Влияние технологических параметров процесса экструзионного ламинирования на свойства комбинированного материала Полиэтилен - Бумага

На правах рукописиБанникова Ольга АнатольевнаВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИОННОГО ЛАМИНИРОВАНИЯНА СВОЙСТВА КОМБИНИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА“ПОЛИЭТИЛЕН-БУМАГА”.Специальность 05.17.06«Технология и переработка полимеров и композитов»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2012 годРабота выполнена на кафедре технологии упаковки и переработки ВМСФГБОУ ВПО «МГУПП» Московский государственный университет пищевыхпроизводствНаучный руководитель: Кандидат технических наук., профессорАнаньев Владимир ВладимировичОфициальныеоппоненты:Мирошников Юрий Петрович.Доктор химических наук., профессор кафедры«Химии и физики полимеров и процессов их переработки» Московской государственном университете тонких химических технологий (МИТХТим.

М.В. Ломоносова)Баблюк Евгений Борисович.Доктор технических наук., профессор, заведующий кафедрой «Инновационных технологий иуправления» (Московского государственногоуниверситета печати имени И. Федорова).Ведущая организация:ОАО «Институт пластмасс имениГ.С. Петрова».Защита диссертации состоится « 28 » мая 2012 года в 15 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.120.07 при Московской государственном университете тонких химических технологий (МИТХТ) имени М.В. Ломоносова поадресу: Москва, ул.

Малая Пироговская, д. 1.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова поадресу: Москва, проспект Вернадского, д. 86.Отзывы на автореферат, в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по адресу: 119571,Москва, проспект Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М.В.

Ломоносова.Автореферат размещен на официальном сайте МИТХТ им. М.В. Ломоносова:www.mitht.ruАвтореферат разослан« 25 » апреляУченый секретарьдиссертационного совета:доктор физико-математических наук,профессор2012 годаШевелев В.В.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Высокая эффективность применения пленочныхматериалов практически во всех областях промышленности предопределиларасширение областей их использования, самой емкой из которых является упаковка пищевых продуктов. Обширный ассортимент упаковочных материаловобусловлен многообразием пищевых продуктов и широким диапазоном требований, предъявляемых к упаковке. Они требуют создания пленочных материалов с таким комплексом свойств, который невозможно реализовать при использовании однослойных пленок.

Поэтому подавляющее их большинство представляют собой многослойные пленки (МП) и комбинированные пленочныематериалы (КПМ). Наблюдается постоянная тенденция развития технологических процессов их получения, среди которых заметное место занимает экструзионно-ламинаторный.Несмотря на значительное количество работ по производству КПМ экструзионно-ламинаторным способом, нельзя сказать, что все проблемы производства решены, а технологические параметры научно обоснованы. Например,одной из важнейших проблем остается обеспечение достаточной адгезионнойпрочности между слоями при использовании отечественного ПЭ, что приводитк тому, что скорости получения КПМ при использовании отечественного ПЭв 2-3 раза меньше, чем достигаемые при применении импортных аналогов.Причины низкой адгезионной прочности при высоких скоростях, препятствующие увеличению производительности, до сих пор не выявлены.

Поэтомуактуальным вопросом является анализ факторов, отвечающих за формирование адгезионного взаимодействия, и поиск путей повышения адгезионнойпрочности.Целью данной работы являлось выявление факторов, ответственных заформирование адгезионного взаимодействия на границе полиэтилен-картон(бумага) и нахождение технологических приемов, позволяющих обеспечить необходимый уровень адгезионного взаимодействия.В рамках поставленной цели решали следующие основные задачи: исследовать влияние свойств исходных материалов (шероховатость бумаги,реологические свойства и молекулярно-массовое распределение полиэтилена (ПЭ), степень его окисления при экструзии) на адгезионные показателиКПМ; исследовать влияние параметров технологического процесса (температурырасплава ПЭ, степени активации поверхности бумаги) на адгезионные показатели КПМ; оценить влияние вышеперечисленных факторов на формирование истиннойповерхности контакта на границе «бумага-картон»; выявить пути повышения адгезионного взаимодействия в изучаемой системе.3Научная новизна работы. Впервые обнаружен эффект повышения адгезионной способности полиэтилена после воздействия на его расплав УЗ колебаний и предложен механизм,объясняющий повышение адгезионной прочности КПМ, полученных методом экструзионного ламинирования; Установлено принципиально разное поведение отечественного и импортногоПЭ в процессе экструзионного ламинирования на стадии смачивания расплавом бумажной основы; Установлено, что добавление термостабилизатора в ПЭ, а также УЗ воздействие на расплав ПЭ приводит к повышению уровня адгезионного взаимодействия с подложкой; Показано, что аномальное поведение отечественного ПЭ при высоких температурах экструзии связано с процессами сшивки, происходящими в поверхностных слоях экструдируемого расплава; Показано, что при УЗ воздействии на расплав ПЭ можно снизить температуру его экструзии и получить КПМ с высокими адгезионными показателями исанитарно-гигиеническими свойствами..Практическая значимость:Практическая ценность работы состоит в получении научных результатов,позволивших определить требования к процессу активации бумажной основыкоронным разрядом на промышленной установке, разработать предложения поиспользованию добавок термостабилизаторов в ПЭ а также обработке его расплава УЗ колебаниями в процессе экструзионного ламинирования.

Реализацияпредложений позволит отечественным производителям отказаться от использования импортных материалов для достижения высокой адгезионной прочностиКПМ на основе ПЭ и бумаги (картона).Подготовлены и защищены выпускные квалификационные работы приподготовке студентов технологического факультета ФГБОУ ВПО «МГУПП».Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на VII, VIII и IX международных конференциях студентов и молодыхученых «Живые системы» в 2008, 2009, 2011 г.

Москва; Первой научнопрактической конференции с международным участием «Тара и упаковка пищевых продуктов; Коммуникативные технологии пищевых производств» в ноябре 2009г. Москва; Московской международной научно-технической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» в 2010г. Москва; ПервомМеждународном конгрессе «Экологическая, продовольственная и медицинскаябезопасность человечества» в ноябре 2011г. Москва.Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, втом числе 5 в журналах, включенных в перечень ВАК, 7 тезисов докладов исборниках материалов конференций.Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, главы, посвященной изложению основных результатов и их обсуждению, выводов, списка использованной4литературы из 160 наименований. Объем основного текста диссертации содержит 146 страниц машинописного текста, 4 таблицы, 34 рисунка.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность работы. Показана целесообразность применения УЗ обработки для увеличения адгезионных свойств комбинированного материала на основе отечественного ПЭНП и картона, предназначенных для упаковки молока и молочных продуктов. Сформулирована цель изадачи настоящей работы.Первая глава диссертации представляет собой аналитический обзор литературных данных, в которых рассмотрены вопросы использования процессаэкструзионного ламинирования для получения КПМ.

Рассмотрены явления, сопровождающие активацию бумажной основы методами газопламенной обработки и коронным разрядом. Описаны методы и факторы, способствующие возрастанию адгезионной прочности получаемых материалов.На основании анализа научной и патентной литературы выбраны перспективные направления исследований в области структуры КПМ, модификации поверхности бумаги и методов воздействия на расплав, перспективных дляповышения адгезионного взаимодействия.Во второй главе «Объекты и методы исследования» обоснован выбор исследуемых материалов.

В качестве объектов исследования были выбраны - ПЭразличных марок и производителей ОАО «Казаньоргсинтез» г. Казань, ОАОНовополоцкое ПО Оргсинтез г. Новополоцк и «Dow Chemical»), с разными показателями текучести расплава (ПТР). Бумагу-основу с различной степеньюшероховатости, производства Сыктывкарского ЛПК, используемые в производстве пакетов для молока и молочных продуктов, модификаторов ПЭ, и методовмодификации поверхности основы и расплава ПЭ.В качестве последних использовали стабилизаторы полимерных материалов «Ирганокс1010» и «IRGAFOS 168» фирмы Сиба в рекомендуемых производителями концентрациях.Для измерения поверхностной энергии исследуемых объектов, ее полярной и дисперсионной составляющих, был использован метод равновесных краевых углов смачивания исследуемых поверхностей набором тестовых жидкостей.