigment, and iron oxide to facilitate the work with dry ink in a printing device. In paper waste paper, the total content of soot and iron oxide in it can be up to 1.0 g / m ³ . On the other hand, the presence of these substances provides additional viscosity of the composite material during heat treatment of finished samples.

Кроме того, в готовых образцах благодаря равномерному распределению частиц цеолита по всему полотну материала происходит нейтрализация макулатурной термопластической смолы в результате связывания ее активными веществами-примесями, содержащимися в составе цеолита, что обеспечивает соответствие материала требованиям санитарных норм и правил.In addition, in the finished samples, due to the uniform distribution of zeolite particles throughout the material web, the waste thermoplastic resin is neutralized as a result of its binding with active impurities contained in the zeolite, which ensures that the material meets the requirements of sanitary norms and rules.

Высокие адсорбирующие свойства природного цеолита объясняют тем, что его ячеистая структура выступает в качестве молекулярных сит, которые обеспечивают его способность связывать воду, альдегиды, кетоны и др. Влагорегулирующие свойства цеолита являются основным фактором, определяющим назначение упаковочного материала - длительное хранение скоропортящихся продуктов, в частности сельхозпродукции.The high adsorbing properties of natural zeolite are explained by the fact that its cellular structure acts as molecular sieves, which provide its ability to bind water, aldehydes, ketones, etc. The moisture-controlling properties of zeolite are the main factor determining the purpose of the packaging material - long-term storage of perishable products, in particular agricultural products.

По известным данным количественного спектрального анализа цеолит месторождения Хонгуруу содержит такие элементы-примеси, в г/т, как бор -19,61, олово - 2,13, свинец - 17,60, германий - 1,57, медь - 1,15, хром - 21,92, никель - 10,35, ванадий - 16,03, селен - 6,47, кобальт - 6,09, цинк - 0,62, барий - 755,41, стронций - 2145,50. Кроме того, в нем присутствует бериллий в количестве 3,31 г/т.According to the well-known data of quantitative spectral analysis, the zeolite of the Honguruu deposit contains impurities in g / t such as boron -19.61, tin-2.13, lead-17.60, germanium-1.57, copper-1.15 chromium 21.92; nickel 10.35; vanadium 16.03; selenium 6.47; cobalt 6.09; zinc 0.62; barium 755.41; strontium 2145.50. In addition, it contains beryllium in an amount of 3.31 g / t.

Ионообменная емкость цеолита составляет 0,16-0,66 мг-экв/г. Адсорбционные свойства по воде находятся в пределах P/P_s 1,0 - 10,34-12,03. Оптимальная температура дегидратации цеолита осуществляется при 300-350°C. Механическая прочность (%) природного материала составляет: измельчаемость - 3, истираемость - 0,27-0,46, условная механическая прочность >1. Удельный вес - 2,43 г/м³.The ion exchange capacity of the zeolite is 0.16-0.66 mEq / g. The water adsorption properties are in the range of P / P _s 1.0 - 10.34-12.03. The optimum temperature of zeolite dehydration is carried out at 300-350 ° C. The mechanical strength (%) of the natural material is: grindability - 3, abrasion - 0.27-0.46, conditional mechanical strength> 1. The specific gravity is 2.43 g / m ³ .

В составе композиционного материала в качестве связующего используется катионный компонент как крахмал, который обеспечивает высокую степень связывания за счет цеолита, ускоряющего в том числе процессы обезвоживания.In the composition of the composite material, a cationic component such as starch is used as a binder, which provides a high degree of binding due to zeolite, which accelerates dehydration, including.

Композиционный материал изготавливается следующим образом.Composite material is made as follows.

Получение крахмала также возможно опытным путем из пищевых отходов. Для этого пищевые отходы (например, картофель) измельчаются и полученная масса помещается в тканевый мешок, который помещается в ванну с водой и придавливается прессом. Процедура может повторяться несколько раз. Далее после отстаивания полученного раствора в ванне верхний его слой сливается, и полученная суспензия высушивается до порошкового состояния. По опытным данным на 100 г пищевых отходов получается около 10 г крахмала.Obtaining starch is also possible empirically from food waste. To do this, food waste (for example, potatoes) is crushed and the resulting mass is placed in a tissue bag, which is placed in a bath of water and pressed by a press. The procedure can be repeated several times. Then, after settling the resulting solution in the bath, its upper layer is discharged, and the resulting suspension is dried to a powder state. According to experimental data, per 10 g of food waste produces about 10 g of starch.

На этапах подготовки наполнителей бумажная макулатура механически измельчается до фракции не более 0,1 см, далее она вымачивается в течение 1,5-2,5 часов в ванне с подогретой водой (с температурой не менее 60°C).At the stages of preparation of fillers, paper waste paper is mechanically crushed to a fraction of not more than 0.1 cm, then it is soaked for 1.5-2.5 hours in a bath with heated water (with a temperature of at least 60 ° C).

Полученная бумажная масса смешивается с крахмалом, в раствор добавляют мелкодисперсный цеолитовый порошок (степень помола составляет 40-50° ШР).The resulting paper pulp is mixed with starch, finely dispersed zeolite powder is added to the solution (the degree of grinding is 40-50 ° C).

За счет гидрофильных свойств цеолита из раствора получают однородную бумажную массу удобной консистенции для последующего изготовления упаковочных форм, в качестве которых можно использовать цементные (гипсовые) ячеистые пресс-формы.Due to the hydrophilic properties of the zeolite, a homogeneous paper pulp of a convenient consistency is obtained from the solution for the subsequent manufacture of packaging forms, which can be used as cement (gypsum) cellular molds.

Сформированные изделия из упаковочной материала вместе с пресс-формой направляются на этап сушки, которая осуществляется в термошкафах при температуре не менее 50-60°C в течение 4,5-5,5 часов или при комнатной температуре в течение не менее 3-х суток.The formed products from the packaging material together with the mold are sent to the drying stage, which is carried out in ovens at a temperature of at least 50-60 ° C for 4.5-5.5 hours or at room temperature for at least 3 days .

Взаимодействие компонентов композиционного материала обеспечивает упаковочной бумаге прочность и пористую структуру, способную адсорбировать влагу при хранении продуктов.The interaction of the components of the composite material provides wrapping paper with strength and a porous structure capable of adsorbing moisture during storage of products.

В производственных условиях возможно использование следующей схемы.In a production environment, you can use the following scheme.

Например, на первом этапе в ванну помещается 20 л воды с температурой 60-80°C и 60 кг измельченной бумажной макулатуры (например, из бумажных отходов с лазерной ксероксной печатью) для последующего вымачивания в течение 1,5-2,5 часов. Далее в приготовленную водную суспензию добавляется 10 кг измельченного природного цеолита и 10 кг крахмала. Полученная масса подается в промежуточную емкость с перемешивающим устройством. Промежуточная масса по трубопроводу подается на вакуумные прессы, где производится формовка изделий, например, в виде ячеистых или обычных пластин. Отформованные изделия укладываются на стеллажи и отправляются в термошкафы, где производится высушивание изделий при температуре не менее 50-60°C в течение 4,5-5,5 часов.For example, at the first stage, 20 liters of water with a temperature of 60-80 ° C and 60 kg of shredded paper waste paper (for example, from paper waste with laser xerox printing) are placed in the bath for subsequent soaking for 1.5-2.5 hours. Then, 10 kg of ground natural zeolite and 10 kg of starch are added to the prepared aqueous suspension. The resulting mass is fed into an intermediate tank with a mixing device. The intermediate mass is piped to vacuum presses where products are molded, for example, in the form of cellular or conventional plates. Molded products are stacked on shelves and sent to ovens, where the products are dried at a temperature of at least 50-60 ° C for 4.5-5.5 hours.

При этом плотность получаемой упаковочной бумаги с 10% содержанием цеолита составит 0,25±0,05 г/см³, что примерно составляет 1/8 часть известной упаковочной бумаги.The density of the resulting packaging paper with a 10% zeolite content will be 0.25 ± 0.05 g / cm ³ , which is approximately 1/8 of the known packaging paper.

Опытные испытания готовых образцов упаковочной бумаги показывают, что при хранении сельхозпродукции сроки сохранения продлеваются в 2 раза, что способствует сохранению не менее 40% урожая сельхозугодий.Experimental tests of finished samples of packaging paper show that during storage of agricultural products, the shelf life is extended by 2 times, which contributes to the preservation of at least 40% of the farmland crop.

Таким образом, хорошие влагорегулирующие свойства композиционного упаковочного материала на основе природных компонентов позволяют использовать его для длительного хранения сельхозпродукции, богатый сырьевой состав и использование отходов для получения материала - в целом удешевить производство, а содержание экологически чистых компонентов в материале - утилизировать использованные изделия с одновременной минерализацией почвы.Thus, the good moisture-regulating properties of a composite packaging material based on natural components allow it to be used for long-term storage of agricultural products, a rich raw material composition and the use of waste to obtain material can reduce the cost of production in general, and the content of environmentally friendly components in a material can be disposed of with used mineralization the soil.

Claims

A raw material mixture for producing a composite packaging material containing a filler, a binder and water, characterized in that paper waste and natural zeolite are used as filler, and starch is used as a binder, and the ratio of components is, wt. %:
waste paper - 60-65
natural zeolite - 10-15
starch - 10-15
water is the rest.