РАЗРАБОТКА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

РАЗРАБОТКА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Островская Виктория Денисовна

студент, Российский биотехнологический университет,

РФ, г. Москва

Аросева Алина Георгиевна

студент, Российский биотехнологический университет,

РФ, г. Москва

Кирш Ирина Анатольевна

д-р хим. наук, доц., Российский биотехнологический университет,

РФ, г. Москва

DEVELOPMENT OF BIODEGRADABLE MATERIALS BASED ON POLYMER COMPOSITIONS

Victoria Ostrovskaya

student, Russian Biotechnological University,

Russia, Moscow

Alina Aroseva

student, Russian Biotechnological University,

Russia, Moscow

Irina Kirsh

Doctor of Chemical Sciences, Associate Professor, Head of Department, Russian Biotechnological University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена разработке материала на основе биополимера с различным содержанием добавок и исследованию свойств полученных материалов. Целью данной работы является создание биоразлагаемой полимерной композиции на основе полимолочной кислоты и овсянной лузги, исследование потребительских свойств полученного материала и сравнение его с материалом из чистой полимолочной кислоты. Объектами исследования в данной работе стали полимолочной кислота и овсяная лузга. Теоретическое исследование проводилось путем анализа научно-технической и нормативно-технических источников литературы. Научные исследования проведены с использованием методов определения показателя текучести расплава, биодеградации, водопоглощение полимерных материалов. На основании анализа литературных данных установлено, что проблема снижения нагрузки на окружающую среду от твердых бытовых отходов, в том числе отходов упаковки стоит очень остро. Глобальная тенденция в научных исследованиях направлена на поиск и решение экологических проблем. Для многих производителей также важно, чтобы упаковочные материалы были биоразлагаемыми и не ухудшали экологическую обстановку.

ABSTRACT

The article is devoted to the development of a material based on a biopolymer with a different content of additives and the study of the properties of the obtained materials. The purpose of this work is to create a biodegradable polymer composition based on polylactic acid and oat husk, to study the consumer properties of the resulting material and compare it with a material made of pure polylactic acid. The objects of research in this work were polylactic acid and oat husk. The theoretical research was carried out by analyzing scientific and technical and normative-technical sources of literature. Scientific research was carried out using methods for determining the melt fluidity index, biodegradation, water absorption of polymer materials. Based on the analysis of literature data, it has been established that the problem of reducing the environmental burden from solid household waste, including packaging waste, is very acute. The global trend in scientific research is aimed at finding and solving environmental problems. For many manufacturers, it is also important that packaging materials are biodegradable and do not worsen the environmental situation.

Ключевые слова: биоразлагаемые материалы, полимерные композиции, полимолочная кислота, функциональная добавка.

Keywords: biodegradable materials, polymer compositions, polylactic acid, functional additive.

В данный момент очень актуален вопрос уменьшения нагрузки на окружающую среду от твердых бытовых отходов, в том числе отходов упаковки. Одним из способов решения этой проблемы является разработка биоразлагаемых материалов [3, с. 36-40].  Но стоит отметить, что сырье, используемое для их производства, очень дорого. В связи с этим имеет смысл вводить различные добавки, которые удешевят производство. Поэтому целью данной работы является разработка биоразлагаемой полимерной композиции на основе полимолочной кислоты и овсянной лузги, исследование потребительских свойств полученного материала и сравнение его с материалом из чистой полимолочной кислоты [2, с.137].

Объектами исследования в данной работе стали полимерные композиции на основе полимолочной кислоты и овсяной лузги с разным содержанием добавки. Выбор таких материалов обоснован в первую очередь востребованностью биоразлагаемых полимеров на современном рынке, а выбор добавок обусловлен их низкой стоимостью и доступностью на российском рынке [1, с. 29-30].

На первом этапе были получены полимерные композиции на основе биополимера с наполнителем в соотношении: ПМК/овсяная лузга (95:5), ПМК/овсяная лузга (90:10). Получение опытных образцов осуществлялось методом плоскощелевой экструзии.

Далее было проведено испытание на определение показателя текучести расплава (ПТР) на приборе типа ИИРТ, полученные данные занесены в Таблицу 1. По полученным данным ПТР сделаны выводы, что композиции можно использовать на технологическом оборудовании по переработке полимерных материалов.

Таблица 1.

Показатель текучести расплава

В таблице 2 представлена зависимость изменения массы материалов от времени в воде.  Наиболее интенсивный процесс протекал у ПМК + овес 10%. Также можно отметить возрастание значений с увеличением процента добавок. Овсяная лузга обладает высокой степенью впитывания, поэтому образцы с ней увеличивают способность ПМК к водопоглощению.

Таблица 2.

Степень набухания образцов в воде, %

Также можно заметить резкое возрастание значений у ПМК + овес 5% на 2 неделе и ПМК + овес 10% на 3 неделе. Данные материалы мало изучены, поэтому можно предположить, что происходит 2 процесса, а именно набухание и деструкция.

Определение способности образцов к биодеградации проводилось в условиях компостирования, при комнатной температуре в течение 42 дней. Результаты эксперимента приведены в таблице 3-4. 

Таблица 3.

Масса образцов в процессе компостирования в течение 42 дней

Таблица 4.

Масса образцов в течение 42 дней в процентном соотношении

Рисунок 1. Изменение массы образцов в процентном соотношении в течение 42 дней

На рисунке 1 видны изменения массы полимерной композиции в процентном соотношении в течение 42 суток. Наименьшее значение выявлено у образцов чистой ПМК. У образцов, которые содержали добавки, можно отследить постепенную потерю массы. Наибольший показатель наблюдается у образцов ПМК + овсяная лузга (10%). Овсяная лузга по некоторым исследованиям хорошо разлагается в присутствии большого количества азота, которое содержит биогумус. К тому же, она хорошо поглощает влагу. Овсяная лузга является природным субстратом, который образует питательную среду для микроогранизмов, в следствии чего предположили, что при введение большего процента ее в качестве добавки, ускоряет процесс биодеградации ПМК.

Заключение

Таким образом, тема является актуальной и перспективной. В итоге разработки и получения материалов на основе биополимеров и растительных компонентов возможно минимизировать вред, наносимый экологии.

В результате проведенных исследований можно сделать выводы:

- Были подобраны и обоснованы составы композиций биоразлагаемых полимеров с регулируемым сроком разложения.

- Получены образцы полимерных материалов на основе ПМК и овсяной лузги в процентном соотношении от 5-10% методом плоскощелевой экструзии на лабораторной установке.

- Были проведены исследования для оценки технологических свойств образцов методом определения показателя текучести расплава. Все полученные образцы пригодны для дальнейшей переработки.

- Проведены исследования для определения способности материалов поглощать воду. По результатам эксперимента ПМК с овсяной лузгой (10%) и ПМК с овсяной лузгой (5%) имеют высокую степень набухания в воде в течение 3 недель по сравнению с образцом чистого ПМК.

- Было проведено исследование материалов для оценки скорости биоразложения методом компостирования в течение 42 дней. Путем измерения массы образцов выяснилось, что ПМК с овсяной лузгой (10%) потерял в массе больше.

- Данный материал можно рекомендовать для дальнейших исследований и внедрения на предприятие.

Список литературы:

1. Стаханова Я.А. Полимерные композиционные материалы / Я.А. Стаханова // Наука, образование и культура. – 2019. - №3. – С. 29-30.
2. Машкин С.И. Материалы с улучшенными свойствами на основе полимолочной кислоты: дис. канд. хим. наук: 05.17.06 / Мишкин Сергей Игоревич; РХТУ им. Д.И. Менделеева; науч. рук. Н.Н. Тихонов – М., 2013. – 137 с.
3. Мымрин В.Н. Биополимеры: перспективы развития / В.Н. Мымрин // Полимерные материалы. – 2013. - №11. – С. 36-40.