RU2822267C1 - Биоразлагаемая композиция для мульчирующей пленки - Google Patents
Биоразлагаемая композиция для мульчирующей пленки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2822267C1 RU2822267C1 RU2023128047A RU2023128047A RU2822267C1 RU 2822267 C1 RU2822267 C1 RU 2822267C1 RU 2023128047 A RU2023128047 A RU 2023128047A RU 2023128047 A RU2023128047 A RU 2023128047A RU 2822267 C1 RU2822267 C1 RU 2822267C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- starch
- dextrin
- biodegradable
- filler
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims abstract description 36
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims abstract description 34
- 229920001353 Dextrin Polymers 0.000 claims abstract description 29
- 239000004375 Dextrin Substances 0.000 claims abstract description 29
- 235000019425 dextrin Nutrition 0.000 claims abstract description 29
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000005014 poly(hydroxyalkanoate) Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229920000903 polyhydroxyalkanoate Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 235000012222 talc Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims abstract description 12
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims abstract description 11
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002362 mulch Substances 0.000 claims description 13
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 7
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 4
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 4
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MTJGVAJYTOXFJH-UHFFFAOYSA-N 3-aminonaphthalene-1,5-disulfonic acid Chemical compound C1=CC=C(S(O)(=O)=O)C2=CC(N)=CC(S(O)(=O)=O)=C21 MTJGVAJYTOXFJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 22
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 abstract description 12
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 abstract description 4
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 13
- 229920008262 Thermoplastic starch Polymers 0.000 description 10
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 10
- 239000004628 starch-based polymer Substances 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 229960000448 lactic acid Drugs 0.000 description 8
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 description 3
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229920002961 polybutylene succinate Polymers 0.000 description 3
- 239000004631 polybutylene succinate Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 235000012424 soybean oil Nutrition 0.000 description 3
- 239000003549 soybean oil Substances 0.000 description 3
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 3
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 3
- QZCLKYGREBVARF-UHFFFAOYSA-N Acetyl tributyl citrate Chemical compound CCCCOC(=O)CC(C(=O)OCCCC)(OC(C)=O)CC(=O)OCCCC QZCLKYGREBVARF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000881 Modified starch Polymers 0.000 description 2
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 description 2
- 229920006167 biodegradable resin Polymers 0.000 description 2
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 235000019426 modified starch Nutrition 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- VXRUADVCBZMFSV-UHFFFAOYSA-N 2-acetyloxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid Chemical compound CC(=O)OC(CC(O)=O)(CC(O)=O)C(O)=O VXRUADVCBZMFSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006057 Non-nutritive feed additive Substances 0.000 description 1
- 208000034530 PLAA-associated neurodevelopmental disease Diseases 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 229920003232 aliphatic polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 239000011173 biocomposite Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229940045110 chitosan Drugs 0.000 description 1
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000006735 epoxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229960005150 glycerol Drugs 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 1
- 229910052900 illite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L nonaaluminum;magnesium;tripotassium;1,3-dioxido-2,4,5-trioxa-1,3-disilabicyclo[1.1.1]pentane;iron(2+);oxygen(2-);fluoride;hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[F-].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2 VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 235000013808 oxidized starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000001254 oxidized starch Substances 0.000 description 1
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 229920009537 polybutylene succinate adipate Polymers 0.000 description 1
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 229940033134 talc Drugs 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 1
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к материалам, улучшающим или стабилизирующим состояние почвы, в частности к мульчирующим биоразлагаемым полимерным пленкам. Биоразлагаемая композиция содержит полигидроксиалканоат, пластификатор и наполнитель. Композиция дополнительно содержит высушенный до постоянной массы состав на основе декстрина крахмала, полученный путем последовательного смешения в водной среде при температуре 80-95°С декстрина крахмала сначала с хитозаном и молочной кислотой, затем с альгинатом натрия, глицерином и тальком, и содержащий, мас. ч: декстрин крахмала 30, глицерин 10-15, молочную кислоту 0,15-0,30, хитозан 0,08-0,25, альгинат натрия 0,2-0,4, тальк 5-7. В качестве пластификатора биоразлагаемая композиция содержит эпоксидированное масло, а в качестве наполнителя - минеральный природный наполнитель, при следующем содержании компонентов, мас. ч.: полигидроксиалканоат 65-20, состав на основе декстрина крахмала 35-80, минеральный природный наполнитель 10-30, эпоксидированное масло 0,5-3,0. Технический результат - композиция обеспечивает получение мульчирующей пленки, поддающейся полному биохимическому разложению в почве в течение года. 1 з.п. ф-лы, 7 табл., 31 пр.
Description
Изобретение относится к материалам, улучшающим или стабилизирующим состояние почвы, в частности для производства мульчирующей биоразлагаемой полимерной пленки, служащей для выращивания различных культур в открытом и закрытом грунте, и может быть использовано в качестве укрывного материала в сельском хозяйстве.
На сегодняшний день для производства мульчирующей пленки широко используются крупнотоннажные синтетические пластики (или полимеры) (см. RU 2418014, В32В 27/00, опубл. 20.06.2013, RU93042483, C08L23/04, опубл. 20.09.1996, US20060280923, A01G13/0275, опубл. 14.12.2006, RU1596736, С09К17/00, опубл. 10.04.1995, RU2714887, C08L 23/06, опубл. 10.01.2011, RU2484972, В32 В27/00, опубл. 20.06.2013).
Чаще всего для изготовления мульчирующих пленок используют полиэтилен и полипропилен. Недостатком таких мульчирующих пленок является неспособность разлагаться в условиях окружающей среды, а продукты их ассимиляции токсичны.
Поэтому мульчирующую пленку на основе синтетического материала по истечении одного сельскохозяйственного года необходимо утилизировать. Существуют следующие традиционные способы утилизации: захоронение, сжигание, вторичная переработка. Реализация утилизации мульчирующих пленок является сложной задачей, которая трудоемка и экономически нецелесообразна.
Объемы использования синтетической мульчирующей пленки постоянно растут и поэтому возникла потребность в альтернативном виде мульчирующих пленок, содержащих природные полимеры. Одним из возможных направлений получения биоразлагаемых пленок является сочетание синтетических полимеров с природными, что придает материалу дополнительные свойства.
Известны патенты, направленные на создание био разлагаемых пленок с сочетанием синтетических полимеров с природными (см. RU2714887, C08L101/16, опубл. 20.02.2020, патент RU2180670, C08L77/02, опубл. 20.03.2002, JPH03259935, Y02A40/25, опубл. 20.11.1991). Такие материалы представляют собой наполненные системы, где в качестве активного наполнителя используется крахмал. Наиболее важным качеством этих композиций является их способность к деструкции под действием природных факторов окружающей среды: света, тепла, микроорганизмов.
Их недостаток в том, что они не являются полностью биоразлагаемыми, потому что биологическому разрушению подвергается только природная составляющая, да и то лишь на поверхности синтетической полимерной матрицы, ассимиляция которой в почве может продолжаться до 70-90 лет.
В последнее время появилось множество патентов и научных публикаций, которые направлены на создание пленок с использованием термопластичных биодеградируемых полимеров, таких как микробные полигидроксиалканоаты, поликапролактоны, полимолочные кислоты, полибутиленсукцинатадипаты, полибутиленадипаттерефталаты (см. RU275723, C08L67/03, опубл. 20.8.2001; CN102942770A, A01G13/02; B29D7/01; C08L67/02; C08L67/04, опубл. 27.02.2013; RU2734883, C08L7/00, опубл. 23.10.2020; RU2737425, С09К17/00, опубл. 30.11.2020; RU2714887, C08L101/16, опубл. 20.02.2020; Matias Menossi и др. Current and emerging biodegradable mulch films based on polysaccharide bio-composites. Areview, Agronomy for Sustainable Development, т.41, номер статьи 53 (2021)).
Получение мульчирующего материала на основе данных полимеров является нецелесообразным ввиду относительной высокой стоимости в сравнении с синтетическими крупнотоннажными пластиками. Кроме того, процесс биоразложения для некоторых биопластиков, например, на основе полимолочной кислоты, в естественных условиях происходит гораздо медленнее, чем в условиях компостирования, и в зависимости от климатических условий, толщины изделий занимает более 2 лет, что также не подходит для использования в качестве мульчирующей пленки (Е. Rudnik и др. Degradation behaviour of poly(lacticacid) films and fibres in soil under Mediterranean field conditions and laboratory simulations testing, Industrial Crops and Products т.33, вып.3, cc. 648-658 (2011)).
Известна биоразлагаемая мульча для применения в сельском хозяйстве, изготовленная методом многослойной экструзии из смеси двух поддающихся биохимическому разложению биоразлагаемых полимеров, включающих картофельный крахмал, саженаполненный каучук и биоразлагаемые рециклизованные полимеры (RU2646623, С09К17/52, A01G13/02, C08L3/02, опубл. 06.03.2018). Заявлено, что данная пленка самопроизвольно разлагается за короткий промежуток времени от 3 месяцев до одного года. Однако не раскрыта рецептура применяемых биополимеров и их соотношение, что не позволяет провести сравнительный анализ предложенной пленки с материалом, предлагаемым в настоящем патенте.
Снижение срока биодеградации и стоимости термопластичных биодеградируемых полимеров возможно путем применения термопластичного крахмала.
Известна композиция для биоразлагаемой сельскохозяйственной мульчирующей пленки, которая содержит: термопластичный крахмал (TPS); одну или несколько био разлагаемых смол, выбранных из группы, состоящей из полибутиленадипат-котерефталата (РВАТ), полибутиленсукцината (PBS), полибутиленсукцинат-коадипата (PBSA), полимолочной кислоты (PLA) и полигидроксиалканоата (РНА), и наполнитель, включающий порошок серы, порошок иллита, порошок карбоната кальция и порошок вспученного вермикулита (KR101875603B1, МПК C08L67/04, опубл. 06.07.2018).
Недостаток высокая температура переработки композиции из-за использования термопластичного крахмала 160-200°С; применение биоразлагаемых смол на основе переработки нефтепродуктов с длительным сроком био деградации.
Наиболее близкой по технической сущности является биоразлагаемая полимерная смесь, содержащая по меньшей мере один компонент, включающий полимеры на основе молочной кислоты, по меньшей мере один компонент, включающий термопластичный крахмал с пригодным модифицирующим агентом, и по меньшей мере один компонент, включающий гомополимеры или сополимеры полигидроксиалканоатов и/или их смеси (RU2762161, C08L67/04, 3/04, 101/16, С08К5/05, 5/09, 5/10, опубл. 16.12.2021). Биоразлагаемая полимерная смесь может дополнительно содержать пластификатор и технологическую добавку. Биоразлагаемые полимерные смеси по изобретению характеризуются улучшенным пределом прочности при растяжении и/или относительным удлинением при разрыве.
Однако недостатками прототипа являются:
- неподтвержденный срок биоразложения, что не доказывает целесообразность применения данного материала для мульчирования;
- применение термопластичного крахмала не позволяет получить композицию только с полигидроксиалканоатом из-за высокой температуры переработки 150-190°С, которая является причиной окислительных процессов, приводящих к снижению механических характеристик конечной композиции. Кроме того, нативный крахмал, применяемый для получения биодеградируемых композиций, характеризуется длительностью набухания в воде, образуя высоковязкие растворы, которые требуют повышенных температур при переработке и, как следствие, более высоких энергозатрат.
В последние годы все больше применяют различные производные крахмала, такие как декстрин крахмала, эфир крахмала, окисленный крахмал, различные связующие на основе крахмала, которые в отличие от нативного крахмала более технологичны. Однако из уровня техники авторами не были выявлены мульчирующие пленки, содержащие в своем составе производные крахмала, например, декстрин крахмала.
Технической проблемой является получение мульчирующей пленки, поддающейся полному биохимическому разложению в почве в течение года.
Техническая проблема решается биоразлагаемой композицией для мульчирующей пленки, содержащей полигидроксиалканоат, высушенный до постоянной массы состав на основе декстрина крахмала, полученный путем последовательного смешения в водной среде при температуре 80-95°С декстрина крахмала сначала с хитозаном и молочной кислотой, затем с альгинатом натрия, глицерином и тальком, и содержащий, мас. ч.:
| декстрин крахмала | 30 |
| глицерин | 10-15 |
| молочную кислоту | 0,15-0,30 |
| хитозан | 0,08-0,25 |
| альгинат натрия | 0,2-0,4 |
| тальк | 5-7, |
пластификатор эпоксидированное масло и минеральный природный наполнитель, при следующем содержании компонентов в композиции, мас. ч.:
| полигидроксиалканоат | 65-20 |
| состав на основе декстрина крахмала | 35-80 |
| минеральный природный наполнитель | 10-30 |
| эпоксидированное масло | 0,5-3,0 |
Минеральный природный наполнитель выбирают из группы, включающей тальк, каолин, мел.
Технический результат заключается в получении композиции для мульчирующих пленок, способных разлагаться полностью за 12 месяцев. Сущность изобретения заключается в следующем.
В качестве биоразлагаемого полимера выбран полигидроксиалканоат (ПГА) - полимер семейства бактериально синтезированных термопластических полиэфиров. Биопластики, изготовленные из полигидроксиалканоата, полностью биоразлагаемы в широком диапазоне сред, включая почву.
Другим биоразлагаемым компонентом композиции является высушенный до постоянной массы состав на основе декстрина крахмала, который представляет собой продукт, полученный путем последовательного смешения в водной среде при температуре 80-95°С декстрина крахмала с хитозаном и молочной кислотой, альгинатом натрия, глицерином и тальком и содержит, мас. ч.:
| декстрин крахмала | 30 |
| глицерин | 10-15 |
| молочная кислота | 0,15-0,30 |
| хитозан | 0,08-0,25 |
| альгинат натрия | 0,2-0,4 |
| тальк | 5-7 |
Добавление данного состава в композицию позволяет сократить сроки биоразложения мульчирующих пленок, а также снизить температуру переработки до 135°С, что уменьшает вероятность возникновения окислительных процессов и ухудшения механических свойств получаемой пленки.
В качестве пластификатора выбран биоразлагаемый пластификатор эпоксидированное соевое масло, которое представляет собой совокупность органических соединений, полученных в результате эпоксидирования соевого масла.
В качестве наполнителя выбран минеральный природный наполнитель, например, мел, тальк, каолин, который не только способствует увеличению прочности мульчирующей пленки, получаемой из заявленной композиции, но и обогащает почву минеральными веществами после ее разложения.
Заявленные диапазоны содержания компонентов биоразлагаемой композиции являются оптимальными для получения мульчирующей пленки с хорошими механическими свойствами и обеспечивают ее полное разложение в течение года. Выход за пределы указанных диапазонов содержания компонентов приведет к снижению механических свойств мульчирующей пленки или к невозможности переработки композиции в пленку.
Краткая характеристика используемых компонентов
1. Компоненты состава на основе декстрина крахмала:
Декстрин крахмала (ГОСТ 6034-2014) - это полисахарид, получаемый термической обработкой картофельного или кукурузного крахмала;
Хитозан ТУ 9289-067-004721224-97 увеличивает гидрофобность декстрина крахмала;
Молочная кислота ГОСТ 490-2006 повышает распределение хитозана в декстрине крахмала;
Глицерин (ГОСТ 6259-75) применяют в качестве пластификатора. Альгинат натрия ГОСТ 20438-75 способствует повышению прочности пленок на основе декстрина крахмала.
2. Компоненты заявляемой биоразлагаемой композиции:
Полигидроксиалканоат (ПГА) - биоразлагаемый полимер, характеризующийся большой скоростью разложения (статья Yun-XuanWeng и др. Biodegradation behavior of P(3HB,4HB)/PLA blends in real soil environments, Polymer Testing, т.32, вып.1, cc. 60-70 (2013)). Свойства ПГА: удельный вес - 1,27 г/см3, ПТР - 5 г/10 мин (170°С/2,16 кг), температура плавления - 110-150°С, температура размягчения по Вика - 80°С, прочность на разрыв 25 МПа, удлинение при разрыве 250%;
Эпоксидированное соевое масло по ТУ 6-10-722-72 - пластификатор;
В качестве минеральных природных наполнителей использовали тальк (ГОСТ 21235-75), мел (ГОСТ 17498-72), каолин (ГОСТ 21286-82).
3. Компоненты композиции-прототипа:
Полилактид (ПЛА) - биоразлагаемый полимер, представляет собой алифатический полиэфир со следующими свойствами: удельный вес - 1,24 г/см3; относительная вязкость - 4; прочность при растяжении - 64 МПа; удлинение при разрыве - 3,6%; температура плавления - 174-180°С; температура размягчения по Вика - 165°С;
Крахмал кукурузный ГОСТ 32159-2013;
Ацетилбутилцитрат (трибуиловый эфир ацетилцитриновой кислоты): С20Н34О8, молекулярная масса - 402,48 г/моль; плотность - 1,046 г/см3; температура плавления - минус 80°С, температура кипения - 172-174°С (1 мм рт.ст);
Лимонная кислота ГОСТ 908-2004.
Биоразлагаемую композицию для мульчирующей пленки получали следующим образом.
Состав на основе декстрина крахмала, высушенный до постоянной массы, предварительно смешивали с биоразлагаемый полимером ПГА в лабораторном высокоскоростном турбосмесителе LabTech. Полученную смесь подавали в бункер двухшнекового экструдера Scientific LTE 20-40 (LabtechEngineering), а через боковой питатель во вторую часть экструдера подавали пластификатор и наполнитель. Композицию перерабатывали при следующих условиях:
- диаметр шнека 20 мм, L/D=40;
- скорость вращения шнека: 90 об/мин;
- температура горячего расплава 135°С;
- вакуумная дегазация в последней зоне шнека;
- полученную композицию перерабатывали экструзией в нить, охлаждали и гранулировали.
Далее проводили досушку гранулята в сушильном бункере при температуре 60°С до содержания остаточной влаги не более 3%.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1-3 по прототипу
Сухую композицию, состоящую из нативного кукурузного крахмала, глицерина, лимонной кислоты (компоненты термопластичного крахмала) подавали в бункер двухшнекового экструдера с совместно вращающимися шнеками, затем вводили полилактид и ацетилтрибутилцитрат. Через боковой питатель во вторую часть экструдера добавляли полигидроксиалканоат и мел. В концевой зоне экструдера избыточную воду удаляли через вакуумную зону дегазации и смесь экструдировалась через плоскощелевую фильеру в пленку толщиной 0,1 мм. Температура переработки 180°С.
Примеры 4-7 - сравнительные
В качестве объектов сравнения готовили композиции согласно технологическому описанию примера 1. Отличительной особенностью являлась замена компонентов термопластичного крахмала (используется в прототипе) на состав на основе декстрина крахмала (используется в заявляемой композиции), содержащий, мас. ч: декстрин крахмала 30; глицерин 12; молочная кислота 0,21; хитозан 0,12; альгинат натрия 0,3; тальк - 6. Температура переработки 150°С.
Пример 8 по заявляемому объекту
35 мас. ч. состава на основе декстрина крахмала, высушенного до постоянной массы, содержащего (мас. ч): декстрин крахмала - 30; глицерин - 12; молочная кислота -0,21; хитозан 0,12; альгинат натрия 0,3; тальк 6, предварительно смешивали с 65 мас. ч биоразлагаемого полимера ПГА в лабораторном высокоскоростном турбосмесителе. Полученную смесь подавали в бункер двухшнекового экструдера. Через боковой питатель во вторую часть экструдера подавали 1 мас. ч эпоксидированного масла и 17 мас. ч мела. В концевой зоне экструдера избыточную воду удаляли через вакуумную зону дегазации и смесь экструдировалась через плоскощелевую фильеру в пленку толщиной 0,1 мм. Температура переработки 135°С.
Примеры 9-11
Композиции получали согласно примеру 8, но использовали различные соотношения ПГА и состава на основе декстрина крахмала. Состав композиций представлен в таблице 3.
Примеры 12-19
Композиции получали согласно примеру 11, варьировали количество компонентов состава на основе декстрина крахмала (таблица 4).
Примеры 20-22
Композиции получали согласно примеру 11, варьировали количество эпоксидированного масла. Состав композиций представлен в таблице 5.
Пример 23-31
Композиции получали согласно примеру 11, варьировали минеральные наполнители и их количество. Состав композиций представлен в таблице 6.
Из полученных композиций получали пленки экструзией через плоскощелевую головку при температуре 140-190°С со скоростью вращения шнека 38 об/мин. Толщина полученных пленок составила 0,1 мм.
Измерение механических свойств полученных пленок выполняли на универсальной испытательной машине при растяжении по методике, изложенной в ISO 527-3:2018 (образец типа 2, скорость растяжения 100 мм/мин). Для получения экспериментальных значений предела прочности при растяжении (5Р) и относительного удлинения при разрыве (ε) разрывают 10 образцов одной пленок.
Для оценки биоразлагаемости полученных полимерных материалов использовали метод имитации естественных почвенных условий. Образцы помещают на поверхность почвы определенного биохимического состава, температуры и влажности. Последние два параметры поддерживают постоянными в течение эксперимента (температура 20-23°С, влажность почвы 50-65%). Для проведения исследований выбирают почвогрунт, содержащий торф, комплексное удобрение, известняковые материалы, рыхлители. Массовая доля питательных веществ в почвогрунте: общий азот - 50-150 мг/100 г, фосфор - 100-250 мг/100 г, калий - 150-300 мг/100 г, органическое вещество - не менее 70%, кислотность рН=5,5-6,5 (слабо кислая почва). Выбор почвы определенного биохимического состава для оценки биоразлагаемости образцов обусловлен назначением разрабатываемого продукта - пленка для мульчирования.
Биоразложение биополимерных пленок определяют путем оценки потери массы с течением времени. Исследуемые образцы синтезированной пленки разрезают на полоски шириной 1 см и длиной 6 см, взвешивают и раскладывают на поверхность влажной почвы. В конце периода испытаний, а именно через 4, 8 и 12 месяцев, полоски из пленки извлекают из почвы, промывают дистиллированной водой и высушивают. Высушенные пленки взвешивают, чтобы рассчитать потерю массы. Степень биодеградации рассчитывают по формуле:
где - степень биодеградации образца, х количество месяцев почвенного теста, %;
- среднее значение начальной массы образца, г;
- среднее значение конечной массы образца после 4, 8 и 12 месяцев почвенного теста, г.
Механические свойства и степень биодеградации образцов полученных пленок приведены в таблице 7.
Анализ табличных данных показывает, что пленки, полученные из состава по прототипу и содержащие ПГА, ПЛА и термопластичный крахмал (примеры 1-3), характеризуются низкой степенью биодеградации в почве. Замена термопластичного крахмала на состав на основе декстрина крахмала существенно не увеличивает степень биодеградации пленок (примеры 4-6). Композиция, содержащая только ПГА и состав на основе декстрина крахмала наряду с дополнительными компонентами смеси по прототипу (пример 7), характеризуется низкими значениями относительного удлинения при разрыве и степени биодеградации. В то время как пленки, полученные из заявляемой композиции (примеры 8-31), характеризуются необходимыми для получения пленочного материала механическими свойствами и полностью разлагаются в почве в течение 12 месяцев.
Таким образом, заявляемая композиция обеспечивает получение мульчирующей пленки, которая в течение 4-6 месяцев выступает в качестве укрывного материала, следующие 5-6 месяцев полностью разрушается под действием биохимических процессов и в дальнейшем выступает как удобрение для сельскохозяйственных культур.
Claims (5)
1. Биоразлагаемая композиция для мульчирующей пленки, содержащая полигидроксиалканоат, пластификатор и наполнитель, отличающаяся тем, что композиция содержит высушенный до постоянной массы состав на основе декстрина крахмала, полученный путем последовательного смешения в водной среде при температуре 80-95°С декстрина крахмала сначала с хитозаном и молочной кислотой, затем с альгинатом натрия, глицерином и тальком, и содержащий, мас. ч:
в качестве пластификатора биоразлагаемая композиция содержит эпоксидированное масло, а в качестве наполнителя - минеральный природный наполнитель, при следующем содержании компонентов, мас. ч.:
2. Биоразлагаемая композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит природный наполнитель, выбранный из группы тальк, каолин, мел.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2822267C1 true RU2822267C1 (ru) | 2024-07-03 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2258843A1 (en) * | 1996-06-20 | 1997-12-24 | Biotec Biologische Naturverpackungen Gmbh & Co. Kg | Biodegradable polymeric mixtures based on thermoplastic starch |
| RU2523310C2 (ru) * | 2008-02-01 | 2014-07-20 | Рокетт Фрер | Способ получения термопластических композиций, основанных на пластифицированном крахмале, и полученные композиции |
| RU2524382C2 (ru) * | 2008-02-01 | 2014-07-27 | Рокетт Фрер | Способ получения термопластических композиций на основе пластифицированного крахмала и полученные им композиции |
| RU2551515C2 (ru) * | 2008-10-13 | 2015-05-27 | Рокетт Фрер | Термопластические или эластомерные композиции на основе сложных эфиров крахмалистого материала и способ их получения |
| WO2016182545A1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-11-17 | Halliburton Energy Services, Inc. | Degradable downhole tools comprising cellulosic derivatives |
| RU2649981C1 (ru) * | 2017-06-09 | 2018-04-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная Фирма "СмартМатериалы" | Состав биодеградируемой полимерной композиции для обработки пищевых продуктов |
| KR101875603B1 (ko) * | 2017-09-19 | 2018-07-06 | 양태권 | 토양개량 및 비료 기능을 가지는 생분해성 농업용 멀칭필름용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 생분해성 농업용 멀칭필름 |
| RU2762161C2 (ru) * | 2017-09-13 | 2021-12-16 | ПАНАРА, а.с. | Биоразлагаемая полимерная смесь и способ ее получения |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2258843A1 (en) * | 1996-06-20 | 1997-12-24 | Biotec Biologische Naturverpackungen Gmbh & Co. Kg | Biodegradable polymeric mixtures based on thermoplastic starch |
| RU2523310C2 (ru) * | 2008-02-01 | 2014-07-20 | Рокетт Фрер | Способ получения термопластических композиций, основанных на пластифицированном крахмале, и полученные композиции |
| RU2524382C2 (ru) * | 2008-02-01 | 2014-07-27 | Рокетт Фрер | Способ получения термопластических композиций на основе пластифицированного крахмала и полученные им композиции |
| RU2551515C2 (ru) * | 2008-10-13 | 2015-05-27 | Рокетт Фрер | Термопластические или эластомерные композиции на основе сложных эфиров крахмалистого материала и способ их получения |
| WO2016182545A1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-11-17 | Halliburton Energy Services, Inc. | Degradable downhole tools comprising cellulosic derivatives |
| RU2649981C1 (ru) * | 2017-06-09 | 2018-04-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная Фирма "СмартМатериалы" | Состав биодеградируемой полимерной композиции для обработки пищевых продуктов |
| RU2762161C2 (ru) * | 2017-09-13 | 2021-12-16 | ПАНАРА, а.с. | Биоразлагаемая полимерная смесь и способ ее получения |
| KR101875603B1 (ko) * | 2017-09-19 | 2018-07-06 | 양태권 | 토양개량 및 비료 기능을 가지는 생분해성 농업용 멀칭필름용 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 생분해성 농업용 멀칭필름 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Исхаков А.В., Назарова В.Д., Спиридонова Р.Р. Свойства композиций на основе термопластичного декстрина, полигидроксиалканоата и полилактида Современные проблемы науки о полимерах, 16-я Санкт-Петербургская конференция молодых ученых с международным участием, Санкт-Петербург, ИВС РАН, 2022. Назарова В.Д., Спиридонова Р.Р. Модифицированные пленки на основе производных крахмала. Проблемы и инновационные решения в химической технологии ПИРХТ-2022. Материалы всероссийской конференции с международным участием / Воронеж. гос. ун-т инж. техн. - Воронеж: ВГУИТ, 2022. - 532 с. * |
| Назарова В.Д. и др. Влияние природных модификаторов на свойства термопластичного крахмала. Химия и технология растительных веществ - XII Всероссийская научная конференция, Киров, 2022, с. 138. Закирова А.Ш. Биодеградируемые пленочные материалы. Часть 2. Биодеградируемые пленочные материалы на основе природных, искусственных и химически модифицированных полимеров. Вестник Казанского технологического университета, 2014, с. 114-121. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7275201B2 (ja) | 高濃度の生物学的実体を含むマスターバッチ組成物 | |
| JP7217267B2 (ja) | 生物学的実体を含む液体組成物及びその使用 | |
| Chiellini et al. | Composite films based on waste gelatin: thermal–mechanical properties and biodegradation testing | |
| CN104861210B (zh) | 一种疏水稳定的淀粉基全生物降解树脂及其制备方法 | |
| KR100194129B1 (ko) | 개질 전분을 기초로 한 생분해성 전분 생성물 또는 필름 | |
| AU755074B2 (en) | Biodegradable compositions comprising starch and polysaccharide esters | |
| JP2002523598A5 (ru) | ||
| EP2493975B1 (en) | Starch-based biodegradable polymer; method of manufacture and articles thereof | |
| KR20140106882A (ko) | 생분해성 수지 조성물 및 이를 이용한 생분해성 멀칭 필름 | |
| EP3064542B1 (en) | Biodegradable thermoplastic polymer compostion, method for its manufacture and use thereof | |
| KR20130002591A (ko) | 생분해성 멀칭 필름 | |
| UA124797C2 (uk) | Термопластичний крохмаль | |
| KR20020096888A (ko) | 지방족 폴리에스테르 조성물 및 가소성 성형물 | |
| KR20210070002A (ko) | 생분해성 수지 조성물 및 그 제조방법 | |
| CN109181012A (zh) | 植物淀粉完全生物降解材料 | |
| KR102599541B1 (ko) | 작물재배후 토양조건에서 생분해성이 향상된 멀칭필름용 조성물, 이의 제조방법 및 이로부터 제조한 멀칭필름 | |
| RU2822267C1 (ru) | Биоразлагаемая композиция для мульчирующей пленки | |
| KR102116694B1 (ko) | 재생가능 수지 조성물 및 이로부터 제조된 물품 | |
| Singh et al. | Green and sustainable packaging materials using thermoplastic starch | |
| Lothfy et al. | Fabrication and characterization of jackfruit seed powder and polyvinyl alcohol blend as biodegradable plastic | |
| CN114106419A (zh) | 一种可生物降解的片材及其制备方法 | |
| KR102669421B1 (ko) | 생분해성 조절 멀칭필름 컴파운드 및 이로부터 제조되는 생분해성 조절 멀칭 필름 | |
| JPH09137069A (ja) | 生分解性組成物 | |
| NL2021946B1 (en) | Controlled-release device in agriculture | |
| Mohamed et al. | Effect of thermal characteristics of different plasticisers for PVOH/sago SS blends and its weight loss degradation upon soil burial |