ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЙ УПАКОВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ПОЛИЛАКТИДА

Изобретение относится к технологии получения композитных полимерных упаковочных материалов и может быть использовано в пищевой промышленности, а также в сельском хозяйстве и в быту.

Известна крахмалсодержащая рукавная оболочка для пищевых продуктов с переводным слоем, а также способ ее получения [заявка на патент №2004112554 RU]. Оболочка получена экструзией или коэкструзией, единственный или по меньшей мере внутренний слой которой содержит смесь из термопластичного крахмала и/или термопластичного производного крахмала и по меньшей мере одного другого полимера, отличающаяся тем, что другим полимером является гомо- или сополимер со звеньями гидроксикарбоновой кислоты, поли-сложный эфир-уретан, поли-простой эфир-уретан, поли-сложный эфир-простой эфир-уретан или полиалкиленкарбонат, причем оболочка содержит внутри по меньшей мере одно переносимое красящее, ароматизирующее или вкусовое вещество. Недостатки: многокомпонентный состав, сложность производства, содержание синтетических полимеров.

Известна безвредная для окружающей среды многослойная эластичная пленка, обладающая барьерными свойствами [заявка на патент №2009109142 RU]. Многослойная упаковочная пленка, содержит наружный слой, содержащий пленку на биологической основе; адгезивный слой, смежный с указанным наружным слоем, и слой со стороны продукта, содержащий специализированную полипропиленовую пленку. Недостатки: многокомпонентный состав, обязательное содержание со стороны продукта полипропиленового слоя, барьерные свойства достигаются за счет многослойности.

Известны биоразлагаемые пленки [заявка на патент №20051004789 DE], основанные на регенерирующем сырье, которое содержит в основе полилактид, молочную кислоту, гомо- и сополиэфир, гидроксибутират и гидроксивалерат полиэстера. Могут использоваться как бандажные ленты для самоклеящихся полос и этикеток, содержащие клей на основе сополиэфиров, так же, как биоразлагаемая клейкая пленка на упаковку, включающая обработку в поле коронного разряда на одной стороне для улучшения склеивания поверхности пленки и подложки. При этом с той же целью может применяться сушка и/или обработка поверхности ультрафиолетовым излучением. Недостатки: многокомпонентный состав, сложность производства, обработка коронным разрядом применяется только для улучшения склеивания.

Прототипом изобретения является композитный полимерный упаковочный материал на основе полиэтилена высокого давления с добавками крахмала и диоксида кремния [патент №2568488 RU]. Сущность изобретения состоит в том, что создается композит методом вальцевания при температуре 150°C и последующего прессования при температуре 170°C в течение 10 минут. Затем полимерные пленки помещаются в поле коронного разряда и заряжаются при комнатной температуре в течение 0,5-2,5 минут до величины поверхностного потенциала порядка 500-1000 В. Время хранения электретного состояния до 130 суток. Недостатки прототипа: многокомпонентный состав, достаточно долгий срок разложения, не является биополимером.

Цель изобретения - получение активной упаковки на основе биоразлагаемых материалов с повышенным электретным эффектом.

Выбор полилактида в качестве основного компонента для получения биоразлагаемого материала обусловлен следующими соображениями. Актуальным является создание композитных материалов, обладающих свойствами активной упаковки и одновременно являющихся биоразлагаемыми материалами. Наиболее перспективными биополимерами являются полилактиды (PLA) - полимеры молочной кислоты. Их легко можно переработать в волокна, пленки и другие изделия. Исходным сырьем для формирования полимера служит крахмал или меласса, получаемая при производстве сахара из сахарной свеклы или сахарного тростника. Упаковка из полилактида полностью разрушается за 45 дней в условиях промышленного компостинга при определенных требованиях (температура не менее 60°C, определенный уровень влажности, наличие бактерий и др.). Однако по сравнению с традиционными полимерами, применяемыми для создания электретов, полилактид в чистом виде не проявляет электретного эффекта в той степени, которая необходима для практического применения.

Искомый технический результат достигается за счет того, что для получения композитного полимерного упаковочного материала полилактид смешивают с дисперсным наполнителем SiO₂ (аэросил), затем применяют метод горячего прессования, а соотношение наполнителя позволяет добиться наилучшей стабильности электретного состояния.

Сущность изобретения состоит в том, что для изготовления композита на основе полилактида методом горячего прессования полилактид смешивали с дисперсным наполнителем SiO₂ (аэросил) с концентрацией 1-6 об. %, с размером частиц 12 нм на смесителе с регулируемым электрообогревом для образцов. Скорость вращения валков 150 об/мин. Смешение производили в течение 5 минут при температуре 180°C. Готовая композиция помещалась между двумя отшлифованными пластинами в пресс. Температура прессования составляла 180°C, давление прессования - 15 МПа, время предварительного нагрева - 3 мин, время выдержки под давлением - 5 мин, время подпрессовки - 2 мин. Далее нагретые плиты размыкали, пресс-форму помещали между охлаждающими плитами и подавали холодную воду с температурой 20°C. После охлаждения в течение 1 мин пленки толщиной 150-220 мкм извлекались из пресс формы. Электретное состояния в образцах формировалось в положительном поле коронного разряда при комнатной температуре (или при температуре выше температуры стеклования) в течение 5 минут до величины поверхностного потенциала порядка 1,3-1,5 кВ, что позволило увеличить время хранения электретного состояния композита на основе полилактида до 3-х месяцев.

Перечень фигур

Фиг. 1. ТСРПП образцов (метод прессования) при положительном знаке коронного разряда при одинаковой скорости нагрева:

1 - исходный PLA;

2 - PLA + 2% SiO₂;

3 - PLA + 6% SiO₂.

Фиг. 2. ТСРПП образцов заряженных в положительном коронном разряде, при одинаковой скорости нагрева β=0,125°C/с в абсолютных значениях: 1 - PLA + 2% SiO₂ (прошедшие предварительное электретированные при повышенной температуре 55-60°C), 2 - PLA + 2% SiO₂ (электретированные при комнатной температуре).

Фиг. 3. Зависимость потенциала от времени хранения композита на основе PLA с дисперсным наноразмерным наполнителем аэросилом 2%.

Для исследования параметров электрически активных дефектов применялись методы термостимулированной релаксации поверхностного потенциала (ТСРПП). Нагрев образцов производился от комнатной температуры до 110-120°C со скоростью β=0,125°C/с. Анализ результатов, представленных на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, свидетельствует о следующем. В пленках, полученных методом прессования, введение SiO₂ приводит к увеличению стабильности электретного состояния. Стабильность зависит от знака короны, в которой происходит электретирование образца. Наибольшая стабильность наблюдается при положительном знаке короны. Наибольшая стабильность в пленках полилактида наблюдается, если электретирование пленок осуществляется в положительном коронном разряде при температуре выше температуры стеклования и при процентном содержании наполнителя аэросил 1,9-2,1%. Композит на основе PLA с объемным содержанием аэросила 1,9-2,1 об. % является хорошим электретом с длительным временем хранения и может быть использован в качестве биоразлагаемой «активной упаковки».

Таким образом, цель изобретения, заключающаяся в получение активной упаковки на основе биоразлагаемых материалов, достигнута.