RU2796732C1 - Composition for producing biodegradable polymer material and biodegradable polymer material on its basis - Google Patents
Composition for producing biodegradable polymer material and biodegradable polymer material on its basis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796732C1 RU2796732C1 RU2022120925A RU2022120925A RU2796732C1 RU 2796732 C1 RU2796732 C1 RU 2796732C1 RU 2022120925 A RU2022120925 A RU 2022120925A RU 2022120925 A RU2022120925 A RU 2022120925A RU 2796732 C1 RU2796732 C1 RU 2796732C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- starch
- composition
- acid
- water
- polyvinyl alcohol
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к химической и биохимической технологии, а именно, к получению пленочных биоразлагаемых полимерных материалов пищевого назначения, содержащих смесь крахмала с поливиниловым спиртом, применяемых в производстве упаковочных термоформованных изделий и пленок, способных к биодеструкции под действием климатических факторов и микроорганизмов. Изобретение может быть использовано в биомедицине и фармакологии (одноразовые инструменты, упаковочные материалы, капсулы), пищевой промышленности (упаковочный материал и предметы первой необходимости), сельском хозяйстве (биоразрушаемые пленки).The invention relates to chemical and biochemical technology, namely, to the production of film biodegradable polymeric materials for food purposes, containing a mixture of starch with polyvinyl alcohol, used in the production of packaging thermoformed products and films capable of biodegradation under the influence of climatic factors and microorganisms. The invention can be used in biomedicine and pharmacology (disposable instruments, packaging materials, capsules), food industry (packaging material and essentials), agriculture (biodegradable films).
Известна полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий) [Патент 2629680 Российская Федерация, МПК С08L97/00, С08L23/06, С08L23/08, C08L 97/02 Полимерная композиция для изготовления биодеградируемых изделий / Водяков В.Н., Шабарин А.А., Шабарин А.А., Кузьмин А.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" (RU). - №2016124877; заявл. 21.06.2016; опубл. 31.08.2017. Бюл. № 25], содержащая биоразлагаемый наполнитель - свекловичный жом, технологическую добавку - полиэтиленгликоль, сополимер этилена и винилацетата, смесь полиэтиленов низкого и высокого давления в соотношении 1:1. Композиция позволяет при одинаковом (30%) содержании биоразлагаемого наполнителя, обеспечивающем высокую способность к биодеструкции, существенно улучшить эксплуатационные (прочность до 2 раз) и технологические характеристики (вязкость до 9 раз при температуре экструзионнной переработки 150°С, скорости сдвига 1000 с-1). Однако введение свекловичного жома в качестве биоразлагаемого наполнителя не позволяет получать стабильную по составу массу, в которой помимо органической части присутствуют минеральные примеси. Кроме этого, одним из отрицательных качеств жома является то, что свежий свекловичный жом содержит большое количество воды, по этой причине в нем активно развиваются микроорганизмы и он быстро закисает; избыточное содержание воды в жоме затрудняет и удорожает его транспортировку, а также требует дополнительной энергоемкой стадии производственного процесса - сушки.Known polymer composition for the manufacture of biodegradable products) [Patent 2629680 Russian Federation, IPC C08L97/00, C08L23/06, C08L23/08, C08L 97/02 Polymer composition for the manufacture of biodegradable products / Vodyakov V.N., Shabarin A.A., Shabarin A.A., Kuzmin A.M.; applicant and patent holder Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "N.P. Ogarev National Research Mordovian State University" (RU). - No. 2016124877; dec. 06/21/2016; publ. 08/31/2017. Bull. No. 25], containing a biodegradable filler - beet pulp, a technological additive - polyethylene glycol, a copolymer of ethylene and vinyl acetate, a mixture of low and high pressure polyethylenes in a ratio of 1:1. The composition allows, with the same (30%) content of biodegradable filler, which provides high biodegradability, to significantly improve operational (strength up to 2 times) and technological characteristics (viscosity up to 9 times at an extrusion processing temperature of 150°C, a shear rate of 1000 s-1) . However, the introduction of beet pulp as a biodegradable filler does not allow obtaining a mass that is stable in composition, in which, in addition to the organic part, there are mineral impurities. In addition, one of the negative qualities of pulp is that fresh beet pulp contains a large amount of water, for this reason microorganisms actively develop in it and it quickly turns sour; excess water content in the pulp complicates and increases the cost of its transportation, and also requires an additional energy-intensive stage of the production process - drying.
Известно пищевое пленочное покрытие [Патент 2532180 Российская Федерация, МПК C08L 5/00. Биоразлагаемая пленка на основе пектина и хитозана / Денисова М.Н., Жук С.Г., Бухарова Е.Н., Рысмухамбетова Г.Е., Кащенко В.Ф.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" (RU). - №2013134600/05; заявл. 23.07.2013; опубл. 27.10.2014 Бюл. № 30], в котором пленку готовят следующим образом. Ксантан растворяют в дистиллированной воде при температуре 27-25°C, хитозан растворяют в 3% растворе лимонной кислоты при нагревании до 27-25°C. Затем полученные растворы ксантана и хитозана предпочтительно в пропорции 4:1 сливают и перемешивают до полного растворения образующихся сгустков. Для того чтобы пленка была прочной и равномерно отделялась от подложки, после перемешивания сгустков в полученный раствор добавляют глицерин и 3% раствор метилцеллюлозы. Пленку формируют на подложке в течение 20-24 часов при температуре от 0 до 25°C.Known food film coating [Patent 2532180 Russian Federation, IPC C08L 5/00. Biodegradable film based on pectin and chitosan / Denisova M.N., Zhuk S.G., Bukharova E.N., Rysmukhambetova G.E., Kashchenko V.F.; applicant and patent holder Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Saratov State Agrarian University named after N.I. Vavilov" (RU). - No. 2013134600/05; dec. 07/23/2013; publ. 27.10.2014 Bull. No. 30], in which the film is prepared as follows. Xanthan is dissolved in distilled water at a temperature of 27-25°C, chitosan is dissolved in a 3% citric acid solution when heated to 27-25°C. Then the resulting solutions of xanthan and chitosan, preferably in a ratio of 4:1, are drained and stirred until the resulting clots are completely dissolved. In order for the film to be strong and evenly separated from the substrate, after mixing the clots, glycerol and a 3% methylcellulose solution are added to the resulting solution. The film is formed on the substrate for 20-24 hours at a temperature of 0 to 25°C.
К недостаткам пищевого пленочного покрытия, полученного данным способом, относятся повышенное влагопоглощение и водорастворимость, а также недостаточная прочность за счет высокого содержания (50-55 мас.%) загустителя - ксантана. The disadvantages of the food film coating obtained by this method include increased moisture absorption and water solubility, as well as insufficient strength due to the high content (50-55 wt.%) of the thickener - xanthan.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на ее основе [Патент 2669865 Российская Федерация, МПК C08L 3/02, C08L 29/04, C08К 3/00, C08К 5/05, C08L 101/16. Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала и биоразлагаемый полимерный материал на ее основе / Малинкина О.Н., Папкина В.Ю., Шиповская А.Б.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" (RU). - №2017136410; заявл. 16.10.2017; опубл. 16.10.2018, Бюл. № 29].The closest in technical essence and the achieved result, that is, the prototype, is a composition for obtaining a biodegradable polymeric material and a biodegradable polymeric material based on it [Patent 2669865 Russian Federation, IPC C08L 3/02, C08L 29/04, C08K 3/00, C08K 5/05, C08L 101/16. Composition for obtaining biodegradable polymeric material and biodegradable polymeric material based on it / Malinkina O.N., Papkina V.Yu., Shipovskaya A.B.; applicant and patent holder Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Saratov National Research State University named after N.G. Chernyshevsky" (RU). - No. 2017136410; dec. 10/16/2017; publ. 10/16/2018, Bull. No. 29].
Композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала содержит крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, L-аспарагиновую кислоту, соляную кислоту и этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:The composition for obtaining a biodegradable polymeric material contains starch, polyvinyl alcohol, glycerin, water, L-aspartic acid, hydrochloric acid and ethyl alcohol in the following ratio, wt.%:
Биоразлагаемый полимерный материал на основе композиции содержащий крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, дополнительно содержит продукт реакции L-аспарагиновой и соляной кислот в виде гидрохлорида L-аспарагиновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:Biodegradable polymeric material based on the composition containing starch, polyvinyl alcohol, glycerin, water, additionally contains the reaction product of L-aspartic and hydrochloric acids in the form of L-aspartic acid hydrochloride in the following ratio, wt.%:
Недостатками прототипа является:The disadvantages of the prototype are:
- недостаточно высокая прочность получаемой пленки (недостаточно высокое разрывное напряжение: 0,83-2,89 МПа);- insufficiently high strength of the resulting film (insufficiently high breaking stress: 0.83-2.89 MPa);
- длительное время биодеструкции материала в почве (150 суток);- long time of material biodegradation in soil (150 days);
- сравнительно высокая степень сорбции паров воды.- a relatively high degree of sorption of water vapor.
Техническим результатом изобретения является The technical result of the invention is
- повышение прочности получаемой пленки (увеличение разрывного напряжения);- increasing the strength of the resulting film (increase in breaking stress);
- сокращение времени биодеструкции материала в почве; - reducing the time of biodegradation of the material in the soil;
- снижение степени сорбции паров воды.- decrease in the degree of sorption of water vapor.
Указанный результат достигается тем, что композиция для получения биоразлагаемого полимерного материала, содержащая крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, этиловый спирт, согласно изобретению, дополнительно содержит одну из кислот: адипиновую, лимонную, фосфорную, щавелевую, сок аронии черноплодной или клюквы при следующем соотношении компонентов, мас.%:This result is achieved by the fact that the composition for obtaining a biodegradable polymeric material containing starch, polyvinyl alcohol, glycerin, water, ethyl alcohol, according to the invention, additionally contains one of the acids: adipic, citric, phosphoric, oxalic, chokeberry or cranberry juice in the following ratio of components, wt.%:
Биоразлагаемый полимерный материал на основе композиции по п. 1, содержащий крахмал, поливиниловый спирт, глицерин, воду, согласно изобретению, дополнительно содержит одну из кислот: адипиновую, лимонную, фосфорную, щавелевую, сок аронии черноплодной или клюквы при следующем соотношении компонентов, мас.%:Biodegradable polymeric material based on the composition according to claim 1, containing starch, polyvinyl alcohol, glycerin, water, according to the invention, additionally contains one of the acids: adipic, citric, phosphoric, oxalic, chokeberry or cranberry juice in the following ratio, wt. %:
Для осуществления заявляемого изобретения используют следующие материалы и реагенты:To implement the claimed invention, the following materials and reagents are used:
ГОСТ 7699-78 Крахмал картофельный. Технические условия. GOST 7699-78 Potato starch. Specifications.
ГОСТ 32159-2013 Крахмал кукурузный. Общие технические условия GOST 32159-2013 Corn starch. General specifications
Крахмал представляет собой преимущественно смесь двух фракций гомоглюканов (полимеров глюкозы) линейного и разветвленного строения - амилозы и амилопектина.Starch is mainly a mixture of two fractions of homoglucans (glucose polymers) of a linear and branched structure - amylose and amylopectin.
Крахмал - дешевое отечественное сырье многотоннажного производства, получается из ежегодно возобновляемых природных сырьевых источников (картофель, кукуруза, рис и др.), является биоразлагаемым материалом.Starch is a cheap domestic raw material for large-scale production, obtained from annually renewable natural raw materials (potatoes, corn, rice, etc.), and is a biodegradable material.
ГОСТ 10779-78 Спирт поливиниловый. Технические условия. GOST 10779-78 Polyvinyl alcohol. Specifications.
Поливиниловый спирт - искусственный, водорастворимый, термопластичный полимер. Пластифицируется в присутствии воды, легко деградирует под действием ферментов, плесневых грибов и почвенных бактерий.Polyvinyl alcohol is an artificial, water-soluble, thermoplastic polymer. It plasticizes in the presence of water, easily degrades under the action of enzymes, mold fungi and soil bacteria.
ГОСТ 6823-2017 Глицерин натуральный сырой. Общие технические условия. Глицерин - трехатомный спирт, один из распространенных дешевых пластификаторов полимеров, улучшает перерабатываемость и термостабильность полимерной композиции. GOST 6823-2017 Natural raw glycerin. General specifications. Glycerin is a trihydric alcohol, one of the most common cheap plasticizers for polymers, improves the processability and thermal stability of the polymer composition.
ГОСТ 6552-80. Кислота ортофосфорная. Технические условия. Бесцветная жидкость, не имеющая запаха. Массовая доля ортофосфорной кислоты (Н3РО4) не менее 85-87% GOST 6552-80. Phosphoric acid. Specifications. Colorless liquid, odorless. Mass fraction of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) not less than 85-87%
ГОСТ 10558-80 Кислота адипиновая. Технические условия. GOST 10558-80 Adipic acid. Specifications.
Белое кристаллическое вещество. Массовая доля адипиновой кислоты (С6Н10О4) не менее 99,7%White crystalline substance. Mass fraction of adipic acid (C 6 H 10 O 4 ) not less than 99.7%
ГОСТ 908-2004 Кислота лимонная моногидрат пищевая. Технические условия. GOST 908-2004 Food grade citric acid monohydrate. Specifications.
Кристаллическое вещество белого цвета, без запаха, имеющее сильный кислый вкус.A white, odorless crystalline substance with a strong sour taste.
ГОСТ 22180-76 Кислота щавелевая. Технические условия. GOST 22180-76 Oxalic acid. Specifications.
Бесцветные кристаллы, растворимые в воде и спирте.Colorless crystals, soluble in water and alcohol.
ГОСТ 5962-2013 Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья. Технические условия. GOST 5962-2013 Rectified ethyl alcohol from food raw materials. Specifications.
Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is carried out as follows.
Биоразлагаемый полимерный пленочный материал получают по растворной технологии. Растворная технология предусматривает получение формовочного раствора посредством смешения приготовленного водного раствора поливинилового спирта, клейстера крахмала с фосфорной, щавелевой, лимонной кислотой или раствором адипиновой кислоты в этиловым спирте, глицерином, с добавлением или без добавления сока клюквы или аронии черноплодной.Biodegradable polymeric film material is obtained by solution technology. The solution technology provides for the production of a molding solution by mixing a prepared aqueous solution of polyvinyl alcohol, starch paste with phosphoric, oxalic, citric acid or a solution of adipic acid in ethyl alcohol, glycerin, with or without the addition of cranberry juice or chokeberry juice.
Для получения клейстера крахмала навеску полимера помещают в стакан с дистиллированной водой, в которой предварительно растворяют лимонную, щавелевую или фосфорную кислоту, или спиртовой раствор адипиновой кислоты, и перемешивают на водяной бане в течение 15-30 минут при температуре 85-95°С.To obtain a starch paste, a weighed portion of the polymer is placed in a beaker with distilled water, in which citric, oxalic or phosphoric acid, or an alcoholic solution of adipic acid is first dissolved, and stirred in a water bath for 15-30 minutes at a temperature of 85-95°C.
Для получения раствора поливинилового спирта навеску полимера растворяют в дистиллированной воде на водяной бане в течение 20-30 минут при перемешивании при температуре 70-80°С. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры.To obtain a solution of polyvinyl alcohol, a portion of the polymer is dissolved in distilled water in a water bath for 20-30 minutes with stirring at a temperature of 70-80°C. The solution is then cooled to room temperature.
Адипиновую кислоту растворяют в этиловом 95% спирте при комнатной температуре.Adipic acid is dissolved in ethyl alcohol 95% at room temperature.
Для получения биоразлагаемых пленок готовый формовочный раствор, содержащий смесь крахмала, фосфорной, щавелевой, лимонной или адипиновой кислоты в этиловом спирте, глицерина и поливинилового спирта с добавлением или без добавления сока клюквы или аронии черноплодной, отливают на стеклянную подложку (в чашки Петри) с последующим удалением испаряющихся реагентов при комнатной температуре в течение 3 суток.To obtain biodegradable films, a ready-made molding solution containing a mixture of starch, phosphoric, oxalic, citric or adipic acid in ethyl alcohol, glycerin and polyvinyl alcohol with or without the addition of cranberry or chokeberry juice is cast onto a glass substrate (into Petri dishes) with subsequent removal of evaporating reagents at room temperature for 3 days.
Для полученных образцов пленочных материалов определяют следующие характеристики: разрывное напряжение МПа, степень сорбции паров воды, %, время биодеструкции, сут.For the obtained samples of film materials, the following characteristics are determined: breaking stress, MPa, degree of water vapor sorption, %, biodegradation time, days.
Расчет состава компонентов в готовом биоразлагаемом материале осуществляли пересчетом исходного состава компонентов формовочной композиции (растворе) с учетом остаточной влажности получаемого материала, точность взвешивания ±0.0001г.The calculation of the composition of the components in the finished biodegradable material was carried out by recalculating the initial composition of the components of the molding composition (solution) taking into account the residual moisture content of the resulting material, weighing accuracy ±0.0001 g.
Для определения разрывного напряжения полученных упаковочных материалов использовали разрывную машину марки 2099Р-5 с электрическим приводом активного захвата и электронным силоизмерителем.To determine the breaking stress of the obtained packaging materials, a 2099R-5 tensile testing machine with an active grip electric drive and an electronic force meter was used.
Разрывное напряжение, МПа, характеризует разрывную нагрузку, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения. Скорость движения разрывной машины устанавливается 20 мм/мин. При испытании образцов разрывная нагрузка фиксировалась электронным силоизмерителем.Breaking stress, MPa, characterizes the breaking load per unit of cross-sectional area. The speed of the tensile testing machine is set to 20 mm/min. When testing samples, the breaking load was recorded by an electronic force meter.
Сорбционные свойства материалов по отношению к парам воды оценивали в герметично закрытом эксикаторе, частично (на 1/20 часть) заполненном дистиллированной водой, при температуре 21±2°С и атмосферном давлении. Количество сорбированых паров определяли гравиметрически, фиксируя массу набухшего образца на аналитических весах, точность взвешивания ±0.0001 г.The sorption properties of materials with respect to water vapor were evaluated in a hermetically sealed desiccator, partially (1/20 part) filled with distilled water, at a temperature of 21±2°C and atmospheric pressure. The amount of sorbed vapors was determined gravimetrically by fixing the mass of the swollen sample on an analytical balance, the weighing accuracy was ±0.0001 g.
Изучение способности материала к биодеградации оценивали in vitro в модельной почвенной среде (рН 5.0-6.0) при 21±2°С, естественном освещении и аэрации, атмосферном давлении, во влажных условиях в течение 90 суток. Подготовленные образцы в виде пластин 50×15 мм помещали в полипропиленовый контейнер, наполненный почвогрунтом. В контейнере создавали влажные условия посредством полива водой с периодичностью один раз в 3 суток. Через каждые 30 суток выдерживания в почвенной среде образцы извлекали из контейнера, механически очищали от грунта и определяли массу на аналитических весах. О скорости биодеградации судили по величине потери массы образцов.The study of the ability of the material to biodegradation was evaluated in vitro in a model soil environment (pH 5.0-6.0) at 21±2°C, natural light and aeration, atmospheric pressure, in humid conditions for 90 days. The prepared samples in the form of 50 × 15 mm plates were placed in a polypropylene container filled with soil. Humid conditions were created in the container by watering with a frequency of once every 3 days. Every 30 days of storage in the soil medium, the samples were removed from the container, mechanically cleaned from the soil, and the weight was determined on an analytical balance. The rate of biodegradation was judged from the weight loss of the samples.
Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is carried out as follows.
Пример 1Example 1
1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.Stage 1 - preparation of components in the form of solutions of a given concentration, gelatinization of starch in the presence of acid.
Готовят клейстер крахмала путем смешения картофельного крахмала с дистиллированной водой (1 г крахмала и 48,67 мл дистиллированной воды комнатной температуры), в которой предварительно растворяют щавелевую кислоту (0,33 г), и нагревания при температуре 85°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.A starch paste is prepared by mixing potato starch with distilled water (1 g of starch and 48.67 ml of distilled water at room temperature), in which oxalic acid (0.33 g) is previously dissolved, and heated at a temperature of 85 ° C and stirring for 15 minutes. Then the paste is cooled to room temperature.
Для приготовления раствора поливинилового спирта (2,5 г ПВС и 42,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.To prepare a solution of polyvinyl alcohol (2.5 g of PVA and 42.5 ml of distilled water at room temperature): dry PVA is dissolved in distilled water at a temperature of 70°C with stirring for 20 minutes. After the time has elapsed, the solution is cooled to room temperature.
2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.Stage 2 - obtaining a composition (forming solution) by mixing the components.
Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (45 г) и глицерином (5 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.The forming solution is prepared by mixing starch paste (50 g) with a solution of PVA (45 g) and glycerin (5 g) at room temperature for 10 minutes.
3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25оС в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.Stage 3 - obtaining a biodegradable polymer material by casting 20 ml of the molding composition into Petri dishes with a diameter of 10 cm and drying to obtain a film at a temperature of 25 ° C for 40 hours until a film structure is achieved. Then the film was removed from the substrate and kept for another 24 hours at a temperature of 40°C.
Внешний вид готовой пленки, модифицированной щавелевой кислотой, представлен на Фиг. 1а.The appearance of the finished film modified with oxalic acid is shown in Fig. 1a.
Характеристика готовой пленки, модифицированной щавелевой кислотой:Characteristics of the finished film modified with oxalic acid:
Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет. A thin, elastic, flexible film was obtained: it does not crack when bent; matte, poorly transmits light.
- разрывное напряжение 3,9±0.3 МПа;- breaking stress 3.9±0.3 MPa;
- степень сорбции паров воды 15,9%;- the degree of sorption of water vapor 15.9%;
- время биодеструкции 90 сут.- biodegradation time 90 days.
Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:The composition of the components in the molding solution is, wt.%:
Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:The composition of the components in a biodegradable polymeric film material based on the composition, wt.%:
Пример 2Example 2
1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.Stage 1 - preparation of components in the form of solutions of a given concentration, gelatinization of starch in the presence of acid.
Предварительно растворяют адипиновую кислоту (0,3 г) в этиловом спирте (8,4 мл) при комнатной температуре в течение 10 минут.Pre-dissolve adipic acid (0.3 g) in ethanol (8.4 ml) at room temperature for 10 minutes.
Готовят клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (1,2 г крахмала и 40,1 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которую предварительно добавляют раствор адипиновой кислоты (0,3 г), и нагревания при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут, затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.A starch paste is prepared by mixing cornstarch with distilled water (1.2 g of starch and 40.1 ml of distilled water at room temperature) to which a solution of adipic acid (0.3 g) is previously added, and heated at a temperature of 95 ° C and stirring in for 15 minutes, then the paste is cooled to room temperature.
Для приготовления раствора поливинилового спирта (2 г ПВС и 44 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.To prepare a solution of polyvinyl alcohol (2 g of PVA and 44 ml of distilled water at room temperature): dry PVA is dissolved in distilled water at a temperature of 70°C with stirring for 20 minutes. After the time has elapsed, the solution is cooled to room temperature.
2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.Stage 2 - obtaining a composition (forming solution) by mixing the components.
Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (46 г) и глицерином (4 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.The forming solution is prepared by mixing starch paste (50 g) with a solution of PVA (46 g) and glycerin (4 g) at room temperature for 10 minutes.
3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.Stage 3 - obtaining a biodegradable polymeric material by casting 20 ml of the molding composition into Petri dishes with a diameter of 10 cm and drying to obtain a film at a temperature of 25°C for 40 hours until a film structure is achieved. Then the film was removed from the substrate and kept for another 24 hours at a temperature of 40°C.
Внешний вид готовой пленки, модифицированной адипиновой кислотой, представлен на Фиг. 1б.The appearance of the finished film modified with adipic acid is shown in Fig. 1b.
Характеристика готовой пленки, модифицированной адипиновой кислотой:Characteristics of the finished film modified with adipic acid:
Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет. A thin, elastic, flexible film was obtained: it does not crack when bent; matte, poorly transmits light.
- разрывное напряжение 4,2±0.5 МПа;- breaking stress 4.2±0.5 MPa;
- степень сорбции паров воды 19,4%;- the degree of sorption of water vapor 19.4%;
- время биодеструкции 90 сут.- biodegradation time 90 days.
Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:The composition of the components in the molding solution is, wt.%:
Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:The composition of the components in a biodegradable polymeric film material based on the composition, wt.%:
Пример 3Example 3
1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.Stage 1 - preparation of components in the form of solutions of a given concentration, gelatinization of starch in the presence of acid.
Готовят клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (0,8 г крахмала и 48,85 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которой предварительно растворяют янтарную кислоту (0,35 г), и нагревания при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.A starch paste is prepared by mixing corn starch with distilled water (0.8 g of starch and 48.85 ml of distilled water at room temperature) in which succinic acid (0.35 g) is previously dissolved, and heated at a temperature of 95 ° C and stirring for 15 minutes. Then the paste is cooled to room temperature.
Для приготовления раствора поливинилового спирта (1,1 г ПВС и 45,4 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.To prepare a solution of polyvinyl alcohol (1.1 g of PVA and 45.4 ml of distilled water at room temperature): dry PVA is dissolved in distilled water at a temperature of 70°C with stirring for 20 minutes. After the time has elapsed, the solution is cooled to room temperature.
2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.Stage 2 - obtaining a composition (forming solution) by mixing the components.
Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (46,5 г) и глицерином (3,5 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.The forming solution is prepared by mixing starch paste (50 g) with a solution of PVA (46.5 g) and glycerin (3.5 g) at room temperature for 10 minutes.
3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.Stage 3 - obtaining a biodegradable polymeric material by casting 20 ml of the molding composition into Petri dishes with a diameter of 10 cm and drying to obtain a film at a temperature of 25°C for 40 hours until a film structure is achieved. Then the film was removed from the substrate and kept for another 24 hours at a temperature of 40°C.
Внешний вид готовой пленки, модифицированной янтарной кислотой, представлен на Фиг. 1в.The appearance of the finished film modified with succinic acid is shown in Fig. 1c.
Характеристика готовой пленки, модифицированной янтарной кислотой:Characteristics of the finished film modified with succinic acid:
Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет. A thin, elastic, flexible film was obtained: it does not crack when bent; matte, poorly transmits light.
- разрывное напряжение 5,8±0.6 МПа;- breaking stress 5.8±0.6 MPa;
- степень сорбции паров воды 20,8%;- degree of sorption of water vapor 20.8%;
- время биодеструкции 90 сут.- biodegradation time 90 days.
Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:The composition of the components in the molding solution is, wt.%:
Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:The composition of the components in a biodegradable polymeric film material based on the composition, wt.%:
Пример 4Example 4
1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.Stage 1 - preparation of components in the form of solutions of a given concentration, gelatinization of starch in the presence of acid.
Готовят клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (1 г крахмала и 48,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которую предварительно добавляют ортофосфорную кислоту (0,5 г), и нагревания при температуре 90°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.A starch paste is prepared by mixing cornstarch with distilled water (1 g of starch and 48.5 ml of distilled water at room temperature) to which phosphoric acid (0.5 g) is preliminarily added, and heated at 90°C and stirring for 15 minutes . Then the paste is cooled to room temperature.
Для приготовления раствора поливинилового спирта (2 г ПВС и 42,5 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.To prepare a solution of polyvinyl alcohol (2 g of PVA and 42.5 ml of distilled water at room temperature): dry PVA is dissolved in distilled water at a temperature of 70°C with stirring for 20 minutes. After the time has elapsed, the solution is cooled to room temperature.
2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.Stage 2 - obtaining a composition (forming solution) by mixing the components.
Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (44,5 г) и глицерином (5,5 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.A molding solution is prepared by mixing starch paste (50 g) with a solution of PVA (44.5 g) and glycerin (5.5 g) at room temperature for 10 minutes.
3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.Stage 3 - obtaining a biodegradable polymeric material by casting 20 ml of the molding composition into Petri dishes with a diameter of 10 cm and drying to obtain a film at a temperature of 25°C for 40 hours until a film structure is achieved. Then the film was removed from the substrate and kept for another 24 hours at a temperature of 40°C.
Внешний вид готовой пленки, модифицированной ортофосфорной кислотой, представлен на Фиг. 1г.The appearance of the finished film modified with phosphoric acid is shown in Fig. 1g
Характеристика готовой пленки, модифицированной ортофосфорной кислотой:Characteristics of the finished film modified with phosphoric acid:
Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; прозрачная, хорошо пропускает свет. A thin, elastic, flexible film was obtained: it does not crack when bent; transparent, transmits light well.
- разрывное напряжение 12,5±0.9 МПа;- breaking stress 12.5±0.9 MPa;
- степень сорбции паров воды 17,2%;- degree of sorption of water vapor 17.2%;
- время биодеструкции 90 сут.- biodegradation time 90 days.
Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:The composition of the components in the molding solution is, wt.%:
Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:The composition of the components in a biodegradable polymeric film material based on the composition, wt.%:
Пример 5Example 5
1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.Stage 1 - preparation of components in the form of solutions of a given concentration, gelatinization of starch in the presence of acid.
Готовят клейстер крахмала путем смешения кукурузного крахмала с дистиллированной водой (0,9 г крахмала и 48,4 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которой предварительно растворяют лимонную кислоту (0,2 г) и сок клюквы (0,5 г), и нагревания при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.A starch paste is prepared by mixing cornstarch with distilled water (0.9 g of starch and 48.4 ml of distilled water at room temperature) in which citric acid (0.2 g) and cranberry juice (0.5 g) are previously dissolved, and heated at a temperature of 95°C and stirring for 15 minutes. Then the paste is cooled to room temperature.
Для приготовления раствора поливинилового спирта (1,8 г ПВС и 43,7 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.To prepare a solution of polyvinyl alcohol (1.8 g of PVA and 43.7 ml of distilled water at room temperature): dry PVA is dissolved in distilled water at a temperature of 70°C with stirring for 20 minutes. After the time has elapsed, the solution is cooled to room temperature.
2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.Stage 2 - obtaining a composition (forming solution) by mixing the components.
Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (45,5 г) и глицерином (4,5 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.The forming solution is prepared by mixing starch paste (50 g) with a solution of PVA (45.5 g) and glycerin (4.5 g) at room temperature for 10 minutes.
3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.Stage 3 - obtaining a biodegradable polymeric material by casting 20 ml of the molding composition into Petri dishes with a diameter of 10 cm and drying to obtain a film at a temperature of 25°C for 40 hours until a film structure is achieved. Then the film was removed from the substrate and kept for another 24 hours at a temperature of 40°C.
Внешний вид готовой пленки, модифицированной лимонной кислотой и соком клюквы, представлен на Фиг. 1, г.The appearance of the finished film modified with citric acid and cranberry juice is shown in Fig. 1, Mr.
Характеристика готовой пленки, модифицированной лимонной кислотой и соком клюквы:Characteristics of the finished film modified with citric acid and cranberry juice:
Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет, имеет ярко-розовое окрашивание. A thin, elastic, flexible film was obtained: it does not crack when bent; matte, poorly transmits light, has a bright pink coloration.
- разрывное напряжение 4,0±0,4 МПа;- breaking stress 4.0±0.4 MPa;
- степень сорбции паров воды 24,6%;- the degree of sorption of water vapor 24.6%;
- время биодеструкции 90 сут.- biodegradation time 90 days.
Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:The composition of the components in the molding solution is, wt.%:
Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:The composition of the components in a biodegradable polymeric film material based on the composition, wt.%:
Пример 6Example 6
1 этап - подготовка компонентов в виде растворов заданной концентрации, клейстеризация крахмала в присутствии кислоты.Stage 1 - preparation of components in the form of solutions of a given concentration, gelatinization of starch in the presence of acid.
Готовят клейстер крахмала путем смешения картофельного крахмала с дистиллированной водой (1,1 г крахмала и 47,65 мл дистиллированной воды комнатной температуры) в которой предварительно растворяют лимонную кислоту (0,25 г) и сок аронии черноплодной (1 г), и нагревания при температуре 95°С и перемешивании в течение 15 минут. Затем клейстер охлаждают до комнатной температуры.A starch paste is prepared by mixing potato starch with distilled water (1.1 g of starch and 47.65 ml of distilled water at room temperature) in which citric acid (0.25 g) and chokeberry juice (1 g) are first dissolved, and heated at temperature of 95°C and stirring for 15 minutes. Then the paste is cooled to room temperature.
Для приготовления раствора поливинилового спирта (2,2 г ПВС и 43 мл дистиллированной воды комнатной температуры): сухой ПВС растворяют в дистиллированной воде при температуре 70°С при перемешивании в течение 20 минут. По истечении времени раствор охлаждают до комнатной температуры.To prepare a solution of polyvinyl alcohol (2.2 g of PVA and 43 ml of distilled water at room temperature): dry PVA is dissolved in distilled water at a temperature of 70°C with stirring for 20 minutes. After the time has elapsed, the solution is cooled to room temperature.
2 этап - получение композиции (формовочного раствора) путем смешивания компонентов.Stage 2 - obtaining a composition (forming solution) by mixing the components.
Формовочный раствор получают путем смешивания клейстера крахмала (50 г) с раствором ПВС (45,2 г) и глицерином (4,8 г) при комнатной температуре в течение 10 минут.A molding solution is prepared by mixing starch paste (50 g) with a solution of PVA (45.2 g) and glycerin (4.8 g) at room temperature for 10 minutes.
3 этап - получение биоразлагаемого полимерного материала путем отливки по 20 мл формовочной композиции в чашки Петри диаметром 10 см и сушки для получения пленки при температуре 25°С в течение 40 часов до достижения пленочной структуры. Затем пленку снималась с подложки и выдерживали еще 24 часа при температуре 40°С.Stage 3 - obtaining a biodegradable polymeric material by casting 20 ml of the molding composition into Petri dishes with a diameter of 10 cm and drying to obtain a film at a temperature of 25°C for 40 hours until a film structure is achieved. Then the film was removed from the substrate and kept for another 24 hours at a temperature of 40°C.
Внешний вид готовой пленки, модифицированной лимонной кислотой и соком аронии черноплодной, представлен на Фиг. 1е.The appearance of the finished film modified with citric acid and chokeberry juice is shown in Fig. 1e.
Характеристика готовой пленки, модифицированной лимонной кислотой и соком аронии черноплодной:Characteristics of the finished film modified with citric acid and chokeberry juice:
Получена тонкая, эластичная, гибкая пленка: при сгибании не растрескивается; матовая, плохо пропускает свет, имеет ярко-розовое окрашивание. A thin, elastic, flexible film was obtained: it does not crack when bent; matte, poorly transmits light, has a bright pink coloration.
- разрывное напряжение 4,1±0.4 МПа;- breaking stress 4.1±0.4 MPa;
- степень сорбции паров воды 23,9%;- the degree of sorption of water vapor 23.9%;
- время биодеструкции 90 сут.- biodegradation time 90 days.
Состав компонентов в формовочном растворе составляет, мас.%:The composition of the components in the molding solution is, wt.%:
Состав компонентов в биоразлагаемом полимерном пленочном материале на основе композиции, мас.%:The composition of the components in a biodegradable polymeric film material based on the composition, wt.%:
Результаты испытаний полученных пленочных материалов по прототипу и по заявляемому изобретению представлены в таблице.The test results of the obtained film materials according to the prototype and according to the claimed invention are presented in the table.
Таким образом, из приведенных в таблице и в примерах данных следует, что предлагаемая композиция позволяет получать на ее основе пленки, характеризующиеся более высоким разрывным напряжением (большей прочностью), меньшим временем биодеструкции материала (на 60 суток, по сравнению с прототипом) и меньшей степенью сорбции паров воды.Thus, from the data in the table and in the examples it follows that the proposed composition allows to obtain films based on it, characterized by a higher tensile strength (greater strength), a shorter time of biodegradation of the material (by 60 days, compared with the prototype) and a lower degree sorption of water vapor.
ТаблицаTable
Характеристика исследуемых образцов пленокCharacteristics of the studied film samples
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796732C1 true RU2796732C1 (en) | 2023-05-29 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816577C1 (en) * | 2023-09-21 | 2024-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Composition for producing biodegradable polymer material and biodegradable polymer material based thereon |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5322866A (en) * | 1993-01-29 | 1994-06-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of producing biodegradable starch-based product from unprocessed raw materials |
CN1164661C (en) * | 2001-12-17 | 2004-09-01 | 武汉华丽环保科技有限公司 | Starch-based biodegradable material and its preparation method |
US7326743B2 (en) * | 1998-12-14 | 2008-02-05 | Plantic Technologies Ltd. | Biodegradable polymer |
CN104974381A (en) * | 2014-04-08 | 2015-10-14 | 上海耐特复合材料制品有限公司 | Starch-based biodegradable composite material and preparation method thereof |
CN106700134A (en) * | 2016-11-24 | 2017-05-24 | 广东新佳源生物科技股份有限公司 | Starch-based biodegradable cast film and preparation method thereof |
RU2669865C1 (en) * | 2017-10-16 | 2018-10-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Composition for obtaining biodegradable polymer material and biodegradable polymer material on its basis |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5322866A (en) * | 1993-01-29 | 1994-06-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of producing biodegradable starch-based product from unprocessed raw materials |
US7326743B2 (en) * | 1998-12-14 | 2008-02-05 | Plantic Technologies Ltd. | Biodegradable polymer |
CN1164661C (en) * | 2001-12-17 | 2004-09-01 | 武汉华丽环保科技有限公司 | Starch-based biodegradable material and its preparation method |
CN104974381A (en) * | 2014-04-08 | 2015-10-14 | 上海耐特复合材料制品有限公司 | Starch-based biodegradable composite material and preparation method thereof |
CN106700134A (en) * | 2016-11-24 | 2017-05-24 | 广东新佳源生物科技股份有限公司 | Starch-based biodegradable cast film and preparation method thereof |
RU2669865C1 (en) * | 2017-10-16 | 2018-10-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Composition for obtaining biodegradable polymer material and biodegradable polymer material on its basis |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816577C1 (en) * | 2023-09-21 | 2024-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Composition for producing biodegradable polymer material and biodegradable polymer material based thereon |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fan et al. | Pectin/sodium alginate/xanthan gum edible composite films as the fresh-cut package | |
Wittaya-areekul et al. | Development and in vitro evaluation of chitosan–polysaccharides composite wound dressings | |
CN105907008A (en) | Antibacterial plastic wrap and preparation method thereof | |
JP5968447B2 (en) | Chitosan and / or chitin complex with enhanced physical properties and uses thereof | |
JP4584146B2 (en) | Molded product containing α-1,4-glucan and / or modified product thereof and method for producing the same | |
CN101509025A (en) | Method of preparing bacteria cellulose composite material | |
CN106693032A (en) | Preparation method of aloe polysaccharide/bacterial cellulose composite membrane for medical dressing | |
CN104277249A (en) | Antibacterial packaging film and preparation method thereof | |
CN112831074B (en) | Preparation method and application of natural ionic liquid preservative film | |
Santos et al. | Physicochemical properties of konjac glucomannan/alginate films enriched with sugarcane vinasse intended for mulching applications | |
CN102731844B (en) | Edible inulin composite packaging film, preparation method and application thereof | |
CN106220876A (en) | A kind of preparation method of chitosan protocatechuic acid graft copolymer membrane | |
Wilpiszewska | Hydrophilic films based on starch and carboxymethyl starch | |
CN105457074A (en) | Preparation of polysiloxane supermolecule elastomer wound dressing containing PEG (polyethylene glycol) block | |
Cazón et al. | UV-protecting films based on bacterial cellulose, glycerol and polyvinyl alcohol: effect of water activity on barrier, mechanical and optical properties | |
RU2796732C1 (en) | Composition for producing biodegradable polymer material and biodegradable polymer material on its basis | |
CN113603911B (en) | Edible chitosan-rice bran protein film and preparation method thereof | |
RU2816577C1 (en) | Composition for producing biodegradable polymer material and biodegradable polymer material based thereon | |
Pansaeng | The Effect of glycerol on the properties of biodegradable cassava starch (Saai Dieow Cultivar) films for plastic plant bag application | |
Tantala et al. | Effect of molecular sizes, sources of chitosan and plasticizer types on properties of carboxymethyl chitosan films | |
CN115260337A (en) | Arginine grafted carboxylated pullulan polysaccharide and preparation method and application thereof | |
CN106750433A (en) | A kind of method that the edible film with antioxidation activity is prepared with fucoidin | |
Yuan et al. | Janus biopolymer nanocomposite coating with excellent antibacterial and water/oxygen barrier performance for fruit preservation | |
RU2669865C1 (en) | Composition for obtaining biodegradable polymer material and biodegradable polymer material on its basis | |
CN104744905A (en) | Polycaprolactone-cellulose acetate medical composite film and preparation method thereof |