Антифоги: борьба за прозрачность

Запотевание полимерных пленок – это конденсация водяного пара на поверхности пленки при изменении температуры ниже точки росы для данной влажности воздуха. Ключевая причина проблемы запотевания пленки заключается в гидрофобной поверхности полимера. Большинство полимеров имеют низкую поверхностную энергию и плохо смачиваются водой: для ПЭ этот показатель составляет около 31 дин/см, для ПП – 28 дин/см. Поверхностное натяжение воды – 72 дин/см, и, таким образом, поверхностная энергия полимера в 2–2,5 раза ниже поверхностного натяжения воды. Как следствие – жидкость плохо растекается по поверхности и собирается в капли.

Степень взаимодействия поверхности с жидкостью характеризуется углом смачивания (углом контакта между поверхностью пленки и каплей жидкости). При полном смачивании угол контакта равен нулю, и жидкость растекается в сплошную прозрачную пленку. Если же угол превышает 90°, то это свидетельствует о том, что поверхность гидрофобна, смачивается плохо, и жидкость удерживается на поверхности в форме отдельных капель.

При конденсации влаги на гидрофобной поверхности отдельные капли воды действуют как миниатюрные линзы, рассеивающие свет. Это приводит к снижению прозрачности и оптических свойств пленки (так называемый эффект «тумана» или fogging). В результате ухудшается визуальное восприятие содержимого упаковки (потребитель не может четко увидеть продукт и, зачастую, не покупает его в таком виде), снижается светопропускание в тепличных пленках – а это уже может привести к падению урожайности на 15–30 % из-за уменьшения потока солнечного света. Кроме того, падение сконденсировавшихся капель на продукты или растения ведет к созданию благоприятной среды для развития бактерий, грибков, гнили и водорослей.

Назначение и применениеантифогов

Антифог (от англ. anti-fog – «против тумана») – это специальная модифицирующая добавка, позволяющая резко сократить запотевание полимерных пленок. При миграции антифога на поверхность полимера она становится более полярной, и уменьшение разницы между поверхностной энергией полимера и поверхностным натяжением воды приводит к растеканию капли ровной пленкой.

Антифоги впервые появились в начале 1970-х гг. и нашли применение не только в пищевой упаковке и изделиях для агропрома. Любопытно, что началось это с того, что в 1960-х гг. американское космическое агентство NASA разрабатывало методы борьбы с запотеванием забрала шлема космического скафандра для проекта Gemini, что в итоге сделало возможной комфортную работу астронавтов. Но вернемся к более земным целям применения антифогов.

В первую очередь это пищевая упаковка: введение антифогов в упаковочный полимер позволяет сохранить прозрачность упаковки и дает возможность детально рассмотреть продукт перед покупкой (рис. 1.). Также важным преимуществом будет увеличение срока хранения за счет предотвращения образования конденсата в местах контакта с продуктом. При холодильном хранении антифоги защищают упаковку от запотевания при резком охлаждении, разморозке или перепаде температур (при перемещении из теплого помещения в холодильник и обратно).

В полимерных пленках агропромышленного назначения антифоги позволяют повысить светопропускание, препятствуют накоплению избыточной влажности в объеме теплицы и, таким образом, предотвращают появление гнили и заболеваний растительных культур. Вся совокупность положительных эффектов от применения антифогов позволяет поднять урожайность на 15–30 %.

Природа и механизм действия антифогов

Антифоги представляют собой поверхностно-активное вещество (ПАВ), высокополярная молекула которого содержит гидрофобную часть, совместимую с полимером (например, с ПЭ) и гидрофильную часть, совместимую с водой. Добавка вводится в полимер на стадии производства изделия и постепенно мигрирует изнутри пленки на ее поверхность. При этом гидрофобная часть молекулы остается в структуре материала (во внешнем слое), а гидрофильная выходит наружу на поверхность пленки.

По способу применения антифоги можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние антифоги, в виде жидкости или легкоплавкого порошка, обычно используются для модификации пленки или упаковки в форме гранулированных концентратов на полимерной основе, что значительно облегчает процесс переработки. Они вводятся в изделие еще на стадии производства и оказывают долгосрочный эффект, благодаря постепенной миграции на поверхность и постоянному обновлению антизапотевающего эффекта. Отсюда следует единственный недостаток этого способа применения антифога – эффект проявляется не мгновенно, и требуется некоторое время (часов или дней) на миграцию.

Внешние антифоги наносятся на готовую пленку или изделие как покрытие, действуют сразу после нанесения, но эффект не столь долговечен: концентрация на поверхности изделия со временем снижается, и требуется повторное нанесение внешнего антифога.

Методы испытания гидрофильных свойств пленок

Эффективность добавок-антифогов в полимерных пленках контролируется методами горячего и холодного отпотевания, при этом тест на горячее отпотевание проводится для тепличных и парниковых пленок, а тест на холодное отпотевание – для пищевых упаковок, хранящихся в холодильнике (рис. 2).

Тест на холодное отпотевание заключается в следующем: емкость с теплой водой накрывают образцом тестируемой пленки и помещают в холодильную камеру при температуре 4 °С. Визуальная оценка внешнего вида пленки проводится непосредственно в холодильнике через определенные интервалы времени; общий период наблюдения может достигать 1 нед. В табл. 1 дана качественная экспертная оценка внешнего вида пленки с добавлением антифога, эффективность действия которого оценивается путем присвоения ему соответствующего буквенного класса, а также балла (см. также рис. 2).

Таблица 1. Оценка внешнего вида пленки с добавлением антифога

Методика горячего отпотевания в целом аналогична холодному тесту, но проводится в водяной бане при температуре воды 60 °С. Оценка эффективности добавки проводится в течение 3 ч после начала испытаний, через определенные временные интервалы. Важно отметить, что данный тест позволяет оценить эффективность работы антифога в условиях интенсивного образования конденсата.

В качестве наглядной иллюстрации можно привести результаты тестирования реальных марок присутствующих на рынке концентратов антифогов производства компании «БАРС-2» в условиях горячего (табл. 2) и холодного (табл. 3) отпотевания (для однослойных пленок из ПЭВД 15803-020 толщиной 40–50 мкм).

Таблица 2. Оценка эффективности концентрата антифога БАСКО™ ПФ0022/11-ПЭ в условиях горячего отпотевания пленки ПЭВД 15803-020 с присвоением класса антифогу

Таблица 3. Оценка эффективности концентрата антифога БАСКО™ ПФ0022/12-ПЭ в условиях холодного отпотевания пленки ПЭВД 15803-020 с присвоением класса антифогу

Из приведенных результатов испытаний можно видеть, что концентрат ПФ0022/11-ПЭ предпочтительнее использовать для работы в условиях горячего отпотевания, а ПФ0022/12-ПЭ – для хранения упаковки в холодильнике. Для аналогичного применения в упаковке пищевых продуктов с хранением при пониженных температурах разработана новая марка концентрата антифога быстрого действия БАСКО™ ПФ0022/16-ПЭ.

Из реального опыта применения антифога в многослойных пленках можно предложить следующие практические рекомендации: в трехслойных тепличных и упаковочных пленках (например, при соотношении слоев 25/50/25) рекомендуется основное количество – 3-5 % на слой – вводить в средний слой, во внутренний слой (тот, который со стороны теплицы) вводить 2–3 % концентрата антифога и во внешний слой – 1–2 %, сохраняя общее количество на пленку 3-4%. Если на наружной стороне пленки предполагается нанесение печати, то в этот внешний слой рекомендуется концентрат антифога вообще не вводить, перераспределив общее количество между средним и внутренним слоями, а в качестве барьера для миграции антифога на сторону печати ввести 2–3 % концентрата антиблока или до 10 % мелового концентрата. То же относится к пленкам под ламинацию, для предотвращения миграции антистатиков к слою адгезива.

Эффективный уровень ввода концентрата антифога в модифицируемую пленку зависит от свойств используемого полимера (главным образом, плотности и степени кристалличности), толщины пленки (чем тоньше пленка, тем больше ввод концентрата) и условий эксплуатации (температуры и влажности).

Гарантийный срок хранения концентратов антифогов составляет обычно не более полугода, поскольку добавка является мигрирующей и гидрофильной. Концентрат рекомендуется хранить в герметичной упаковке. На рис. 3 приводится пример снижения эффективности такой добавки после одного года хранения на складе. Следует отметить, что, несмотря на пониженную эффективность «лежалого» концентрата, он демонстрирует все же лучший результат в сравнении с немодифицированной пленкой.

Использование концентратов антифогов дает заметное преимущство при производстве пленок для теплиц и упаковки пищевых продуктов. Такие решения обеспечивают равномерное распределение активного компонента в полимерной матрице, что позволяет упростить технологический процесс, помогают снизить запотевание поверхности и сохраняют прозрачность пленки в условиях высокой влажности. Это особенно важно для качественной и надежной пищевой упаковки, где визуальная доступность продукта напрямую влияет на потребительские свойства и товарный вид.

При этом вводить некоторые легкоплавкие или жидкие добавки непосредственно в пленку бывает технически сложно или даже невозможно: они могут плохо дозироваться, неравномерно распределяться, вызывать проблемы при переработке или нестабильность свойств. Гранулированные концентраты антифогов позволяют обойти эти ограничения и получить более предсказуемый результат. Поэтому они хорошо зарекомендовали себя в производственной практике и пользуются устойчивым спросом у переработчиков.

Концентраты антифогов – это одно из многих востребованных направлений модификации полимерных пленок для нужд пищевой промышленности и сельского хозяйства. Компания «БАРС-2» обладает многолетним опытом работы в полимерной индустрии и предлагает предприятиям отрасли широкий ассортимент концентратов БАСКО™ для окрашивания и модификации полимерных изделий самых разных направлений переработки.

Antifogs: the Fight for Transparency

D. N. Karpov, D. V. Kositsky

The problem of misting polymer films and plastic packaging is not new; specialists working in the packaging industry and the agricultural industry face it every day. Condensation on the inner surface of greenhouse films and a decrease in the transparency of packaged products stored at a lower temperature — from here a whole bunch of problems grow that reduce yields and complicate trade. The article discusses the causes of this phenomenon and how to effectively prevent it.

Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 7 (326) 2026 г., с. 16-19.