Совершенствование технологии применения термопластичного крахмала для биоразлагаемой полимерной пленки

УДК 541.664.2.059

Совершенствование технологии применения термопластичного крахмала

для биоразлагаемой полимерной пленки

В. В. Колпакова, д-р техн. наук, профессор; И.С. Усачев; А.С. Сарджвеладзе; Д.А. Соломин

ВНИИ крахмалопродуктов, п. Коренево, Московская обл.

В. В. Ананьев, канд. техн. наук, профессор; И.Ю. Васильев

Московский политехнический университет

Использование биологически разлагаемых пластических изделий массового потребления - одно из основных направлений сокращения количества твердого мусора [1]. Изделия из пластических масс под действием факторов внешней среды и продуктов жизнедеятельности микроорганизмов разлагаются в течение очень длительного времени. С целью сокращения срока их разложения применяют модификацию традиционных полимеров с получением биологически разлагаемых материалов [2]. Сочетание синтетического полимера с природным полимером и пластификаторами придает пластическим массам необходимые свойства для биоразложения в микробиологической среде почвенного покрова. Под воздействием внешних

факторов наполнители разрушаются с большой скоростью, вызывают дек-структивные изменения в полимерах, сокращая тем самым время их разложения, а следовательно, и объемы отходов и свалок. Такие материалы представляют собой композиции, где в качестве активатора процесса биоразложения наиболее часто используется природный биополимер крахмал, получаемый из различного вида растительного сырья [3 - 6].

Во многих странах мира ведутся разработки по созданию биоразла-гаемых полимерных материалов, объем которых к 2019 г., по прогнозам экспертов, составит около 1,3 млн т. В связи с этим в ВНИИ крахмалопродуктов проводятся работы по использованию нативных, модифицированных крахмалов и крах-

обрнсцып Щрщцтг

Рис. 1. Физико-механические показатели ТПК в зависимости от соотношения компонентов: 1 - образец № 1

малсодержащих отходов пищевых производств в технологических процессах получения биоразлагаемой полимерной продукции [3, 7, 8]. Ранее нами исследован процесс получения модифицированного кукурузного крахмала методом термопластичной экструзии в присутствии пластифицирующих агентов [9]. С этой целью в лабораторных условиях определены сырьевые ингредиенты-модификаторы, установлены зависимости физико-механических показателей термопластичного крахмала (ТПК) от содержания в смеси нативного крахмала, глицерина, сорбитола, оптимизирован процесс получения ТПК, изготовлены образцы пленок, биоразлагаемость которых выше, чем в исходных полимерах.

Цель данного этапа работы - совершенствование технологии применения ТПК для полимерных пленок с использованием кукурузного крахмала и биоразлагаемой гибридной композиции (БГК), выработанной на опытно-промышленной установке.

Исследования проведены в отделах технологических испытаний и опытного производства ВНИИ крахмалопродуктов, технологии сахаристых крахмалопродуктов и в лаборатории испытаний полимерных пленок Московского политехнического университета. В качестве материала использовали крахмал кукурузный (ГОСТ 32159 - 2013), глицерин дистиллированный марки ПК-94 (ГОСТ 6824 - 96), сорбитол кристаллический (Сертификат соответствия), полиэтилен низкого давления (ГОСТ 16338). Массовую долю влаги в ТПК определяли во влагомере марки «AND» (модель MF-50) при температуре 105 °С по ГОСТ 14043, массовую долю золы - по ГОСТ Р 55800 - 2013, разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение при разрыве при температуре (23±2) °С и относительной влажности (50±5) % - по ГОСТ 14236 - 81. За показатель текучести принимали объем клейстера в 1 см3, вытекшего в мерный цилиндр за время, равное вытеканию 100 см3 дистиллированной воды. Определение диаметра и длины гранул ТПК проводили по ГОСТ Р 51899. Результаты испытаний представляли как среднее арифметическое 3 - 5 определений. Для каждого показателя вычисляли величину стандартного отклонения по ГОСТ 14359 - 69 с точностью, предусмотренной для вычисления среднего арифметического. Образцы ТПК и БГК получали на экструдере фирмы Бра-бендер 1ВЭ-26 и двухшнековом экструдере марки РЗ-КЭД-88, который относится к опытно-промышленному

классу по производительности продукта (200 - 500 кг/ч).

Уточнение соотношений компонентов для производства ТПК. С использованием методов математического планирования ранее нами выявлены параметры оптимального состава ТПК, обеспечивающие максимальную прочность образцов при заданном удлинении [8]. Массовая доля крахмала составила 0,64 (64,1 %), глицерина - 0,301 (30,1 %), сорби-тола - 0,058 (5,8%). Для уточнения соотношения компонентов выработана опытная партия образцов ТПК на лабораторном экструдере. Для этого крахмал смешивали с глицерином и сорбитолом в течение 1 ч, полученную массу загружали в экс-трудер и перерабатывали в пруток при температуре 115 °С на выходе из экструдера. Жгуты ТПК охлаждали и дробили на гранулы в автономном устройстве (грануляторе) до размера 3х4см. Гранулы ТПК использовали для приготовления пленки на основе полиэтилена низкой плотности. Показано, что жгуты ТПК образца № 1, полученного при соотношении компонентов крахмал: глицерин: сорби-тол 64,1:30,1:5,8, имели более низкие значения относительного удлинения при разрыве и максимальной прочности при растяжении, чем жгуты образца № 2, у которого соотношение компонентов составляло 60:30:10 (рис. 1).

Соотношение компонентов в образце № 2 выбрано нами из матрицы планирования экспериментов. Сделан вывод, что более высокие показатели ТПК у образца № 2 должны положительно отражаться на характеристиках готового полимерного изделия. Данное предположение подтвердилось при изготовлении опытных образцов пленки из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП). Для этого гранулы ПЭНП и ТПК при соотношении 70:30 перемешивали, после чего смесь экструдировали и получали пленку. Установлено, что по сравнению с ТПК прочность образца пленки увеличилась более, чем в 3 раза (с 3,69 до 14,32 МПа), а относительное удлинение уменьшилось с 103,86 до 39,36%. Пленка, изготовленная при соотношении компонентов 60:30:10, имела меньше шероховатостей и неровностей, чем пленка, выработанная при соотношении 64,1:30,1:5,8.

Исследование влияния размера гранул ТПК, полученных при соотношении крахмал: глицерин: сорбитол 60:30:10, на показатели пленки показало, что физико-механические характеристики улучшались при уменьшении размера гранул с 3х4 до 2х3 мм.

ы

40

эо

»

ю

54

45,73

14,7

4.ад Ш 1

Максимальная прочность при растяжении. МПа

Относительное удлинение при разрыве, 1',

Максимальная Громкость при

растяжснин. МПа

Относительное удлинение лрп разрыве, %

Размер гранул 3x4 см Размер гранул 2*3 см

Рис. 2. Физико-механические показатели пленки при различном размере гранул ТПК

Таблица 1

Физико-механические и органолептические показатели БГК

№ п / п Соотношение компонентов: ПЭНП: ТПК Максимальная прочность при растяжении, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Органолептические показатели

1 2 3 35:65 45:55 50:50 - - Матовая, неоднородная окраска с вкраплениями крахмала, хрупкая

4 60:40 12,55+3,0 37,04+1,56 Кремовый оттенок, однородная окраска стеклянный вид на срезе

5 70:30 14,85+1,0 40,73 + 8,24 Кремовый оттенок, однородная окраска стеклянный вид на срезе

Установлено, что при размере гранул 2х3 мм у пленки на 30% выше значения удлинения при разрыве и в 3 раза больше максимальная прочность при растяжении, что соответствовало значениям, предусмотренным требованиями ГОСТ 10354 - 82 для пленки продольного направления (рис. 2).

Разработка способа изготовления биоразлагаемой гибридной композиции (БГК) и пленки на ее основе. Для более равномерного распределения ТПК в среде гранул полиэтилена и улучшения органолептических и физико-механических показателей готового изделия изготавливалась БГК на основе ПЭНП и ТПК. Для этого расчетное количество гранул ТПК и ПЭНП при различном их соотношении перемешивали в смесителе и направляли в бункер лабораторной экструзионной установки. Процесс осуществляли при температуре 110...140 °С и скорости шнека 60 -80 мин-1. Жгуты разрезали на гранулы 2х3 мм и использовали для приготовления пленки. Жгуты готовили при соотношениях ПЭНП: ТПК: 35:65;

45:55; 50:50: 60:40; 70:30. Расчетное количество гранулированных ТПК и ПЭНП направляли в смеситель марки УЗ-ДСП-02, тщательно перемешивали и помещали в приемный бункер двухшнековой экструзионной установки.

Прессование образцов БГК проходило через матрицу с диаметром отверстий 3 мм. БГК разрезали на гранулы размером 2х3 мм, после чего направляли на дальнейшую технологическую обработку. Пар, образующийся при прессовании продукта, через матрицу отводили с помощью вентилятора. Жгуты с первыми тремя соотношениями не отвечали требованиям по органолептическим показателям (табл. 1), поэтому их исключили из дальнейших исследований. Из табл. 1 видно, что у жгута с 70% ПЭНП максимальная прочность при растяжении на 18%, а относительное удлинение на 10 % выше, чем у образца, содержащего 60 % ПЭНП, но оба образца имели удовлетворительные органолептические показатели, поэтому далее они ис-

Таблица 2

Температура по зонам экструдера при изготовлении ТПК, БГК и полиэтиленовой пленки

Температура по зонам экструдера, °С

ТПК

1 2 3

90 105 115

БГК

1 2 3

110 120 140

1 120 Пленка 2 140 3 160

жении у пленки практически не отличались от аналогичных значений у БГК, из которых они выработаны, тогда как относительное удлинение при разрыве в 1,7- 1,8 раза выше, чем у БГК. Значительных различий между физико-механическими показателями пленок, изготовленных при исследуемых соотношениях компонентов БГК, не обнаружено. Однако наиболее равномерной и прозрачной консистенция была у пленки из БГК при соотношении ПЭНП: ТПК 70:30, поэтому она и отобрана для испытаний на двухшнековом

БГК

<Е

II)

эь

г»

и и 10 I I

им

11В1

11

и

та

50

во

4«

ы я 10 о

Полимерная пленка на основе БГК

нл 2

11Н

1

2

Максимальная прочность при растяжении, МПа

Относительное

удлинение при разрыве, %

Максимальная прочность при растяжении, МПа

Относительное

удлинение при разрыве, %

Рис. 3. Характеристика показателей качества БГК и полимерных пленок: 1 - ПЭНП: ТПК 60:40; 2 - ПЭНП: ТПК 70:30

Таблица 3

Физико-механические показатели пленок с БГК при различной температуре изготовления ТПК

№п / п Температура, °С Максимальная прочность, МПа Относительное удлинение, %

1 120 13,33±0,21 156,38±3,0

2 170 11,04±0,79 121,35±2,03

3 190 17,22±0,46 183,41±20,0

экструдере РЗ-КЭД-88 в опытном производстве. Параметры экстру-зионного процесса получения ТПК при этом были следующие: температура обработки 120...190 °С; частота вращения шнека 20 - 50 мин-1; продолжительность обработки 45 с; производительность линии 90 кг/ч. Образцы подсушивали при температуре 70.80 °С до влажности 1 - 3%. Массовая доля золы в пересчете на сухое вещество составляла 0,22 %,

Физико-механические свойства и при хранении

текучесть клейстера 65 см3; диаметр гранул 1,8 - 2,0 мм, длина цилиндрической части гранул 2,7 - 3,0 мм; предельное напряжение при растяжении 4,2 МПа; относительное удлинение при разрыве 17,1 %; посторонние включения 2 - 5 шт.

Из ТПК и ПЭНП при соотношении 30:70 выработана опытная партия БГК при температуре на выходе из экс-трудера 140.145 °С и скорости шнека 60 - 70 мин-1. Композиция подсушивалась при температуре 70.80 °С, разрезалась на гранулы с длиной 2,5 - 3,0 мм и диаметром 2,0 - 2,6 мм, после чего направлялась для изготовления пленки методом щелевой экструзии в лабораторию испытаний полимерных пленок. Показатели пленки зависели от температуры экструзии при изготовлении ТПК, максимальные их значения наблюдались при 190 °С (табл. 3). Поверхность пленки была гладкая, светло-серого цвета, без вздутий.

Исследование показателей БГК и полиэтиленовых пленок при хранении. В процессе хранения БГК, изготовленных из ПЭНП и ТПК при соотношении 70:30, исследована растворимость композиций в воде при хранении в течение 60 дней. Установлено, что за 30 дней хранения массовая доля сухих веществ в воде повышалась на 33%, за 60 дней - над водой. Динамика биоразложения БГК и пленок исследована в лотках с биогумусом при 66% (рис. 4), что свидетельствовало об уменьшении массы БГК при контакте с температурой 30 °С и влажности (70±10) % в течение 30 дней с отбором образцов через каждые 10 дней в течение 80 сут. Хранение в биогумусе БГК и пленок осуществляли с одновременным контролем массы образцов, прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и органолепти-ческой оценки. Показано, что прутки

Таблица 4 консистенция прутков ТПК и БГК в биогумусе

пользовались для изготовления пленки методом плоскощелевой экструзии.

Температура обработки смеси в лабораторном экструдере по зонам приведена в табл. 2.

Из рис. 3 видно, что значения максимальной прочности при растя-

№ п / п Наименование образца и соотноше- Прочность при растяжении, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Сроки хранения, дни

ние компонентов Сроки хранения, дни Сроки хранения, дни Масса, г Консистенция прутков

0 1 70 0 1 70 0 80 80

1 ТПК крахмал: глицерин: сорбитол - 60:30:10 3,69 19,25 10,72 - Мелкая масса, перемешанная с землей

2 ПЭНП: ТПК 35:65 9,6 - 9,4 - 20,13 - Короткие прутки, смешанные с землей

3 ПЭНП: ТПК 40:60 10,4 10,2 20,1 50,2 19,54 11,84 Исходная форма

4 ПЭНП: ТПК 60:40 12,5 10,1 38,0 35,4 10,81 4,28 Исходная форма

5 ПЭНП: ТПК 70:30 14,8 11,28 41,7 38,0 9,49 5,55 Исходная форма

Контроль

ТПК

БГК 60:40

БГК 70:30

Рис. 5. Прочность пленок при растяжении в процессе хранения в биогумусе

*

Контроль ТПК БГК 60:40 БГК 70:30

Рис. 6. Относительное удлинение пленки при разрыве в процессе хранения в биогумусе

ТПК и композиция БГК с наибольшей массой крахмала (65%) превращались в рыхлую разрушенную массу, перемешанную с землей (табл. 4).

У БГК с различным содержанием ПЭНП и ТПК наблюдалось уменьшение массы и изменение внешнего вида. Уменьшение массы жгутов к концу хранения в варианте № 3 составило 65%, тогда как у образцов № 4 и № 5 с содержанием ТПК 40 и 30% - 252 и 171% соответственно. Прочность при растяжении образцов при содержании ТПК 30 и 40% снизилась на 23 - 31%, относительное удлинение увеличилось на 7 - 10 %, а с содержанием ТПК 60 % - в 2,5 раза, что свидетельствует о наличии процесса биоразложения БГК.

Результаты оценки физико-механических характеристик пленочных образцов через 1 мес хранения приведены на рис. 5 и 6. За контроль принята пленка 1 сорта, толщиной до 100 мкм, изготовленная по ГОСТ. Толщина пленок опытных образцов находилась в диапазоне 0,075 - 0,145. За 30 дней хранения у опытных образцов закономерно понижалась прочность при растяжении, значительнее всего она изменялась у образца, приготовленного с одним ТПК. Прочность пленок при соотношении в БГК ПЭНП: ТПК 60:40 к концу хранения уменьшилась на 43 %, при соотношении ПЭНП: ТПК 70:30 - на 27% (рис. 5); удлинение при разрыве увеличилось на 10 и 49% соответственно (рис. 6). Полученные данные указывают на начало изменения консистенции полимерной пленки и ее деструкцию в гумусе.

На основании результатов лабораторных исследований и опытно-промышленной проверки технологии ТПК и пленки с БГК разработаны принципиальная (рис. 7) и аппаратурно-технологическая схемы производства ТПК, ТУ 9187-134-00334735-16 «Крахмал термопластичный» и про-

ект Технологического регламента на производство биоразлагаемой полиэтиленовой пленки, утвержденные в установленном порядке.

Заключение. Уточнены соотношения кукурузного крахмала, глицерина, сорбитола, размер гранул, температурные режимы и разработана принципиальная технологическая схема производства ТПК как компонента биоразрушаемых полимерных пленочных изделий. С использованием ТПК разработан способ приготовления БГК как промежуточного продукта для биоразла-гаемой полимерной пленки из ПЭНП, для чего выявлены оптимальные соотношения компонентов с учетом стандартных значений напряжения при растяжении и относительного удлинения при разрыве. В процессе хранения ТПК, БГК и пленки в биогумусе установлены изменения физико-механических свойств, которые свидетельствуют о вероятности ускоренного разложения изделий в почве. Разработана нормативная

документация на производство ТПК и биоразлагаемой полиэтиленовой пленки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вильданов, Ф.Ш. Биоразлагаемые полимеры - состояние и перспективы ис-пользования/Ф.Ш. Вильданов [и др.] // Башкирский химический журнал. -2012. - Т. 19. - № 1. - С. 135 - 139.

2. Asyakina L. K., Dolganyuk V. F., Belova D.D., Peral M.M., Dyshlyuk L.S. The stady of reological behavior and safety metrics of natural biopolymers // Food and Raw Materials. - 2016. - V. 4. - № 1. -P. 70 - 78.

3. Краус, С. В. Физико-химические свойства полимерных композиций с использованием крахмала/ С. В. Краус [и др.] // Хранение и переработка сель-хозсырья. - 2011. - № 1. - С. 8 - 11.

4. Zamudio-Flores, Р.В. Effect of dual modification of banana starch and storage time on thermal and crystallinity characteristics of its tims/P.B. Zamudio-Flores, F. Gutierrez-Meras, L.A. Bello-Perez // Starke. - 2011. - № 9. - P. 550 - 556.

5. Koroleva, A., Lukanina Y., Khvatov A., Popov A., Monakhova T., Huebner M. Oxo-

biodegradability of polyethylene blends with starch, cellulose and synthetic additives/ A. Koroleva, Y. Lukanina, A. Khvatov, A. Popov, T. Monakhova, M. Huebner // Chemistry and Chemical Technology. - 2012. - V. 6. - № 4. -P. 405 - 413.

6. Ольхов, А.А. Технологические свойства биоразлагаемых композиционных материалов на основе полиэтилена и крахмала/А. А. Ольхов [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. - Т. 18. - № 16. -С. 105 - 110.

7. Лукин, Н.Д. Технология получения термопластичных крахмалов/ Н. Д. Лукин, И.С. Усачев // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2015. - № 4 (66). - С. 156 - 159.

8. Lukin, D. Application of thermoplastic starch and starch containing waste of food industry in biodegradable polymer compositions/ D. Lukin, V. Kolpakova, V. Ananyev, N. Lukin, I. Usachev, A. Sardjveladze and D. Solomin // Proceedings of the 12th International Conference on Polysaccarides-Clycoscience / Prague, 19 21 th Oktober, 2016. - P. 58 - 62.

9. Колпакова, В. В. Отходы пищевой

промышленности АПК - перспективное сырье для биоразлагаемых упаковочных композиций/В.В. Колпакова [и др.] // Пищевая промышленность. - 2008. -№ 6. - С. 16 - 19.

REFERENCES

1. Vil'danov F.Sh. et al. [Biodegradable polymers - condition and prospects of use]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal, 2012, vol. 19, no. 1, pp. 135 - 139.

2. Asyakina L.K., Dolganyuk V.F., Belova D.D., Peral M.M., Dyshlyuk L.S. The stady of reological behavior and safety metrics of natural biopolymers. Food and Raw Materials, 2016, vol. 4, no. 1, pp. 70 - 78.

3. Kraus S.V. et al. [Physico-chemical properties of the polymer compositions using starch]. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya, 2011, no. 1, pp. 8 - 11.

4. Zamudio-Flores Р. В., Gutierrez-Meras F., Bello-Perez L.A. Effect of dual modification of banana starch and storage time on thermal and crystallinity characteristics of its tims. Stärke, 2011, no. 9, pp. 550 - 556.

5. Koroleva A., Lukanina Y., Khvatov A., Popov A., Monakhova T., Huebner M. Oxo-biodegradability of polyethylene blends

with starch, cellulose and synthetic additives. Chemistry and Chemical Technology, 2012, vol. 6, no. 4, pp. 405 -413.

6. Ol'khov A. A. et al. [Technological properties of biodegradable composite materials based on polyethylene and starch]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 2015, vol. 18, no. 16, pp. 105 - 110.

7. Lukin N.D., Usachev I.S. [Technology for producing thermoplastic starches]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernykh tekhnologii, 2015, vol. 4, no. 66, pp. 156-159.

8. Lukin D., Kolpakova V., Ananyev V., Lukin N., Usachev I., Sardjveladze A., Solomin D. Application of thermoplastic starch and starch containing waste of food industry in biodegradable polymer compositions. Proceedings of the 12th International Conference on Polysaccarides-Clycoscience . Prague, 19-21th Oktober, 2016, pp. 58 - 62.

9. Kolpakova V. V. et al. [Waste of the food industry of the agroindustrial complex is a promising raw material for biodegradable packaging compositions]. Pishchevaya promyshlennost', 2008, no. 6, pp. 16 - 19.

Cовершенствование технологии применения термопластичного крахмала для биоразлагаемой полимерной пленки

Ключевые слова

биогибридная композиция; биоразлагаемая полиэтиленовая пленка; нормативная документация; термопластичный крахмал

Реферат

Полимерные изделия, используемые человеком в обычных условиях, хранятся многие десятилетия и не уничтожаются в мусорных свалках. Отсюда основная цель выполненных исследований - развитие направления по созданию биоутилизируемых полимерных материалов для защиты окружающей среды. Для получения таких материалов на предыдущем этапе авторами в лабораторных условиях разработаны технологические режимы модификатора для полиэтилена низкой плотности - термопластичного крахмала (ТПК), который при взаимодействии с синтетическим материалом играет роль сополимера и ускоряет процесс его разложения. Цель данного исследования заключалась в уточнении технологических режимов и принципиальной технологической схемы получения биоразрушаемых полимерных пленочных изделий с использованием кукурузного крахмала и разработке нормативной документации на производство пленки в опытно-промышленных условиях. Ожидаемый эффект - расширение ассортимента модифицирующих компонентов для биоразлагаемых полимерных изделий на основе полиэтилена с целью импортозамеще-ния сырьевых компонентов. Для этого установлены более уточненные соотношения компонентов для производства термопластичного крахмала (ТПК) и режимы экструзионной переработки полиэтилена низкой плотности и пластификаторов (глицерин, сорбитол). Разработан способ приготовления биоразлагаемой гибридной композиции (БГК) с ТПК как промежуточного продукта для полимерной пленки; исследованы физико-механические характеристики БГК и пленки при различном соотношении компонентов с учетом стандартных значений напряжения и относительного удлинения при разрыве. В процессе хранения БГК и пленок в почве выявлены изменения физико-механических свойств, свидетельствующие об ускоренном разложении изделий. Проведены опытно-промышленные испытания получения ТПК, разработаны ТУ «Крахмал термопластичный» и проект Технологического регламента производства биоразлагаемой полиэтиленовой пленки методом плоскощелевой экструзии.

Авторы

Колпакова Валентина Васильевна, д-р техн. наук, профессор, Усачев Иван Сергеевич, Сарджвеладзе Аслан Сергеевич, Соломин Дмитрий Анатольевич

ВНИИ крахмалопродуктов, 140051, Московская обл., Люберецкий р-н, п. Коренево, ул. Некрасова, д. 11, Val-kolpakova@rambler.ru; vaneo20012@mail.ru; chaush2007@mail.ru; solominnitya@yandex.ru Ананьев Владимир Владимирович, канд. техн. наук, профессор, Васильев Илья Юрьевич

Московский политехнический университет, 127550, Москва,

ул. Прянишникова, д. 2А, vovan261147@rambler.ru; iljanaras@yandex.ru

Perfection of technology of application of thermoplastic starch for biodegradable polymeric film

Key words

biohybrid composition; biodegradable polyethylene film; normative documentation; thermoplastic starch

Abstracts

Polymer products used by humans under normal conditions are stored for many decades and are not destroyed in garbage dumps. Hence the main goal of the research is to develop a direction for the development of biologically-based polymer materials for environmental protection. To obtain such materials at the previous stage, the authors developed in laboratory conditions the technological modifier modes for low density polyethylene - thermoplastic starch (TPC), which, when interacting with the synthetic material, plays the role of a copolymer and accelerates the process of its decomposition. The purpose of this study was to clarify the technological regimes and the principle technological scheme for the production of biodegradable polymer film products using corn starch and the development of regulatory documentation for film production under experimental industrial conditions. The expected effect is the expansion of the assortment of modifying components for biodegradable polymeric products based on polyethylene for the purpose of import substitution of raw components. To this end, more precise ratios of components for the production of thermoplastic starch (TPC) and extrusion processing of low-density polyethylene and plasticizers (glycerol, sorbitol) have been established. A method for preparing a biodegradable hybrid composition (BGK) with TPA as an intermediate for a polymer film was developed; The physico-mechanical characteristics of BGK and films were studied at different component ratios, taking into account standard values of stress and elongation at break. During the storage of BGK and films in the soil, changes in the physical and mechanical properties were revealed, indicating an accelerated decomposition of products. Experimental-industrial tests of TPK production have been carried out, the technical specification «Starch thermoplastic» has been developed and the draft of the Technological Regulations for the production of biodegradable polyethylene film by the method of flat-slit extrusion.

Authors

Kolpakova Valentina Vasilevna, Doctor of Technical Sceince, Professor, Usachev Ivan Sergeevich, Sardzhveladze Aslan Sergeevich, Solomin Dmitry Anatolyevich,

All-Russian Research Institute of Starch Products, 11, Nekrasova St., Village Kraskovo, Luberetskiy District, Moscow region, 140051, Val-kolpakova@rambler.ru; vaneo200l2@mail.ru; chaush2007@mail.ru; solominnitya@yandex.ru

Ananiev Vladimir Vladimirovich, Candidate of Technical Sceince, Professor, Vasilev Ilia Yurievich,

Moscow Polytechnic University 127550, Moscow, ul. Pryanishnikova, 2A, vovan261147@rambler.ru; iljanaras@yandex.ru