Область техники

Изобретение относится к способам производства экологической одноразовой посуды, которая полностью разлагается в условиях окружающей среды, не загрязняя ее, а именно к способам производства посуды, которая не содержит синтетических составляющих и способна полностью разлагаться в естественных условиях.

Описание предшествующего уровня техники.

На сегодняшний день остро стоит проблема загрязнения окружающей среды различными видами пластиковых отходов, достаточно большую часть которых составляют отходы упаковки и одноразовой посуды: тарелки, вилки, ложки и тому подобное. Одним из вариантов решения проблемы является применение упаковки и одноразовой посуды с частичным использованием полимеров, которые биологически разлагаются, например, бумажная одноразовая посуда, покрытая тонкой пленкой полимерной ламинации или композиции полимеров природного и синтетического происхождения. Однако такие изделия не в полной мере подвергаются биологической деградации и оставляют после себя так называемое «микропластиковое» загрязнение. В качестве материалов для одноразовой посуды, которая полностью биологически разлагается, сегодня представлен деревянный шпон, чистая бумага, или композиции с использованием крахмала. Однако, изделия из таких материалов полностью не удовлетворяют потребительские требования относительно их прочности и функциональности при контакте с жидкостями.

Из уровня техники известный способ изготовления одноразовой посуды из бумажной массы (патент Великобритании N° GB 1326005, 08.08.1973), которую прессуют для придания нужной формы и прочности изделия.

Недостатком известного решения является то, что посуда, изготовленная из бумаги, быстро размокает и теряет свою форму и свойства.

Из уровня техники известна саморазлагающаяся одноразовая посуда и способ ее производства (патент РФ JVb RU 2309652 С2, 10.11.2007), согласно которому посуду изготавливают прессованием композиции, которая содержит остатки урожая: солому

1

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) зерновых культур и оболочки семян зерновых культур, кукурузную муку, кору шелковицы, мох, и смесь муки из зерна и зерновых культур.

Недостатком известного решения является большое количество составных частей композиции, необходимых для изготовления посуды, что значительно усложняет изготовления одноразовой посуды. Кроме того, посуда, изготовленная из такой композиции, быстро размокает под действием влаги вследствие применения в композиции муки.

Наиболее близким по технической сути к предложенному техническому решению является способ изготовления формованных изделий, биологически разлагающихся, в частности посуды и упаковочной тары (патент Украины UA 114342 С2, 25.05.2017), согласно которому сыпучие отруби, преимущественно пшеничные отруби, с гранулометрическим составом от 0,01 до 2,80 мм в количестве 95-100 мас.%, содержащие более 14 мас.% воды, структурно связанной в форме влаги, если это необходимо, смешивают в сухой форме с дополнительными веществами в количестве всего до 5 мае. % и измеренное количество сухого материала, полученного таким образом, помещают в одну из частей формы, состоящей из нескольких частей, затем форму закрывают и смесь подвергают одновременному воздействию температуры и давления в диапазоне 1-10 МПа. Форму нагревают до температуры выше 120 ° С, затем форму закрывают и затем сбрасывают давление, образуя таким образом щель между краями формы, не шире 0,5 мм, и затем форму, если это необходимо, закрывают снова и циклы сброса давления повторяют. После последнего цикла форму открывают, при этом число циклов сброса давления составляет менее 1, а полный цикл сброса давления и закрывания формы занимает несколько секунд и заканчивается согласно программе устройства, с помощью которой осуществляется цифровой контроль формы в зависимости от рассчитанных параметров конечного продукта.

Недостатком известного способа является сложность процесса изготовления посуды, поскольку формирование формованных изделий является очень чувствительным к изменениям всех параметров, таких как давление, температура, влажность сырьевого материала, продолжительность времени закрытия формы и открытия. Незначительное изменение по меньшей мере одного из таких параметров вызывает неконтролируемое повышение давления, при котором происходит разрыв продукта при открытии формы уже в первом цикле.

2

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Еще одним недостатком является необходимость дополнительного покрытия готового изделия пленкообразующим слоем, поскольку без него готовые изделия из отрубной массы уязвимы к воздействию жидкостей, а покрытие изделий пленкой полимеров приводит к загрязнению окружающей среды, то есть ухудшает биологическую деградацию изделий и изделие уже не является полностью биологически распадающимся в естественных условиях.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является создание способа производства одноразовой посуды из биополимерного композитного материала, который полностью разлагается в окружающей среде в естественных условиях и не требует особых условий утилизации, упрощение процесса изготовления одноразовой посуды и наделение готовой продукции прочностью и устойчивостью к воздействию жидкостей.

Технический результат предлагаемого способа заключается в обеспечении возможности изготовления одноразовой посуды из натурального экологического сырья, которое полностью разлагается в окружающей среде в естественных условиях и не требует особых условий утилизации, и в повышении степени экологичности всего процесса производства одноразовой посуды, и в снижении загрязнения окружающей среды за счет предложенных этапов способа, не производящие вредных веществх при их осуществлении, в упрощении процесса изготовления одноразовой посуды за счет применения стандартного оборудования, в ускорении технологического процесса изготовления одноразовой посуды за счет предложенного массового соотношения целлюлозного армирующего каркаса к полимерной матрице, а также за счет предложенных температурных условий сушки, и в улучшении функциональных и потребительских свойств одноразовой посуды, в том числе в повышении прочности и устойчивости одноразовой посуды к воздействию жидкостей за счет использования полимерной матрицы как пропитывающего компонента.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе производства одноразовой посуды ее изготавливают из биополимерного композитного материала, который представляет собой полимерную матрицу, армированную целлюлозным волокном, при этом способ включает этапы, на которых:

3

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) осуществляют предварительное формование целлюлозного армирующего каркаса для одноразовой посуды, для чего на сетчатую форму отливают целлюлозную пульпу и осуществляют удаление жидкости из пульпы с помощью механического отжима,

осуществляют прессование и сушку сформованного целлюлозного армирующего каркаса с помощью горячего пресса со сменными штамп-матрицами,

- осуществляют просачивание высушенного сформованного целлюлозного армирующего каркаса полимерной матрицей и получают заготовку одноразовой посуды,

- осуществляют полимеризацию заготовки одноразовой посуды, включающую ее сушку при предварительно установленной температуре до полной полимеризации заготовки по всему ее объему и получают готовую одноразовую посуду,

- осуществляют кондиционирование готовой одноразовой посуды для удаления из нее остаточных запахов.

Подробное описание изобретения.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Для изготовления одноразовой посуды, например, вилки или тарелки, осуществляют предварительное формование целлюлозного армирующего каркаса из целлюлозных волокон, для чего на сетчатую форму отливают целлюлозную пульпу. Целлюлозной пульпой, которую используют для армирующего каркаса, является суспензия волокон целлюлозы в воде или в воде с добавлением биологически клеевых веществ в соотношении от 1 до 10% масс целлюлозы. Вследствие такой отливки на сетчатую форму осуществляется фильтрация волокон целлюлозы на сетке, а жидкость проходит сквозь сетку и удаляется. Для более полного удаления жидкости применяют механический отжим волокон целлюлозы на сетке.

После этапа формирования и отжимания армирующего каркаса его прессуют и сушат при помощи горячего пресса со сменными штамп-матрицами для окончательного просушивания и уплотнения каркаса. На этом этапе для каждого типа изделия - вилки, тарелки и т.д. используют штамп-матрицы своей формы.

Далее, отштампованный просушенный каркас изделия пропитывают полимерной матрицей в соотношении от 5 до 50 мас.% полимерной матрицы к массе каркаса изделия. Экспериментально было установлено, что оптимальным является соотношение от 10 до 15% масс полимерной матрицы к массе каркаса изделия. При таком соотношении каркас изделия приобретает достаточную прочность для обеспечения необходимых физических и

4

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) потребительских свойств при низком расходе полимерной матрицы. Также при таком соотношении значительно сокращается время полимеризации полимерной матрицы и ускоряется процесс изготовления одноразовой посуды. В качестве полимерной матрицы могут выступать любые пригодные для контакта с пищевыми продуктами растительные масла, которые полностью или частично высыхают. Например, такими маслами могут быть: льняное масло, конопляное масло, соевое масло, кукурузное масло, подсолнечное масло и тому подобное. Данные масла могут применяться как в натуральном виде, так и с использованием предварительной обработки. Например, с целью ускорения полимеризации масла в составе биополимерного композитного материала можно применять мягкую температурную предварительную полимеризацию, окислительное уплотнение, ультрафиолетовую предварительную полимеризацию и осветление с последующей фильтрацией или без нее. Пропитка может осуществляться как при нормальных условиях, так и при повышенной температуре для временного снижения вязкости масел в составе полимерной матрицы, которое обеспечивает более быстрое просачивание всего целлюлозного каркаса изделия. Температуру выбирают и устанавливают в зависимости от состава полимерной матрицы и типа применяемых масел.

В одном из вариантов осуществления, целлюлозный армирующий каркас может быть дополнительно укреплен предварительным просачиванием эфирами целлюлозы или клеями на основе крахмала любым известным методом, например, разбрызгиванием или погружением армирующего каркаса в растворы.

После пропитки осуществляют полимеризацию заготовки одноразовой посуды, что в зависимости от используемых масел включает сушку при предварительно установленной температуре и / или облучении заготовки УФ-излучением с продувкой воздухом или без продувки. Применение продувки применяют в зависимости от состава полимерной матрицы и типа масла, поскольку разные типы масел имеют различную интенсивность испарения. При этом, сушка заготовки при предварительно установленной температуре и облучение заготовки УФ-излучением может осуществляться поэтапно, либо одновременно с помощью сушильного тоннеля с установленными в нем УФ- лампами. Данный этап проводят до полной полимеризации заготовки по всему ее объему. В предпочтительном варианте осуществления, сушку заготовок осуществляют при температуре от 110 до 200 ⁰ С. Экспериментально было установлено, что оптимальной температурой для сушки заготовок, пропитанных полимерной матрицей на базе именно растительных масел, является температура от 140 до 150 ° С. Данная температура

5

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) обеспечивает быстрое и полное высыхание полимерной матрицы с обеспечением максимальной ее прочности, так как при значительном увеличении температуры и уменьшении времени сушки могут возникать процессы деградации полимерной матрицы и она может становиться более хрупкой, или полимерная матрица может неравномерно высыхать по всей толщине заготовки.

По завершению полимеризации заготовок одноразовой посуды готовое изделие может продолжать выделять специфический запах, присущий маслам, которые используются в качестве полимерной матрицы. Источником запахов являются летучие невысыхающие компоненты масел, которые постепенно выветриваются через толщу полимерной пленки с масел. Поэтому, для удаления нежелательных остаточных запахов масел осуществляют кондиционирование готовой одноразовой посуды, которое осуществляется путем продувки воздухом или выдержкой при нормальных условиях в течение предварительно установленного времени, или любым другим подходящим для этого способом до полного удаления остаточных запахов.

После окончания этапа кондиционирования получают одноразовую посуду, готовую к использованию.

При необходимости, процесс может включать этап контроля качества готовой продукции. На этапе контроля качества готовой одноразовой посуды отбраковывают дефектные изделия. Дефектами считаются повреждения наружных поверхностей изделий, такие как трещины, перфорация, остаточные запахи и тому подобное. Преимущественно, контроль качества осуществляется в автоматизированном режиме на линиях с использованием устройств машинного зрения и искусственного интеллекта.

После завершения этапа контроля качества готовую одноразовую посуду, прошедшую контроль, упаковывают в индивидуальную или групповую упаковку.

Таким образом, предложенный способ производства одноразовой посуды обеспечивает возможность изготовления одноразовой посуды из натурального экологического сырья, которое полностью разлагается в окружающей среде в естественных условиях и не требует особых условий утилизации, повышает степень экологичности всего процесса производства одноразовой посуды, снижает загрязнение окружающей среды за счет предложенных этапов способа, не производящих вредных веществ при их осуществлении, обеспечивает упрощение процесса изготовления одноразовой посуды за счет применения стандартного оборудования, ускоряет технологический процесс изготовления одноразовой посуды за счет предложенного

6

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) массового соотношения целлюлозного армирующего каркаса к полимерной матрицы, а также за счет предложенных температурных условий сушки, и улучшает функциональные и потребительские свойства одноразовой посуды, в частности повышает прочность и устойчивость одноразового посуды к воздействию жидкостей за счет использования полимерной матрицы как пропитывающего компонента.

7

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)