Влияние наночастиц оксида циркония (ZrО2) на механические, вибрационные и антибактериальные свойства полиэтилен-полимерной матрицы

Методом экструзии с одношнековым смесителем был синтезирован нанокомпозит на основе матрицы из полиэтилена низкой плотности (ПНП), армированного наночастицами диоксида циркония (ZrO₂). Проведено комплексное исследование структурных, механических, барьерных и антимикробных свойств полученных пленок. Методами цифровой микроскопии и ИК-Фурье спектроскопии подтверждено наличие наночастиц ZrO₂ с характеристическими колебаниями связи Zr-O при 421, 418 и 468 см⁻¹ для концентраций 4,7; 6,7 и 8,7% мас. соответственно. Механические испытания выявили концентрационно-зависимое снижение прочности на растяжение (с 12,30±0,32 МПа до 8,5±0,4 МПа), относительного удлинения при разрыве (с 482±49,65% до 320±35%) и модуля упругости (с 116±42,3 МПа до 75±20 МПа), что связано с агломерацией наночастиц при повышенных концентрациях. При этом наблюдалось пропорциональное увеличение толщины пленок и улучшение барьерных свойств, выражающееся в снижении скорости передачи водяного пара (WVTR) и коэффициента паропроницаемости (WVP). Нанокомпозиты продемонстрировали выраженную антимикробную активность в отношении Bacillus subtilis и Escherichia coli: при содержании ZrO₂ 8,7% мас. количество колониеобразующих единиц (КОЕ) снизилось на 82% и 90% соответственно. Дополнительные исследования методом ДСК показали повышение температуры термического разложения на 15°C без ухудшения технологических свойств расплава. Полученные результаты свидетельствуют, что введение наночастиц ZrO₂ позволяет направленно модифицировать механические, барьерные и антимикробные характеристики ПНП, что открывает перспективы их применения в активной упаковке пищевых продуктов, требующей контроля влагопроницаемости и микробиологической безопасности. Оптимальное сочетание функциональных свойств достигнуто при содержании наночастиц 6,7% мас.