КОМПОЗИТНЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ УПАКОВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ДОБАВКАМИ КРАХМАЛА И ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
COMPOSITE POLYMER PACKING MATERIAL BASED ON HIGH PRESSURE POLYETHYLENE WITH STARCH AND SILICON DIOXIDE ADDITIVES

Изобретение относится к технологии получения композитных материалов упаковочных материалов и может быть использовано в пищевой промышленности, а также в сельском хозяйстве и в быту.
Композитный материал традиционно рассматривается как система материалов, состоящая из смеси или комбинации двух или более микро- или макрокомпонентов, которые различаются по форме и химическому составу и которые по существу нерастворимы друг в друге. Композиты имеют важное значение, поскольку они обладают свойствами, которые превосходят свойства их составных частей по отдельности. Композитные системы могут представлять собой системы на полимерной, металлической или керамической основе или быть комбинациями этих классов материалов.
Широкое применение в качестве активной упаковки продуктов получили электреты на основе композитных полимерных пленок. Основными характеристиками, помимо прочности, представляющими интерес в упаковочном материале являются: скорость деструкции упаковки после использования под действием факторов окружающей среды и время хранения быстропортящихся продуктов. При этом важнейшими параметрами, определяющими эффективность использования полимерных пленочных электретов, являются величина и стабильность сформированного в них электретного заряда. В первую очередь имеется в виду временная стабильность, в качестве критерия которой иногда используют параметр τ (время жизни электрета) - время, за которое эффективная поверхностная плотность заряда электрета σ уменьшается в e раз. Для полимеров с ярко выраженными электретными свойствами типичные значения параметра τ при нормальных условиях составляют значения от нескольких суток до нескольких лет.
Наряду со стабильностью поверхностной плотности заряда во времени, важнейшей комплексной характеристикой электретов является термостабильность заряда, которая, во-первых, определяет номинальные температурные условия эксплуатации электретных материалов, а во-вторых, указывает максимальные температуры, до которых допускается кратковременный нагрев таких материалов без существенного спада электретного заряда.
Формирование в полимерных пленочных материалах стабильного электретного заряда предполагает их обработку в электрическом поле (электретирование). Наиболее эффективным и технологичным способом электретирования в настоящее время является способ зарядки полимерных пленок в коронном разряде.
Известен полиэтилен высокого давления (ПЭВД), по сравнению с полученным композитным полимером, обладающий ярко выраженным электретным эффектом и имеет повышенную скорость деструкции, чистый полиэтилен высокого давления лишен всех этих качеств. Полученный композит сохраняет электретное состояние до 130 суток при комнатной температуре, ПЭВД всего несколько часов. Полученный композит в компосте разлагается за менее чем 5 лет, ПЭВД же может разлагаться сотнями лет.
Известен ПЭВД с наполнителем крахмал или с наполнителем аэросил (диоксид кремния), при этом достигается только один эффект: с крахмалом увеличивается скорость деструкции, но стабильность электретного состояния остается невысокой или даже уменьшается; с аэросилом значительно повышается стабильность электретного состояния, но скорость деструкции остается на уровне чистого ПЭВД. К тому же, для достижения высокой стабильности электретного состояния в пленках ПЭВД с аросилом необходимо было использование 2÷4 об.% аэросила.
Цель изобретения - получение активной биоразлагаемой упаковки с повышенной скоростью деструкции.
Исходя из требуемых параметров была создана композиция, состоящая из трех комплектующих: полиэтилена высокого давления, крахмала и диоксида кремния. Полиэтилен высокого давления выступает в роли полимерной основы композита. Выбор полиэтилена обусловлен в первую очередь дешевизной его производства, а также хорошими техническими характеристиками позволяющими использовать его в качестве упаковки. Крахмал введен с целью увеличить скорость деструкции материала после использования [1]. Диоксид кремния (аэросил) призван увеличить стабильность электретного состояния полученного композита, ведь, как известно [2], электрическое поле оказывает антисептический эффект, помещенные в электрическое поле микроорганизмы и бактерии замедляют процессы своей жизнедеятельности.
Искомый технический результат достигается за счет того, что композитный полимерный упаковочный материал на основе полиэтилена высокого давления с добавками крахмала и диоксида кремния создается методом вальцевания, наполнители выдерживаются в сушильном шкафу перед добавлением в полимер и соотношение наполнителей позволяет добиться наилучшей стабильности электретного состояния.
Чертеж показывает ТСРП композитных пленок при одинаковой скорости нагрева 0,09 K/с заряженных при положительном знаке коронного разряда: 1 - ПЭВД с крахмалом 4%, 2 - ПЭВД с крахмалом 4% и аэросилом 1%, по оси Y отложен нормированный потенциал, по оси X - температура в градусах Цельсия.
Сущность изобретения состоит в том, что создается композит методом вальцевания при температуре 150°C и последующего прессования при температуре 170°C в течении 10 минут. При изготовлении композитной полимерной пленки с бинарным наполнителем два наполнителя крахмал и диоксида кремния перемешивались до однородной массы и выдерживались в сушильном шкафу при температуре 150°C, прежде чем были добавлены в полимер, что позволило увеличить удельную поверхность наполнителя. Затем полимерные пленки помещаются в поле коронного разряда и заряжаются при комнатной температуре в течение 0,5-2,5 минут до величины поверхностного потенциала порядка 500-1000 В.
Экспериментальным путем были подобраны соотношения компонентов композита, чтобы добиться наилучшей стабильности электретного состояния. Соотношение наполнителей, отвечающее требуемым характеристикам, составляет крахмала 4÷6 об.%, аэросила 1 об.%, при таком соотношении время хранения электретного состояния τ при комнатной температуре увеличивается от нескольких часов до сотен суток, также возросла и температурная стабильность электретного состояния, что демонстрирует чертеж, новый полимерный материал полиэтилен с крахмалом и аэросилом показывает гораздо более высокую температурную стабильность, чем, например, полиэтилен с крахмалом.
Источники информации
1. Галиханов М.Ф. Влияние электретного заряда композиций полиэтилена с крахмалом на их биоразлагаемость. / М.Ф. Галиханов, А.К. Загрутдинова, И.А. Жигаева, А.К. Миннахметова, Р.Я. Дебердеев // Пласт. массы. №8, 2009, С. 41-45.
2. Поздеева М.Н. Влияние активного упаковочного материала на развитие микроорганизмов в пищевых продуктах / М.Н. Поздеева, Т.В. Осипова, Е.Ю. Королева, А.Н. Борисова, А.Ю. Крыницкая, М.Ф. Галиханов, B.C. Гамаюрова, Р.Я. Дебердеев // С. 361-365. - Материалы Всероссийского смотра-конкурса научно-технического творчества «Эврика-2005» - г. Новочеркасск - 5-6 декабря 2005 г.