Биоразлагаемая репеллентная упаковочная пленка

Изобретение соответствует области упаковочных пленок, которые предохраняют упакованные текстильные, меховые, перьевые изделия от порчи насекомыми, а после использования во время утилизации в почве ускоренно разлагаются под действием почвенных микроорганизмов. Биоразлагаемая репеллентная упаковочная пленка на основе полиэтилена наполнена крахмалом и снабжена поверхностным (толщиной 10-30 мкм) слоем, находящимся в состоянии студня. Дисперсионной жидкостью студня является эфирное масло, выбранное из группы - мятное, полынное, шалфейное масла. Пары эфирного масла, являющегося эффективным репеллентом, выделяются внутрь пленочной упаковки и отпугивают насекомых-вредителей. В период утилизации использованной пленки в почве эфирные масла выбранной группы не оказывают биоцидного действия на почвенные микроорганизмы, т.е. не замедляют их иммобилизацию на пленке и рост их колоний, осуществляющих биодеградацию макромолекул. Эфирные масла имеют обширную, непрерывно возобновляемую, отечественную сырьевую базу и гораздо менее токсичны, чем инсектициды, убивающие насекомых. Биоразлагаемые репеллентные пленки найдут применение в тароупаковочном производстве как средство предохранения упакованных изделий от повреждения насекомыми. Такой упаковочный материал подвергается ускоренному биоразложению в почве и отвечает жестким требованиям современного экологического законодательства.

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 [Патент на полезную модель 51457 РФ. Изделие для отпугивания насекомых / Ткаченко Ю.А. МПК А01М 1/20. Опубл. 2006]. 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 [Патент 1236 РБ. Активная полимерная упаковочная пленка / Макаревич А.В., Гольдаде В.А., Ухарцева И.Ю., Вертячих И.М., Пинчук Л.С. МПК С8L 23/06, C08J 5/18, А22С 13/00. Опубл. 1996]. В упаковочной пленке [Патент 2291882 РФ. Пленка инсектицидная упаковочная / Пинчук Л.С, Ермолович О.А., Рогова А.Н., Разумков А.Ф., Шашкова Т.М. МПК С08К 5/00, A01N 25/18, В32В 27/32. Опубл. 2007] 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 [Патент 1949 РБ. Способ получения полимерной пленки / Пинчук Л.С, Макаревич А.В, Царенко И.В. МПК C08J 5/18. Опубл. 1997].

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.

Этого недостатка лишены пленки, изготовленные из композиций на основе полиэтилена (в том числе, химически модифицированного), наполненного крахмалом [Патент 9125 РБ. Биоразлагаемая композиция на основе полиэтилена / Ермолович О.А., Пинчук Л.С, Макаревич А.В., Кривогуз Ю.М. МПК С08L 23/26, 3/02. Опубл. 2007]. 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 [Патент 2062575. Репеллент от моли / Кульчицкий М.М., Голик Г.А. МПК A01N 25/00, 31/06. Опубл. 1996]; отдушки, выбранные из группы трициклодеценилаллилового эфира и др. [Патентная заявка 2001112113 РФ. Репелленты против насекомых / Бехен Д.М., Берч Р.А. МПК А61К 7/40. Опубл. 2003]; композиции на основе метандиола и др. [Патентная заявка 2006145062 РФ. Репеллентные композиции для насекомых / Зели Б., Аскит И., Гоус Ш., Ванденерик Ж. МПК А01М 1/00, A01N 65/00. Опубл.. 1998]. Известен способ отпугивания платяной моли с помощью эфирного масла змееголовника [Патентная заявка 96118926 РФ. Способ отпугивания платяной моли / Архипов Ю.В., Бакова Н.Н., Безгин В.М. и др. МПК А01М 1/00, A01N 65/00. Опубл. 1998].

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 [Патент 5114 РБ. Биоразалагаемая упаковочная полимерная пленка / Пинчук Л.С., Макаревич А.В., Власова А.В., Сыцко BE. МПК С08К 5/00. Опубл. 2003 (прототип)]. Она состоит из полиэтилена (47-75% масс), наполненного крахмалом (20-48% масс), и содержит жидкий инсектицид (2-7% масс), выбранный из ряда перметрин-циперметрин-лимонен.

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 на основе полиэтилена, наполненного крахмалом, содержащей инсектицид, 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 ТТ_пл (Т_пл - температура плавления полиэтилена) образуют с ним коллоидные растворы, которые при охлаждении до Т<Т_пл превращаются в студни II рода. 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 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 3:1 (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% масс.)+ПКр (25% масс.) подвергали экструзионному гранулированию. Гранулят перерабатывали в пленку на рукавно-пленочном агрегате типа ЛРП в соответствии со способом [Патент 1949 РБ. Способ получения полимерной пленки / Пинчук Л.С., Макаревич А.В, Царенко И.В. МПК С08J 5/18. Опубл. 1997], сливая эфирное масло по внутренней поверхности рукава ниже уровня его кристаллизации эфирное масло. Полиэтиленовые пленки, наполненные крахмалом, имели толщину 75±5 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% масс.) и перерабатывали смесь в пленку аналогичной толщины на рукавно-пленочном агрегате по стандартной технологии. Температуры в зонах экструдера и экструзионной головки не превышали 200°C, чтобы не происходило кипение перметрина.

Испытаниям подвергали следующие типы пленок:

1 - обычная биоразалагаемая, получена из гранулята без модифицирования эфирными маслами;

2-4 - согласно изобретению, содержащие в поверхностоном слое мятное, полынное и шалфейное масла;

5 - пленка прототип.

Антимольное действие пленок оценивали ускоренным способом. В покрытые марлей емкости, заселенные бабочками платяной моли (Tineola biselUeUa), помещали квадратные (10×10 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 (ТУРБ 100261684.003-2006) на глубину 5-7 см. Раз в неделю емкости с грунтом поливали. Периодически образцы извлекали и испытывали с помощью разрывной машины Instron. Результаты испытаний, обработанные методами математической статистики, приведены в таблице 1.

Таблица 1
Тип пленки	Значения в(МПа) пленок после времени экспозиции в почве (мес.)
0	2	3	5	8	10	12
1	4,7	7,0	6,8	3,1	1,9	0,7	0,5
2-4	4,5	7,1	6,9	3,0	1,8	0,6	0,4
5 (прототип)	4,3	7,1	7,2	6,0	4,0	3,5	3,2

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 отчается. 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.

Биоразлагаемая репеллентная упаковочная пленка на основе полиэтилена, наполненного крахмалом, содержащая инсектицид, отличающаяся тем, что в качестве инсектицида выбран репеллент из группы эфирных масел - мятное, полынное, шалфейное, который в виде дисперсионной жидкости распределен в поверхностном слое пленки, находящемся в состоянии студня.