Προβολή Εργασίας
ΜΕΛΕΤΗ ΠΟΛΥΣΤΡΩΜΑΤΙΚΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΓΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΥΚΑΜΠΤΗΣ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΣ
Ε. Βασιλειάδη, Π. Ταραντίλη
Σχολή Χημικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο |
ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η παρούσα εργασία έχει ως αντικείμενο τη μελέτη βασικών λειτουργικών χαρακτηριστικών που παρουσιάζουν οι διάφοροι τύποι, καθώς και οι σύνθετες δομές πολυμερικών μεμβρανών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων.
Σε επιμεταλλωμένες διαξονικά προσανατολισμένες μεμβράνες πολυπροπυλενίου (met-ΒΟΡΡ) πραγματοποιήθηκε επιφανειακή κατεργασία με corona σε διάφορα επίπεδα ενέργειας. Οι επεξεργασμένες επιφάνειες μελετήθηκαν με τη χρήση οπτικού μικροσκοπίου, ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM), προφιλόμετρου, μικροσκοπίας ατομικών δυνάμεων (AFM), ενώ πραγματοποιήθηκε και στοιχειακή ανάλυση με φασματοσκοπία ακτίνων-Χ με διασπορά ενέργειας (Χ-ray EDS). Διαπιστώθηκε ότι με την αύξηση της χρησιμοποιούμενης ενέργειας κατεργασίας, αυξάνει ο αριθμός και το μέγεθος των στιγμάτων που εντοπίζονται στην επιφάνεια των κατεργασμένων μεμβρανών. Η παρουσία των στιγμάτων, σύμφωνα και με τη στοιχειακή ανάλυση, αποδίδεται στα πρόσθετα, και κυρίως οξειδίων του πυριτίου και στεατικού ασβεστίου. Παράλληλα, στις κατεργασμένες μεμβράνες met-BOPP, με την τεχνική AFM παρατηρήθηκε αύξηση της μέσης τραχύτητας και δημιουργία μικροκρατήρων.
Στη συνέχεια εκτυπωμένες μεμβράνες ΒΟΡΡ//met-BOPP υποβλήθηκαν σε συνθήκες επιταγχυνόμενης γήρανσης (UV-ακτινοβολία, υγρασία και αυξημένη θερμοκρασία) για 216 ώρες και μελετήθηκε σε συνάρτηση με το χρόνο η εξέλιξη των ακόλουθων χρωμάτων: κίτρινο, πορτοκαλοκίτρινο, πορτοκαλί, πράσινο, μπλε-ραφ και μπορντό (κλίμακα Lab). Διαπιστώθηκε ότι μετά από 216 ώρες έκθεσης υποβιβάζεται η ποιότητα της εκτύπωσης, η οποία εξαρτάται από τη σύσταση του χρώματος, και παρατηρήθηκε ότι η μεγαλύτερη αλλοίωση συμβαίνει για το κίτρινο. Επιπλέον, οι μεμβράνες που ήταν εκτεθειμένες στις συνθήκες αυτές παρουσίασαν μείωση της αδιαφάνειάς τους η οποία αποδίδεται σε αντίδραση του στρώματος αργιλίου και τη μετατροπή του σε διαφανές προϊόν. Παράλληλα, ελήφθησαν φάσματα με τη χρήση φασματοσκοποίας εξασθενημένης ολικής ανάκλασης (ATR), από τα οποία παρατηρήθηκε ότι για τις εκτεθειμένες μεμβράνες στο περιβάλλον επιταγχυνόμενης γήρανσης η ένταση των κορυφών που αντιστοιχούν σε δονήσεις των ομάδων C-H μειώνεται. Το γεγονός αυτό αποδίδεται στη μείωση του μοριακού βάρους της πολυμερικής αλυσίδας λόγω μηχανισμών φωτοχημικής αποικοδόμησης. Πραγματοποιήθηκε, τέλος, δοκιμή σε εφελκυσμό για τη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των σύνθετων μεμβρανών. Διαπιστώθηκε μείωση του μέτρου ελαστικότητας μετά από 144 ώρες έκθεσης και αύξηση της επιμήκυνσης στη θραύση, που οφείλονται πιθανώς σε φαινόμενα πλαστικοποίησης του πολυμερούς. Ταυτόχρονα παρατηρήθηκε μείωση της αντοχής σε εφελκυσμό σε παρατεταμένους χρόνους έκθεσης, που αποδίδεται στη φωτοοξειδωτική αποικοδόμηση που υφίστανται οι πολυολεφίνες υπό την επίδραση UV-ακτινοβολίας και αυξημένης θερμοκρασίας.
Ολοκληρώνοντας τη μελέτη των λειτουργικών παραμέτρων των πολυμερικών μεμβρανών έγινε προσδιορισμός της διαπερατότητας σε υδρατμούς ορισμένων σύνθετων δομών. Τα σχετικά πειράματα διεξήχθησαν τόσο για τις σύνθετες δομές PET//LDPE//EVOH//LDPE και PET//OPA//LDPE, όσο και για τις επιμέρους μεμβράνες που τις αποτελούν, σε θερμοκρασίες 25°, 35° και 45°C. Μετρήθηκε η μεταβολή της απορροφούμενης υγρασίας σε συνάρτηση με το χρόνο και υπολογίστηκε ο Ρυθμός Μεταφοράς Υδρατμών, ΡΜΥ, καθώς και ο συντελεστής διαπερατότητας, Ρ. Η συμπεριφορά των σύνθετων μεμβρανών καθορίζεται από τις μεμβράνες που παρουσιάζουν τη χαμηλότερη διαπερατότητα σε υγρασία (LDPE//EVOH//LDPE και LDPE). Αντίθετα οι μεμβράνες ΡΕΤ και ΟΡΑ βρέθηκαν ιδιαίτερα υγροσκοπικές, αλλά είναι γνωστό ότι χρησιμοποιούνται στις πολυστρωματικές δομές για τις καλές ιδιότητες φραγμού που παρουσιάζουν στο οξυγόνο.
Λέξεις Κλειδιά
Πολυμερικές μεμβράνες, εύκαμπτη συσκευασία, κατεργασία με κορόνα, διεπιφανειακή συγκόλληση, γήρανση
|
|
|
