Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИОННЫЙ УПАКОВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к производству композиционных материалов с влагорегулирующими свойствами и может быть использовано для изготовления различных видов упаковочной бумаги (ячеистой, пластинами) для длительного хранения сельхозпродукции.

Известен композиционный материал (см. JP №160060/97, A01C 1/06, приор. 17.06.1997) для изготовления бумажной ленты с вмещенными в нее семенами, в состав которого включены наполнители - макулатура и цеолит, при этом последний выступает одновременно и в качестве защиты семян от болезнетворных микробов, и как почвоулучшитель. Однако материал не может служить для хранения овощей и фруктов, т.к. он разработан с целью рекультивации семян, и сведения об его использовании в качестве упаковочного материала для сельхозпродукции отсутствуют.

Известен композиционный материал (см. заявку JP №11-131369 А, 18.05.1999) для сохранения свежести продуктов питания и овощей, состоящий из волокон полиэстера, акрила и искусственного цеолита, который добавляется в массу в количестве 30-80% от веса.

Недостатком материала является то, что используются синтетические волокна и искусственный цеолит, который лишь выборочно выполняет функции адсорбирования газов, выделяемых сельхозпродуктами при длительном их хранении.

Известен композиционный материал для изготовления бугорчатой упаковки для яиц, изготавливаемый по ТУ 5471-002-16529168-97 и состоящий из наполнителя, в качестве которого используются макулатура, картон, целлюлоза сульфитная небеленая, и связующего на основе глинозема и силикатного клея. Однако материал не обладает влагорегулирующими свойствами, что и определило его узкую область применения - для упаковки яиц.

Известен также композиционный материал для изготовления упаковочных материалов, состоящий из наполнителя (макулатура, верховой сфагновый мох или слаборазложившийся верховой сфагновый мох) и связующего (канифоль таловая и глинозем) (см. RU №2245790, B29D 7/00, B29L 31:58, B65D 85/30, B65D 88/50,E04B 1/72, 10.02.2005).

Недостатком композиционного материала с наполнителем в виде верхового сфагнового мха является то, что при многократном использовании упаковочный материал не будет обладать адсорбирующими свойствами, что не способствует его использованию для хранения скоропортящихся продуктов.

Вместе с тем известно, что в местности Хонгуруу Сунтарского района Республики Саха (Якутия) имеется богатое месторождение природного гидрофильного цеолита, обладающего хорошими антисептирующими и адсорбирующими свойствами (см. http://sakha.gov.ru/node/10673). В составе природного цеолита этого месторождения присутствуют практически чистые гейландиты (70-98%), кварц, полевые шпаты, обломки кремнистых пород, биотит, вулканическое стекло, глинистые минералы (монтмориллонит, гидрослюда) с ничтожно малым количеством акцессорных минералов (0,005-0,015%).

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в получении экологически безопасного упаковочного материала, предназначенного для длительного хранения сельхозпродукции.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в расширении ассортимента выпускаемой упаковочной бумаги, обладающей влагорегулирующими свойствами.

Для решения поставленной задачи сырьевая смесь для получения композиционного упаковочного материала, содержащая наполнитель, связующее и воду, отличается тем, что в качестве наполнителя используются бумажные отходы (в т.ч. с лазерной, ксероксной печатью) и природный цеолит гейландитового типа, а связующим является крахмал (в том числе, получаемый из пищевых отходов), при следующем соотношении компонентов, мас.%: бумажная макулатура - 60-65, природный цеолит - 10-15, крахмал - 10-15, вода - остальное.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Возможное использование в качестве наполнителя бумажной макулатуры с лазерной и ксероксной печатью объясняется тем, что она в своем составе имеет термопластическую смолу (ПВХ), содержащую сажу в качестве пигмента, и оксид железа для облегчения работы с сухой краской в печатном устройстве. В бумажной макулатуре совокупное содержание в ней сажи и оксида железа может составить до 1,0 г/м³. С другой стороны, наличие этих веществ обеспечивает дополнительную вязкость композиционного материала при термообработке готовых образцов.

Кроме того, в готовых образцах благодаря равномерному распределению частиц цеолита по всему полотну материала происходит нейтрализация макулатурной термопластической смолы в результате связывания ее активными веществами-примесями, содержащимися в составе цеолита, что обеспечивает соответствие материала требованиям санитарных норм и правил.

Высокие адсорбирующие свойства природного цеолита объясняют тем, что его ячеистая структура выступает в качестве молекулярных сит, которые обеспечивают его способность связывать воду, альдегиды, кетоны и др. Влагорегулирующие свойства цеолита являются основным фактором, определяющим назначение упаковочного материала - длительное хранение скоропортящихся продуктов, в частности сельхозпродукции.

По известным данным количественного спектрального анализа цеолит месторождения Хонгуруу содержит такие элементы-примеси, в г/т, как бор -19,61, олово - 2,13, свинец - 17,60, германий - 1,57, медь - 1,15, хром - 21,92, никель - 10,35, ванадий - 16,03, селен - 6,47, кобальт - 6,09, цинк - 0,62, барий - 755,41, стронций - 2145,50. Кроме того, в нем присутствует бериллий в количестве 3,31 г/т.

Ионообменная емкость цеолита составляет 0,16-0,66 мг-экв/г. Адсорбционные свойства по воде находятся в пределах P/P_s 1,0 - 10,34-12,03. Оптимальная температура дегидратации цеолита осуществляется при 300-350°C. Механическая прочность (%) природного материала составляет: измельчаемость - 3, истираемость - 0,27-0,46, условная механическая прочность >1. Удельный вес - 2,43 г/м³.

В составе композиционного материала в качестве связующего используется катионный компонент как крахмал, который обеспечивает высокую степень связывания за счет цеолита, ускоряющего в том числе процессы обезвоживания.

Композиционный материал изготавливается следующим образом.

Получение крахмала также возможно опытным путем из пищевых отходов. Для этого пищевые отходы (например, картофель) измельчаются и полученная масса помещается в тканевый мешок, который помещается в ванну с водой и придавливается прессом. Процедура может повторяться несколько раз. Далее после отстаивания полученного раствора в ванне верхний его слой сливается, и полученная суспензия высушивается до порошкового состояния. По опытным данным на 100 г пищевых отходов получается около 10 г крахмала.

На этапах подготовки наполнителей бумажная макулатура механически измельчается до фракции не более 0,1 см, далее она вымачивается в течение 1,5-2,5 часов в ванне с подогретой водой (с температурой не менее 60°C).

Полученная бумажная масса смешивается с крахмалом, в раствор добавляют мелкодисперсный цеолитовый порошок (степень помола составляет 40-50° ШР).

За счет гидрофильных свойств цеолита из раствора получают однородную бумажную массу удобной консистенции для последующего изготовления упаковочных форм, в качестве которых можно использовать цементные (гипсовые) ячеистые пресс-формы.

Сформированные изделия из упаковочной материала вместе с пресс-формой направляются на этап сушки, которая осуществляется в термошкафах при температуре не менее 50-60°C в течение 4,5-5,5 часов или при комнатной температуре в течение не менее 3-х суток.

Взаимодействие компонентов композиционного материала обеспечивает упаковочной бумаге прочность и пористую структуру, способную адсорбировать влагу при хранении продуктов.

В производственных условиях возможно использование следующей схемы.

Например, на первом этапе в ванну помещается 20 л воды с температурой 60-80°C и 60 кг измельченной бумажной макулатуры (например, из бумажных отходов с лазерной ксероксной печатью) для последующего вымачивания в течение 1,5-2,5 часов. Далее в приготовленную водную суспензию добавляется 10 кг измельченного природного цеолита и 10 кг крахмала. Полученная масса подается в промежуточную емкость с перемешивающим устройством. Промежуточная масса по трубопроводу подается на вакуумные прессы, где производится формовка изделий, например, в виде ячеистых или обычных пластин. Отформованные изделия укладываются на стеллажи и отправляются в термошкафы, где производится высушивание изделий при температуре не менее 50-60°C в течение 4,5-5,5 часов.

При этом плотность получаемой упаковочной бумаги с 10% содержанием цеолита составит 0,25±0,05 г/см³, что примерно составляет 1/8 часть известной упаковочной бумаги.

Опытные испытания готовых образцов упаковочной бумаги показывают, что при хранении сельхозпродукции сроки сохранения продлеваются в 2 раза, что способствует сохранению не менее 40% урожая сельхозугодий.

Таким образом, хорошие влагорегулирующие свойства композиционного упаковочного материала на основе природных компонентов позволяют использовать его для длительного хранения сельхозпродукции, богатый сырьевой состав и использование отходов для получения материала - в целом удешевить производство, а содержание экологически чистых компонентов в материале - утилизировать использованные изделия с одновременной минерализацией почвы.