Введение к работе
Актуальность темы: непрерывное развитие технологий упаковки, в том числе и пищевых продуктов, требует применения качественных упаковочных материалов, обладающих необходимыми свойствами для обеспечения сохранности упакованных продуктов. В настоящее время основным упаковочным материалом являются полимерные плёнки. В большинстве случаев плёнка из одного материала не способна обеспечить всего комплекса необходимых свойств. Поэтому требуется создание многослойных плёночных материалов (МПМ), обладающих нужным сочетанием свойств.
Технологические процессы получения многослойных плёнок разнообразны, но основными методами получения таких материалов остаются соэкструзия (плоскощелевая и рукавная) и экструзионное ламинирование. Вне зависимости от способа производства, одним из ключевых параметров качества МПМ является адгезионная прочность между слоями многослойной плёнки. Несмотря на значительное количество работ на тему производства многослойных плёнок, в ряде случаев задача обеспечения достаточного адгезионного взаимодействия решена не полностью, либо решение связано с необходимостью использования дополнительного оборудования и применения адгезивов, зачастую дорогостоящих. Кроме того, если при экструзионном ламинировании повышение адгезионной способности может быть обеспечено путём предварительной обработки ламинируемой поверхности коронным разрядом, продуктами горения газов или озонированием, то при соэкструзии такое решение невозможно. Поэтому для обеспечения достаточного уровня адгезионной прочности между слоями плёнки, несущими функциональную нагрузку, используют дополнительные соединительные слои. В связи с этим, актуальным направлением исследования является поиск методов и технологических приёмов, которые позволят усилить адгезионное взаимодействие между полимерными плёнками, отказавшись от необходимости применения дорогостоящих адгезивов, и тем самым сократить затраты при производстве.
Цель и задачи исследования. Целью работы являлась разработка метода повышения адгезионной прочности многослойных полимерных плёнок путём обработки расплава полиэтилена ультразвуком в процессе соэкструзии и экструзионного ламинирования.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- Установить возможность повышения адгезионной способности полиэтилена с помощью ультразвуковой (УЗ) обработки его расплава при производстве многослойных плёнок;
- Исследовать изменения, происходящие в полиэтиленовом слое в результате воздействия ультразвуковой обработки расплава, которые определяют адгезионное взаимодействие в многослойной пленочной системе:
- изменение эффективной вязкости расплава;
- изменение надмолекулярной структуры полиэтилена (ПЭ);
- изменение молекулярно-массового распределения (ММР) ПЭ;
- инициирование химического взаимодействия полиэтилена с кислородом и увеличение содержания полярных групп;
- Исследовать возможность повышения адгезионной прочности МПМ, путем использования полиэтилена, обработанного ультразвуком в расплаве при перегрануляции;
- Определить взаимосвязь между интенсивностью ультразвуковой обработки расплава полиэтилена и изменением его адгезионной способности.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- Показано, что ультразвуковая обработка расплава полиэтилена приводит к повышению адгезионной способности полиэтиленового слоя в многослойных плёнках и, соответственно, к повышению их адгезионной прочности.
- Установлено, что ультразвуковая обработка расплава полиэтилена приводит к увеличению содержания карбонильных и карбоксильных групп в объеме и на поверхности слоя полиэтилена.
- Установлено, что содержание функциональных групп, образующихся в результате ультразвуковой обработки расплава полиэтилена, на поверхности полиэтиленового слоя многослойной плёнки существенно выше, чем в его объёме.
- Показано, что образование кислородосодержащих групп на поверхности слоя полиэтилена является основным фактором усиления адгезионного взаимодействия между слоем ПЭ и другими слоями, составляющими многослойную плёнку.
- Показано, что образование функциональных кислородосодержащих групп на поверхности и в объёме слоя полиэтилена происходит за счёт кислорода, растворённого в гранулах полиэтилена до переработки.
- Установлено, что эффект повышения адгезионной способности ПЭ в результате ультразвуковой обработки расплава сохраняется в течение длительного времени (не менее полугода).
Практическая значимость: практическая значимость работы заключается в разработке нового метода модификации расплава полиэтилена, позволяющего повысить адгезионную прочность МПМ на его основе. Предложено использовать гранулы полиэтилена, предварительно обработанного ультразвуком, для получения МПМ. Применение разработанных технологий позволит производителям МПМ повысить адгезионную прочность плёночных материалов, включающих слой ПЭ, и при этом отказаться от использования дорогостоящих адгезивов и оборудования для их нанесения.
Апробация результатов работы: результаты работы представлены на Первом Международном конгрессе «Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества», ноябрь 2011 г. Москва.
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 из них в журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ.
Структура и объём работы: диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, главы, посвящённой описанию объектов и методов исследования, главы, посвящённой анализу результатов исследований, выводов и библиографического списка. Диссертация изложена на 114 страницах, содержит 10 таблиц, 43 рисунка, 1 приложение.
