Ухарцева И.Ю., Деликатная И.О., Кадолич Ж.В.

Белорусский торгово-экономический университет потребительской

кооперации, г.Гомель, Беларусь

Исследование эксплуатационных характеристик

газоселективных упаковочных материалов для пищевых продуктов

Упаковка является неотъемлемой составляющей практически любого потребительского товара. Основной функцией упаковки является защита содержимого и продление срока годности упакованного продукта. Правильный выбор упаковочных материалов обеспечивает не только предохранение продуктов от различных загрязнений, механических повреждений, но способствует длительному сохранению его вкусовых и питательных качеств, придает изделиям лучший товарный вид.

Немаловажными для упаковочных материалов являются их эксплуатационные характеристики, правильное сочетание которых значительно расширяет возможности по сохранению качества упакованного продукта.

В связи с этим исследование эксплуатационных характеристик является одним из определяющих факторов в оценке, необходимой для разработки и выбора материалов с заданными свойствами.

Целью механических испытаний материалов, в том числе и упаковочных, является определение совокупности свойств, которые с наибольшей полнотой будут характеризовать надежность их работы в заданных условиях эксплуатации.

Наиболее важными физико-механическими показателями пленочных упаковочных материалов являются прочность при растяжении (s_р) и относительное удлинение при разрыве (e_р), определение которых проводилось по стандартным методикам.

Для исследования влияния различных физических воздействий на физико-механические характеристики полимерных упаковочных материалов пленки различной толщины из полиэтилена высокого давления (ПЭВД), полученные методом экструзии в производственных условиях, были подвергнуты воздействию ионизирующего излучения различной интенсивности, воздействию УФ-лучей и поляризации в поле отрицательного коронного разряда при напряженности поля 15 кВ/см.

Экспериментально установлено, что радиационная деструкция приводит к монотонному уменьшению s_р и e_р, что согласуется с литературными данными. Например, если для исходной пленки из ПЭВД толщиной 150 мкм s_р составляет 10,7 МПа, то при облучении дозами от 0,02 МГр до 0,2 МГр она изменяется от 9,4 до 8,1 МПа. Подобным образом изменяется и e_р (870% и 750–600% соответственно).

Параллельно проводились исследования влияния различных наполнителей органической и неорганической природы на физико-механические характеристики композиционных материалов на основе ПЭВД марки 16803-070 (ТУ 6-05-1866-78). Результаты испытаний образцов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-механические характеристики композиционных материалов на основе ПЭВД

Наименование образцов	sр, МПа	eр, МПа
ПЭВД Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5	8,7 6,3 6,4 6,6 3,3 7,0	490 140 135 130 130 130

Образцы пленок толщиной 150-200 мкм были изготовлены методом прессования при температуре 150-160⁰С. Композиции содержали в своем составе смеси наполнителей в следующих весовых соотношениях:

Образец 1: ZnО : Al₂O₃ = 1 : 1; образец 2: Al₂O₃ : Fe₂O₃ = 1 : 1; образец 3: ZnО : Fe₂O₃ = 1 : 1; образец 4: глина : активированный уголь: FeSO₄ = 5 : 1 : 4; образец 5: Fe₂O₃ : глина : активированный уголь = 4 : 5 : 1.

Данные таблицы 1 свидетельствуют, что введение таких компонентов как, например, оксиды металлов (цинка, алюминия, железа) снижает прочность материалов на 20-25 % по сравнению с исходным ПЭВД. Особенно резко падает эластичность пленок при введении FeSO₄, что, видимо, связано с наличием в их структуре твердых частиц наполнителя, увеличивающих дефектность. Наиболее вероятным способом увеличения эластичности в данном случае может служить введение пластификатора.

Экспериментально установлено, что наилучшим наполнителем выбранным в качестве пластификатора для получения упаковочных пленок, обладающих высокими прочностными характеристиками, является полиэтиленовый воск. Для получения образцов использовали воски производства НПО «Пластполимер» (г.Новополоцк, Республика Беларусь) и марки Luwax (Швейцария). Введение наполнителя в количестве 10% не влияет на показатели s_р и e_р, сохраняя их в пределах 8,7-8,9 МПа и 350-400 % соответственно как, для исходного ПЭВД, так и для композиционного материала.

Проницаемость пленочных материалов по низкомолекулярным веществам – газам, парам и жидкостям – является одним из наиболее важных параметров при выборе материала для упаковывания и при оценке его работоспособности и эксплуатационной надежности.

Установлено, что для образцов ПЭВД, подвергшихся воздействию ионизирующего излучения, паропроницаемость увеличивается по сравнению с исходными, в то время как влагопоглощение немного падает.

Обработка коронным разрядом, наоборот, способствует более значительному уменьшению влагопоглощения, что, вероятно, позволит использовать ее для получения материалов, обладающих влагоудерживающей способностью.

Для композиционных материалов, содержащих в своем составе наполнители, практически во всех случаях отмечено увеличение паропроницаемости.

Результаты измерений влагопоглощения таких пленок представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Влагопоглощение композиционных материалов

Наименование образца	Влагопоглощение, %
ПЭВД Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5	0,75 0,11 0,15 0,70 0,27 0,85

Из данных таблицы 2 следует, что влагопоглощение образцов, содержащих смешанный в соотношении 1:1 оксидный наполнитель, включающий оксид алюминия в качестве одного из компонентов (образцы №1 и №2), значительно ниже по сравнению с другими материалами. Для пленок, содержащих глину и активированный уголь (образцы №4 и №5), в случае наличия сульфата железа (II) показатель падает, а при введении оксида железа (III) – наоборот, растет. Вероятнее всего это связано с различными физическими и химическими свойствами соединений железа.

Исследования восконаполненных пленок показали, что такие материалы также имеют низкое значение показателя влагопоглощения, причем, если для образцов, содержащих воск производства НПО «Пластполимер», он составляет 0,25%, то для образцов, содержащих воски марки Luwax – 0,08-0,12%. Это позволит использовать пленки для упаковывания пищевых продуктов с высоким содержанием влаги (мясо и мясопродукты, фрукты и овощи, твердые сыры и др.).

Для композиционных и восконаполненных материалов на основании определения водопоглощения были рассчитаны коэффициенты диффузии. Метод заключается в определении количества водяного пара, проходящего через пленочный образец в условиях безводной атмосферы. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Значения коэффициентов диффузии композиционных и восконаполненных материалов

Наименование образца	D × 10^13, м^2/с	Наименование образца	D ×10^13, м^2/с
ПЭВД Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5	5,3 4,6 4,2 4,8 5,1 3,9	ПЭВД+воск «Пластполимер» ПЭВД+воск Luwax ПЭВД+воск Luwax E	2,6 2,1 3,7

Данные таблицы 3 свидетельствуют об уменьшении коэффициента диффузии при наполнении ПЭВД. Наиболее низкие значения показателя характерны для восконаполненных композиций. В то же время наибольшей проницаемостью обладают образцы, содержащие воск Luwax E, что согласуется с ранее полученными данными.

Таким образом, проведенные исследования физико-механических характеристик и физико-химических свойств газоселективных упаковочных материалов свидетельствуют о влиянии различных физических воздействий и состава на эксплуатационные характеристики пленок. Полученные данные позволяют подобрать наиболее оптимальные варианты сочетания компонентов в образцах и физические методы обработки для получения материалов, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к такой продукции.