Исследование газопроницаемости сварного шва полимерной пищевой упаковки Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

щихся, освоивших образовательные программы основного общего образования, с участием территориальной экзаменационной комиссии в Омской области в 2012 году / А.В. Коротченко. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://omedu.ru.

Обухова Елена Борисовна, магистрант, obuhova.elena.2012@mail.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,

Литунов Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., litunov@rambler.ru. Россия, Омск, Омский государственный технический университет

THE ANALYSIS OF PREPARATION OF A MANPOWER FOR POLYGRAPHY

IN OMPI-OMGTU

S.N. Litunov, E.B. Obukhova

The historical review of development of printing education in the region is given. The statistical analysis ofpreparation of a manpower for polygraphy is carried out.

Key words: education, history, polygraphy, specialist.

Obukhova Elena Borisovna, undergraduate, obuhova.elena.2012@mail.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,

Litunov Sergey Nikolaevich, doctor of technical science, professor, li-tunov@rambler.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University

УДК 655.3.022.75

ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ СВАРНОГО ШВА ПОЛИМЕРНОЙ ПИЩЕВОЙ УПАКОВКИ

О.А. Тимощенко, С.Н. Литунов

Проведено исследование газопроницаемости сварного шва полимерной пищевой упаковки по разработанной методике, выполнен анализ обработки опытных данных.

Ключевые слова: газопроницаемость, сварной шов, полимерная пищевая пленка.

Полимерные плёнки занимают лидирующие позиции в мире среди различных материалов, используемых в качестве упаковочных, поскольку сохраняют высокое качество пищевых продуктов в течение длительного

срока, максимально облегчают открывание упаковки и употребление продукта, имеют минимальную массу, толщину и стоимость. Преимуществом полимеров, в отличие от металлов и стекла, является избирательная проницаемость к газам и парам, а также способность гибко реагировать на различные внешние воздействия (ударные нагрузки, свет, влага). Вышеперечисленные показатели расширяют сферу использования полимерной упаковки и позволяют получать результаты, недостижимые для других упаковочных материалов.

Продолжительность хранения продуктов питания в упаковке и сохранение их потребительских свойств в большинстве случаев зависит от способности упаковочного материала противодействовать миграции низкомолекулярных веществ из окружающей среды в упаковку или наоборот — из упаковки в окружающую среду. Низкая проницаемость по отношению к кислороду и влаге является важнейшим показателем, принимаемым во внимание при подборе полимера в качестве составляющего элемента многослойной упаковки.

В литературных и интернет-источниках разнятся показатели, характеризующие газо- и паропроницаемость полимерных плёночных упаковочных материалов. Встречаются значения, приведенные в разных единицах измерений, полученные по разным стандартам и методикам. Кроме того, измерения по разным стандартам проводятся при разных температурах, давлениях, при различной влажности диффундирующего газа. Всё это создает значительные трудности при попытке оценить барьерные свойства упаковки. Следует отметить, что разница в показателях газопроницаемости одного и того же плёночного материала, приведенных в литературе, может отличаться в 1,5-2 раза и больше.

При оценке барьерных свойств упаковочного материала принимают в расчёт диффузионные характеристики полимерной плёнки и не учитывают проницаемость сварных швов. В большинстве случаев сварка упаковки происходит в результате формирования шва из высокопроницаемого материала, такого, как полиэтилен (PE). Если упаковка содержит высокобарьерные слои (PET, микрослой алюминия и др.), то можно предположить, что большая часть газа проникнет в такую упаковку не сквозь стенки, а через сварные швы.

Поскольку приборы, измеряющие газопроницаемость, исследуют относительно небольшой участок, а сам процесс тестирования очень «чувствительный» и погрешность измерений составляет ±10 %, то для увеличения точности измерения необходимо исследовать участок с несколькими швами.

Исследование газопроницаемости сварного шва полимерной пищевой упаковки осуществлялось по методике, состоящей из следующих этапов.

1. Подготовка образца плёнки для испытания. Для исследований

использовалась молочная трёхслойная полиэтиленовая плёнка, запечатанная с одной стороны, толщиной 85 мкм. Образцы выбирались с поверхностью исследуемых участков без видимых наружных дефектов. Слои молочной плёнки в соответствии с ТУ 2245-001-0106258427-2009 представлены на рис. 1.

Рис. 1. Слои трёхслойной молочной полиэтиленовой пленки

Из соседних участков полотна молочной плёнки вырезались заготовки диаметром 97 мм специальным устройством, представленным на рис. 2.

Рис. 2. Резак для образцов

Образцы для испытаний имеют форму диска с рабочей поверхностью 38,48 см . Для достоверности результатов испытание проводилось на трёх образцах. Исследуемый участок и размер образца плёнки представлен на рис. 3.

2. Измерение газопроницаемости образцов исследуемой плёнки манометрическим методом на приборе УАС-У1. Технические характеристики прибора представлены в табл. 1.

Таблица 1

Технические характеристики прибора УЛС-У1____________

Параметр Значения

Диапазон измерения коэффициента проницаемости 0,1 - 100 000 см3/м2х24 чх0,1 МПа

Диапазон изменения температуры до 50 °С

Разрешающая способность при измерении вакуума 0,1 Па

Давление при испытании - 0,1 Па ~ + 0,1 Па

Давление источника газа 0,4 МПа - 0,6 МПа

Г азы для испытаний 2 О2 О £ ,2 О2

Вакуум в камере не более 20 Па

Размер испытуемого образца диаметр 97 мм

Рабочая площадь образца 38,48 см (диаметр 70 мм)

Сущность метода заключается в определении объёма газа, проходящего через единицу площади за единицу времени при определённой разности давления и постоянной температуре. Конструкция прибора УАС-VI представлена на рис. 4.

1

Рис. 4. Конструкция прибора УЛС-У1:

1 — маховик; 2 — верхняя и нижняя камеры; 3 — терморегулятор

Для проведения исследований по газопроницаемости образцов ис-

пользовался кислород технический I сорта (чистота газа 99,7 %). Испытания проводились при стандартной температуре 23 °С согласно ГОСТ 23553-79.

Подготовленный образец помещается между верхней и нижней камерами. Сначала вакуумируется нижняя камера, затем вся система. Вакуу-мирование обеих камер проходило в течение 8 часов.

По окончании времени вакуумирования кислород проникает из камеры высокого давления в камеру низкого давления, поскольку существует постоянный градиент давления в двух камерах. Измеряя давление в нижней камере, можно определить барьерные характеристики образца.

Алгоритм проведения испытаний представлен на рис. 5.

Рис. 5. Алгоритм проведения испытаний на приборе УАС-У1

3. Формирование шва способом контактной тепловой сварки. Для получения сварного шва использовалась термосварочная машина ШТ-Н3, представленная на рис. 6. На каждом образце после исследования его на газопроницаемость формировался сварной шов посредством контакта двух нагретых поверхностей сварочной машины. (Прочность полученных швов сопоставима с прочностью шва молочной упаковки из такого же материала, сварка проходила по чёрным внутненним слоям.) После получения результата по газопроницаемости образца с одним швом на этом же образце формировался второй, затем третий швы.

226

1

Рис. 6. Термосварочная машина И8Т-И3:

1 - верний и нижний зажимы; 2 - регулятор давления;

3 - терморегулятор

Образцы с одним, двумя и тремя швами исследовались при таких же условиях, что и образцы без шва. Ширина шва равна 5 мм, а длина - 55 мм. Образцы исследуемой плёнки со швами представлены на рис. 7.

Рис. 7. Образец исследуемой плёнки: а - с одним швом; б - с двумя швами; в - с тремя швами

4. Обработка результатов исследования. Полученные в процессе исследования значения коэффициентов газопроницаемости для образцов без шва и образцов с одним, двумя и тремя швами представлены в табл. 2. Средние значения коэффициента газопроницаемости и погрешности измерений представлены в табл. 3.

На основе полученных данных построены графики зависимости коэффициента газопроницаемости и среднего значения коэффициента газопроницаемости от количества швов на исследуемых образцах плёнки (рис. 8, 9).

Таблица 2

Значения коэффициентов газопроницаемости

№ испытания 3 2 Коэффициент газопроницаемости (см /м *24 ч*0,1 МПа) для образца:

без шва с одним швом с двумя швами с тремя швами

1 1984,812 2319,886 2637,704 3010,639

2 2041,261 2360,637 2705,574 3085,361

3 1962,245 2337,981 2637,959 3000,145

Таблица З

Средние значения коэффициента газопроницаемости

Исследуемый образец Среднее значение коэффициента газопроницаемости, см3/м2х24 чх0,1 МПа Среднеквадратичная погрешность измерений, %

Без шва 1996,106 ± 4,18

С одним швом 2339,501 ± 1,87

С двумя швами 2660,412 ± 3,16

С тремя швами 3032,048 ± 3,29

3200 _ 3100

£ 3000

I 2900

rf

я Е 2800 £ S

; -н 2700

& О

S ? 2600

Й 3 2500

* % 2400

К ^

S 2300

S 2200

Г>

й 2100 2000 1900

без

Рис. 8. Зависимость коэффициента газопроницаемости от количества швов на исследуемых образцах

1 3

— К

Рис. 9. Зависимость среднего значения коэффициента газопроницаемости от количества швов на исследуемых образцах

После обработки данных, полученных в процессе исследования газопроницаемости образцов плёнки, можно сделать следующие выводы.

1. Молочная трёхслойная полиэтиленовая плёнка толщиной 85 мкм имеет низкий барьер к кислороду, т. к. газопроницаемость исследуемого

3 2

материала составляет в среднем 1996 см /м *24 ч*0,1 МПа.

2. Увеличение газопроницаемости происходит линейно прямо пропорционально количеству швов на образце, что подтверждает правильность подобранного режима сварки (образцы без проколов и прожигов).

3. Площадь поверхности молочной упаковки составляет примерно 0,07 м , следовательно газопроницаемость плёнки с такой площадью равна 140 см3/м2*24 ч*0,1 МПа. Площадь поверхности швов стандартной молочной упаковки примерно равна 0,001 м , а газопроницаемость сварных

32

швов составляет 2,35 см /м *24 ч*0,1 МПа. При такой же площади плёнка без шва имеет газопроницаемость около 2 единиц, т. е. сварные швы (два поперечных и один продольный) увеличивают газопроницаемость в среднем на 17 %.

4. Сварной шов и околошовная зона являются наиболее уязвимыми участками полимерной пищевой упаковки, поскольку большая часть газа проникает через сварные швы.

Список литературы

1. Пути совершенствования процесса производства мягкой тары /

М. Г. Колесниченко [и др.] // Вестник МГУП. М.: МГУП. № 5. 2007. С. 67-

-срмнее значение

без 1ИБЯ

с1ш1ои с2швыш сЗ швами

77.

2. Ананьев В.В., Виденин О.В. Проницаемость пленочных материалов и защитные свойства упаковки // Технологии упаковочных производств и пищевого машиностроения в свете экологической безопасности пищевого сырья и продуктов питания: сборник материалов второй научнопрактической конференции / Московский государственный университет пищевых производств. Москва, 2011. С. 18-34.

3. Технология упаковочного производства: учеб. / Т.И. Аксенова [и др.]. М.: Колосс, 2002. 184 с.

4. Тара и ее производство: учеб. пособ. / Н.Ф. Ефремов. М.: МГУП, 2001. 312 с.

5. Поверхностная модификация полимеров / В.Г. Назаров [и др.]. М.: МГУП, 2008. 474 с.

Тимощенко Ольга Александровна, асп., fabiah@mail.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,

Литунов Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., litunov@rambler.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет

RESEARCH OF GAS PERMEABILITY OF THE WELDED SEAM OF POLYMERIC FOOD PACKING

O.A. Timoshchenko, S. N. Litunov

Research of gas permeability of a welded seam ofpolymeric food packing on the developed technique is conducted, the analysis ofprocessing of skilled data is made.

Key words: gas permeability, welded seam, polymeric food film.

Timoshchenko Olga Aleksandrovna, graduate, fabiah@,mail.ru. Russia, Omsk, Omsk State Technical University,

Litunov Sergey Nikolaevich, doctor of technical science, professor, litunov@,rambler.ru. Russia, Omsk, Omsk State Technical University