Slide 1

CZY BĘDZIEMY PAKOWAĆ ŚNIADANIE W
FOLIĘ ZE SKROBI, KTÓRA NIE ZAŚMIECI
ŚRODOWISKA?...

Danuta M. Napierała*, Jerzy Stangierski**
*Katedra Fizyki,
**Katedra Zarządzania Jakością Żywności
Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu


Slide 2

CO TO SĄ POLIMERY?...
Cechą charakterystyczną polimerów jest występowanie powtarzających
się elementów strukturalnych – merów.
Monomer – związek małocząsteczkowy, z którego w wyniku reakcji
otrzymujemy polimer
Polimer – związek wielkocząsteczkowy, jego charakterystyczną cechą
jest powtarzanie się pewnych cząstek.
Kopolimer – związek cząsteczkowy otrzymany co najmniej z dwóch
monomerów

M

M

M

M

Polimery łańcuchowe – tworzą je swobodne łańcuchy polimerów, np.
polietylen, polipropylen, polichlorek winylu, polistyren, polimetakrylan
metylu, poliamidy, poliwęglan. Należą do tzw. termoplastów, są topliwe i
rozpuszczalne.
Budowa łańcuchowa może być: chaotyczna – polimer bezpostaciowy
(amorficzny), uporządkowana – polimer krystaliczny


Slide 3

Polimery o strukturze usieciowanej - między łańcuchami tworzą się
wiązania i powstaje sieć np. pod wpływem temperatury (termoutwardzalne)
lub czynnika sieciującego (chemoutwardzalne)
Jeżeli występuje struktura przestrzennie usieciowana, polimer nie topi się i
jest nierozpuszczalny. Jest to bardzo mocna struktura.

Model sieci polimerowej

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M


Slide 4

STANY FIZYCZNE POLIMERÓW
Tk

Tg

Tp

Td

Charakterystyczne temperatury dla polimerów: temp. kruchości, Tk, temp. rozeszklenia, Tg,
temp. płynięcia, przejścia w stan lepkoplastyczny, Tp, temp. destrukcji, Td

Polimery występują w trzech stanach fizycznych, zależnych od temperatury:
SZKLISTYM, WYSOKOELASTYCZNYM, LEPKOPLASTYCZNYM

Polimer amorficzny

Polimer krystaliczny


Slide 5

STRUKTURY KONFIGURACYJNE POLIMEROW
a) liniowa, b) kołowa c) rozgałęziona d)
grzebykowa e) gwiaździsta f) kaskadowa
g) spiranowa h )drabinkowa i)
parkietowa j) tektoniczna k) perełkowotaśmopo dobna l, ł, m) sieciowane
chemicznie o konfiguracji odpowiednio:
homoge nicznej, heterogenicznej i
przenikających się wzajemnie sieci, n, o,
p, r, s, t) sieciowane fizycznie.
Stereoizomeria
Przykład makrocząsteczki izotaktycznej (A) i syndiotaktycznej (B)
A

B

I.Gruin, Materiały polimerowe, PWN, 2003]


Slide 6

DLACZEGO TWORZYWA SYNTETYCZNE?....
- Korzystne właściwości funkcjonalne: mechaniczne takie, jak wytrzymałość,
elastyczność, sprężystość, zaporowe, jak przepuszczalność pary wodnej,
tlenu, CO2

- Łatwe w obróbce, niskie koszty produkcji.
Niestety, nie ulegają biodegradacji, w środowisku naturalnym brak
organizmów zdolnych do rozkładu wiązań między atomami węgla w
łańcuchach węglowodorowych polimerów, które są podstawą tworzyw
sztucznych
BIODEGRADOWALNE TWORZYWA ALTERNATYWĄ
MATERIAŁÓW SYNTETYCZNYCH
- Opakowania biodegradowalne są to materiały, których
struktura chemiczna ulega znaczącym przemianom,
zachodzącym
w
specyficznych
warunkach
środowiskowych. Materiały te tracą swoje właściwości w
wyniku degradacji, zachodzącej z wykorzystaniem
naturalnie
występujących
w
przyrodzie
mikroorganizmów - bakterii, grzybów, alg.


Slide 7

SKROBIA – JAKO SUROWIEC DO PRODUKCJI
BIODEGRADOWALNYCH MATERIAŁÓW
•Produkt naturalny, pochodzenia roślinnego, otrzymywana z
ziaren zbóż, bulw i korzeni różnych roślin, ulega biodegradacji w
środowisku naturalnym z wytworzeniem H2O i CO2

KUKURYDZA

ZIEMNIAK

PSZENICA
RYŻ


Slide 8

GRANULE SKROBI OGLĄDANE ZA POMOCĄ
ELEKTRONOWEGO MIKROSKOPU SKANINGOWEGO
pszenica

pszenżyto

owies
A
Granule skrobiowe

B

C
Skala: - 10m

[Z. Ao, J-L. Jane, Carbohydr. Polym. 2007, 67, 46-55]


Slide 9

BUDOWA CHEMICZNA SKROBI – POLIMEROWE
SKŁADNIKI SKROBI

AMYLOZA – łańcuch prosty

AMYLOPEKTYNA –
rozgałęziona forma


Slide 10

MODELE STRUKTURY SKROBI

[Z. Ao, J-L. Jane, Carbohydr. Polym.
2007, 67, 46-55]
[I.Capron et al.., Carbohydr. Polym.
2007 (68), 349-259)]


Slide 11

OTRZYMYWANIE FOLII SKROBIOWEJ METODĄ
KASTINGOWĄ
4.
3.

1.
1.Podgrzewanie
skrobi
na
magnetycznym

5.

roztworu
mieszadle

2. Kleikowanie
3. Suszenie konwekcyjne
4. Nawilżanie w eksykatorze

5. Gotowy produkt po zdjęciu z podłoża

2.


Slide 12

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH FOLII
PRÓBA JEDNOOSIOWEGO ROZCIĄGANIA FOLII SKROBI
NA TEKSTUROMETRZE TA-XT2i (STABLE MICRO SYSTEM, GB)

3

2

1

4


Slide 13

FILM 1 – próba rozciągania *

* aby uruchomić film kliknij obrazek myszką


Slide 14

FILM 2 – próba rozciągania jednoosiowego *

* aby uruchomić film kliknij obrazek myszką


Slide 15

WYKRESY ROZCIĄGANIA FOLII SKROBI
UPLASTYCZNIONEJ SORBITOLEM

FOLIE O DWÓCH GRUBOŚCIACH:
Próby 1 - 3, grubość d = 0,050 mm,
próby 4 - 6 , grubość d = 0,040 mm


Slide 16

 Z wykresów jednoosiowego rozciągania można wyznaczyć
następujące wielkości, charakteryzujące wytrzymałość folii
skrobi z sorbitolem;
– Fmax - obciążenie zrywające, [N]

– ε = l/l0 – wydłużenie względne przy zerwaniu
– E, moduł Younga [MPa]

E 




- Naprężenie zrywające σmax równe:

 max 

F max
S

gdzie S oznacza pole przekroju poprzecznego folii


Slide 17

Porównanie parametrów wytrzymałościowych folii skrobi z
sorbitolem (o stężeniu sorbitolu 40%) i albuminą (o stężeniu
2%) z syntetycznym laminatem foliowym (poliester z
polipropylenem)
Rodzaj folii

Fmax [N]

, 10-2

E, 108 [Pa]

max [MPa]

Skrobia –
sorbitol

19,5

3,2

9,5

21,8

Skrobiasorbitolalbumina

35,2

3,8

9,8

26,3

Laminat

46,4

68,2

8,6

50,3


Slide 18

BADANIE PRZEPUSZCZALNOŚCI PARY WODNEJ
PRZEZ FOLIĘ SKROBIOWĄ
Metoda statyczno - eksykatorowa

1

3

1. Folie w pokrywkach naczyń
wypełnionych silika żelem,
2, 3 – W eksykatorach z
solami, utrzymującymi określoną, stałą wilgotność.
4. Ważenie próbek na wadze
analitycznej.

2

4


Slide 19

5

4

c

3

-3

m , 10 , g

Przykładowe kinetyki transmisji
pary wodnej przez folie skrobi z
sorbitolem
2

b

2

1

a

0

-3

m , 10 , g

-1
0

c

1

2

b
a

0
0

1

20

40

60

T im e, h

80

100

50

100

150

200

250

T im e , h

Kinetyka przepływu pary wodnej
przez folię skrobi z sorbitolem w temp.
t = 300C [rys. 1] i 600C [rys. 2],
aktywności wody aw = 0,33 (a), 0,54 (b)
i 0,94 (c).

Parametry, opisujące przepływ dyfuzyjny wody przez układ polimerowy:
- Współczynnik przepuszczalności, P [g m / (m2 s Pa)]
- Współczynnik dyfuzji, D [m2/s]
- Współczynnik rozpuszczalności lub sorpcji, S [g/(m3 Pa)]


Slide 20

Polimer

Przepuszczalność
pary wodnej, P
(g m-1 s-1 Pa-1) 10-11

Literatura

Skrobia pszenicy-sorbitol
0,39 – 7,74
autorzy
TABLE 3. Water vapour permeability of starch-sorbitol film and some edible and common packaging materials
Skrobia
ziemniaka
5,2 – 26,5
Arvanitoyannis,
kazeinian sodu-sorbitol
0,3 - 15
Biliaderis (1998)
Skrobia z kukurydzy
119
Krogars et al. (2003)
Amyloza - glicerol
143,5
Rindlav-Westling
Skrobia ziemniaka – glicerol
7,3
(1998)
Chitozan
0,44 – 1,14
Arvanitoyannis, (1996)
LDPE1
0, 09
Yang, Paulson (2000)
EVOH2
0, 29
Kittur et al. (1998)
HDPE3
0, 03
McHugh,
Krochta
Poliester
0, 25
(1994)
McHugh,
Krochta
1 Low density polyethylene
(1994)
2 Ethyl vinyl alcohol
McHugh et al. (1993)
3 High density polyethylene
McHugh et al. (1993)


Slide 21

O perspektywach rozwoju opakowań biodegradowalnych

GŁÓWNE FIRMY PRODUKUJĄCE
BIODEGRADOWALNE
TWORZYWA OPAKOWANIOWE
NA ŚWIECIE:

Wzrost
produkcji
materiałów
biodegradowalnych na przestrzeni lat
[ F. Domka, N. Czaja: Opakowania biodegradowalne alternatywą dla opakowań z
tworzyw sztucznych, 2006 ]

Rhone Poulenc UCB Films,
Mazzucculli Novamont
Vivadour Biotec Cargill Dow
Polymers LLC , Kaneka,
Procter&Gamble, DuPont


Slide 22

Odnośniki literaturowe

I. Gruin, Materiały polimerowe. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2003
J Kaszkul, O. Suberlak, Podstawy fizykochemii i właściwości polimerów. Wyd.
Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004
D. M. Napierała, A. Nowotarska, Water vapour transmission properties of wheat
starch-sorbitol film. Acta Agrophysica, 2006, vol. 7(1), 151-159
D. M. Napierała, J. Stangierski, Tensile properties of wheat starch film with the
addition of sorbitol and albumin. Acta Agrophysica, 2007, vol. 9(1), 123 - 133