Дослідження екологічно безпечних біополімерних композитів на основі термопластичного біопластику та відпрацьованої кавової гущі

Abstract

Мета статті – дослідження екологічно безпечних біополімерних композитів на основі термопластичного біопластику та відпрацьованої кавової гущі. Об'єктами експериментального дослідження були волога кавова гуща з сортів Робусти та Арабіки у співвідношенні 50:50 мас. %, зібрані в 8 різних кав’ярнях «Аромакава» міста Харкова та термопластичний біопластик марки GEMABIO F (Gema Polimer Plastik Ürünleri San. ve Tic. A.S., Турція) на основі ПБАТ, який містить відновлювану сировину і має до 90 % вмісту вуглецю біопоходження. Вироби з GEMABIO повністю біорозкладні та компостуються залежно від товщини виробу. Густина біопластику склада 1,33 г/см3 з індексом плинності розтопу (MFI) 2-4 г/10 хв (190 °C, 2,16 кг). Показано, що сучасний період розвитку полімерного матеріалознавства характеризується підвищеним науковим і комерційним інтересом до сумішевих матеріалів на основі відходів біопластиків та органічних наповнювачів внаслідок практично необмежених можливостей швидкого та економічно вигідного розширення їх асортименту під конкретне застосування. Було досліджено гранулометричний склад кавової гущі. Для цьог о кавову гущу просівали через розміри сит 400, 200 та 100 мкм. Фактично, для дослідженої кавової гущі. характерне унімодальність гранулометричного складу з максимум при 200 мкм. З результатів морфологічних досліджень кавової гущі показано, що вона характеризується пластинчастою структурою частинок., а частинки усіх фракцій кавової гущі вкриті смоляними або маслянистими речовинами. Показано, що поверхня термопластичного біопластику марки GEMABIO F має характер близький до нейтрального зі слабо-основною силою активних центрів рКа ≈ 7,08–7,36, поверхня кавової гущі має характер також близький до нейтрального зі слабо-кислотною силою активних центрів рКа ≈ 6,30–6,47. Встановлено, що модифікація термопластичного біопластику марки GEMABIO F КГ дозволяє підвищити комплекс його технологічних характеристик та здатність до переробки традиційними методами для термопластів (екструзія, лиття під тиском та ін.) в вироби для пакування та тари харчових та нехарчових продуктів: лотки, бокси, стакани, контейнери та т.п. The purpose of the article is to study environmentally safe biopolymer composites based on thermoplastic bioplastics and used coffee grounds. The objects of the experimental study were wet coffee grounds from Robusta and Arabica varieties in a ratio of 50:50 by mass. %, collected in 8 different coffee shops "Aromakawa" in the city of Kharkiv and thermoplastic bioplastic brand GEMABIO F (Gema Polimer Plastik Ürünleri San. ve Tic. A.S., Turkey) based on PBAT, which contains renewable raw materials and has up to 90 % of carbon content of bio-origin. Products made of GEMABIO are fully biodegradable and compostable depending on the thickness of the product. The density of the bioplastic is 1.33 g/cm3 with a melt flow index (MFI) of 2–4 g/10 min (190 °C, 2.16 kg). It is shown that the modern period of development of polymer materials science is characterized by increased scientific and commercial interest in composite materials based on bioplastic waste and organic fillers due to the practically unlimited possibilities of rapid and economically profitable expansion of their range for specific applications. The granulometric composition of coffee grounds was investigated. For this purpose, the coffee grounds were sieved through sieve sizes of 400, 200 and 100 μm. In fact, the studied coffee grounds are characterized by unimodality of the granulometric composition with a maximum at 200 μm. The results of morphological studies of coffee grounds show that it is characterized by a lamellar structure of particles, and the particles of all fractions of coffee grounds are covered with resinous or oily substances. It is shown that the surface of the thermoplastic bioplastic of the GEMABIO F brand has a character close to neutral with a weakly basic strength of active centers pKa ≈ 7.08–7.36, the surface of coffee grounds also has a character close to neutral with a weakly acidic strength of active centers pKa ≈ 6.30–6.47. It has been established that the modification of thermoplastic bioplastic of the GEMABIO F KG brand allows to increase the complex of its technological characteristics and the ability to be processed by traditional methods for thermoplastics (extrusion, injection molding, etc.) for processing into products for packaging and containers of food and non-food products: trays, boxes, glasses, containers, etc.