Разработка биоразлагаемых медицинских композиций для медицинской упаковки

РЕФЕРАТ 8
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 9
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ 10
ВВЕДЕНИЕ 13
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 15
1.1 Классификация биопластиков 15
1.2 Биопластик – термопластичный крахмал 17
1.2.1 Общие сведения 17
1.2.2 Свойства термопластичного крахмала 17
1.2.3 Влияние пластификаторов на крахмал 18
1.3 Лимонная кислота 19
1.3.1 Общие характеристики 19
1.3.2 История открытия и производства лимонной кислоты 20
1.3.3 Области применения лимонной кислоты 20
1.3.4 Химические и физические свойства лимонной кислоты 22
1.4 Полимерные упаковки медицинского назначения 23
1.5 Требования к упаковочным изделиям медицинского назначения. Стандарт GMP 29
1.6 Упаковка на основе биодеградируемых полимерных материалов 32
1.7 Понятие биоразлагаемости и компостирования 34
1.8 Анализ современных исследований 36
1.8.1 Анализ современных исследований смесей на основе термопластичного крахмала 36
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 40
2.1 Объект исследования 40
2.2 Характеристики добавок 44
2.3 Методы исследования 45
2.3.1 Исследование на прочность и относительного удлинения при растяжении 46
2.3.2 Исследование на твердость 47
2.3.3 Исследования биоразлагаемости в смоделированной среде 49
3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 51
3.1 Процесс смешивания 51
3.2 Опрессовка и вырубка лопаточек 53
3.3 Испытание на твердость 54
3.4 Испытание эластичности 55
3.5 Испытание на прочность при разрыве 58
3.6 Результат исследования биоразложения композиций 59
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 74
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 77

Весь текст будет доступен после покупки

В последние годы было предпринято много усилий для разработки биоразлагаемых материалов из-за проблем с окружающей средой и ресурсами во всем мире, вызванных пластиками, полученными из нефти. Крахмал, природный возобновляемый полисахарид из самых разных культур, был одним из перспективных сырьевых материалов для производства биоразлагаемых пластиков [1]. Однако из-за сильных межмолекулярных и внутримолекулярных водородных связей в крахмале, чистый крахмал не является настоящим термопластом. Но в присутствии пластификаторов (например, воды [2], глицерина [3] и др.) при высоких температурах (90–180 С) и сдвиговых усилиях крахмал легко плавится и течет, что позволяет использовать его как инъекционные, экструзионные или Материал для выдувного формования, аналогичный большинству обычных синтетических термопластичных полимеров.
В последние годы появились новые разработки в области разработки биоразлагаемых полимерных продуктов, производство и потребление которых стало эффективным способом защиты окружающей среды от твердых бытовых отходов в различных регионах мира. Экологическая проблема становится глобальной, а стремительный рост использования синтетических пластиков вызывает серьезную озабоченность во многих отраслях.
Чтобы обеспечить благополучие окружающей среды, большинство отходов необходимо правильно перерабатывать. Особенно остро стоит проблема использования синтетических полимеров. Обладая уникальными характеристиками и относительно невысокой стоимостью, они царили почти во всех сферах человеческой жизни в последние десятилетия. Однако производство пластмасс имеет недостатки, в том числе невозобновляемость углеводородного сырья и проблему утилизации из-за выделения высокотоксичных веществ при переработке.
Разумным и прогрессивным решением проблемы переработки отходов синтетических полимеров является создание биоразлагаемых полимеров, которые сохраняют свои эксплуатационные качества в течение всего срока службы, а затем разлагаются на экологически и безопасные для человека материалы, включенные в процесс естественного обмена.
В данной работе рассматривается снижение стоимости композиции на основе глицерина и термопластичного крахмала, а также введения в структура лимонной кислоты. Низкая токсичность, наряду с хорошими экологическими характеристиками, сделало данную смесь идеальным материалом для упаковки использования в медицине. Но у термопластичного крахмала существует ряд недостатков, которые пытаются устранить, вводя добавки.
Цель работы: разработка биоразлагаемых композиций на основе термопластичного крахмала.
Задачи:
1) Анализ научно-технической и патентной литературы по производству, применению и утилизации полимерной медицинской упаковки.
2) Оценка влияния лимонной кислоты на свойства композиции на основе термопластичного крахмала.
3) Оценка влияния лимонной кислоты на время биоразложения композиции на основе термопластичного крахмала.
4) Рассчитать затраты на проведение научно-исследовательской работы.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Классификация биопластиков
Двумя основными критериями, на которых основывается классификация и которые отличают одну группу веществ от другой, являются, во-первых, тип сырья, используемого для их производства (возобновляемое сырье и ископаемые соответственно), и, во-вторых, их способность к самопроизвольному разложению в естественной среде. По этим критериям все пластики можно разделить на четыре группы. Это отражает рисунок 1.

Рисунок 1 – Классификация биопластиков

1) Небиоразлагаемые пластмассы из ископаемого сырья.
Все «традиционные» многотоннажные полимеры, хорошо известные в нефтехимии: полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полиэтилентерефталат, полистиролы, полибутилентерефталат, поликарбонаты, полиуретаны и др.
2) Биоразлагаемый пластик из ископаемого сырья.
Это полностью синтетические материалы, получаемые традиционными методами нефтехимической промышленности из достаточно классического углеводородного сырья, но благодаря своим структурным свойствам они могут быть биоразлагаемыми. Это, в частности, полибутираты (точнее, сополимеры адипиновой кислоты, диметилтерефталата и 1,4-бутандиола; обычное сокращение - PBAT), полибутиленсукцинаты (PBS), поливиниловый спирт (PVAL), поликапролактоны (PKL) и полигликолевые кислота (PGA). К этой группе с очень большими оговорками можно отнести обычные пластики, модифицированные промоторами деполимеризации (группа 2а) или полученные с использованием устойчивых к гидролизу сополимеров (группа 2б). Эта подгруппа в настоящее время практически полностью представлена модифицированным ПЭТФ, где в качестве сополимера используется, например, PBAT.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Перспективы биопластиков. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.rupec.ru/news/30633/ (дата обращения 15.04.2022).
2. Биопластик – термопластичный крахмал. [Электронный ресурс]. URL: https://moybiznes.org/proizvodstvo-bioplastikov (дата обращения 15.04.2022).
3. Г.Г. Няникова, С.М. Комиссарчик, М.В. Хрусталёва, Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института, 17, 56-61(2012)
4. Janssen L., Moscicki L. Thermoplastic Starch. Weinheim, WILEY-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA, 2009.
5. Ruiz H.V. et al. Biodegradability of polyethylene starch blends prepared by extrusion and molded by injection: Evaluated by response surface methodology. Starch, 201, pp. 42-51.
6. Paull R., Quast L. et al. Production and characteri-ration of oxidired cassava starch (Maninot esculenta Crants) biodegradable films. Starch, 2012, 63, pp. 595-603.
7. Samuel Solarski, Manuela Ferreira. Ageing of polylactide and polylactide nanocomposite filaments // Polymer Degradation and Stability 2013. №93. P.707-713.
8. Лошадкин Д.В. Биодеградируемые пластики: типы материалов, основные свойства и перспективы использования в промышленности // Пластические массы. 2002. № 7. С.41-44.
9. Тенденции развития производства полимолочной кислоты в России. [Электронный ресурс]. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tendentsii-razvitiya-proizvodstva-molochnoy-kisloty (дата обращения 17.04.2022).
10. Полимерные композиционные материалы: прочность и технология / С. Л. Баженов [и др.]. – Долгопрудный : Интеллект, 2010. – 347 с.
11. Биоразлагаемые полимеры в центре внимания. – Режим доступа:
http://www.polymery.ru/letter.php?n_id=1687&cat_id=3. – Дата доступа: 03.03.2022. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Полимеры и биополимеры с точки зрения физики; Интеллект - Москва, 2010. - 304 c.
12. Кряжев, В. Н. Последние достижения химии и технологии производных крахмала/ В. Н. Кряжев, В. В. Романов, В. А. Широков // Химия раст. сырья (обзор). –2010. – № 1. – С. 5–12.
13. Суворова, А. И. Биоразлагаемые полимерные материалы на основе крахмала / А. И. Суворова, И. С. Тюкова, Е. И. Труфанова // Успехи химии. – 2000. – Т. 69, № 5. – С. 494–504
14. Шляхтин, А.В. Влияние среды на реакционную способность мономеров в синтезе полилактидов и сополимеров акрилонитрила: дис. канд. хим. наук: 02.00.03, 02.00.06 / МГУ; Шляхтин Андрей Владимирович. – Москва, 2014. – 118 с.
15. Roully, Rigal L. Agro-Materials bibliographic review / Rigal L. Roully // J. Macromolecular Science. – 2002. – Vol. 42, № 4. – P. 441–479.
16. Wang, X.-L. Properties of Starch Blends With Biodegradable Polymers /X.-L.Wang,K.-K.Yang, Y.-Zh. Wang // Macromolecular Science. – 2003. – Vol. 43,№3.–P.385–409.
17. Averous, L. Biodegradable Multiphase Systems Based on Plasticized Starch:Review/ L. Averous // J. Macromolecular Science. – 2004. – Vol. 44, № 4. – P.231–274.
18. Лешина, А. Пластики биологического происхождения / А. Лешина //Химия и жизнь. – 2012. – № 9. – Режим доступа: http://elementy.ru/lib/431802. – Дата доступа: 03.03.2015.
19. Savaris M, Santos V dos, Brandalise RN. Influence of different sterilization processes on the properties of commercial poly(lactic acid). Mater. Sci. Eng.: C. 2016; 69: 661—667.
20. Белов Д.А. Влияние процессов радиационной и гидролитической деструкции на фазовые и релаксационные переходы в поли-L- и поли-D,L-лактидах // Вес. Нац. акад. наук Беларуси Сер.хим. наук. 2010. №1. С. 40–43.
21. Готов, И.Н. Биоразлагаемые полимеры: свойства, практическое использование, утилизация / И.Н. Готов // Экология и промышленность России. — 2007. № 10. - С. 16-19.
22. Колесов, А.А. Ферментативная деградация полимеров / А.А. Колесов. — M.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. 216с.
23. Компостирование органических отходов. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.yaklass.by/p/ekologiya/osnovy-bezopasnosti-pri-obrashchenii-s-othodami/osnovy-bezopasnosti-pri-obrashchenii-s-otkhodami-9800/re-fd299adf-a75a-4cab-a8a4-286db3cc9e18 (дата обращения 21.04.2022).
24. В.Ф. Селеменев, Е.В. Ланцузская, А.В. Крисилов, Г.Ю. Орос, Л.Ф. Науменко, Г.Ю. Харченко, Вестник ВГУ. Серия: Химия, Биология, Фармация, 3, 31-36 (2015).
25. Стандарты регламентирующие биоразложение и компостирование..[Электронный ресурс]. – URL: https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?document_name=DIN%2054900-2&item_s_key=00256599 (дата обращения 01.05.2022).
26. Требования к Утилизируемым полимерным материалам. [Электронный ресурс]. – URL: https://students-library.com/library/read/40962-trebovania-k-polimernym-upakovocnym-materialam (дата обращения 01.05.2022).
27. Учреждения, выдающие сертификат о биоразлагаемости пластиковых продуктов. [Электронный ресурс]. – URL: https://findpatent.ru/patent/248/2480495.html (дата обращения 01.05.2022).
28. M. Inui, S. Murakami, S. Okino, H. Kawaguchi, A.A. Vertes, H. Yukawa, J. Mol. Microbiol. Biotechnol., № 7, 182196 (2004);
29. S. Okino, M. Suda, K. Fujikura, M. Inui, H. Yukawa, Appl. Microbiol. Biotechnol., № 78, 449-454 (2008);
30. K. Hemvichian, P. Suwanmala, W. Kangsumrith, P. Sudcha, K. Inchoto, T. Pongprayoon, O. Guven, Enhancing compatibility between poly(lactic acid) and thermoplastic starch using admicellar polymerization, J. Appl. Polym. Sci. 43755 (2016) Р. 1–12.
31. Y. Yang, Z. Tang, Z. Xiong, J. Zhu, Preparation and characterization of thermoplastic starches and their blends with poly(lactic acid), Int. J. Biol. Macromol. 77 (2015) Р. 273–279.
32. Лукин Н. Д., Усачев И. С. Технология получения термопластичных крахмалов // Вестник ВГУИТ. - 2015. - №4. - С. 156-159.
33. Крамарев Д. В., Мишкин С. И., Тихонов Н. Н. Полимерные композиционные материалы на основе лимонной кислоты и полиэтилена // Успехи в химии и химической технологии. - 2012. - №4. - С. 15-19.
34. Патент РФ № 2626022C1, 21.07.2017. Экологически безопасный упаковочный материал на основе ТПС // Патент России № 2626022C1. 2017. // Гороховатский Ю. А., Темнов Д. Э., Карулина Е. А., Игнатьева Д. А., Гужова А. А., Галихонов М. Ф.
35. Биоразлагаемые полимерные смеси и композиты из возобновляемых источников / Под ред. Лонг Ю. Пер. с англ. Спб.: Научные основы и технологии, 2013. 464 с.
36. ГОСТ 6824-96 «Глицерин дистиллированный. Общие технические условия».
37. ГОСТ Р 53904-2010 «Добавки пищевые. Подсластители пищевых продуктов. Термины и определения».
38. Лукин Н. Д., Усачев И. С. Технология получения термопластичных крахмалов // Вестник ВГУИТ. - 2015. - №4. - С. 156-159.
39. M. Faraz, Introductory paper at the Faculty of Landscape Architecture, Horticulture and Crop Production Sciences. Swedish University of Agricultural Sciences, 10 (2014)
40. Оборудование и оснастка упаковочного производства. Часть II. Средства технологического оснащения: учеб.пособие / под. ред. В. Г. Шипинский. – ГГТУ им. П.О. Сухого. — Гомель, 2013 — 240 с.
41. Ефремов Н. В. Тара и ее производство. — 2-е изд.доп. изд. — М.: Издательство МГУП, 2001. — 312 с.
42. Алексеев К.В., Зимина И.А., Суслина С.Н. Роль упаковки в сохранении качества лекарств//Российские аптеки, 2004.— № 5.— С. 15
43. Технология лекарственных форм // Библиотека специализированной литературы. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.spec-kniga.ru/tehnohimicheski-kontrol/tekhnologiya-lekarstvennyh-form/obshchie-voprosy-aptechnaya-tara-i-taroupakovochnye-materialy.html (дата обращения 10.05.2022)
44. Аптечная тара и тароупаковочные материалы // Библиотека специализированной литературы. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.spec-kniga.ru/tehnohimicheski-kontrol/tekhnologiya-lekarstvennyh-form/obshchie-voprosy-aptechnaya-tara-i-taroupakovochnye-materialy.html (дата обращения 10.05.2022)
45. Упаковка лекарственных средств: учеб. пособие по фармацевтической технологии/ Г. В. Аюпова, Г. М. Латыпова, О. И. Уразлина, А. А. Федотова .— Изд-во Башгосмедуниверситета — Уфа, 2009.
46. Столыпин В. А., Гурарий Л. Н. Требования GMP к упаковке лекарственных средств // Remedium. - 2004. - №15. - С. 135.
47. ГОСТ ISO 11607-1-2018 Упаковка для медицинских изделий, подлежащих финишной стерилизации. Часть 1. Требования к материалам, барьерным системам для стерилизации и упаковочным системам. — Введ. 2018—08—30. М.: Стандартинформ, 2018.— 42 с.
48. Стандарт GMP — надлежащая производственная практика // Новости GMP. [Электронный ресурс]. – URL: https://gmpnews.ru/terminologiya/gmp/ (дата обращения: 17.05.2022).
49. ОСТ 42-510-98 "Правила организации производства и контроля качества лекарственных средств (GMP)". — Введ. 2000—06—01. М.: Минздрав России, 2000.— 2 с.
50. Производство биополимеров как один из путей решения проблем экологии и АПК / М.С Тасекеев, Л.М Еремеева. — Алматы, 2009.— С. 35.

Весь текст будет доступен после покупки