РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ С ДОБАВЛЕНИЕМ НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА
Автор: Иветта Арамовна Варьян
Соавторы: Колесникова Н.Н., Попов А.А.
Организация: Институт биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН; Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова
Полимеры пользуются большим спросом в науке, технике, сельском хозяйстве, строительстве, медицине, розничной торговле и других сферах. Однако все те же свойства, которые делают синтетические полимеры столь популярным материалом, приводят к проблемам с их утилизацией. Действительно, благодаря высокой стойкости к химическим и биологическим воздействиям синтетические полимеры в конце срока службы практически не разлагаются в естественных биологических процессах, как это происходит с другими видами отходов. Вместо этого они накапливаются в окружающей среде и, таким образом, представляют серьезную угрозу, которую необходимо устранить как можно скорее. Отличным решением этой проблемы могла бы стать разработка биоразлагаемых полимеров, которые при попадании в окружающую среду будут легко разлагаться обычными видами микроорганизмов (бактериями, грибками и т. д.) С образованием природных продуктов, таких как биомасса, газ и вода. Для этого в синтетическую полимерную матрицу могут быть включены натуральные добавки, которые обеспечивают питательную среду для привлечения микроорганизмов к поверхности полимера и тем самым инициируют процесс биодеградации. Однако практическая реализация этой идеи все еще остается сложной задачей. Так, в различных исследованиях предпринимались попытки создания композитов на основе полиэтилена низкой и высокой плотности с добавлением древесной и банановой муки, соевого белка, рисовой шелухи, кукурузы и др. Однако приемлемые темпы биодеградации при сохранении требуемых физико-химических свойств, а также экономически эффективная технология производства до сих пор не достигнуты.
В данной работе мы исследовали перспективы использования натурального каучука в качестве добавки к полиэтилену низкой плотности с целью создания полимерного соединения для быстрой биологической деградации в почве. Полимерные соединения на основе полиэтилена с содержанием натурального каучука 0 – 50 (мас. %) изготавливались путем смешивания и прессования ингредиентов при повышенных температурах с последующим быстрым охлаждением. Физические свойства полученных таким образом тонкопленочных образцов исследовали с помощью испытаний на растяжение, оптической микроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии. Химический состав образцов исследовали с помощью инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием. Кинетику водопоглощения изучали путем оценки изменения массы образцов, помещенных в дистиллированную воду, с течением времени. Для изучения процесса биодеградации образцы помещали в лабораторную почву на 18 месяцев. По окончании испытаний образцы извлекали из почвы и оценивали их состояние с помощью оптической микроскопии. Кроме того, степень деградации оценивалась путем измерения потери веса образцов. Показано, что все исследуемые образцы полимерных композитов на основе полиэтилена с добавками натурального каучука обладают удовлетворительными механическими свойствами, достаточными для их использования в качестве упаковочных материалов для сельскохозяйственных нужд. Кроме того, на основе измерений потери массы образцов вследствие биодеградации показано, что добавление натурального каучука значительно увеличивает скорость разложения композитов на основе полиэтилена в почве. Наибольший эффект наблюдался для образцов с составом полиэтилен/натуральный каучук 50/50 (мас.%). Здесь потеря веса за 18 месяцев составила более 40% от исходного веса образцов. Таким образом, показано, что использование натурального каучука в качестве добавки является перспективной стратегией создания биоразлагаемых материалов на основе полиэтилена сельскохозяйственного назначения.
1. Linos A., Berekaa M. fnd al., Biodegradation of cis-1,4-Polyisoprene Rubbers by Distinct Actinomycetes: Microbial Strategies and Detailed Surface Analysis // Applied and Environmental Microbiology, 2000, Vol. 66, No. 4, p. 1639–1645
