CC BY
50
УДК 664 : 678
И. В. Захаров, Ю. Д. Сидоров, М. А. Поливанов, С. В. Василенко
ВЛИЯНИЕ ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТА НА ПАРОПРОНИЦАЕМОСТЬ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова - биоразлагаемая пленка, поливинилацетат, гравиметрический метод.
Проведены исследования паропроницаемости биоразлагаемых пленок на основе крахмалсодержащих композиций в зависимости от содержания поливинилацетата и сравнение паропроницаемости от толщины пленок испытуемого материала.
Key words - biodegradable film, polyvinyl acetate, gravimetric method.
Researches vapor permeability biodegradable films based on starchy compositions according to the content of polyvinyl acetate and a comparison of water vapor permeability of the film thickness of the test material.
Введение
Доля полимеров на рынке упаковочных материалов растет с поразительной быстротой, приводя к частичной замене бумаги, стекла и металлов. Имея уникальную комбинацию свойств, полимерные материалы способствовали развитию упаковочной промышленности. Полимерная тара отличается легкостью, устойчивостью к повреждению, прозрачностью, эластичностью, сжимаемостью и пластичностью. Кроме того, она поддается формованию в различные формы, на такие упаковки легко наносится краска и печать, и могут быть использованы многократно. Из множества разнообразных свойств полимерных материалов можно выделить ряд преимуществ — простоту в обработке, хорошие механические свойства, широкий диапазон температур обработки, низкую плотность среди всех упаковочных материалов.
В отличие от большинства пластмасс, биоразлагаемые полимеры могут расщепляться в условиях окружающей среды микроорганизмами, такими как бактерии или грибы, повышенной влажности, действия УФ лучей, температуры. При этом высокомолекулярные вещества разлагаются на низкомолекулярные, такие, как вода, углекислый газ и т.д. Таким образом совершается естественный круговорот веществ, созданный эволюцией и способный поддерживать экологическое равновесие в природе Полимер, как правило, считается биоразлагаемым, если вся его масса разлагается в почве или воде за период в шесть месяцев. Во многих случаях продуктами распада являются углекислый газ и вода. Любые другие продукты разложения или остатки должны исследоваться на наличие токсичных веществ и безопасность [5]. Пленка для упаковки таких продуктов как крекеры, чипсы, печенья предъявляет повышенные требования к водо- и влагонепроницаемости, для сохранения качеств рассыпчатости. Такая пленка относится к типу фасовочной и требует хорошего уплотнения и легкого вскрытия [3].
Такие материалы кроме положительных, имеют и отрицательные стороны [1]. А именно, набухаемость полимеров в водной среде.
Поскольку постоянство состава газовой среды -залог долгой сохранности, важно точно знать паропроницаемость упаковочных полимерных пленок [2].
Внедрение биоразлагаемого пленочного материала связано с барьерными свойствами: паро-и гозопроницаемость, жиро- и маслостойкость.
Биополимеры представляют собой материалы, которые получают из возобновляемых ресурсов и которые синтезируются живыми организмами [4].
В этой связи, изучение биоразлагаемых пленочных материалов весьма актуальна.
Цель исследования
Исследование свойства паропроницаемости в биоразлагаемых пленочных материалов на основе крахмалсодержащих композиций в зависимости от содержания поливинилацетата (ПВА).
Для достижение данной цели решались следующие задачи:
1. Исследовать влияние ПВА на паропроницаемость биоразлагаемых пленочных материалов
2. Изучить изменение значения паропроницаемости в зависимости от толщины биоразлагаемого пленочного материала
Методика эксперимента
Паропроницаемость пленок изучали гравиметрическим методом по ГОСТ 21472-81 "Материалы листовые. Гравиметрический метод определения паропроницаемости" [6]. Для этого использовался стеклянный стакан (рис. 1), который является паро- и газонепроницаемым. В стакан помещали гигроскопичное вещество, а именно -хлористый литий. Данное вещество было выбрано, потому что оно является одним из самых гигроскопичных веществ и наиболее пригодно для этих целей. Стакан накрывали различными образцами пленок 3 и герметизировали места соединений специальным герметиком 4. По привесу хлористого лития определяли, сколько влаги проникло через наш полимерный материал.
Рис. 1 - Гравиметрический метод определения паропроницаемости
Объектами исследования были образцы пленок, которые представляют собой полимерные материалы на основе возобновляемого сырья на основе композиций, содержащих картофельный крахмал ГОСТ Р 53876-2010. Для изменения паропроницаемости в эти композиции вводилась водная дисперсия ПВА (ГОСТ 18992-80). Средний размер частиц ПВА в дисперсии составлял 1-3 мкм. Подготовленная суспензия выдерживалась в термостате при t=40оС в течении 20 минут и поливалась на подложку из полиметилметакриалата. Средняя толщина пленок изменялась в интервале от 50-200 мкм. Толщина пленок измерялась на оптиметре ИКВ-3 Полученные пленки отличались содержанием поливинилацетата (ПВА): 0 % масс., 6 % масс., 12 % масс., 18 % масс., 24 % масс. соответственно для образцов А, В, С, D и Е.
Результаты и обсуждения
На рисунке 2 показана зависимость изменения паропроницаемости образцов пленок от времени.
-5 1-
ь т с о
м е
а ц
и н о
о
ра Па
0 12
4 5
образец Е )( образец О ♦ образецА Я образец В —образецС
Время сутки
Рис. 2 - График зависимости паропроницаемости от содержания ПВА
Из графика видно, что паропроницаемость пленок увеличивается со временем, причем каждую кривую паропроницаемости можно условно разделить на 3 участка:
1 участок - начальный, когда влага постепенно диффундирует из ОС через образец пленки к хлористому литию. Этот участок характеризуется незначительным увеличением массы. На этом
участке, вероятно образец пленки приходит в равновесное состояние по влаге с ОС.
2 участок - характеризуется линейной зависимостью увеличения массы во времени. Именно наклон этой кривой по отношению к оси абсцисс характеризует диффузии влаги через исследуемую пленку.
3 участок можно условно назвать «насыщением». Он характеризует максимальное количество влаги, которое проходит через исследуемый материал. Сравнение кривых паропроницаемости показывает, что с увеличением количества дисперсии ПВА в композиции паропроницаемость возрастает. Это может быть следствием увеличение пористости пленки, приведение в ее состав частиц ПВА с ращзмером 1-3 мкм.
Кроме того, увеличение количества ПВА в композиции приводит к прапорциональному росту паропроницаемости при повышении толщины пленки (табл. 1).
Таблица 1 - зависимость паропроницаемости пленок от толщины и содержания ПВА
Содержание Паропроницае- Паропроницае-
ПВА, % мость при мость при
толщине толщине
пленки 60 мкм, пленки 80 мкм,
г/дм2 г/дм2
0 0,546 0,812
6 0,592 0,854
12 0,654 0,912
18 0,702 0,976
24 0,767 1,054
При относительной влажности в помещении в 60 % была получена зависимость паропроницаемости пленки одинаковой консистенции компонентов от толщины пленки. Для сравнительных испытаний необходимо применять пленки всегда одинаковой толщины [8].
Так была получена зависимость паропроницаемости от толщины пленки за одинаковое количество времени (рис. 3).
Рис. 3 - Диаграмма паропроницаемости от толщины пленки
Из диаграммы можно сделать вывод, что с увеличением толщины пленок паропроницаемость уменьшается и наоборот.
Заключение
1. Увеличение количества ПВА в крахмал содержащих композициях используются для получения пленок приводит к повышению паропроницаемости
2. Увеличение количества ПВА в композиции приводит к прапорциональному росту паропроницаемости при повышении толщины пленки
Выводы
1. Изучено влияние ПВА на паропроницаемость биоразлагаемых пленочных материалов.
2. Исследовано изменение значения паропро-ницаемости в зависимости от толщины биоразлагаемого пленочного материала.
Литература
1. Валентас К.Дж. Э.Ротштейн, Р.П. Сингх Пищевая инженерия: справочник с примерами расчетов. - Спб.: Профессия,2004. - 848 с.
2. Семенкова А.Э. и др. , Журнал Пластические массы, №4, 21-23 (1984)
3.С.И. Вольфсон, Р.М. Гарипов, Н.А. Охотина, Д.Ю. Закирова, А.А. Ефремова, Вестник Казанского технологического университета, 4, 2014, 130-132 (2014).
4. Н.Ш. Валеева, Г.Б. Хасанова, Вестник Казанского технологического университета, 22,2013, 184-187 (2013).
5. Якубович С.В. Испытания лакокрасочных материалов и покрытий, С.22-23 (1952)
6. ГОСТ 21472-81
7. З.И. Грива, В.А. Коц, В.Д. Пиастро, С.Л. Томарченко Справочник химика, том III. -СПб.: Химия, 1964.-1008 с.(347 с)
8. Власов С.В., А.А.Ольхов Биоразлагаемые полимерные материалы №7, 23-26, (2006)
© И. В. Захаров - аспирант каф. Пищевая инженерия малых предприятий КНИТУ, zaharvv1991@mail.ru; Ю. Д. Сидоров-к.т.н.,ст. преп. той же кафедры, sidud@mail.ru; М. А. Поливанов - к.т.н., профессор той же кафедры, polivanovzx@mail.ru; С. В. Василенко - доцент той же кафедры, pimp-kstu@mail.ru.
© 1 V. Zakharov - Ph.D. Student, Department of food engineering in small enterprises, Kazan National Research Technological University, zaharvv1991@mail.ru; Y. D. Sidorov - PhD,senior lecturer. Department of Food engineering of small enterprises, Kazan National Research Technological University, sidud@mail.ru; M. А. Polivanov - Ph. D., Professor of Food engineering at small enterprises, Kazan National Research Technological University, polivanovzx@mail.ru; S. V. Vasilenko - associate Professor of Food engineering of small enterprises, Kazan National Research Technological University , pimp-kstu@mail.ru.
