Технологические свойства биоразлагаемых композиционных материалов на основе полиэтилена и крахмала

УДК 678.01:678.742.21

А. А. Ольхов, Е.А. Григорьева, А. В. Хватов, А. А. Попов, Х. С. Абзальдинов

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА И КРАХМАЛА

Ключевые слова: биоразлагаемые пленки, полиэтилен низкой плотности, крахмал, термостабильность.

В статье рассмотрены технологические свойства биоразлагаемых пленок на основе полиэтилена низкой плотности и крахмала. Установлены температурные, концентрационные зависимости термостабильности композиций. Определены корреляции параметров структуры материала с технологическими характеристиками композиционной пленки.

Keywords: biodegradable films, low density polyethylene, starch, thermal stability.

The article describes the technological properties of biodegradable films based on low density polyethylene and starch. Set temperature, the concentration dependences of the thermal stability of the compositions. Determine the correlation parameters of the structure of the material with the technological characteristics of the composite film.

Введение

Создание биодеструктируемых пленочных материалов для индустрии упаковки и сельского хозяйства до сих пор остаётся актуальной задачей [1-3]. Эффективность использования различных видов крахмала в качестве биодеструктора синтетического полимера не вызывает сомнений [4].

Поскольку крахмал имеет низкую термостабильность, его переработка в полимерном расплаве имеет ограничения по температуре и времени. В литературе вопросам термостабильности крахмалосо-держащих полимерных материалов не уделяется должного внимания. Поэтому технологические аспекты переработки таких композиционных материалов нуждаются в более подробном рассмотрении.

Вопросы взаимосвязи структуры полимерного композиционного материала и технологических показателей также пока не рассматривались в отношении дисперснонаполненных полимерных биоразла-гаемых материалов.

Целью данной работы являлось исследование температурных, концентрационных зависимостей термостабильности композиций ПЭНП - крахмал, а также установление корреляции параметров структуры материала с технологическими характеристиками композиционной пленки.

Объекты исследования

Объектами исследования являются композиты на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) марки 10803-020 и кукурузного крахмала. Содержание крахмала в композициях - 12, 15, 20, 24 и 27 (об. %).

В данной работе использовался кукурузный крахмал высшего сорта ГОСТ Р 51985-2002. Характеристики крахмала используемого в работе крахмала приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Качественные показатели крахмала

Показатель Норма и харак- Фактические

теристика показатели

Внешний Однородный Однородный

вид порошек порошек

Цвет Белый, допускается желтоватый оттенок Белый

Запах Свойственный Свойственный

крахмалу, без крахмалу, без

постороннего постороннего

запаха запаха

Массовая доля вла- 14 11,9

ги, % не более

Массовая доля об- 0,2 0,12

щей золы в пересче-

те на сухое в-во, %

не более

Кислотность - объ- 20 13,8

ем раствора гидро-

ксида натрия кон-

центацией 0,1

моль/дм2 на нейтра-

лизацию кислот и кислых солей, см2

не более

Массовая доля про- 0,8 0,4

теина в пересчете на

сухое в-во, % не более

Содержание диок- 50 35,5

сида

Серы (БО2), мг/кг, не более

Сорт высший высший

Методы исследования

Реологические свойства композиций оценивали методом капиллярной вискозиметрии на приборе ИИРТ-А с набором стандартизованных грузов.

Реологические характеристики полимеров -сдвиговые напряжения т (Па) и скорость деформации сдвига (или скорость сдвига) у (с-1), полученные при различных температурах и напряжениях сдвига, позволяют правильно выбрать метод переработки и рассчитать стадии процессов переработки полимерного материала в изделие.

Для расчета реологических свойств в работе были использованы следующие формулы:

Напряжение сдвига при температурах опыта рассчитывается по методу двух капилляров, используя давления для одинаковых расходов р: т - Р;)г/2(1_2 - Ц), [Па],

где Fi и Pi - давления, обеспечивающие одинаковый расход qi на длинном и коротком капиллярах; г=1 мм, радиус капилляров;

Скорость сдвига в капилляре: y = q/пг3, [с1].

Вышеназванные характеристики поведения расплава полимера при течении связаны уравнением Оствальда - де Вилла:

т = пэфф. • y", где Пэфф - эффективная вязкость полимерного расплава [Па с].

Энергия активации вязкого течения: Е = 2,3 R [d (lg Пэфф)/с1 (1 / Т), [Дж/моль].

Термостабильность расплавов термопластов определяется реологическим методом на приборе ИИРТ-АМ (Россия). Термостабильность характеризуют временем, равном времени прогрева материала при постоянной температуре, за которое вязкость расплава изменяется на 15%.

Изменение вязкости расплава при определении времени термостабильности оценивали по изменению объемного расхода (см3/с) расплава через стандартный капилляр. Строили зависимости времени термостабильности расплава от температуры прогрева (кривые термостабильности), которые позволяет выбрать температуру переработки материалов и рассчитать допустимое время пребывания расплава в материальном цилиндре литьевой машины или экструдера при рабочих температурах.

При определении времени термостабильности объемным методом объемный расход рассчитывали по формуле:

Q=SK3H^H=n R2H, [см3/с],

где R внутренний радиус рабочего цилиндра прибора, см; H=h^m/t, [см/с], h-перемещение поршня за время t, [см]; t - время перемещения поршня от метки до метки, [с].

Пленку на основе смесей ПЭНП и крахмала получали методом экструзии расплава с раздувом рукава на агрегате для получения рукавной пленки АРП-20-150 (Россия). Температуры экструзии 165175 оС. Скорость вращения шнека 120 об/мин.

Прочность при растяжении (ср) и относительное удлинение при разрыве (еротн) измерялась для пленок выдержанных в воде в течение 48 часов и без выдержки. Испытания проводили с использованием универсальной разрывной машины Instron 1122.

Расчетные формулы: Ср=Рр/1г5, [МПа],

где Рр-разрушающее напряжение, Н; h - ширина образца, мм; 5 - толщина образца, мм. еротн=(Л1/1о)-100%, [%],

где AI - относительное удлинение, мм; l0 - расстояние между зажимами. Скорость движения зажимов - 240 мм/мин; 10=50мм.

Водопоглощение пленочных материалов измеряли в соответствии с ГОСТ 4650-80. Для расчета величины водопоглощения использовалась формула: B=[(m2-mi)/mi]-100%,

где m2-масса образца после выдержки в воде, г; m1 -масса сухого образца, г.

Результаты и их обсуждение

Для определения возможности переработки композиций ПЭНП-крахмал для получения биоразла-гаемых пленок традиционным методом экструзии расплава необходимо получить кривые течения композиций в диапазоне рабочих температур переработки полиэтилена. Кривые течения представляют собой зависимости скорости от напряжения сдвига расплава при различных температурах.

На рис.1 представлены температурные зависимости скорости сдвига от напряжения сдвига композиций на основе ПЭНП и крахмала. Содержание крахмала в композиции с полиэтиленом составляло 20 об.%. Из рисунка видно, что во всём диапазоне напряжений сдвига сохраняется прямая пропорциональная зависимость скорости сдвига от температуры. Линейный рост скорости от напряжения сдвига при течении расплава через капилляр свидетельствует о ламинарности процесса в области примерных температур экструзионной переработки расплава ПЭНП-крахмал. 160-200 оС.

На рисунке 2 представлены зависимости объёмного расхода расплава композиций ПЭНП-крахмал различного состава от температуры.

-7 2.6

О

<£ 2.4

— л л

1.6 1.-1

„

-" *

^-

f--

3,5

3.6

4.1

3,7 3.8 3.9 4 напряжение сдвига, Па

Рис. 1 - Кривые течения композиций ПЭНП-крахмал при различных температурах. Содержание крахмала 20 об.%

ДСМттг3

120 100 80 60 40 20 0

/

/Л

,-лу/

4

100

120

140

160

180

200

т,°с

Рис. 2 - Зависимость величины объёмного расхода композиции ПЭНП-крахмал от температуры при различном содержании крахмала

Как показывает анализ данных рис.2 течение расплава композиционных материалов начинается при температуре около 150°С. Ниже данной темпе-

ратуры течение слабо выражено или отсутствует. Это означает, что переработку материала ПЭНП-крахмал целесообразно проводить при температурах выше 150°С. Так же из рис.2 видно, что с увеличением степени наполнения полиэтилена крахмалом при низких температурах (150-160 оС) объёмный расход материала снижается (замедляется течение), что не благоприятно влияет на переработку композиций в пленку: снижается производительность экструзии, усиливается шероховатость поверхности пленки. Улучшение технологичности материалов наблюдается в температурной области выше 160 оС. Это проявляется в расширении интервала концентрационной зависимости объёмного расхода при увеличении температуры расплава.

На рис. 3 показана зависимость величины объёмного расхода расплава композиций ПЭНП-крахмал при температуре 168 оС.

Анализируя рис.3 видно, что с увеличением степени наполнения крахмалом текучесть расплава полиэтилена пропорционально снижается. Аппроксимируя данную зависимость к оси абсцисс, можно определить критическую концентрацию крахмала, при которой течение расплава композиции прекращается. Это концентрация - 40 об.%. Вблизи этой области концентраций мы будем наблюдать неустойчивое течение расплава и низкое качество экс-трузионной пленки.

40.лг

60 50 40 30 20 10 0

10

15

20

25

фп,об.%

Рис. 3 - Зависимость величины объёмного расхода композиции ПЭНП-крахмал от объёмной доли крахмала при температуре 168 оС

Для определения стойкости композиций к высоким температурам переработки в работе использовали время термостабильности расплава. Время термостабильности определяли для композиций с различной степенью наполнения крахмалом. На рис. 4 приведены типичные кривые термостабильности -зависимости времени термостабильности композиций от температуры расплава при различных концентрациях крахмала.

Как видно из рис.4 при любой степени наполнения от 12 об.% до 27 об.% при температуре 160°С композиция может находиться в камере более 60 мин, не подвергаясь существенной термодеструкции. Но уже при 170° С время термостабильности у всех композиций снижается, особенно резко это снижение заметно в композициях, содержащих более 25 об.% крахмала. При температуре около 200°С во всех композициях практически сразу начинается деструкция: материал подгорает и вспенивается.

Графики зависимостей времени термостабильности от температуры имеют практически одинаковый характер, не зависимо от содержания крахмала в композиции. При степени наполнения равной 12 об.% материал остается термостабилен на протяжении долгого промежутка времени (около 40 мин) при температурах от 160°С до 190°С, а при более высоких температурах масса экструдатов снижается, что указывает на начало термодеструкции.

N X

\\Х

\\

\

♦

150

160

170

190

200

т,ис

——11=12,606.% —•—(р=15об.% —*г--<р=20о6%

- -»- ф=24о6.% —(р=27,7об%

Рис. 4 - Зависимость времени термостабильности композиций ПЭНП-крахмал от температуры при различном содержании крахмала

Композиция, содержащая 15 об.% крахмала остается стабильной на протяжении длительного времени до температуры около 180°С. При более высоких температурах полная деструкция наступает в течение 10 минут. Для композиции, содержащей 20 об.% крахмала, кривые имеют аналогичный вид. Анализируя данные рис. 4, можно заключить, что расплавы композиций термостабильны на протяжении времени, достаточного для переработки, только до 170°С. Выше этой температуры материалы очень быстро подвергаются деструкции, то есть не являются технологичными.

На рис. 5 представлены концентрационные зависимости времени термостабильности расплава ПЭНП-крахмал при различных температурах. При наполнении полиэтилена более чем 20 об.% крахмала, время термостабильности резко уменьшается. Из этого следует, что для получения экструзионной пленки целесообразно наполнение крахмалом, не превышающее 20 об.%. При этом наблюдается удовлетворительная термостабильность расплава в интервале температур 165-175 оС.

т„мин 45

40 35 30 25 20 15 10 5 О

10

15

20

25

-Т=165С - Т=170С ---!---Т=175С

30

Рис. 5 - Зависимость времени термостабильности композиций ПЭНП-крахмал от содержания крахмала при различных температурах

При производстве рукавной пленки экструдат, выходящий из кольцевой экструзионной головки, раздувается сжатым воздухом в поперечном направлении и вытягивается главным образом в продольном направлении за счет того, что скорость и0 отвода пленки гораздо выше скорости йф выхода экс-трудата из фильеры. Снаружи рукав в начальной зоне формования принудительно охлаждается воздухом и на некотором расстоянии от головки затвердевает. Далее рукав с помощью плоских направляющих сплющивается, и отводиться в виде сложенного рукава шириной Ьи тянущими роликами, после чего наматывается в рулон.

Регулируя скорость охлаждения на начальной стадии формирования рукава, можно изменять соотношение высокоэластической и пластической деформации в пленке. От соотношения продольной и поперечной деформации рукава зависят механические и оптические свойства пленки и стабильность процесса [5].

Размеры формующего инструмента (диаметр dм мундштука и высота hф формующего зазора между мундштуком и дорном) для производства рукавной пленки рассчитывают обычно из уравнения материального баланса, предполагающего постоянство массовой производительности для произвольного сечения на пути формирования рукава диаметром du с толщиной пленки

Х=л^и^и^ио=гс^м^ф^

где р и р(Т) - плотность полимерного материала (ПМ) при нормальной температуре и температуре расплава соответственно; йф - средняя скорость течения расплава в кольцевом зазоре фильеры.

Из уравнения (1) вытекает выражение для степени продольной вытяжки пленки (X):

dм•hф/du•l^u= р-и0/р(Т)-йф= X,

откуда высота формующего зазора между мундштуком и дорном:

!ф=1и^и^м ,

где соотношение du/dм диаметров рукава и мундштука фильеры представляет собой степень раздува рукава в поперечном направлении и определяет фактическую ширину Ьи сложенной вдвое пленки при намотке [6]: Х=1ф/1и^и=1 •60/0,133^155=2,9 Для пленки с содержанием 5% стеарата: Х= 1ф/1и^и=1^60/0,119^157=3,2

Значение степени ориентации для экструзионных пленок определяют в направлении экструзии на образцах длинной 100мм (ширина пленки должна быть не менее 10 мм). Измеряют длину образца с точностью до 0,1 мм, укладывают его на пластинку из фторопласта и затем помещают в термостат, нагретый до (Тс+20°С) для аморфных полимеров и до (Тпл-10°С) для кристаллических полимеров и выдерживают при указанной температуре не менее 30 мин. Извлекают образец из термостата, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и повторно измеряют его длину.

вор=

где /1 и /2 - размер образца до и после термообработки соответственно, мм.

Расчет степени ориентации показал, что в данном случае значение е оказалось близко к 0.

Мерой разнотолщинности пленки служит коэффициент вариации V, представляющий собой отношение среднего квадратичного отклонения с толщины 5 к среднему значению сср: V=±с•100/5ср=±0,0024• 100/0,137=1,75%

где

с=±^Хп1(51-5ср)2/М=

=±^15

здесь - число измерений; 51 - среднее значе-

ние в выбранном интервале толщин; п - число значений толщины, укладывающихся в данном интервале.

При формовании пленок из расплавов термопластов в экструзионной головке экструдера формуется цилиндрическая рукавная заготовка, которая сразу после выхода из головки под действием внутреннего давления воздуха раздувается, увеличиваясь по диаметру и вытягивается, увеличиваясь по длине, одновременно она интенсивно охлаждается воздухом с внешней стороны, а, например, в некоторых современных экструзионно- раздувных установках -и с внутренней тоже. Определяющее внимание на ориентационные процессы в продольном и поперечных направлениях пленки (по отношении к направлению к ее движению) оказывают соответственно вытяжки (Хв) и степень раздува (Хр) пленки степень (иначе - кратности вытяжки и раздува), равные:

Х^в^э и Хр=Рр/Рэ,

где Vв- скорость вытяжки рукава, Vэ - скорость выхода экструдата, йр -диаметр охлажденного рукава, йэ - диаметр экструдата-заготовки (кольцевого зазора фильеры).

При традиционной схеме получения рукавных пленок от края фильеры до линии кристаллизации

Степень продольной вытяжки вычисляют по формуле:

1=ип/иэ=0,66/0,25 = 2,64,

где и п-скорость приема пленки, м/мин; и э-скорость экструзии из кольцевого зазора, кг/час: иэ=0/60пйд5кРр=

=2,59/60-3,14-0,058-0,001 ^900=0,25 м/мин, (8) где О - производительность экструдера, кг/ч; йд -диаметр дорна, м; 5к - ширина кольцевого зазора, м; рр - плотность расплава при температуре выдавливания, кг/м3.

Для композиционных (наполненных) пленок технологические показатели имеют зависимость от обобщенных параметров структуры. Ранее нами были изу-

чены параметры структуры крахмала для создания полимерных композиционных материалов [7].

Растягивающее напряжение наполненных пленок: сн=с

где с - напряжение в чистой пленке; фн - объемная доля наполнителя.

Степень продольной вытяжки не наполненных пленок:

Х0=5ф/5Ш-Кр,

где 5ф - ширина зазора фильеры, 1мм; 5пл - толщина пленки, мм; Кр - кратность раздува.

Степень продольной вытяжки пленок ПЭНП -крахмал:

^н=5ф(1-фн)/§т/Кр=1(1-0,2)/0,133 •2,58=2,34, (11) где фн - объёмная доля частиц крахмала в материале.

В работе была эмпирически установлена зависимость степени продольной вытяжки наполненных крахмалом полиэтиленовых пленок от обобщенного параметра структуры ПКМ - среднего расстояния между частицами (а):

Хн= ^

а=йср(3^[фт/фн]-1),

где dср - средний диаметр частиц крахмала; фт -максимальная доля частиц крахмала в материале; фн - объёмная доля частиц крахмала в материале; Х0 -степень продольной вытяжки не наполненной полиэтиленовой пленки.

Формула (12) даёт удовлетворительные результаты при содержании крахмала до 20 об.%.

Способность полимерных композиционных материалов к биодеградации в естественных условиях можно прогнозировать по их взаимодействию с водой, поскольку она является как средой для жизнедеятельности микроорганизмов почвы, так и транспортной системой диффузии низкомолекулярных веществ, ускоряющих процессы гидролиза и окисления полимера. В связи с этим нами были рассмотрено водопоглощение и влияние воды на физико-механические показатели композиционных пленок.

В таблицах 2 и 3 приведены параметры измерения прочностных характеристик пленок до выдержки в воде и после.

Таблица 2 - Физико-механические свойства композиционных пленок ПЭНП - крахмал

Образец Разрывная прочность ср, МПа Относит. удлинение при разрыве, %

ПЭНП 13 504

ПЭ+крахмал 7 13

ПЭ+крахмал+стеарат 9 77

Таблица 3 - Физико-механические свойства композиционных пленок ПЭНП - крахмал после выдержки в воде

Образец Разрывная прочность ср, МПа Относит. удлинение при разрыве, %

ПЭНП 13 512

ПЭ+крахмал 6 32

ПЭ+крахмал+стеарат 8 48

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что введение в ПЭ матрицу дисперсных частиц крахмала (20 об.%) приводит к уменьшению прочности пленок при растяжении в 2 раза и удлинению при разрыве в 15 раз. Это свидетельствует о высокой дефектности композиционных пленок как объемной, так и поверхностной. Объемные дефекты -агломераты частиц крахмала, поверхностные - наличие частиц крахмала на поверхности пленок или в непосредственной близи от нее. Для биодеградации эти факторы являются благоприятными.

Из данных таблиц 2 и 3 видно, что выдержка материала в воде в течение 48 часов при комнатной температуре практически не влияют на прочность композиционных пленок. В случае пленок ПЭНП-крахмал после выдержки в воде относительное удлинение при разрыве выросло в 2,5 раза. Это свидетельствует о диффузии воды через поверхностные дефекты композиционных пленок в дисперсную фазу крахмала, которая сорбирует воду, набухает и частично растворяется. При этом на поверхность пленки из объема происходит десорбция растворенных продуктов крахмальной фазы, которые являются питательной средой для жизнедеятельности почвенной микрофлоры. Активно размножаясь на поверхности пленки, выделяя продукты метаболизма (энзимы и пр.), микроорганизмы во много раз (на прядки) ускоряют процессы естественной деструкции (термо-, фотоокислительные процессы) полимеров [8, 9].

Добавление до 3 масс.% стеарата цинка в композицию не принесло существенного улучшения физико-механических характеристик.

Результаты определения водопоглощения представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Водопоглощение композиционных пленок ПЭНП - крахмал

Образец В, %

ПЭНП 0

ПЭ+крахмал 8

ПЭ+крахмал+стеарат 2,5

По данным таблицы 4 можно сделать вывод о том, что при введении крахмала в полиэтилен увеличивается его водопоглощение, что, несомненно, благоприятно повлияет на биоразлагаемость материала в условиях окружающей среды. Добавление же стеарата в композицию снижает величину водо-поглощения, следовательно, можно ожидать снижения скорости биодеградации пленок.

На основании результатов данной научно-исследовательской работы можно сделать следующие выводы:

1. Определены интервалы термостабильности расплава композиций ПЭНП - крахмал.

2. Оптимизирована концентрационная область переработки композиций ПЭНП - крахмал на основании их реологического поведения.

3. Установлена связь степени продольной вытяжки наполненной крахмалом полиэтиленовой пленки от среднего расстояния между частицами крахмала.

4. Продемонстрировано влияние воды на механические свойства пленок ПЭНП - крахмал.

Литература

1. Пантюхов П.В., Монахова Т.В., Попов А.А., Русанова С.Н. Композиционные материалы на основе полиэтилена и лигноцеллюлозных наполнителей. структура и свойства // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 13. С. 177-182.

2. Власов С.В., Ольхов А.А., Иорданский А.Л. О саморазрушающейся полимерной упаковке // Тара и Упаковка. № 2. 2008. С. 42 - 47.

3. Шериева М.Л., Шустов Г.Б., Шетов Р.А. Биоразлагае-мые композиции на основе крахмала // Пластические массы. 2004. № 10. С.29-31.

4. Souza Roberta C. R., Andrade Cristina T. Proccesing and properties of thermoplastic starch and its blends with sodium alginate. // J. Appl. Polym. Sci. 2001. V.81. №2. Р.412-420.

5. Основы технологии переработки пластмасс/ под ред. В.Н. Кулезнева, В.К. Гусева. М.: Химия. 2004.- 470 с.

6. Марков А.В., Власов С.В. Ориентационные явления при производстве изделий из полимерных материалов -М.: МИТХТ.- 87 с.

7. Ольхов А.А., Григорьева Е.А., Попов А.А., Заиков Г.Е. Изучение структурных параметров крахмала для создания биоразлагаемых полимерных композиционных материалов // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. № 10. С. 11-17.

8. Ольхов А.А., Иорданский А.Л., Заиков Г.Е., Емелина О.Ю. Биопластики на основе термопластов: механизм биодеградации // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 13. С. 245-249.

9. Ольхов А.А., Иорданский А.Л., Заиков Г.Е. Ориента-ционная вытяжка как фактор, влияющий на деградацию биоразрушающихся смесевых полимерных пленок // Вестн. Волгогр. гос. ун-та. Сер. 10, Иннов. деят. 2014. № 4 (13). С. 99-108.

© А. А. Ольхов - кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории «Перспективные композиционные материалы и технологии», Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, Москва, Россия, aolkhov72@yandex.ru; Е. А. Григорьева - ассистент кафедры Товароведения производственных товаров, Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, аспирант, Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Москва, Россия, А. В. Хватов - кандидат химических наук, научный сотрудник, Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Москва, Россия, А. А. Попов - доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой Химии и физики, Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, заведующий лабораторией, Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Москва, Россия, Х. С. Абзальдинов - кандидат химических наук, доцент кафедры Технологии пластических масс, Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань, Россия.

© A. A. Ol'khov - Ph.D, Associate Professor, Senior Researcher of Advanced Composites and Technologies Laboratory, Plekhanov Russian University of Economics, Moscow, Russia, aolkhov72@yandex.ru, E. A. Grigorieva - Assistant of Commodity Industrial Products Department, Plekhanov Russian University of Economics, PhD Student, N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, RAS, Moscow, Russia, A. V. Khvatov - Ph.D., Researcher, N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, RAS, Moscow, Russia, A. A. Popov - Doctor of Chemistry, Full Professor, Head of Chemistry and Physics Department, Plekhanov Russian University of Economics, Head of Laboratory, N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, RAS, Moscow, Russia, Kh. S. Abzaldinov - Ph.D, Associate Professor of Plastics Technologies Department, Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia.