СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИЙ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ БИОДЕСТРУКЦИИ, НА ОСНОВЕ ПРОСТОГО ЭФИРА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
METHOD OF PREPARING BIODECOMPOSABLE COMPOSITIONS BASED ON CELLULOSE ETHER

Изобретение относится к способу получения композиций, подвергающихся биодеструкции, на основе простого эфира целлюлозы - метилцеллюлозы и предназначено для использования в косметических или медицинских целях в качестве косметических масок для кожи или медицинских повязок и при изготовлении упаковочных материалов.
Известен способ получения биоразлагаемых формованных изделий и способ их получения (патент RU 2066332, 1996.09.10), в состав которых входят крахмал, полимер, совместимый с крахмалом, в частности сополимер этилена с акриловой кислотой и/или сополимер этилена с виниловым спиртом и расширяющий агент. Недостатком является использования некоторых дорогостоящих компонентов.
Известен способ получения биоразлагаемых композиций, включающих крахмал и сложные эфиры полисахаридов (патент RU 2001108583, 2003.02.10). Недостатком является техническая сложность выполнения способа.
Известен способ получения биоразлагаемых пленок, проницаемых для воздуха и водяного пара, и способ их получения (патент RU 2256673, 2005.07.20). Однако данный способ имеет узкий диапазон применения и может быть использован при изготовлении таких изделий, как детские пеленки, женские гигиенические продукты, больничные простыни.
Наиболее близкими к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту являются составы и способы изготовления изделий с ячеистой матрицей с крахмальным связующим (патент RU 97103998, 1999.05.20). Недостатком крахмалсодержащих продуктов является их повышенная способность к впитыванию влаги, в результате чего они могут оказаться непригодными для изготовления пленок.
Большая часть разработанных к настоящему моменту полимеров с регулируемым сроком службы, кроме безвредных, содержит в своем составе специальные добавки, обеспечивающие фотодеструкцию, которые, как правило, токсичны и способны загрязнять окружающую среду как при переработке материала, так и при его эксплуатации и утилизации.
Цель изобретения - разработка способа получения композиций, представляющих из себя смесь углеводов и белков природного происхождения, подвергающихся биодеструкции.
Биодеструкция - это совокупность реакций изменения или разрушения существенных элементов строительной конструкции в результате деятельности микроорганизмов: бактерий, плесени, грибка или водорослей. Упомянутые процессы деструкции приводят к снижению молекулярной массы полимера.
Рзработанные композиции содержат высокомолекулярную основу органической природы (производные целлюлозы, желатин, казеин), являющуюся питательной средой для микроорганизмов.
Для этого в предлагаемом способе при формировании композиций, подвергающихся биодеструкции, использовалась метилцеллюлоза с содержанием метоксильных групп от 26 до 33%. С повышением степени метилирования гигроскопичность метилцеллюлозы увеличивается. Это объясняется тем, что в макромолекулах целлюлозы имеет место взаимонасыщение большинства гидроксильных групп с образованием водородных связей. При достижении более высокой степени замещения в области 26-33% содержания метоксильных групп метилцеллюлоза растворяется в воде. При дальнейшем увеличении метоксильных групп до 38% и выше она теряет свою растворимость.
Способ получения композиций, подвергающихся биодеструкции, заключается в следующем.
Получают 3-5% раствор метилцеллюлозы. Для этого метилцеллюлозу вносят в воду с температурой 50÷60°С. Смесь выдерживают 1,5÷2 часа. Температурный режим обусловлен следующими ограничениями. При температуре ниже 50°С и выше 60°С процесс гелеобразования замедляется.
Для исключения образования пузырьков воздуха в 5% растворе метилцеллюлозы необходимо выдерживание полученного раствора при температуре 8÷10°С в течение 12-15 часов.
В полученный коллоидный гель метилцеллюлозы вводят реагент для модификации реологических характеристик, гигроскопический материал для сохранения влаги внутри композиции, пластификатор, придающий изделию гибкость, антибактериальный агент и перемешивают до однородного состояния.
В качестве реагента для модификации реологических характеристик используют белок животного происхождения - желатин или казеин в концентрации от 3 до 8% от общей массы составляющих композиции.
2
3
2
В качестве гигроскопического материала для сохранения влаги внутри композиции используют СаСl или Ca(NO) в концентрации, составляющей от 0,5 до 2% от общей массы составляющих композиции.
В качестве пластификатора, придающего изделию гибкость, используют глицерин или полиэтиленгликоль в концентрации от 0,5 до 1% от общей массы составляющих композиции.
В качестве антибактериального агента используют азотно-кислое серебро в концентрации от 0,05 до 0,1% от общей массы составляющих композиции.
Полученную композицию наносят на гладкую стеклянную поверхность желаемой формы толщиной от 1 до 3 мм и оставляют на воздухе при температуре 20÷22°С на 2-3 суток до полного высыхания.
Способность пленки к биоразложению (кинетику биодеградации) оценивали по потери массы с учетом целлюлазной и протеолетической активностей микроорганизмов, выделенных из почвенной среды и высаженных на фрагменты биоразлагаемой пленки m=0,5-0,6 г, помещенные в чашки Петри и инкубируемые над водой в термостат при температуре 35°С в течение 14 суток.
Способность биополимеров к деградации исследовали в присутствии бактерий рода Bacillus: В.radiobacter; В.megaterium; В.subrugosum; В.necrosis; В.mycoides; S.pyogenes albus; Microc. citreus granulatus; B.mycoides roseus; B.casei (Adametz), выделенных из почвенной суспензии. Наиболее значительный вклад в процесс биодеструкции пленок вносили микроорганизмы В.necrosis, Microc. citreus granulatus, S.pyogenes albus.
Данный способ получения композиций, подвергающихся биодеструкции, поясняется конкретными примерами.
2
Пример 1. В емкость, снабженную мешалкой, вносят воду с температурой 50÷60°С и метилцеллюлозу в количестве, необходимом для получения 5% раствора метилцеллюлозы. Смесь выдерживают 1,5÷2 часа. В полученный гель 5% раствора метилцеллюлозы в воде объемом 100 мл добавляют 25 мл 3% раствора казеина и перемешивают в течение 5 минут. В полученную гелеобразную смесь вводят 50 мл 5% раствора CaCl и 1,5 г глицерина. Полученную смесь перемешивают 5 минут. На последнем этапе вводится 0,1 г азотно-кислого серебра. Смесь тщательно перемешивают и заливают в чашки Петри толщиной слоя полученной композиции 2-3 мм и оставляют на воздухе при температуре 20÷22°С на 3 суток до полного высыхания. Получают пленки круглой формы, легко отделяемые от стеклянной поверхности.
3
2
Пример 2. В емкость, снабженную мешалкой, вносят воду с температурой 50÷60°С и метилцеллюлозу, в количестве необходимом для получения 3% раствора метилцеллюлозы. Смесь выдерживают 1,5÷2 часа. В полученный гель 3% раствора метилцеллюлозы в воде объемом 100 мл добавляют 50 мл 4% раствора желатина и перемешивают в течение 5 минут. В полученную гелеобразную смесь вводят 40 мл 5% Са(NО) и 2 г полиэтиленгликоля. Полученную смесь перемешивают 5 минут. На последнем этапе вводится 0,15 г азотно-кислого серебра. Смесь тщательно перемешивают и полученную композицию помещают на стеклянную пластину размерами 10×10 см желаемой формы с толщиной слоя полученной композиции 2-3 мм и оставляют на воздухе при температуре 20÷22°С на 2 суток до полного высыхания. Получают пленки различной формы в зависимости от приданной во время сушки, пленки легко отделяются от стеклянной поверхности.