CC BY
28
ХИМИЯ
УДК 678.416.621.357.82
Р. М. Гарипов, В. Н. Серова, А. А. Ефремова, Ж. Ю. Геркина
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОБАРЬЕРНОЙ ТЕРМОУСАДОЧНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ
ПЛЕНКИ, ЗАПЕЧАТАННОЙ СПОСОБОМ ФЛЕКСОГРАФИИ
Ключевые слова: многослойная термоусадочная полимерная пленка, триадные краски, спектр поглощения, оптическая
плотность, световое старение.
Изучены оптические характеристики красочных слоев, нанесенных триадными красками способом флексографии на высокобарьерную термоусадочную девятислойную пленку для упаковки мяса, включая их изменение под воздействием источника ультрафиолетового (УФ) света. Установлено, что световое старение названных красочных слоев обусловлено главным образом собственным световым старением данной незапечатанной пленки, в случае которой изменение оптической плотности в видимой области спектра за 10 часов УФ-облучения составляет 133-367%.
Keywords: multi-layer thermo-shrinkable polymer film triad paint, absorption spectrum, optical density, photoaging.
The optical characteristics of the paint layers applied triad colors way flexography on high barrier shrink deviational film for packaging of meat, including their change under the influence of a source of ultraviolet (UV) light were investigated. It was found that photoaging of paint layers due mainly to their own photoaging of this unsealed film, in which case the change in optical density in the visible region of the spectrum for 10 hours of UV irradiation is 133367%.
Введение
В современной упаковочной индустрии исключительную роль играют полимерные пленки, которые в сумме занимают половину упаковочного рынка [1]. Ожидается, что мировой рынок пленочной, так называемой, гибкой упаковки в 2015 году превысит 19 млн. т. (70 млрд. долл.).
Для лучшей сохранности пищевых продуктов (во избежание нежелательных процессов окисления и порчи) используют полимерные пленочные материалы, обладающие наибольшими барьерными свойствами - способностью препятствовать проникновению газов, паров и посторонних запахов. Главным фактором, влияющим на сроки хранения пищевых продуктов, является проницаемость полимерных пленок к кислороду и водяному пару [2]. Благодаря свойствам барьерных полимерных пленок становится возможным значительно (до 0.5-1 года) увеличить срок хранения продуктов, в том числе скоропортящихся; увеличить срок службы упаковки за счет исключения расслоения ламинатов; избавиться от алюминиевой фольги; уменьшить время стерилизации; снизить вес упаковки.
Основной тенденцией рынка современной упаковки для пищевых продуктов является массовая замена традиционных упаковочных материалов и низкобарьерных пленок на высокобарьерные. При этом наиболее стремительными темпами, как за рубежом, так и в России, в последние годы растет рынок многослойных пленок и комбинированных материалов на основе полимеров. Спрос на данный вид изделий определяется их высокими потребительскими качествами - привлекательным внешним видом, относительной дешевизной, отличными физико-механическими показателями,
широким диапазоном выбора компонентов и добавок, придающим материалу практически любые необходимы свойства.
Анализ литературы и патентный поиск показали, что разработка многослойных упаковочных пленок, в том числе термоусадочных, в настоящее время является наиболее актуальным направлением [1-8]. Термоусадочная пленка способна изменять линейные размеры под действием высоких температур и при этом плотно обтягивать упакованный товар, что позволяет транспортировать упакованную продукцию без риска утраты товарного вида.
Сравнительные свойства моно- и многослойных пленок для упаковки пищевых продуктов описаны в работах [9, 10]. Также ранее были проведены работы [11, 12], посвященные получению, а также барьерным и другим свойствам многослойной термоусадочной пленки для упаковки мяса.
Печать на упаковочных пленках чаще всего осуществляется способом флексографии, причем требования и к полимерным пленкам, и к нанесенным на них красочным изображениям, становятся все более жесткими. Так, наряду с высокими значениями оптических характеристик красочных слоев, возрастают требования к их светостойкости и стойкости к другим видам старения.
В связи с вышеизложенным целью настоящей работы являлось изучение оптических характеристик красочных слоев, нанесенных триадными красками способом флексографии на высокобарьерную термоусадочную пленку ПБВМ-50 для упаковки мяса. В работе также исследовалось изменение оптических характеристик красочных слоев на пленке ПБВМ-50 под воздействием источника ультрафиолетового (УФ) света.
Экспериментальная часть
Высокобарьерная термоусадочная пленка ПБВ М-50 толщиной 50 мкм изготовлена в ОАО НПП «Тасма» способом соэкструзии с двойным раздувом на экструзионном оборудовании итальянской фирмы «GAP S.r.l.» (г. Трекате, Италия) при использовании следующих полимеров: полиамид (ПА), сополимера этилена с виниловым спиртом (СЭВС), сополимера этилена с пропиленом (ПОП) и адгезивов (Адг). В состав данной пленки входят девять полимерных слоев, и ее структура имеет следующий вид:
ПА/ПА/Адг/ПА/СЭВС/ПА/Адг/ПОП/ПОП.
Пленка ПБВ М-50 запечатывались на комбинированной флексографской печатной машине Gallus RCS 330 (Швейцария) с УФ сушкой со скоростью печати 160м/мин. Для этого применялись триадные УФ-краски основных цветов CMYK марки Flint Group - голубой (Cyan), пурпурной (Magenta) и желтой (Yellow).
Для регистрации спектров поглощения красочных слоев, нанесенных на пленку ПВБМ-50, а также данной незапечатанной пленки применялся спектроденситометр Techkon SpectroDens. Диапазон измерений спектра: 400-700 нм (с шагом 10 нм). Погрешность измерений составляла ±0.05.
Для оценки светостойкости запечатанные и незапечатанные пленочные образцы подвергались облучению УФ-светом дуговой разрядной ртутной лампы высокого давления ДРТ 240 с мощностью светового потока 24,6 Вт. При этом пленочные образцы располагались на подложке из матовой белой бумаги на расстоянии 30 см от лампы.
Результаты и их обсуждение
На рис. 1-3 приведены спектры поглощения образцов запечатанной триадными красками пленки ПВБ М-50, как исходных, так и после УФ-облучения продолжительностью от 10 до 25 часов.
t>, отн £Я
«30 Ш Ш «О О» X»
Продолжительность УФ-облучения, час: 1 - 0; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25
Рис. 1 - Спектры поглощения голубого красочного слоя на пленке ПВБ М-50
Как показывают приведенные на рис. 1-3 экспериментальные данные, во всех случаях с увеличением продолжительности УФ-облучения значение оптической плотности в максимумах полос
поглощения красочных слоев (Эмакс) возрастает. Кроме того, при этом наблюдается смещение соответствующих Омакс длин волн (Хмакс), т.е. происходит сдвиг спектральных кривых в ту или иную область. Так, в случае голубого слоя происходит сдвиг на 10 нм в область более длинных волн, а в случае пурпурного и желтого слоев - сдвиг на 10 нм в коротковолновую область спектра. Это так называемый соответственно батохромный и гипсохромный сдвиг, который вызывает изменение цветового тона красочного слоя [13].
Продолжительность УФ-облучения, час: 1 - 0; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25
Рис. 2 - Спектры поглощения пурпурного красочного слоя на пленке ПВБ М-50
Продолжительность УФ-облучения, час: 1 - 0; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25
Рис. 3 - Спектры поглощения желтого красочного слоя на пленке ПВБ М-50
Для оценки светостойкости красочных слоев изучалась кинетика светового старения запечатанной пленки, которую отражает представленная на рис. 4 зависимость относительного изменения Бмакс от продолжительности УФ-облучения - БУФ/00 = : Бо и БУФ - максимальная оптическая плотность запечатанных образцов, измеренная соответственно до и после их УФ-облучения.
Рис. 4 - Зависимость БУФ/Б0 от продолжительности УФ-облучения, полученная для образцов пленки ПВБМ-50, запечатанной голубой (1), пурпурной (2) и желтой (3) краской
Результаты показывают, что светостойкость исследованных красочных слоев на полимерной пленке ПВБМ-50 возрастает в следующем ряду: пурпурный < желтый < голубой.
Изменение Омакс, найденное за 10 часов УФ-обучения (ЛОмакс), соответственно уменьшается следующим образом: 24.0<18.0<8.9 %. Эти данные представлены в таблице, в которой для сравнения также приведены значения АО незапечатанной пленки, найденные при соответствующих значениях
акс.
Таблица 1 - Изменение оптической плотности незапечатанной пленки ПВБМ-50 и нанесенных на нее красочных слоев после 10 часов УФ-облучения
Как видно по данным, представленным в таблице, изменение оптической плотности незапечатанной пленки в видимой области спектра является гораздо больше (в 5-20 раз), чем нанесенных на нее красочных слоев. Таким образом, световое старение красочных слоев, нанесенных способом флексографии на пленку ПВБ М-50, обусловлено
главным образом собственным световым старением данной пленки.
Работа проведена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства по договору № 02.G25.31.0037 согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.
Литература
1. Закрученко, Н. Гибкие пленки на рынке пищевой упаковки / Н. Закрученко // Мясное дело. - 2012. - № 5. -С. 14-15.
2. Зелке, С. Пластиковая упаковка / С. Зелке, Д. Кутлер, Р. Хернандес. - СПб: Профессия, 2011. - 564 с.
3. Луканина, Ю. Многослойные пленки / Ю. Луканина // Тара и упаковка. - 2007. - №3. - С. 40-41.
4. Смышляев, А. Экструзия пленок: организация бизнеса /А. Смышляев // Пластикс. - 2013. - № 7. - С. 14-19.
5. Ухарцева, И.Ю. Современные тенденции применения высокомолекулярных соединений в создании упаковочных материалов для пищевых продуктов (обзор) / И.Ю. Ухарцева // Пласт. массы. - 2014. - №9 - 10. - С. 57 - 63.
6. Пат 2245058 РФ, МПК B32B27/34. Многослойная ориентированная рукавная пленка для упаковки пищевых продуктов/ И.М. Лобасов, Л.Г. Бакало; опубл. 27.05.2005.
7. Пат 2478475 РФ, МПК B29C47/00. Экструзионный способ получения композитных материалов / Д. П. Свиридов, Б.А. Ульянов, А.В. Бадеников и др.; опубл. 10.04. 2013.
8. Пат 2533726 РФ, МПК B29C49/08. Способ производства термоусадочной пленки /С.Л. Фадеев; опубл. 20.11.2014.
9. Серова, В.Н. Светостойкость и другие сравнительные свойства полимерных пленок для упаковки пищевых продуктов / В.Н. Серова, Д.В. Сугоняко, М.Л. Верижников, А.А. Тюфтин // Вестник Казан. технол. унта. - 2014. - Т. 17. - № 3. - С. 104-107.
10. Серова, В. Н. Эксплуатационные свойства моно- и многослойных полимерных упаковочных пленок / В. Н. Серова, Д.В. Сугоняко, М.Л. Верижников, А.А. Тюфтин // Пластические массы. 2014. № 5-6. - С. 54-56.
11. Гарипов, Р.М. Получение и свойства многослойной термоусадочной полимерной пленки / Р. М. Гарипов, В. Н. Серова, А.А. Ефремова, Ж.Ю. Теркина // Вестник технол. ун-та. - 2015. - Т. 18. - Вып. № 3. - С. 174-177.
12. Загидуллин, А.И. Влияние структуры многослойной пленки на барьерные свойства полимерного пленочного материала / А.И. Загидуллин, Р.М. Гарипов, А.И. Хасанов, А.А. Ефремова // Вестник Казан. технол. ун-та. -2014. - Т. 17. - № 21. - С. 151-153.
13. Бородкин, В.Ф. Химия красителей. - М.: Химия, 1981. -125 с.
^маж^ нм Красочные слои Пленка без печати
АОмакс, % AD, %
Голубой Пурпурный Желтый
440 18.0 367.0
570 24.0 133.2
620 8.9 133.3
© Р. М. Гарипов - д.х.н., проф. каф. технологии полиграфических процессов и кинофотоматериалов КНИТУ, rugaripov@mail.ru; В. Н. Серова - д.х.н., проф. той же кафедры, vnserova@rambler.ru; А. А. Ефремова - д.х.н., проф. той же кафедры, annet_e@; Ж. Ю. Геркина - студентка 4 курса той же кафедры, gerkina357@mail.ru.
© R. M. Garipov - doctor of chemical Sciences, рrofessor, Department of printing processes and cinema-photomaterials technology, KNRTU, rugaripov@mail.ru; V. N. Serova - doctor of chemical Sciences, рrofessor, Department of printing processes and cinema-photomaterials technology, KNRTU, vnserova@rambler.ru; A. A. Efremova - candidate of technical Sciences, associate Professor, Department of printing processes and cinema-photomaterials technology, KNRTU, annet_e@; J. Y. Gerkina - student of KNRTU, Department of printing processes and cinema-photomaterials technology, gerkina357@mail.ru.
