CC BY
0
Международная научно-практическая конференция , t „Молоко 2050: наукоемкие РЕШЕНИЯ
Научная статья
УДК 637.1, 691.175.2
DOI: 10.52653/РР1.2022.3.3.013
Морфология поверхности образцов пленки полиэтиленовой, наполненной двуокисью титана
Дмитрий Михайлович Мяленко1, ольга Борисовна Федотова2
2ВНИИ молочной промышленности, Москва, d.myalenko@vnimi.org
Аннотация. Получены новые знания о морфологии поверхности пленки полиэтиленовой, наполненной диоксидом титана (ТЮ2) и предназначенной для изготовления пакетов и розлива молока, кисломолочных продуктов, фасования сметаны и творога, а также других пищевых продуктов. Анализ литературы показал, что двуокись титана, входящая в состав исследуемого материала, является фоточувствительным материалом, обеспечивающим защиту от видимого излучения и поглощающим ультрафиолет (УФ). Мелкодисперсные частицы ТЮ2, добавленные в объем полимера или в поверхностный слой, эффективно рассеивают видимое излучение, что приводит к непрозрачности полимера, а также поглощают УФ, защищая полимер от фотодеструкции. Кроме того, при малом размере частиц наполнителя цвет пленки может приобрести желтый оттенок. В настоящей работе представлены данные микроскопических исследований поверхности модифицированной ТЮ2, серийно выпускаемой полиэтиленовой пленки. В соответствии с литературными данными на морфологию полимерного материала оказывают влияние в первую очередь его природа, структура, соотношение кристаллической и аморфной фазы и пр. Представленное исследование актуально, поскольку состояние поверхности наполненных упаковочных материалов может влиять, при прочих равных условиях, на адгезионную способность и смачиваемость, что, в свою очередь, в технологическом аспекте определяет способность поверхности воспринимать красочную печать и возможность дублирования (ламинирования) материала. Проведенные исследования позволили получить массив из 1187 частиц и определить их диаметр Ферета. Поскольку образцы пленки визуально имеют насыщенный белый цвет без пожелтения, то можно констатировать, что размер частиц достаточный для обеспечения требуемого внешнего вида упаковочного материала. Представленные исследования имеют научную новизну, поскольку позволяют получить абсолютно новые данные об известном упаковочном объекте.
Ключевые слова: упаковочный материал, пленка полиэтиленовая наполненная, двуокись титана, морфология, метод светлого поля, диаметр Ферета
Для цитирования: Мяленко Д. М., Федотова О. Б. Морфология поверхности образцов пленки полиэтиленовой, наполненной двуокисью титана // Пищевая промышленность. 2022. № 3. С. 56-59.
Original article
Surface morphology dioxide
Dmitriy M. Myalenko1, Ol'ga B. Fedotova2
2All-Russian Research Institute of the Dairy Industry, Moscow, d.myalenko@vnimi.org
Abstract. New knowledge about the morphology of the surface of a polyethylene film filled with titanium dioxide (TiO2), intended for the manufacture of bags and bottling of milk, fermented milk products, packaging of sour cream and cottage cheese, as well as other food products, has been obtained. An analysis of the literature showed that titanium dioxide, which is part of the material under study, is a photosensitive material that provides protection from visible radiation and absorbs ultraviolet (UV). Fine particles of TiO2 added to the bulk of the polymer or to the surface layer effectively scatter visible radiation, which leads to the opacity of the polymer, and also absorb UV, protecting the polymer from photodegradation. In addition, with a small particle size of the filler, the color of the film may acquire a yellow tint. This paper presents the data of microscopic studies of the surface of a TiO2-modified, commercially available polyethylene film. In accordance with the literature data, the morphology of a polymeric material is influenced, first of all, by its nature, structure, ratio of the crystalline and amorphous phases, etc. The presented study is relevant, since the state of the surface of filled packaging materials can affect, ceteris paribus, the adhesive ability and wettability, which, in turn, in the technological aspect, determines the ability of the surface to perceive colorful printing, and determines the possibility of duplication (lamination) of the material. The studies carried out made it possible to obtain an array of 1187 particles and determine their Feret diameter. Since the film samples, visually, have a rich white color without yellowing, it can be stated that the particle size is sufficient to ensure the required appearance of the packaging material. The presented studies are of scientific novelty, since they allow obtaining completely new data on a well-known packaging object.
Keywords: packing material, filled polyethylene film, titanium dioxide, morphology, bright field method, Feret diameter
For citation: Myalenko D. M., Fedotova O. B. Surface morphology of polyethylene film samples filled with titanium dioxide // Food processing industry. 2022;(3):56-59 (In Russ.).
Автор, ответственный за переписку: Дмитрий Михайлович Мяленко, d.myalenko@vnimi.org
Corresponding author: Dmitriy M. Myalenko, d.myalenko@vnimi.org
© Мяленко Д. М., Федотова О. Б., 2022
of polyethylene film samples filled with titanium
МОЛОКО 2050: НАУКОЕМКИЕ РЕШЕНИЯ^
_BHI
AND TECHNOLOGY
Введение. Наибольшее распространение для розлива молока, цельномолочной и других видов продукции получила упаковка из пленки полиэтиленовой, наполненной двуокисью титана (ТЮ2) [1]. Этот упаковочный материал получают традиционными методами экструзии или соэкструзии с раздувом и использованием суперконцентрата, в который и вводят наполнитель. В результате пленка приобретает белый, привлекательный для потребителя цвет. но использование данного наполнителя направлено не только на придание упаковке эстетического вида. В ряде исследований [2-4] доказано, что диоксид титана является фоточувствительным материалом. В соответствии с этими исследованиями частички дисперсии, добавленные в объем полимера или в поверхностный слой, эффективно рассеивают видимое излучение, что приводит к непрозрачности полимера, а также поглощают УФ, защищая полимер от фотодеструкции. Подтверждены и антиоксидантные свойства диоксида титана [5]. Авторами [6] показано, что свет, проходящий сквозь окрашенные (белые) пленки, содержащие частицы ТЮ2 определенных размеров, будет тем более желтым, чем меньше размеры частиц фазы дисперсии. Кроме того, под действием повышенных температур возможно динамическое увеличение желтизны пленок с двуокисью титана. Применительно к упаковке молочной продукции основной целью его использования является свето-защита упакованного продукта. В пакеты из данного материала на фасовочно-упаковочном оборудовании успешно разливаются молоко различной жирности, кисломолочные напитки (кефир, простокваша, ряженка и др.), сметана [7-9]. В этот же материал фасуют творог диетический, в том числе для детского питания.
«Морфология» в переводе с греческого «учение о формах» [10]. Как правило, этот термин используется в языкознании и биологии. К морфологическим характеристикам поверхности согласно [11, 12] относят форму, размер и структуру (геометрию)
отдельных деталей, объектов или составных частей поверхности. Относительно полимерных упаковочных материалов исследование морфологии их поверхности актуально, поскольку она может влиять, при прочих равных условиях, на адгезионную способность и смачиваемость, что, в свою очередь, в технологическом аспекте влияет на способность поверхности воспринимать красочную печать и определяет возможность дублирования (ламинирования) материала. на морфологию полимерного материала оказывают влияние в первую очередь его природа, структура, соотношение кристаллической и аморфной фазы и пр. Что касается наполненных полимеров, то в зарубежной литературе особое внимание уделяется структурированным и наноструктуриро-ванным пленкам, содержащим двуокись титана [11-13].
Цель исследования. В связи с вышеизложенным изучение морфологии поверхности упаковочного материала -пленки полиэтиленовой, наполненной двуокисью титана, является актуальным направлением исследования.
объекты исследования. В качестве объекта исследования использована пленка полиэтиленовая, наполненная двуокисью титана (5 масс%), предназначенная для изготовления пакетов для упаковывания молока и молочной продукции.
Методы исследования. В настоящем исследовании использовано понятие «Диаметр Ферета» (рис. 1.) [14]. В соответствии с [15, 16] это диаметр окружности, эквивалентной периметру. определяются размер и форма частиц методом анализа изображений. При этом определяется группа диаметров, находящаяся на расстоянии между двумя касательными к контуру частицы в четко определенном положении.
Анализ размера частиц выполнен методом светлого поля на просвечиваю-
щем оптическом микроскопе Axio Lab. A1 с оптикой Axiocam 105 color при конечном увеличении 1000 крат. В работе использовали программное обеспечение ZEN rjnjhjt, которое позволяет управлять камерами микроскопов Axiocam, создавать и экспортировать изображения и видео, а также измерять длину и контуры в интерактивном режиме.
Для проведения исследований из разных мест партии материала были вырезаны 4 образца.
Цвет образцов определяли визуально, без применения увеличительных приборов.
результаты и их обсуждение. Из полученных изображений (рис. 2-5) была выделена двухцветная маска, соответствующая частицам, наиболее близко расположенным к поверхности. Получен массив из 1187 частиц, для которых был рассчитан диаметр Ферета. Распределение величины диаметра Ферета представлено в виде пяти гистограмм, соответствующих каждому изображению в отдельности и общему массиву (рис. 6).
Из приведенных данных видно, что используемый метод дает относительную картину распределения частиц двуокиси титана в массе полимера, в том числе в приповерхностной области. Используя метод светлого поля с последующим опреде-
XFeret Л-»
Рис. 1. Схема измерения диаметра Ферета [16]
молоко 2050: наукоемкие решения
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
лением диаметра Ферета, можно оценить морфологию поверхности наполненной пленки. Наблюдаются определенные различия в исследованных образцах.
Заключение. Установлено среднее распределение диаметра Ферета и получен новый экспериментальный материал, расширяющий знания об упаковочных пленках для молочной продукции.
Поскольку образцы пленки визуально имеют насыщенный белый цвет без пожелтения, можно констатировать, что размер частиц достаточный для обеспечения требуемого внешнего вида упаковочного материала.
Список источников
1. Буянова И. В., Федотова О. Б. Современные технологии упаковывания и хранения
молочных продуктов: учебное пособие. Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2017. 122 с.
2. Бузинер Л. Ю., Белухичев Е. В. Применение нанодиоксидов титана Hombitec® для пленок, экранирующих УФ-излучение // Полимерные материалы. 2017. № 5. С. 44-45.
3. Fujishima A., Zhang X. Titanium dioxide photocatalysis: present situation and future
МОЛОКО 2050: НАУКОЕМКИЕ РЕШЕНИЯ^
_BHI
AND TECHNOLOGY
approaches // Comptes Rendus Chimie. 2006. Vol. 9. No. 5. P. 750-760.
4. Landmann M., Rauls E., Schmidt W. G. The electronic structure and optical response of rutile, anatase and brookite TiO2 // Journal of Physics: Condensed Matter. 2012. Vol. 24. No. 19. P. 195503.
5. Кривова Н. А., Заева О. Б., Ходанович М. Ю., Карелина О. А., Гуль Е. В., Зеленская А. Е. Состояние слизистой оболочки желудка при антиоксидантной активности и биохимических показателей крови у крыс после скармливания нано- или микрочастиц диоксида титана // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2011. № 2 (14). С. 81-95.
6. Тихонов В. А., Лановицкий С. В., Ткачева В. Э. Исследование фотокаталитической активности высокодисперсного диоксида титана. Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 9. С. 148-150.
7. Зобкова З. С. Технологические и технические решения повышения стойкости в хранении биоактивных молочных продуктов // Молочная промышленность. 2005. № 3. С. 38-43.
8. Зобкова З. С. и др. Теоретические и практические аспекты производства цельномолочных продуктов нового поколения // МОЛОКО. Переработка и хранение: коллективная монография. М., 2015. Глава 4. С. 95-222.
9. Юрова Е. А., Фильчакова С. А. Оценка качества и хранимоспособности молочных продуктов функциональной направленности //
Переработка молока. 2019. № 10 (240). С. 6-11.
10. Мартинович Г. А. Современный русский литературный язык. МОРФОЛОГИЯ. СПб., 2010. 184 с.
11. Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Нано-структурные материалы. М.: Академия, 2005. 192 с.
12. Гусев А. И., Ремпель А. А. Нанокристалли-ческие материалы. М.: Физматлит, 2001. 224 с.
13. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии (учебное пособие). Нижний Новгород: РАН, 2004. 114 с.
14. ГОСТ Р 8.961-2019 «Дисперсные характеристики аэрозолей и взвесей». Термины и определения.
15. Гаврилова Н. Н., Назаров В. В., Яровая О. В. Микроскопические методы определения размеров частиц дисперсных материалов: учебное пособие. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. 52 с.
16. Henk G. Merkus. Particle Size Measurements: Fundamentals, Practice, Quality. 108 р.
References
1. Buyanova I. V., Fedotova O. B. Modern technologies for packaging and storage of dairy products: textbook. Kemerovo: Kemerovo Technological Institute of Food Industry, 2017. 122 p.
2. Buziner L. Yu, Belukhichev E. V. Application of Hombitec® titanium nanodioxides for films screening UV radiation. Polimernye mate-rialy = Polymer materials. 2017;(5):44-45.
3. Fujishima A., Zhang X. Titanium dioxide photocatalysis: present situation and fu-
ture approaches. Comptes Rendus Chimie. 2006;9(5):750-760.
4. Landmann M., Rauls E., Schmidt W.G. The electronic structure and optical response of rutile, anatase and brookite Ti02. Journal of Physics: Condensed Matter. 2012;24(19):195503.
5. Krivova N. A., Zayeva 0. B., Khoda-novich M. Yu., Karelina 0. A., Gul' E. V., Zelenskaya A. E. The state of the gastric mucosa, antioxidant activity and blood biochemical parameters in rats after feeding with nano or microparticles of titanium dioxide. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya = Bulletin of Tomsk State University. Biology. 2011;2(14):81-95 (In Russ.).
6. Tikhonov V. A., Lanovitskiy S. V., Tkacheva V. E. Investigation of the photocatalytic activity of highly dispersed titanium dioxide. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta = Vestnik of Technological University. 2016;19(9):148-150 (In Russ.).
7. Zobkova Z. S. Technological and technical solutions for increasing the storage stability of bioactive dairy products. Molochnaya pro-myshlennost' = Dairy Industry. 2005;(3):38-43 (In Russ.).
8. Zobkova Z. S. Theoretical and practical aspects of the production of whole milk products of a new generation. M0L0K0. Pererabotka i khraneniye: kollektivnaya monografiya = MILK. Processing and storage: collective monograph. Moscow, 2015. Chapter 4. P. 95-222 (in Russ.).
9. Yurova E. A., Fil'chakova S. A. Assessment of the quality and storage capacity of functional dairy products. Pererabotka moloka = Milk Processing. 2019;10(240):6-11 (In Russ.).
10. Martinovich G. A. Modern Russian literary language. MORPHOLOGY. Saint Petersburg, 2010. 184 p. (In Russ.)
11. Andrievskiy R. A., Ragulya A. V. Nano-structured materials. Moscow: Academy, 2005. 192 p. (In Russ.)
12. Gusev A. I., Rempel' A. A. Nanocrystal-line materials. Moscow: Fizmatlit, 2001. 224 p. (In Russ.)
13. Mironov V. L. Fundamentals of scanning probe microscopy. Textbook. Nizhniy Novgorod: RAN, 2004. 114 p. (In Russ.)
14. G0ST R 8.961-2019 Disperse characteristics of aerosols and suspensions. «Terms and Definitions» (In Russ.).
15. Gavrilova N. N., Nazarov V. V., Yarovaya 0. V. Microscopic methods for determining the size of particles of dispersed materials: textbook. Moscow: D. I. Mendeleev Russian chemical-technological university, 2012. 52 p. (In Russ.)
16. Henk G. Merkus Particle Size Measurements: Fundamentals, Practice, Quality. 108 p.
Информация об авторах Information about the authors
Мяленко Дмитрий Михайлович, канд. техн. наук, Dmitriy M. Myalenko, Candidate of Technical Sciences,
Федотова Ольга Борисовна, д-р техн. наук Ol'ga B. Fedotova, Doctor of Technical Sciences
ВНИИ молочной промышленности, 115093, Москва, ул. Люсиновская, All-Russian Research Institute of the Dairy Industry, Moscow, 35, д. 35, к. 7А, d.myalenko@vnimi.org, o_fedotova@vnimi.org bld. 7А, Lyusinovskaya str., Moscow, 115093, d.myalenko@vnimi.org,
o_fedotova@vnimi.org
Статья поступила в редакцию 19.01.2022; одобрена после рецензирования 23.01.2022; принята к публикации 25.01.2022. The article was submitted 19.01.2022; approved after reviewing 23.01.2022; accepted for publication 25.01.2022.
