Development of Multilayered Packaging Materials Using Polyolephin Wastes for Storing Food Products

Every year the range of packaging for bulk products and pasta, consisting of multi-layer polymer films, increases, developing the shelf life of the finished product. Multi-layer polymer packaging is difficult to dispose of, because the complexity lies in the process of sorting, identification and separation, therefore, most often polymeric waste goes to landfills. All this leads to an environmental and economic problem in the country. Currently, various techniques are used to process such mixed polymer waste for the production of secondary raw materials, which are returned to the production cycle. One of such methods is the modification of polymer blends by the introduction of reactive additives. The article is devoted to the study of the effect of ethylene-propylene copolymer on the properties of polyolefin compositions for creating multilayer packaging materials. The studies were conducted in the laboratory of composite materials of the Moscow State University of Food Production. The objects of study were selected from polymers such as polyethylene, polypropylene and a copolymer of ethylene and propylene (CEP), as a link between the polymers. Images were obtained in a laboratory setup of an MFMT type with a receiver. This installation allows to process the polymer compositions without melt mixing. In this paper, we studied the process of modifying polymer mixtures based on polyethylene and polypropylene by CEP in a laboratory setup; complex studies of the rheological and physicomechanical properties of polymer compositions were carried out. On the basis of the conducted research, it was established that the introduction of a CEP in a polyolefin composition leads to stabilization of rheological and physicomechanical properties, and a technology is proposed for producing packaging multilayer materials using packaging waste in the middle layer for contact with food.

polymers, copolymer, multilayer polymeric materials, rheological properties, physicomechanical characteristics, coextrusion, food storage

1. Ананьев В.В., Губанова М.И., Кирш И.А., Семенов Г.В. Модификация полиэтилена, инициированная ультразвуком // Пластические массы. 2008. №6. С. 7-8.

2. Ананьев В.В., Губанова М.И., Кирш И.А., Семенов Г.В., Хмелевский Г.К. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов. М.: МГУПБ, 2006. 110 с.

3. Зелке С.Е.М., Кутлер Д., Хернандес Р. Пластиковая упаковка: производство, применение, свойства. СПб.: Профессия, 2011. 560 с.

4. Кербер М.Л., Головкин Г.С., Горбаткина Ю.А. Полимерные композиционные материалы. Структура. Свойства. Технологии. СПб.: Профессия, 2014. 592 с.

5. Кирш И.А. Направленная модификация полимерных отходов для повторной переработки // V Международная конференция «РеПласт». М.: VM Verlag GmbH, 2008. С. 32-33.

6. Кирш И.А. Установление закономерностей влияния ультразвукового поля на физико-химические свойства и структуру расплавов полимеров при их вторичной переработке: дисс. … док.хим. наук. М., 2016. 305 с.

7. Кирш И.А., Тверитникова И.С. Вторичная переработка многослойных упаковочных материалов // Развитие пищевой и перерабатывающей промышленности России: Кадры и наука. 2017. Ч. 3. С. 143-147.

8. Кирш И.А., Филинская Ю.А., Помогова Д.А. Изучение влияния ультразвуковой обработки на свойства смесей полиолефинов // Сборник материалов первой международной молодежной научно-практической конференции «Научные исследования и разработки молодых ученых». Новосибирск: Центр развития научного сотрудничества, 2014. С. 113-116.

9. Кирш И.А., Чалых Т.И., Ананьев В.В., Заиков Г.Е. Исследование влияние ультразвука на реологические свойства полимеров различной химической природы для создания нового способа повторной переработки полимерных композиций // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. Вып. 4. С. 182-186.

10. Кирш И.А., Чалых Т.И., Ананьев В.В., Согрина Д.А., Помогова Д.А. Изучение влияния ультразвуковой обработки на реологические свойства полимеров при их многократной переработке // Пластические массы. 2014. №11-12. С. 45-48.

11. Кирш И.А., Чалых Т.И., Чалых А.Е., Алиев А.Д., Матвеев В.В. Структурно-морфологические изменения композиций на основе полиэтилена и полиамида при воздействии ультразвука на расплавы полимерных смесей // Пластические массы. 2016. №1-2. С. 45-49.

12. Кочнев А.М., Галибеев С.С. Модификация полимеров: конспект лекций. Казань: Казан. гос. технол. ун-та, 2002. 180 с.

13. ЛаМантиа Ф. Вторичная переработка пластмасс. СПб.: Профессия, 2006. 400 с.

14. Пищулин И. Рециклинг сложных пленок // Пластикс. 2013. №7 (125). С. 38-44.

15. Пол Д.Р., Бакнелл К.Б. Полимерные смеси. СПб.: Научные основы и технологии, 2009. 606 с.

16. Тверитикова И.С., Банникова О.А. Модификация смесей полиолефиновых отходов // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: материалы XIХ международной научно-практической конференции (22-23 марта 2018 г.): 3 ч. / под ред. В. А. Вагнера, Е. С. Дикаловой; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2018. Ч. 3. С. 167-170.

17. Тверитникова И.С., Кирш И.А. Изучение физико-механических свойств полиолефиновых композиций, содержащих сополимер этилена с пропиленом // Вестник Технологического университета. 2018. Т. 21. №8. С. 79-82.

18. Тверитникова И.С., Кирш И.А., Кондратова Т.А., Кубышкин А.И. Разработка технологии получения полиолефиновых композиций // Новые решения в упаковке пищевой продукции: I научно-практическая конференция с международным участием «Передовые пищевые технологии: состояние, тренды, точки роста». Секция: Новые решения в упаковке пищевой продукции. М.: МГУПП, 2018. С. 166-180.

19. Brow H.R. Effect of a diblock copolymer on the adhesion between incompatible polymers // Macromolecules. 1989. Vol. 22 (6). P. 2859-2860.

20. Creton C., Kramer E.J., Hadziioannou G. Critical molecular weight for block copolymer reinforcement of interfaces in a two-phase polymer blend // Macromolecules. 1991. Vol. 24 (8). P. 1846-1853.

21. Fayt R., Jerome R., Teyssie Ph. Characterization and control of interfaces in emulsified incompatible polymer blends // Polymer engineering and science. 1987. Vol. 27. P. 328-334.

22. Fayt R., Jerome R., Teyssie Ph. Molecular design of multicomponent polymer systems. II. Emulsifying effect of a poly (hydrogenated butadiene-b-styrene) copolymer in high-density polyethylene/polystyrene blends // Journal of Polymer Science. Part B: Polymer Physic. 1981. Vol. 19. P. 1269-1272.

23. Fayt R., Jerome R., Teyssie Ph. Molecular design of multicomponent polymer systems. XII. Direct observation of the location of a block copolymer in low-density polyethylene-polystyrene blends // Journal of Polymer Science. Part C: Polymer Letters banner. 1986. Vol. 24. P. 25-28.

24. Fayt R., Jerome R., Teyssie Ph. Molecular design of multicomponent polymer systems. XIV. Control of the mechanical properties of polyethylene-polystyrene blends by block copolymers // Journal of Polymer Science. Part B: Polymer Physic. 1989. Vol. 27. P. 775-793.

25. Fayt R., Jerome R., Teyssie Ph. Study and control of polymer blends morphology and related properties // Macromolecular Chemistry. 1988. Vol. 16. P. 41-56.

26. Helfand E., Tagami Y. Theory of the interface between immiscible polymers // Journal of Polymer Science. Part B: Polymer Letters banner. 1971. Vol. 9. P. 741-746.

27. Helfand E., Sapse A.M. Theory of unsymmetric polymer-polymer interfaces // The Journal of chemical physics. 1975. # 62. P. 1327-1335.

28. Lindsey C.P., Paul D.R., Barlow J.W. Mechanical Properties of HDPE-PS-SEBS Blends // Journal of Applied Polymer Science. 1981. # 26. P. 1-8.

29. Serpe G., Jarrin J., Dawans F. Morphology-processing relationships in polyethylene-polyamide blends // Polymer engineering and science. 1990. Vol. 30. P. 553-565.

30. Willis J.M., Favis B.D. Processing-morphology relationships of compatibilized polyolefin/polyamide blends. Part I: The effect of anlonomercompatibilizer on blend morphology // Polymer engineering and science. 1988. Vol. 28. P. 1416-1426.

31. Wu S. Phase structure and adhesion in polymer blends: A criterion for rubber toughening // J. Polymer. 1985. Vol. 26. P. 1855-1863.