ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ БИОРАЗРУШАЕМЫХ УПАКОВОЧНЫХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРЕТОВ

Сыцко В.Е., д.т.н., проф.; Багрянцева Е.П., к.т.н., доц.
БТЭУПК, г. Гомель


ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ БИОРАЗРУШАЕМЫХ УПАКОВОЧНЫХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРЕТОВ

Большинство полимерных материалов относится к классу ди-электриков. Способность к электрической поляризации при обра-ботке внешним электрическим полем является естественным физи-ческим свойством большинства полимеров. Полимеры, способные поляризоваться и накапливать электрический заряд, стабильный длительное время, составляют особый класс материалов – поли-мерные электреты. Последние отличает свойство создавать в ок-ружающей среде длительно действующее слабое электрическое поле [1, 2].
Применение полимерных электретов, основанное на воздейст-вии их полей на соседние объекты, имеет широкий и межотрасле-вой характер [3]. Диапазон использования электретов простирается от бытовой техники (широко известны высококачественные элек-третные микрофоны) до техники специального назначения (напри-мер, электретные дозиметры, датчики, сенсоры, гидрофоны) [1].
Практическая потребность получения электретов с заданными свойствами продолжает стимулировать исследования электретного состояния полимерных диэлектриков. В частности, полимерные электретные материалы стали высокоэффективным средством ре-шения задач инженерной экологии. Их используют для обеззара-живания промышленных выбросов и сточных вод, очистки воздуха и питьевой воды и решения других задач, связанных с загрязнени-ем окружающей среды [1, 4, 5].
Значительное количество работ посвящено изучению влияния электромагнитных полей на биологические системы. Известны исследования в области аэробных биофильтров, в которых обеспе-чено воздействие слабых электрических и магнитных полей на жизнедеятельность микроорганизмов, заключающееся в интенси-фикации адсорбционной иммобилизации бактерий и их метаболиз-ма [4]. Эти данные послужили основанием для выдвижения гипоте-зы о возможности повышения экологических показателей (скоро-сти биоразрушения) полимерной упаковки не только за счет хими-ческого модифицирования полимеров, но и путем придания компо-зиционному материалу электретного состояния. Наличие благо-приятного для почвенных микроорганизмов электрического поля на поверхности утилизируемой упаковочной потребительской пленки может повысить активность почвенной микрофлоры, что ускорит процесс биодеструкции макромолекул. Это дает основание для разработки технологий целенаправленной регулируемой элек-тризации полимерных упаковочных материалов, которая не оказы-вает отрицательного влияния на их эксплуатационные свойства, но является значимым фактором, обусловливающим предрасположен-ность полимерных отходов, захороненных в почву, к активному заселению и размножению микроорганизмов, являющихся разру-шителями-деструкторами макромолекул.
В отношении упаковочных материалов до настоящего времени не проводились комплексные исследования взаимосвязи электретного состояния и биоразрушаемости. Известны единичные работы рос-сийских ученых [6], посвященные изучению проявления электретно-го эффекта в упаковочных материалах для пищевых продуктов и влиянию электрического поля на микроорганизмы с целью продле-ния срока сохранности продуктов. Однако на сегодняшний день упаковка – это область, в которой электреты пока не нашли широко-го прикладного применения. Поэтому научно-прикладное исследо-вание, посвященное формированию в пленочных упаковочных мате-риалах электретного состояния, представляется перспективным. Оно полностью сочетается с современными тенденциями получения но-вых технических решений на стыке наук – товароведения, материа-ловедения, физики и химии полимеров.
Электретное состояние в диэлектриках создают, как правило, посредством внешней электризации. Из пленочных материалов обычно формируют короноэлектреты [4-5]. Короноэлектреты по-лучают обработкой полимерного диэлектрика в коронном разряде путем размещения образца между системой игольчатых электродов и заземленным электродом, нагрева образца, подачи на систему игольчатых электродов высокого электрического потенциала и охлаждения образца. Коронный разряд создается в воздушной про-слойке вследствие значительной разности потенциалов игольчатого и заземленного электродов [7-8]. Этот метод характеризуется про-стотой, высокой скоростью процесса, возможностью получения электретов с заданным значением поверхностной плотности заря-да [7] и является технологически совместимым с рукавной экстру-зией. Коронный разряд возникает как при отрицательном потен-циале на электроде (отрицательная корона), так и при положитель-ном (положительная корона). Отрицательная корона при прочих равных условиях более предпочтительна из-за возможности под-держивать более высокое напряжение без искрового пробоя между электродами] и из-за большей подвижности отрицательных носи-телей заряда (электронов) по сравнению с положительными носи-телями (ионами). Коронный разряд не создает на поверхности об-разца, отстоящего от иглы на несколько сантиметров, областей высоких температур, что не деформирует структуру пленки. Обра-ботка в коронном разряде не требует обязательного нагрева образ-ца почти до температур его плавления. Кроме того, короноэлектре-ты из биоразрушаемых пленок, наполненных крахмалом, представ-ляют собой композиционные материалы, в которых стабильное электретное состояние может возникать за счет реализации не-скольких поляризационных механизмов (инжекционного, диполь-но-ориентационной поляризации, поляризации Максвелла-Вагнера).
Таким образом, создание электретных композиционных материа-лов, содержащих, помимо синтетических полимеров, биополимеры с легко поляризуемыми фрагментами, является полностью обоснован-ным с позиций классических представлений об электретном состоя-нии и нескольких механизмах поляризации, реализуемых при фор-мировании электретов.

Список использованных источников: 1. Пинчук, Л. С. Электретные материа-лы в машиностроении . – Гомель: Инфотрибо, 1998. – 288 с. 2. .Гольдаде, В. А. Физика конденсированного состояния . – Мн.: Белорусская навука, 2009. – 658 с. 3. Рамазанов, М. А. Влияние электретного состояния на прочностные свойства композиции на основе полипропилена // Пластические массы. – 2007. – № 3. – С. 13 – 16. 4. Короткий, М. В. Модифицирование в электрических и магнитных полях волокнистых полимерных носителей биомассы для аэробных биофильтров: автореф. дис. канд. техн. наук; Белорус. гос. техн. ун-т. – Мн., 2005. – 22 с. 5. Зотов, С. В. Волокнистые электретные фильтроматериалы на основе полио-лефинов для средств индивидуальной защиты органов дыхания: автореф. дис. канд. техн. наук; Белорус. гос. техн. ун-т. – Мн., 2006. – 21 с. 6. Борисова, А. Н. Электретные композиционные материалы на основе полиэтилена и полистирола для упаковки пищевых продуктов: автореф. дис. канд. техн. наук; Казанс. гос. техн. ун-т. – Казань, 2006. – 20 с. 7. Электреты / Г. М. Сесслер [и др.]; под ред. Г. М. Сесслера. – М.: Мир, 1983. – 487 с. 8. Лущейкин, Г. А. Полимерные электре-ты / Г. А. Лущейкин. – М.: Химия, 1984. – 184 с.