Полимерные наномодифицированные покрытия

Упаковка с антимикробной активностью 
Такая упаковка необходима для сохранения скоропортящихся продуктов (например, колбасных и сырных нарезок, свежих мясопродуктов). В некоторых случаях увеличение срока хранения упакованных продуктов достигается комплексным влиянием антимикробных свойств самой упаковки и модифицированной газовой среды (MAP) внутри упаковки. Возобновляемый эффект микробиальной инактивации достигается за счет вкрапления наночастиц активных субстанций в виде присадок в толщу или на поверхность полимерного упаковочного материала. В целом это или абсорбция активных субстанций материалом, контактирующим с пищевыми продуктами, или высвобождение таких субстанций из него. В особых случаях возможно также встраивание в фольгу из искусственных материалов UV-абсорбентов. В предписаниях ЕС ? EG Verordnung 450/2009 активные материалы, вступающие в контакт с пищевыми продуктами, определены как «материалы, абсорбирующие или отдающие активные вещества, для того чтобы сохранить или улучшить качественные характеристики упакованных пищевых продуктов, или чтобы увеличить срок их хранения». 
Интеллектуальная (интерактивная) упаковка 
К такому направлению относится, например, интеграция наносенсоров и наноиндикаторов в упаковку пищевых продуктов. Такая упаковка обеспечивает прослеживаемость пищевого продукта или позволяет контро- лировать сохранение свежести или загрязнение продукта микроорганизмами, вызывающими его порчу, патогенными микроорганизмами, аллергенами или токсинами, в процессе транспортировки и хранения. Интеллектуальные контактные материалы контролируют состояние упакованного пищевого продукта или окружающей его среды и дают информацию о степени его свежести. Дальнейшее развитие этого направления приведет к тому, что в скором будущем уже сама упаковка будет указывать, соблюдены ли сроки и условия хранения данного образца продукта. В предписаниях ЕС EG Verordnung 450/2009 интеллектуальные материалы, вступающие в контакт с пищевыми продуктами, определены как «устанавливающие состояние упакованных пищевых продуктов или окружающей их среды и предоставляющие информацию о степени свежести пищевого продукта».

Защита от фальсификации

 
Раньше проблема фальсификации была актуальна только для медикаментов или продуктов высшего ценового диапазона. Сейчас участились случаи фальсификации  товаров из нижних ценовых сегментов. Чтобы защитить продукт от подделок, можно нанести на упаковку специальные  краски или голограммы, содержащие определенные метки (RFID), считываемые, например, сканерами и полученные с помощью нанотехнологий. Такие решения уже можно применить к глобальному товаропотоку, они узаконены как способы защиты от плагиата, пиратства и фальсификации. Ниже перечислены направления применения активных веществ в упаковке – как уже действующие, так и ожидаемые в ближайшей перспективе (по данным Sabotka, 2009):

• поглотитель кислорода;
• CO2-поглотитель;
• генератор паров этанола;
• поглотитель этилена; датчик наличия этилена;
• антимикробный агент (возможен также и микробный агент);
• регулятор влажности;
• антиоксидант;
• поглотитель холестерина;
• ароматизирующая упаковка;
• поглотитель вкуса и эмиттер запаха;
• термоактивные функциональные пленки и функциональные ткани;
• защита от фальсификации (защита прав производителя).

Правовые аспекты и санитарногигиенические аспекты. Связи с общественностью. 
 
Федеральный Институт Изучения Рисков (BfR) провел исследования по восприятию нанотехнологий среди населения, в том числе и с помо- щью потребительских конференций. Федеральное правительство выпустило для этого всеобъемлющий каталог мероприятий для исследований, содержащий разъяснения, касающиеся путей распространения и выработки ответственного отношения к использованию нанотехно- логий. Национальные комиссии из Германии входят в рабочие группы OECD, EFSA и участвуют в плановых мероприятиях ЕС. Тем временем в BfR были созданы новые рабочие группы по нанотоксикологии. Совместная работа осуществляется, в числе прочего, в кооперации с федеральным ведомством по охране окружающей среды и с федеральным учреждением по охране труда и производственной медицине. Для наноупаковки, как и для всех пищевых продуктов, закон предписывает, что опасности для здоровья потребителей должны быть исключены. Каждый производитель обязан гарантировать безопасность своих продуктов. 
 
Для наномасштабных материалов действуют как общие, так и специальные требования немецкого закона о пищевых продуктах и кормах, а также предписания ЕС EG Verordnung Nr. 178/2002. Если предприниматель не придерживается добросовестно этих предписаний, то по закону он несет ответственность перед потребителями за причиненный ущерб. До сих пор Федеральный институт изучения рисков еще не выявил достоверно доказанных случаев причинения ущерба здоровью, который был бы вызван наноматериалами. 
 
Кроме того, применение наноматериалов регулируется предписанием ЕС EG Verordnung Nr. 450/2009 о допуске и принятых обозначениях. Оно действует во всех случаях и в течение всего периода использования или контакта с пищевым продуктом, если применяемые материалы относятся к новым «активным или интеллектуальным материалам, контактирующим с продуктами питания». Предписания ЕС EG Verordnung Nr. 450/2009 устанавливают правила допуска к применению новых активных или интеллектуальных субстанций в материалах, контактирующих с пищевыми продуктами. Законодатель предусматривает, что изготовитель, подавший заявку на допуск, сначала должен направить заявку на оценку безопасности данных субстанций в EFSA. Добавки мономеров или полимерных материалов для пищевой промышленности в некоторых случаях попадают под предписания ЕС EG Verordnung Nr. 2002/72. Продукты и материалы для пищевой промышленности, для которых действуют предписания ЕС EG Verordnung Nr. 1935/2004, относятся к не вызывающим опасений продуктам и материалам, предназначенным для контакта с пищевыми продуктами[22].

Вывод

Использование нанотехнологий для создания упаковочных материалов будущего наиболее эффективно.

Наиболее перспективным является использование латексных систем для формирования полимерной оболочки (водных дисперсий полимеров пищевых  марок с высоким содержанием  пленкообразующей фазы,  содержащей функциональные добавки). Полимерные матрицы  в коллоидной форме в виде латексов хорошо подходят для придания защитной оболочке необходимого комплекса свойств. Латексы отличаются легкостью модификации, способны перерабатываться в оболочки с требуемыми защитными свойствами при невысоких температурах.

Перспективными разработками являются покрытия с индикаторами свежести, температуры, патогенной микрофлоры, поглотителями  кислорода, влаги. Они обладают программируемыми барьерными и механическими показателями.

Применение  нанотехнологий (наноматериалы, приемы формирования) позволит получать принципиально новые покрытия путем модернизации базовых систем или создания новых материалов, обладающих принципиально новыми свойствами

Приложения

Патент №1.

Патент №2.

Список  используемой литературы:

Книги

1. Миргородский Б. Г. Применение защитных покрытий при созревании и расфасовке сыров. – М.:Наука, 2006. – 142 с.
2. Нильсен JI. Е. Механические свойства полимеров и полимерных композиций. / Пер. с англ. канд. техн. наук П. Г. Бабаевского. – М.: Химия, 2008. -312 с.

Статьи

1. Федотова А.В., Данильчук Т.Н., Сдобникова О.А., Самойлова Л.Г., Фролова Ю.В. Упаковочные материалы, модифицированные нанодобавками. – Мясные технологии, 2011, №10. – С. 72-76.
2. Федотова А.В., Снежко А.Г., Сдобникова О.А., Самойлова Л.Г., Смурова Т.А., Ревина А.А., Хайлова Е.Б. Упаковочные материалы из природных полимеров, модифицированных наночастицами серебра. – Пластические массы, 2009, № 7-8. С. 42-47.
3. By Song, Ho-Yeon; Kim, Young-Hee; Ko, Kwang-Kjune; Oh, Ik-Hyun; Lee, Byong-Taek. «Antimicrobial mechanisms of silver nano-particles and their in vivo study for antibiotic alternative» From Taehan Kumsok, Chaeryo Hakhoechi (2006), 44(6), 412-417.  
4. By Emamifar, Aryou; Kadivar, Mahdi; Shahedi, Mohammad; Soleimanian-Zad, Sabihe «Preparation and evaluation of nanocomposite LDPE films containing Ag and ZnO for food-packaging applications» From Advanced Materials Research (Zuerich, Switzerland) (2010), 129-131(Pt. 2, Material and Manufacturing Technology), 1228-1232.
5. Хохлявин С.А.  Наноматериалы: вопросы безопасности и маркировка. – Наноидустрия, 2010, №6 (24), с. 22 – 24.
6. Аверко-Антонович И.Ю. Синтетические латексы /Москва, 2005.- С. 36-38.
7. Снежко А. Г., Федотова А. В., Борисова З. С.,  Филинская, Ю. А. Коллоидно-химические принципы разработки антимикробных покрытий пролонгированного действия из полимерных латексов // Лакокрасочные материалы и их применение. 2006. № 4. С. 18–24.
8. Снежко А. Г., Федотова А. В., Сдобникова О. А.  Активная упаковка и нанотехнологии // Сыроделие и маслоделие. 2008. № 3. С. 12–14.
9. Гмошинский И. В. Выявление наночастиц и наноматериалов, представляющих потенциальную опасность в составе пищевой продукции / И. В. Гмошинский, Р. В. Распопов, С. А. Хотимченко // Идентификация фальсифицированных пищевых продуктов. Контроль содержания и безопасности наночастиц в продукции сельского хозяйства и пищевых продуктах : междунар. науч.-практ. конф. / ГОУ ВПО «МГУПП». – М., 2009. – С. 35–36.
10. Дугин Г. С. Нанотехнология и ее возможное негативное влияние на окружающую среду / Г.С. Дугин // Проблемыбезопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2009. – № 5. – С. 33-37. – Библиогр.: 7 назв.
11. Красноярова О. В. Современное состояние исследований в области оценок рисков, связанных с присутствием наночастиц, потенциально опасных для здоровья человека в пищевой продукции. Классификации наноматериалов / О. В. Красноярова, К. И. Попов // Идентификация фальсифицированных пищевых продуктов. Контроль содержания и безопасности наночастиц в продукции сельского хозяйства и пищевых продуктах : междунар. науч.-практ. конф. / ГОУ ВПО «МГУПП». – М., 2009. – С. 66-75.
12. Михлер Г., Товмасян Ю.М., Тополкараев В.А., Дубникова И.Л., Шмидт В. Деформационная структура типа трещин серебра в дисперсно наполненном полиэтилене. Механика композиционных материалов, 2008, №2, с. 221-226.
13. Galgali G., Agarwal S., Lele A. In situ rheo-Xray investigation of flow-induced orientation in layered polypropylene nanocomposites. Polymer, V.45, 2004, p.6059-6069.
14. Noh M.W., Lee D.C., Synthesis and characterization of PS-clay nanocomposite by emulsion polymerization, Polym. Bull., v. 42, 2009, p, 619-626.
15. Alexandre M., Dubois P., Sun Т., M J. Jerome Garces, R., Polyethylene -layered silicate nanocomposites prepared by the polymerization filling te-chiq: synthesis and mechanical properties, Polymer, v. 43, 2009, p. 2123-2132.
16. Gilman J.W., Kashiwagi Т., Brown J.E.T., Lomakin S. Flammability studies of polymer layered silicate nanocomposites. SAMPE J., 2010, №43, p. 1053-1066.
17. Liu L.M., Qi Z.N., Zhu X.G. Studies on nylon-6 clay nanocomposites by melt-intercalation process. J. Appl. Polym. Sci., 2011, №71, p. 1133-1138.