CC BY
2УДК 54 Гузенко О.А., Кузнецов В.В.
Гузенко О.А.
магистрант 2 курса Ивановский государственный химико-технологический университет
(г. Иваново, Россия)
Кузнецов В.В.
доктор химических наук, профессор Ивановский государственный химико-технологический университет
(г. Иваново, Россия)
ПОЛУЧЕНИЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ УПАКОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ НА РАЗРЫВНОЙ МАШИНЕ
Аннотация: в статье описано получение биоразлагаемых упаковочных материалов на основе крахмала и их модификация сшивающими агентами, которыми выступали различные пищевые кислоты. Исследовано влияние внесения сшивающих агентов на прочность упаковочных материалов с помощью разрывной машины марки 2099Р-5 с электрическим приводом активного захвата и электронным силоизмерителем.
Ключевые слова: биоразлагаемые материалы, эко-упаковка, прочность на разрыв, разрывная машина, разрывное усилие, удельная прочность, абсолютное удлинение, относительное удлинение.
Тема разработки биоразлагаемых упаковочных материалов сейчас находится на слуху не только в мире науки, но и в повседневной жизни любого человека. Ведь благодаря правильно составленной разработанной рецептуре можно получить такую эко-упаковку, которая сможет стать альтернативой полиэтиленовым упаковочным материалам, которые, как известно, разлагаются несколько сотен лет. Для получения эко-упаковки используются такие
природные полимеры, как хитозан, крахмал, пектин и другие [1]. Одним из наиболее важных свойств, которым должна обладать эко-упаковка на основе природных полимеров, чтобы составить конкуренцию полиэтиленовым упаковочным материалом, является прочность. Таким образом, данная работа посвящена получению биоразлагаемых пленок на основе крахмала и исследованию влияния внесения различных сшивающих агентов, которыми выступали пищевые кислоты, на придание прочности упаковочным материалам. Условно работу можно разделить на две части: первая - получение биоразлагаемых упаковочных материалов из реагентов, представленных в таблице 1, и вторая - исследование полученных образцов на разрывной машине.
Таблица 1. Реактивы для синтеза биоразлагаемых пленок.
Название реактива Брутто формула Структурная формула Марка Свойства
Картофельный крахмал (C6H10О5) п им Hааs Выступает основой пленки.
Поливиниловый спирт ^ШО^ Х.Ч. Выступает эмульгирующим и пленкообразующим полимером. Обладает высокой прочностью на разрыв и гибкостью.
Глицерин C3H8О3 Х.Ч. Является влаго- удерживающим агентом, стабилизатором, пластификатором.
Лимонная кислота C6H8О7 Hааs Сшивающий агент с антибактериальным эффектом (способный ингибировать (подавлять, задерживать) рост микроорганизмов).
Ортофосфорная H3PО4 н-О, о Х.Ч. Сшивающий агент.
кислота н-о' Ь-н
Щавелевая кислота C2H2О4 „к Х.Ч. Сшивающий агент.
Адипиновая кислота C6H10О4 „А^у- Х.Ч. Сшивающий агент.
Этиловый спирт (95%) C2H6О ннк Х.Ч. Органический растворитель.
Формовочная смесь готовилась путем смешивания крахмала и поливинилового спирта в пропорциях 1:1, соответственно, и нагревании в течение 30 минут с дальнейшим внесением глицерина и различных сшивающих агентов (лимонной, ортофосфорной, щавелевой и адипиновой кислот) в соотношении 1:3 (крахмал:сшивающий агент). Методом литья формовочная смесь наносилась на стеклянную чашку Петри и высушивалась при определенных условиях. Таким образом, было получено четыре образца упаковочных материалов, толщина которых была измерена с помощью микрометра и составила 80 мкм. В качестве эталона для исследования на прочность был использован пакет промышленного изготовления из местного супермаркета, заявленный как биоразлагаемый (толщина 80 мкм). Для определения разрывной прочности и относительного разрывного удлинения полученных упаковочных материалов использовали разрывную машину марки
2099Р-5 с электрическим приводом активного захвата и электронным силоизмерителем.
Сущность метода заключалась в растяжении образцов до разрыва и определении величины разрывной нагрузки и удлинения при разрыве. Зажимную длину образца принимали равной (100±1) мм. Скорость движения разрывной машины устанавливали 20 мм/мин. При испытании образцов разрывная нагрузка и удлинение при разрыве фиксировались электронным силоизмерителем [2].
Рис 1. Внешний вид разрывной машины марки 2099Р-5 с электрическим приводом активного захвата и электронным силоизмерителем.
В результате исследования были получены следующие показатели:
Разрывное усилие (Н),
Удельная прочность (сН/текс),
Абсолютное удлинение (мм),
Относительное удлинение (%).
Результаты исследования представлены в таблице 2.
П *
Таблица 2. Результаты исследования на разрывной машине марки 2099Р-5 с электрическим приводом активного захвата и электронным силоизмерителем
Образец Разрывное Удельная Абсолютное Относительное
усилие, Н прочность, сН/текс удлинение, мм удлинение, %
Пленка, 10,3 5150 90,037 180,07
модифицированна
я лимонной
кислотой
Пленка, 12,5 6250 38,492 76,984
модифицированна я ортофосфорной
кислотой
Пленка, 2,2 1100 31,767 63,534
модифицированна
я адипиновой
кислотой
Пленка, 1,8 900 56,181 112,36
модифицированна
я щавелевой
кислотой
Контрольный образец -биоразлагаемый 4,8 2400 181,570 363,14
пакет из
супермаркета
Исследование на разрывной машине показало, что наибольшей прочностью на разрыв обладают пленки, модифицированные лимонной и ортофосфорной кислотами. Кроме того, показатели прочности пленки, модифицированной ортофосфорной кислотой, оказались выше не только показателей всех синтезированных образцов пленок, но и выше показателей контрольного образца в 2,6 раз. Таким образом, проведенные исследования
показали высокий потенциал для создания пищевых биоразлагаемых пленок, модифицированных ортофосфорной кислотой, которые могут стать альтернативой полиэтиленовым упаковочным материалам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Kusmiyаti А., ^е еffеct of composition on mеchаnicаl propеrtiеs of ЫodеgrаdаЫе pkstic bаsеd on chitosаn/cаssаvа stаrch/PVА/crudе glycеrol: Optimizаtion of Ше composition using Box Bеhnkеn Dеsign // Journаl Cаrbohydrаtе Polymеrs. - 2022. - Vol. 294. - P. 78-115;
2. Зуев, В. В. Изучение инструкции и принцишв рабoты испытательнoй разрывнoй машины : учебше пoсoбие / В. В. Зуев, Е. В. Преoбраженская , шставители пo результатам ее вышлнения. Предназначенo для студентoв,. — Мoсква : РТУ МИРЭА, 2021. — 43 с. — Текст : электрoнный // Лань : электрoннo-библиoтечная система. — URL: https://е.lаnbook.com/book/182477 (дата oбращения: 29.11.2023). — Режим дoступа: для автoриз. пoльзoвателей.
Guzenko O.A., Kuznetsov V. V.
Guzenko O.A.
Ivanovo State University of Chemical Technology (Ivanovo, Russia)
Kuznetsov V.V.
Ivanovo State University of Chemical Technology (Ivanovo, Russia)
PRODUCTION OF BIODEGRADABLE PACKAGING
MATERIALS WITH HIGH STRENGTH AND INVESTIGATION OF THEIR PROPERTIES ON BURSTING MACHINE
Abstract: the article describes the production of biodegradable starch-based packaging materials and their modification by crosslinking agents, which were various food acids. The effect of applying crosslinking agents on the strength ofpackaging materials was studied using a 2099R-5 bursting machine with an electric active gripper drive and an electronic force meter.
Keywords: biodegradable materials, eco-packaging, tensile strength, breaking machine, breaking force, specific strength, absolute elongation, relative elongation.
