Биоразлагаемая репеллентная упаковочная пленка

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ БИОРАЗЛАГАЕМАЯ РЕПЕЛЛЕНТНАЯ УПАКОВОЧНАЯ ПЛЕНКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пинчук Леонид Семенович Гончарова Екатерина Петровна Короткий Максим Васильевич Ермолович Ольга Анатольевна Сыцко Валентина Ефимовна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Биоразлагаемая репеллентная упаковочная пленка, выполненная из полиэтилена, наполненного крахмалом, имеющая поверхностный слой толщиной 10-30 мкм, находящийся в состоянии студня, дисперсионной жидкостью которого является репеллент, выбранный из группы, включающей мятное, полынное и шалфейное масла. Изобретение соответствует области упаковочных пленок, которые предохраняют упакованные изделия от порчи насекомыми, а после использования во время утилизации в почве ускоренно разлагаются под действием почвенных микроорганизмов. Для отпугивания насекомых удобно употреблять специальные изделия, содержащие носитель, насыщенный репеллентом, например негерметичный чехол с помещенным в него березовым дегтем, пары которого обусловливают репеллентный эффект 1. Практически все репелленты являются антимикробными веществами, поэтому входящими в класс репеллентов горчичными и кориандровыми маслами модифицируют упакованную пленку,чтобы предотвратить микробиальную порчу упакованных в нее мясных продуктов 2. В упаковочной пленке 3 на основе полиэтилена модифицированный инсектицидом слой толщиной 10-30 мкм находится в состоянии студня, дисперсионной жидкостью которой служит инсектицид или его раствор в пластификаторе полиэтилена. Такой слой создают,сливая по внутренней поверхности рукава, из которого формируется пленка, ниже линии его кристаллизации раствор модификатора в пластификаторе полимера 4. Недостатки этих решений состоят в том, что полученные с их помощью инсектицидные пленки после использования в качестве упаковки длительно (десятилетиями) утилизируются в почве и представляют собой опасные для окружающей среды объекты,нарушающие экологическое равновесие. 13212 1 2010.06.30 Этого недостатка лишены пленки, изготовленные из композиций на основе полиэтилена (в том числе, химически модифицированного), наполненного крахмалом 5. Однако упаковка из такой пленки нейтральна по отношению к насекомым и грызунам, которые повреждают и упаковку, и упакованный в нее товар. Наибольшую опасность для длительно сохраняемых в пленочной упаковке непродовольственных товаров - текстиля, меховых, кожаных, перьевых изделий и т.п. - представляет повреждение молью. В качестве средств от моли применяют большую группу репеллентов ментол в исходном состоянии или в смеси с инертным наполнителем 6 отдушки, выбранные из группы трициклодеценилаллилового эфира и др. 7 композиции на основе метандиола и др. 8. Известен способ отпугивания платяной моли с помощью эфирного масла змееголовника 9. Одним из самых эффективных способов применения этих репеллентов является совмещение их активного биологического действия с барьерным эффектом, создаваемым полимерной пленкой, в которую упакован товар. Прототипом изобретения является биоразлагаемая упаковочная полимерная пленка 10. Она состоит из полиэтилена (47-75 мас. ), наполненного крахмалом (20-48 мас. ),и содержит жидкий инсектицид (2-7 мас. ), выбранный из ряда перметрин-циперметринлимонен. Недостатки прототипа содержащиеся в пленке пиретроиды представляют собой достаточно токсичные вещества (2-3 классы опасности) инсектициды выбранного ряда проявляют антимикробную активность инсектицид расходуется в пленке нерационально, т.к. его пары выделяются в равной мере внутрь и наружу упаковки, а часть его, закапсулированная в полиэтиленовой матрице, практически не работает. Задачи, на решение которых направлено изобретение 1. Заменить высокотоксичные убивающие насекомых инсектициды на гораздо менее токсичные отпугивающие моль репелленты 2. Выбрать репелленты из класса аттрактантов (веществ, приманивающих микроорганизмы) или нейтральных веществ, на которые почвенные микроорганизмы не реагируют 3. Разместить репелленты в поверхностном слое пленки, обращенном внутрь упаковки. Поставленные задачи решаются тем, что в известную упаковочную пленку, выполненную из полиэтилена, наполненного крахмалом, имеющую поверхностный слой толщиной 10-30 мкм, находящийся в состоянии студня, введен оптимальный по биологической активности репеллент и оптимизирована по технико-экономическим критериям структура пленки. В качестве репеллента использовано эфирное масло, выбранное из группы мятное, полынное, шалфейное масла. Эфирное масло заключено в микропорах обращенного,внутрь упаковки поверхностного слоя пленки, находящегося в состоянии студня, в виде дисперсионной жидкости студня. Сущность изобретения состоит в следующем. Во-первых, эфирные масла выбранной группы являются эффективными репеллентами, отпугивающими бабочек моли. В то же время, в период утилизации пленки в почве они не оказывают биоцидного действия на почвенные микроорганизмы, т.е. не замедляют их иммобилизацию на пленке и рост их колоний, осуществляющих биодеградацию макромолекул. Во-вторых, эфирные масла являются пластификаторами полиэтилена и при температуре ТТпл (Тпл - температура плавления полиэтилена) образуют с ним коллоидные растворы, которые при охлаждении до ТТпл превращаются в студнирода. Последние имеют микропористую полимерную матрицу с системой сообщающихся пор, в которых заключена дисперсионная жидкость студня, т.е. эфирное масло. В-третьих, студень сформирован в поверхностном слое пленки толщиной 10-30 мкм со стороны, обращенной внутрь упаковки. Эфирное масло в течение 2 13212 1 2010.06.30 длительного времени (годы) выделяется на поверхность пленки и испаряется, создавая в упаковке атмосферу, отпугивающую бабочек моли. Примеры реализации изобретения. Для изготовления пленок использовали полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ГОСТ 16337-77) смесь крахмала кукурузного (ГОСТ 7697-82) и пластификатора - глицерина(ГОСТ 6259-75), взятых в соотношении 31 (ПКр) перметрин (ТУ 6-00-5763450-78-88) эфирные масла - мятное, полынное, шалфейное. Последние имеют обширную, непрерывно возобновляемую, отечественную сырьевую базу, недефицитны и не дороги. Пленки, согласно изобретению, готовили следующим образом. Полимерную композицию ПЭВД (75 мас. )ПКр (25 мас. ) подвергали экструзионному гранулированию. Гранулят перерабатывали в пленку на рукавно-пленочном агрегате типа ЛРП в соответствии со способом 4, сливая эфирное масло по внутренней поверхности рукава ниже уровня его кристаллизации эфирное масло. Полиэтиленовые пленки, наполненные крахмалом,имели толщину 755 мкм. С внутренней стороны рукава на пленке был сформирован слой студня, насыщенный эфирным маслом. При прочих равных условиях толщина слоя колебалась в пределах 10-30 мкм, в зависимости от природы эфирного масла. Для изготовления пленки-прототипа полученный, как описано выше, гранулят смешивали с перметрином (3 мас. ) и перерабатывали смесь в пленку аналогичной толщины на рукавно-пленочном агрегате по стандартной технологии. Температуры в зонах экструдера и экструзионной головки не превышали 200 С, чтобы не происходило кипение перметрина. Испытаниям подвергали следующие типы пленок 1 - обычная биоразлагаемая, получена из гранулята без модифицирования эфирными маслами 2-4 - согласно изобретению, содержащие в поверхностном слое мятное, полынное и шалфейное масла 5 - пленка прототип. Антимольное действие пленок оценивали ускоренным способом. В покрытые марлей емкости, заселенные бабочками платяной моли ( ), помещали квадратные(1010 см) образцы пленок. В центр пленочных образцов клали круглые (диаметр 5 см) образцы шерстяной ткани, на которые был напылен клей (спиртовой раствор изобутилена). Спустя сутки регистрировали число особей, прилипших к ткани и число погибших бабочек. Результаты этого эксперимента были следующими. В емкости с пленкой типа 1 ткань была покрыта живыми прилипшими бабочками. В емкостях с пленками 2-4 погибших бабочек не было, но ни одной из них не оказалось на шерстяной ткани. В емкости с пленкой 5 все бабочки погибли, прилипшие к ткани бабочки, по-видимому, оказались на ней случайно, а не в процессе ассимиляции шерстяных волокон. Сделан вывод, что образцы пленок 2-4 и 5 одинаково эффективны как средство защиты шерстяной ткани. Скорость биодеструкции пленок в почве контролировали по снижению разрушающего напряжения в при растяжении. Образцы пленок в виде лопаток (ГОСТ 14236-81) помещали в универсальный почвогрунт (ТУ РБ 100261684.003-2006) на глубину 5-7 см. Раз в неделю емкости с грунтом поливали. Периодически образцы извлекали и испытывали с помощью разрывной машины . Результаты испытаний, обработанные методами математической статистики, приведены в таблице. Тип пленки 1 2-4 5 (прототип) Значения в (МПа) пленок после времени экспозиции в почве (мес.) 0 2 3 5 8 10 12 4,7 7,0 6,8 3,1 1,9 0,7 0,5 4,5 7,1 6,9 3,0 1,8 0,6 0,4 4,3 7,1 7,2 6,0 4,0 3,5 3,2 3 13212 1 2010.06.30 Анализ данных таблицы приводит к следующим заключениям. 1. Результаты испытания образцов 2-4 трудно дифференцировать, т.к. они совпадают в пределах ошибки измерений. 2. Все пленки демонстрируют первоначальное (в течение 3 мес.) упрочнение вследствие пластифицирующего и активного химического действия, содержащегося в грунте гуминовых кислот. Последние обусловливают вторичную кристаллизацию полиэтилена и сшивание его макромолекул, приводя к росту прочности образцов. 3. Кинетика следующего за упрочнением экспоненциального снижения прочности пленок типов 1-4 и 5 существенно отличается. Значения в пленок 5 (прототип) уменьшаются гораздо медленнее, чем у других исследованных пленок. Это происходит из-за антимикробного действия перметрина, затрудняющего иммобилизацию и рост на пленках колоний почвенных микроорганизмов-деструкторов макромолекул. 4. Кинетика потери прочности пленками 1 и 2-4 практически одинакова. Следовательно, содержащиеся в пленках 2-4 мятное, полынное и шалфейное эфирные масла не оказывают биоцидного действия на почвенные микроорганизмы. Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены. Биоразлагаемые репеллентные пленки найдут применение в тароупаковочном производстве как средство предохранения упакованных изделий от повреждения насекомыми и как упаковочный материал, подвергающийся ускоренному биоразложению в почве и отвечающий жестким требованиям современного экологического законодательства. Источники информации 1. Патент на полезную модель РФ 51457, МПК А 01 М 1/20, 2006. 2. Патент РБ 1236, МПК С 8 23/06,08 5/18, А 22 С 13/00, 1996. 3. Патент РФ 2291882, МПК С 08 5/00, А 01 25/18, В 32 В 27/32, 2007. 4. Патент РБ 1949, МПК С 08 5/18, 1997. 5. Патент РБ 9125, МПК С 08 23/26, 3/02, 2007. 6. Патент РФ 2062575, МПК А 01 25/00, 1996. 7. Патентная заявка РФ 2001112113, МПК А 61 7/40, 2003. 8. Патентная заявка РФ 2006145062, МПК А 01 М 1/00,01 65/00, 1998. 9. Патентная заявка РФ 96118926, МПК А 01 М 1/00,01 65/00, 1998. 10. Патент РБ 5114, МПК С 08 5/00, 2003 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4