Методом экструзии с одношнековым смесителем был синтезирован нанокомпозит на основе матрицы из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), 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.

1. Hsissou R, Seghiri R, Benzekri Z, Hilali M, Rafik M, Elharfi A. Polymer composite materials: A comprehensive review. Composite Structures. 2021. vol. 262. p. 113640.

2. Ashfaq A, Khursheed N, Fatima S, Anjum Z, Younis K. Application of nanotechnology in food packaging: Pros and Cons. J Agric Food Res. 2022. vol. 7. p.100270.

3. de Sousa MS, Schlogl AE, Estanislau FR, Souza VGL, dos Reis Coimbra JS, Santos IJB. Nanotechnology in Packaging for Food Industry: Past, Present, and Future. Coatings. 2023 vol. 13. p. 1411.

4. Dash K.K., Deka P., Bangar S.P., Chaudhary V., Trif M., Rusu A. Applications of Inorganic Nanoparticles in Food Packaging: A Comprehensive Review. Polymers. 2022. vol. 14. no. 3. pp. 521.

5. Paidari S., Ibrahim S.A. Potential application of gold nanoparticles in food packaging: a mini review. Gold Bulletin. 2021. vol. 54. pp. 31-36.

6. Mesgari M., Aalami A.H., Sahebkar A. Antimicrobial activities of chitosan/titanium dioxide composites as a biological nanolayer for food preservation: A review. International Journal of Biological Macromolecules. 2021. vol. 176. pp. 530-539.

7. Rossa V., Monteiro Ferreira L.E., da Costa Vasconcelos S., Tai Shimabukuro E.T., Gomes da Costa Madriaga V., Carvalho A.P. et al. Nanocomposites based on the graphene family for food packaging: historical perspective, preparation methods, and properties. RSC Advances. 2022. vol. 12. no. 22. pp. 14084-14111.

8. Zhang W., Roy S., Rhim J.W. Copper-based nanoparticles for biopolymer-based functional films in food packaging applications. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2023. vol. 22. no. 3. pp. 1933-1952.

9. Naveen Z., Eswara Rao B., Mallika E.N., Sreenivasa Rao T., Narendra Nath D., Prasad T.N.V.K.V. Evaluating the NanoZinc Oxide Composite Polymer Films Developed for Packaging Chicken Meat against pH Variations During Refrigerated Storage. Indian Veterinary Journal. 2022. vol. 99. no. 7. pp. 75-79.

10. Brito S.C., Bresolin J.D., Sivieri K., Ferreira M.D. Low-density polyethylene films incorporated with silver nanoparticles to promote antimicrobial efficiency in food packaging. Food Science and Technology International. 2020. vol. 26. no. 4. pp. 353-366.

11. Mohseni E., Ranjbar M.M., Yazdi M.A., Hosseiny S.S., Roshandel E. The effects of silicon dioxide, iron(III) oxide and copper oxide nanomaterials on the properties of self-compacting mortar containing fly ash. Magazine of Concrete Research. 2015. vol. 67. no. 20. pp. 1112-1124.

12. Singh Jassal P., Kaur D., Prasad R., Singh J. Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles: Development and applications. Journal of Agricultural and Food Research. 2022. vol. 10. p. 100361.

13. Khan M.R., Fromm K.M., Rizvi T.F., Giese B., Ahamad F., Turner R.J. et al. Metal Nanoparticle-Microbe Interactions: Synthesis and Antimicrobial Effects. Particle and Particle Systems Characterization. 2020. vol. 37. p. 1900419.

14. Chitoria A.K., Mir A., Shah M.A. A review of ZrO2 nanoparticles applications and recent advancements. Ceramics International. 2023. vol. 49. no. 20. pp. 32343-32358.

15. Nabiyev A.A., Olejniczak A., Islamov A.K., Pawlukojc A., Ivankov O.I., Balasoiu M. et al. Composite films of HDPE with SiO2 and ZrO2 nanoparticles: The structure and interfacial effects. Nanomaterials. 2021. vol. 11. no. 10. p. 2673.

16. Nuriyev MA, Gasimova AI, Nabiyev AA, Shukurova AA, Nuruyev IM. Influence of gamma irradiation on the electrophysical properties of PVA/СdS polymer nanocomposites. Radiation Physics and Chemistry. 2023. vol. 212. no. 5–6. p. 111160.

17. Reyes-Acosta M.A., Torres-Huerta A.M., Domínguez-Crespo M.A., Flores-Vela A.I., Dorantes-Rosales H.J., Ramírez-Meneses E. Influence of ZrO2 nanoparticles and thermal treatment on the properties of PMMA/ZrO2 hybrid coatings. Journal of Alloys and Compounds. 2015. vol. 643. no. S1. pp. S150-S158.

18. Wang P., Ma Q., Li B., Li Y. Microstructure and Thermal-protective Property of CPED Coating with ZrO2 Nanoparticles Addition on Al 12Si Alloy. Journal Wuhan University of Technology, Materials Science Edition. 2019. vol. 34. no. 5. pp. 1187-1192.

19. Fouad H., Elleithy R., Alothman O.Y. Thermo-mechanical, Wear and Fracture Behavior of High-density Polyethylene/Hydroxyapatite Nano Composite for Biomedical Applications: Effect of Accelerated Ageing. Journal of Materials Science and Technology. 2013. vol. 29. no. 6. pp. 573-581.

20. Kango S., Kalia S., Celli A., Njuguna J., Habibi Y., Kumar R. Surface modification of inorganic nanoparticles for development of organic-inorganic nanocomposites - A review. Progress in Polymer Science. 2013. vol. 38. no. 8. pp. 1232-1261.

21. Jafarnejad G., Rabbani M. Fabrication of ZrO2/ceramic nanocomposite for water purification. Materials Research Express. 2020. vol. 10. no. 4. p. 6437.

22. Matias M.L., Carlos E., Branquinho R., do Valle H., Marcelino J., Morais M. et al. A Comparison between Solution-Based Synthesis Methods of ZrO2 Nanomaterials for Energy Storage Applications. Energies. 2022. vol. 15. no. 17. p.6452.

23. Kumari S., Debbarma R., Nasrin N., Khan T., Taj S., Bhuyan T. Recent advances in packaging materials for food products. Food Bioengineering. 2024. vol. 3. no. 2. pp. 236-249.

24. Yan C., Yan J., Zhang Z., Yu D., Wang S., Jiang X. et al. Screw extrusion process used in the polymer modified asphalt field: A review. Journal of Cleaner Production. 2024. vol. 448. pp. 69-80.

25. Lewandowski A., Wilczyński K. Modeling of Twin Screw Extrusion of Polymeric Materials. Polymers. 2022. vol. 14. no. 2. p. 274.

26. Gaspar-Cunha A., Monaco F., Sikora J., Delbem A. Artificial intelligence in single screw polymer extrusion: Learning from computational data. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2022. vol. 116. p. 105397.

27. Abeykoon C. Single screw extrusion control: A comprehensive review and directions for improvements. Control Engineering Practice. 2016. vol. 51. no. 3. pp. 69-80.

28. Chawengkijwanich C., Hayata Y. Development of TiO2 powder-coated food packaging film and its ability to inactivate Escherichia coli in vitro and in actual tests. International Journal of Food Microbiology. 2008. vol. 123. no. 3. pp. 288-292.

29. Szlachetka O., Witkowska-Dobrev J., Baryła A., Dohojda M. Low-density polyethylene (LDPE) building films - Tensile properties and surface morphology. Journal of Building Engineering. 2021. vol. 44. no. 10. 103386.

30. Hanemann T., Szabó D.V. Polymer-nanoparticle composites: From synthesis to modern applications. Materials. 2010. vol. 3. no. 6. pp. 3468-3517.

31. Šupová M., Martynková G.S., Barabaszová K. Effect of nanofillers dispersion in polymer matrices: A review. Science of Advanced Materials. 2011. vol. 3. no. 1. pp. 1-25.

32. Osorio-Arciniega R., García-Hipólito M., Alvarez-Fregoso O., Alvarez-Perez M.A. Composite fiber spun mat synthesis and in vitro biocompatibility for guide tissue engineering. Molecules. 2021. vol. 26. no. 24. 7597.

33. Correa M.G., Martínez F.B., Vidal C.P., Streitt C., Escrig J., de Dicastillo C.L. Antimicrobial metal-based nanoparticles: A review on their synthesis, types and antimicrobial action. Beilstein Journal of Nanotechnology. 2020. vol. 11. pp. 1450-1469.

34. Arora A., Lashani E., Turner R.J. Bacterial synthesis of metal nanoparticles as antimicrobials. Microbial Biotechnology. 2024. vol. 17. e14549.

35. Yang H., Liu C., Yang D., Zhang H., Xi Z. Comparative study of cytotoxicity, oxidative stress and genotoxicity induced by four typical nanomaterials: The role of particle size, shape and composition. Journal of Applied Toxicology. 2009. vol. 29. no. 1. pp. 69-78.

36. Ivask A., Titma T., Visnapuu M., Vija H., Kakinen A., Sihtmae M. et al. Toxicity of 11 Metal Oxide Nanoparticles to Three Mammalian Cell Types In Vitro. Current Topics in Medicinal Chemistry. 2015. vol. 15. no. 18. pp. 1914-1929.

37. Thamir A.A., Jubier N.J., Odah J.F. Antimicrobial Activity of Zirconium Oxide Nanoparticles Prepared by the Sol-Gel Method. Journal of Physics: Conference Series. 2021. vol. 2114. p.1742.