CC BY
32
УДК 667.632:678.416
В. Н. Серова, Ж. Ю. Геркина
ВЛИЯНИЕ СВЕТОВОГО СТАРЕНИЯ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА
МНОГОСЛОЙНЫХ ТЕРМОУСАДОЧНЫХ ПЛЕНОК
Ключевые слова: многослойные термоусадочные полимерные пленки, полиэтилен высокого давления, полиамид, световое
старение, разрушающее напряжение, относительное удлинение.
Изучено влияние светового старения на прочностные свойства многослойных термоусадочных пленок, применяемых для упаковки, а именно: высокобарьерной пленки для упаковки мяса производства ОАО НПП «Тасма» и двух видов трехслойных (не барьерных) пленок производства ООО «Камский завод полимерных материалов» для паллетной упаковки. Получены кинетические кривые - зависимости разрушающего напряжения и относительного удлинения при растяжении пленочных образцов от продолжительности их УФ-облучения под воздействием дуговой разрядной ртутной лампы.
Keywords: multilayer thermoshrink polymer films, high-pressure polyethylene, polyamide, light aging, breaking stress, relative
elongation.
The effect of light ageing on the strength properties of multilayer shrink films used for packaging, namely, high barrier film for meat packing manufactured by company «Tasma» and two types of three-layer (no barrier) films production company «Kamsky plant of polymeric materials» for pallet packaging has been studied. The kinetic curves are based on a destructive voltage and relative elongation tensile sheet samples from the duration of their UV exposure under the influence of the arc discharge mercury lamp have been obtained.
Введение
Полимерные материалы в настоящее время являются основой для самых разных упаковок. Особую же роль в упаковочной индустрии играют полимерные пленочные материалы, занимающие в сумме половину упаковочного рынка [1-3]. Они нашли широкое применение для упаковки строительных, медицинских и других материалов, в том числе паллет. Гибкая пленочная упаковка, обладающая не только защитной, но и барьерной функцией, является незаменимой в пищевой промышленности.
В последние годы наблюдается стремительный рост рынка многослойных пленочных и комбинированных материалов на основе полимеров [4-6]. Спрос на данный вид упаковочных материалов определяется их высокими потребительскими качествами - привлекательным внешним видом, дешевизной, хорошими физико-механическими показателями, а также широким выбором компонентов и добавок, которые придают материалу практически любые необходимые свойства.
Наиболее востребованными для упаковки, как пищевых продуктов, так и разнообразных материалов и товаров являются термоусадочные пленки, которые способны при нагревании изменять свои линейные размеры, плотно обтягивая упакованный в них продукт (товар).
Некоторые сведения об эксплуатационных свойствах многослойных упаковочных пленок, включая результаты их исследования на световое старение, приведены в работах [7-13]. При этом за критерий светостойкости были выбраны относительные изменения показателей их оптических и барьерных свойств. Однако для прогнозирования сроков эксплуатации этого вида упаковочных материалов не менее важным является изменение в процессе старения их прочностных свойств.
Целью настоящей работы являлось изучение влияния светового старения на прочностные свойства многослойных термоусадочных пленок, применяемых для упаковки пищевых продуктов и паллет. Объектами данного исследования являлись высокобарьерная девятислойная пленка ПВБМ-50 для упаковки мяса производства ОАО НПП «Тасма» и два вида трехслойных (не барьерных) пленок производства ООО «Камский завод полимерных материалов» для паллетной упаковки ППЭТУ-I и ППЭТУ-II.
Экспериментальная часть
ПВБМ-50 толщиной 56 мкм изготовлена способом соэкструзии с двойным раздувом на экструзионном оборудовании итальянской фирмы GAP. Она включает следующие полимерные слои: ПА/ПА/Адгезив/ПА/СЭВ С/ПА/Адгезив/ПОП/ПОП, где ПА - полиамид; СЭВС - сополимер этилена с виниловым спиртом; ПОП - полиолефиновый пла-стомер.
ППЭТУ-I и ППЭТУ-II толщиной 150 мкм получены на основе полиэтилена (ПЭ) высокого давления марки 15303-003 способом соэкструзии на соэкстру-зионной линии для производства рукавной пленки Kiefel 1. Структура ППЭТУ-I:
ПЭ+Камлен/ПЭ+ПЭ-отходы+СЭБ/ПЭ+Камлен, где Камлен (4112) - концентрат минерального наполнителя (талька) на полимерной основе;
СЭБ - сополимер этилена с бутиленом марки LLDPE SABIC 318 BJ.
Структура ППЭТУ-II: ПЭ+Камлен/ПЭ+ПЭ-отходы+Лайтформ /ПЭ+Камлен, где Лайтформ (1106008) - концентрат на основе све-тостабилизатора.
Испытание на растяжение проводилось по ГОСТ 14236 (ASTM D 882) на автоматической разрывной машине Shimadzu модели AGS-X с экстензометром SES-1000 при скорости 500 мм/мин.
Для оценки светостойкости пленочные образцы облучались интегральным светом дуговой разрядной ртутной лампой высокого давления ДРТ 240 мощностью 24.6 Вт с наиболее интенсивными лучами в ультрафиолетовой (УФ) области спектра - в области длин волн 240-320 нм. Расстояние от лампы до пленочных образцов составляло 30 см.
Результаты и их обсуждение
Сравнительные исходные (до испытания) характеристики исследуемых пленок, а именно: разрушающее напряжение (с) и относительное удлинение (е) при растяжении приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты испытания многослойных термоусадочных пленок
Пленка с, МПа е, % Wс; %/ч Wе„ %/ч
прод. поп. прод. поп.
ПВБМ-50 93.9 93.1 96.9 102.7 1.5 3.5
ППЭТУ -I 21.0 21.3 530.0 550.0 0 0
ППЭТУ -II 20.7 22.0 520.0 510.0 0.4 1.3
Из сопоставления значений сие исследуемых пленок видно, что высокобарьерная пленка (ПВБМ-50) отличается от пленок для паллетной упаковки (III1ЭТУ-1 и ППЭТУ-П) гораздо большей прочностью при растяжении, но заметно уступает им по эластичности. Также следует отметить, что во всех случаях значения с и е пленок, измеренные в продольном и поперечном направлении, отличаются не значительно, поскольку все названные пленки получены экструзией с раздувом. Сравнение же ППЭТУ-1 и ППЭТУ-П показывает, что ППЭТУ-1 несколько превосходит ППЭТУ-П по эластичности, что обусловлено наличием в ее составе СЭБ [14, 15].
Результаты определения прочностных и деформационных свойств образцов ПВБМ-50, ППЭТУ-1 и ППЭТУ-П представлены на рис. 1-3 в виде кинетических кривых - зависимости с и е пленок от продолжительности их УФ-облучения.
Судя по результатам испытания, световое старение всех исследуемых пленок приводит к снижению их и прочности, и особенно эластичности.
Для анализа результатов в таблице наряду с исходными характеристиками многослойных пленок приведены начальные скорости снижения с и е (соответственно Wс и Wе), рассчитанные по начальным участкам кинетических кривых (до t = 10 час). Анализ приведенных в таблице данных показывает, что в начале УФ0облучения лишь в случае образцов ППЭТУ-1 показатели сие остаются на прежнем уровне. В случае ППЭТУ-П с более заметной скоростью происходит снижение показателя е, а значение Wс сравнительно небольшое. У барьерной же пленки в отличие от пленок на основе ПЭ с самого начала УФ-облучения снижение с и е происходит с достаточно заметной скоростью, которая соответственно в ~ 4 и 3 раза выше, чем у образцов ППЭТУ-П.
Рис. 1 - Зависимость разрушающего напряжения (1) и относительного удлинения (2) образцов ПВБМ-50, измеренных в продольном (а) и поперечном направлениях (б), от продолжительности УФ-о блучения
Рис. 2 - Зависимость разрушающего напряжения (1) и относительного удлинения (2) образцов ППЭТУ-!, измеренных в продольном (а) и поперечном направлениях (б), от продолжительности УФ-облучения
а
а
Из полученных экспериментальных данных также найдено, что после светового старения ПВБМ-50 становится гораздо менее эластичной, так как снижение е после 20 часов УФ-облучения составляет 34%, и это заметно больше, чем у ППЭТУ-1 и ППЭТУ-П, в случае которых оно не превышает всего 4%.
Таким образом, изучено влияние светового старения на прочностные свойства многослойных термоусадочных пленок, применяемых для упаковки пищевых продуктов и паллет. Полученные данные важно учитывать при эксплуатации ПВБМ-50 в современных торговых залах, где гибкая упаковка подвергается воздействию светодиодных светильников, и при использовании ППЭТУ-1 и ППЭТУ-П для паллетной упаковке, которая является важным этапом в перевозке товаров.
2. Зелке, С. Пластиковая упаковка / С. Зелке, Д. Кутлер, Р. Хернандес. - СПб: Профессия, 2011. - 564 с.
3. Закрученко, Н. Гибкие пленки на рынке пищевой упаковки / Н. Закрученко // Мясное дело. - 2012. - № 5. -С. 14-15.
4. Полимерные пленки; под ред. Е.М. Абдель-Бари. СПб.: Профессия, 2010. - 350 с.
5. Серова, В.Н. Материаловедение в полиграфическом и упаковочном производствах: учебное пособие /В.Н. Серова; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань: Изд-во КНИТУ, 2017. - 332 с.
6. Технология получения полимерных пленок специального назначения и методы исследования их свойств: учебное пособие / сост. А.Н. Садова, Л.А. Бударина, В.Н. Серова, А.Е. Заикин, Г.Р. - Казань: Изд-во Казан. нац. исслед. технол. ун-та, 2014. - 182 с.
7. 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. ун-та. - 2014. - Т. 17. - № 3. - С. 104-107.
8. 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.
9. Серова, В.Н. Влияние металлизации и праймирования полиэтилентерефталатной упаковочной пленки на качество красочных слоев, нанесенных на нее способом флек-сографской печати / В.Н. Серова, С.А. Шевцова, М.С. Якунина, Д.В. Сугоняко, М.Л. Верижников, А.А. Тюфтин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2014. - Т. 17. - № 12. -С. 65-68.
10. 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. - №. 3. - С. 174-177.
11. Загидуллин, А.И. Влияние структуры многослойной пленки на барьерные свойства полимерного пленочного материала / А.И. Загидуллин, Р.М. Гарипов, А.И. Хаса-нов, А.А. Ефремова // Вестник Казан. технол. ун-та. -2014. - Т. 17. - № 21. - С. 151-153.
12. Гарипов Р.М. Оптические свойства высокобарьерной термоусадочной полимерной пленки, запечатанной способом флексографии /Р.М. Гарипов, В.Н.Серова, Ефремова А.А., Ж.Ю. Геркина // Вестник технол. ун-та. - 2015. -№ 11. - С. 5-7.
13. Гарипов Р.М. Структура и световое старение высокобарьерной многослойной термоусадочной пленки / Р.М. Га-рипов, В.Н. Серова, А.И. Хасанов, А.А. Ефремова, Ж.Ю. Геркина // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2015. -№ 14. -С. 29-32.
14. Справочник по пластмассам. В двух томах. Т.1. Под ред. В.М. Катаева, В.А. Попова, Б.И. Сажина. Издательство: Химия, 1975. - 446 с.
15. Кацнельсон, М.Ю. , Балаев Г. А. Пластические массы. Свойства и применение. Справочник/ М.Ю. Кацнельсон, Г.А. Балаев. - Л.: Химия, 1978. - 384 с.
Рис. 3 - Зависимость разрушающего напряжения (1) и относительного удлинения (2) образцов ППЭТУ-П, измеренных в продольном (а) и поперечном направлениях (б), от продолжительности УФ-о блучения
Литература
1. Ханлон, Дж.Ф. Упаковка и тара (проектирование, технология, применение) / Дж.Ф. Ханлон, Р.Дж. Келси, Х.Е. Форсинио. - СПб.: Профессия, 2004. - 630 с.
©В. Н. Серова - д.х.н., проф. каф. технологии полиграфических процессов и кинофотоматериалов КНИТУ, [email protected]; Ж. Ю. Геркина - студентка той же кафедры.
© V. N. Serova - doctor of chemical Sciences, prof. printing processes and cinema-photomanerials technology Department, KNRTU, [email protected]; J. Yu. Gerkina - stud. printing processes and cinema-photomanerials technology Department, KNRTU.
а
б
