Plastics_4_2014

ТЕМА НОМЕРА /УПАКОВКА: ОТ ПРОСТОГО К СЛОЖНОМУ П Л А С Т И К С № 4 ( 1 3 3 ) 2 0 1 4 w w w . p l a s t i c s . r u 46 В упаковке уже достаточно распространено использование наночастиц в качестве добавок, улучшающих свойства полимерных материалов. Однако они не относятся к нановолокнам, поскольку все их размеры меньше 100 нм, и, таким образом, существует риск их вымывания или перехода в окружающие продукты. В настоящий момент многие научно- исследовательские организации и компании — в том числе NAFIGATE Corporation — занимаются вопросом разработки и применения нановолокон для создания упаковочных материалов. Полимерные нановолок- на используются в структур- ных элементах упаковки, од- нако их прочность ниже, чем у углеродного волокна, так что область их применения в большей степени лежит в области интеллектуальной и активной упаковки. Нетканые материалы на основе нановолокон могут служить в качестве проница- емых материалов (мембран), которыепредотвращаютпро- никновение жид- костей, бактерий, грибков и виру- сов. Упаковка с использованием нановолокон по- могает сохранять фрукты свежи- ми, пропуская воздух, но при этом защищая их от внешнего загрязнения. Данное решение увеличива- ет срок их хранения, что обе- спечивает преимущества как для производителя, так и для потребителя. Такая характеристика нановолокон, как большая удельная площадь поверх- ности, может использоваться для создания поглощающих материалов. После соот- ветствующей модификации материалы с нановолокнами эффективно впитываютжид- кости (например, излишки влаги) и газы (водяной пар, органические вещества, вы- зывающие запахи). Кроме того, нановолок- на могут быть насыщены веществами, способными к высвобождению, что соз- дает защитный газовый со- став внутри упаковки. Так, существует возможность выделения консервантов, антиоксидантов, стабили- заторов и других добавок во время непосредственного контакта пищевых продук- тов с упаковкой или через их попадание в газовую среду внутри тары. Одной из наиболее инте- ресных областей примене- ния нановолокон является их способность служить био- датчиком. Устройства, обна- руживающие присутствие определенных веществ или несоответствие условий хра- нения, позволяют оценивать качество упакованных про- дуктов без необходимости вскрытия упаковки и прове- дения анализа. Нановолокна могут оказаться полезными в создании таких датчиков за счет большой удельной площади поверхности. В большинстве научных ра- бот описываются датчики кислотности, присутствия молекул кислорода или протекания окислительно- восстановительных процес- сов, которые указывают на разрушение биологических материалов и пищевой про- дукции. Данная технология дает возможность значитель- но сократить объемыотходов пищевойпродукции, которая зачастую остается безопас- ной ине теряет своих свойств и по истечении заданного срока хранения. Кроме то- го, существует возможность мониторинга температуры хранения: при нарушении температурного режима про- исходит необ- ратимое изме- нение цвета специальной этикетки. Как сле- дует из на- звания, на- н о в о л о к н а представляют собой волокна диаметром менее 1 мкм. На практике приставка «нано» добавляется к материалам диа- метром в несколько сотен нанометров или меньше (рис. 1). Морфология, тол- щина и распределе- ние размеров нано- волокон зависят от метода их производства. Существуют сравнитель- но недорогие технологии, такие как прядение из рас- плава, однако они не обе- спечивают достаточно узких границ распределения диа- метра волокна, что может препятствовать внедрению таких материалов в неко- торых областях. Наиболее эффективным процессом производства на настоящий момент является электро- прядение, которое работает по принципу создания так называемых конусов Тей- лора, образующихся за счет сильного падения интенсив- ности электрического поля полимерного расплава. В процессе производства ис- пользуемый растворитель испаряется, и из конусов Тейлора образуются твердые нановолокна. Несмотря на то, что этот принцип изве- стен уже давно, его начали применять в промышлен- ности только около 20 лет назад. Существующие мо- дели оборудования в основ- ном различаются формой электрода, пластинами, на которых осаждается волок- но, или методом погружения электрода в расплав. Для создания нановоло- кон могут использоваться различные полимеры. По большей части это традици- онные синтетические поли- меры или биополимеры. Дэниэл Похлудка, компания NAFIGATE Corporation Рисунок 1. Нановолокна толщиной 40-400 нм на фоне микроволокон целлюлозы диаметром 20 тыс. нм Нановолокна в упаковке Электропрядение нановолокон на установке Nanospider TM ® от компании Elmarco