Улучшение свойств полимерных упаковочных пленок с помощью нанотехнологий

Слайд 1

Улучшение свойств полимерных упаковочных пленок с помощью нанотехнологий ГБОУ СПО Политехнический к олледж №39 Студент группы ПМ-41 Головков И.Д.

Слайд 2

Содержание Введение Технологическая схема Методы нанесения покрытия С войства 4 1 2 3 Поверхностные пленочные покрытия 5 Выводы 6

Слайд 3

У каждого из современных упаковочных материалов - полимерных пленок, бумаги, стекла или жести - есть свои преимущества и недостатки в зависимости от целей применения. Но, например, улучшить какие-либо свойства полимерных пленок путем введения наполнителя и практически не ухудшить прозрачность можно только с помощью наночастиц, которые из-за своих малых размеров - меньших, чем длина волны видимого света - огибаются ею и становятся невидимыми (явление дифракции). Введение

Слайд 4

Если потребители упаковочных полимерных пленок хотели бы сохранить их прозрачность и одновременно улучшить их качество в отношении , например, стойкости к царапанию или способности к нанесению печати, или придать какие-либо специальные свойства, например, повышенную электропроводность или антимикробные свойства, то на современном этапе этого можно добиться опять же только с помощью нанотехнологий. Можно с основанием ожидать, что нанотехнологии станут в будущем ключевыми технологиями для дальнейшего технического прогресса, что объясняется также и такими факторами как: Чрезвычайно высокая удельная поверхность наночастиц, что позволяет резко увеличить фактическую площадь межфазного взаимодействия на границе контакта полимерной матрицы и нанонапол-нителя и реализовать тем самым новые возможности практических применений таких материалов; Минимизация расхода материала (по сравнению с обычным покрытием толщиной как минимум 3-4 мкм нанопокрытие на пленках существенно тоньше -порядка 0,1 мкм), что важно как с экономической, так и экологической точек зрения; Введение

Слайд 5

Технологическая схема Технологическая схема (а) и схема конфигурации (б) линии для производства каландрованных жестких полимерных пленок: 1 - силосы с исходным полимерным материалом; 2 - гравиметрический дозатор; 3 и 4 - узлы предварительного горячего и холодного смешения (двухстадийный смеситель); 5 - основной шнековый смеситель-компаундер; 6 - ленточный конвейер; 7 - основные валки каландра; 8 - съемные валки; 9 - охлаждающие валки; 10 - видеокамера для контроля качества поверхности; 11 - толщиномер; 12 - узел автоматической компенсации пленки при смене больших рулонов; 13 - стандартный узел для намотки больших рулонов пленки; 14 - подача больших рулонов пленки для их резки и перемотки на малые «товарные» рулоны; 15 - готовые «товарные» рулоны пленки; 16- передача «товарных» рулонов пленки на операции их упаковки и складирования.

Слайд 6

Специалистами были разработаны специальные методы нанесения покрытий, которые позволяют создать на пленках самые тончайшие поверхностные слои, - напылением (рис. 1), контактным методом (рис. 2) или в среде аэрозоля с одновременной обработкой поверхности пленок коронным разрядом (рис. 3). Принципиально возможны два варианта производства пленок с покрытием - одностадийный и двухстадийный. В первом случае операция нанесения покрытия (например, по схемам, представленным на рис. 2 или 3), встраивается непосредственно в технологический процесс производства пленки и следует вслед за стадией охлаждения (см. рис. 1). Обязательным условием для реализации такого варианта является возможность обеспечения одинаковой производительности обоих процессов. Во втором случае процесс нанесения покрытия осуществляется на специальных линиях после изготовления пленки Методы нанесения покрытия

Слайд 7

Методы нанесения покрытия Рис. 1. Схема узла распыления (а) и установка (б) для нанесения покрытия на пленку методом напыления.

Слайд 8

Методы нанесения покрытия Рис. 2. Схема узла нанесения покрытий контактным способом (с помощью войлочного материала) на пленку шириной до 1300 мм по так называемой «золь-гель»-технологии: 1 - пленка; 2 - плоскощелевая головка с войлочным материалом для подачи золя; 3 - транспортирующий валок; 4 - устройство для сушки ИК излучением или нагретым воздухом.

Слайд 9

Рис. 3. Схема участка линии, предназначенного для обработки пленки коронным разрядом в среде аэрозоля в целях изменения поверхностной энергии пленки: 1 - прибор для контроля толщины исходной пленки; 2 - прибор для контроля толщины обработанной пленки; 3 - транспортирующий валок; 4 - установка фирмы Ahlbrandt (с запатентованным названием Dynox), включающая камеры для обработки обеих поверхностей пленки; 5 - вытяжной вентилятор; 6 - пленочное полотно. Методы нанесения покрытия

Слайд 10

улучшенные барьерные свойства по отношению к газам и парам воды; повышенные механические характеристики (модуль упругости, вязкость разрушения); повышенная стойкость к УФ излучению; улучшенная огнестойкость, включая уменьшение способности к распространению пламени; требуемые поверхностные свойства, среди которых, например, заданные фрикционные свойства, шероховатость поверхности, блеск, поверхностная энергия и др .; улучшенные антимикробные свойства за счет использования, например, в качестве наполнителя наночастиц диоксида титана Т iO 2 ; объемная электропроводность за счет, например, наполнения пленочного ПМ углеродными нанотрубками; защитные свойства от подделки упакованной продукции. Свойства Ниже перечислены свойства полимерных упаковочных пленок, которых можно добиться (сохраняя при этом прозрачность пленок) путем введения нанодобавок в состав пленочных ПМ .

Слайд 11

Многие свойства требуют их достижения или целенаправленного изменения лишь в очень тонких поверхностных слоях полимерных пленок - или из экономических соображений, или просто из-за того, что они должны быть присущи именно поверхности, а не внутреннему объему пленочного материала. При этом пленки (точнее - покрытия на пленках) условно разделяют на «активные» (защищают упакованный продукт и продлевают срок его сохранности), «умные» (информируют о состоянии упакованного продукта) и «специальные» (например, с измененной способностью к нанесению печати и улучшенной стойкостью к царапанию). К «активным» относятся антимикробные и поглощающие кислород покрытия поверхности пленок - так же как антистатические и антикоррозийные покрытия. Много внимания уделяется созданию «умных» индикаторных покрытий, которые информировали бы потребителя о нарушении срока сохранности упакованного продукта и о превышении заданной температуры хранения охлажденного продукта. Но и покрытия, свидетельствующие о нарушениях влажностного режима хранения и рН среды, также вызывают большой интерес по отношению к пленочной упаковке фармацевтических и пищевых продуктов. Подобные покрытия могут быть как с необратимым, так и обратимым индикаторным эффектом. Поверхностные пленочные покрытия

Слайд 12

Используя в составе поверхностных пленочных покрытий наночастицы с высокой или низкой поверхностной энергией, можно соответственно улучшать или ухудшать (например, в це лях противодействия нанесению граффити) способность пленок к нанесению печати. Причем установлено, что если после обработки поверхности пленки только коронным разрядом ее повышенная поверхностная энергия постепенно снижается с течением времени, то после подобной же обработки в среде аэрозоля, содержащего наночастицы с высокой поверхностной энергией, полученное покрытие сохраняет хорошую способность к нанесению печати в течение многих недель . Поверхностные пленочные покрытия

Слайд 13

Внешний вид образцов пленок с «умными» индикаторными покрытиями в начальный момент (а) и после экспозиции в течение 3 ч (б) и 6 ч (в): соответствующие покрытия «настроены» на изменение своего цвета после 3 ч (1), 6 ч (2) и 6 недель (3) экспозиции. Созданы «умные» индикаторные покрытия на пленках, которые изменяют свой цвет только после заданного срока хранения упакованного продукта, а также покрытия, которые информируют своим цветом о сохранности продукта в условиях различного температурно-временного режима хранения. Характерное изменение цвета (после активации УФ излучением) «умного» индикаторного покрытия на пленках, информирующего о температурно-временном режиме хранения упакованного продукта: 1 - 4 °С; 2 - комнатная температура; а и б-соответственно до и сразу после активации; в, г, д и е - соответственно после 1 , 5, 10 и 30 суток выдержки. Поверхностные пленочные покрытия

Слайд 14

Актуальной проблемой нанотехнологий в настоящее время являются трудности производства, хранения и использования наночастиц, которые из-за своих мельчайших размеров можно сравнить с тончайшей пылью, которая не задерживается мембранами. Решение этих проблем лежит в использовании так называемого принципа in-situ, когда наночастицы сразу после химического синтеза оказываются не свободными, а адсорбированными на специальных частицах-носителях. Дальнейшие перспективы нанотехнологий будут зависеть и от принятия специальных решений на государственном уровне в отношении использования наночастиц, чтобы расширить права предприятий, занятых в применении нанотехнологий. Выводы