БИОДЕГРАДИРУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ

А.А. Филь, И.В. Бирюкова, С.Ф. Андрусенко

(Ставропольский государственный университет, Ставрополь, Россия)

Отходы полимерных материалов, чрезвычайно медленно разлагающиеся в естественных условиях, являются серьезным источником загрязнения окружающей среды. В настоящее время, согласно основным тенденциям на потребительском рынке, во всем мире остро стоит вопрос об использовании продуктов в упаковках с регулируемым сроком действия. Поэтому, с точки зрения защиты окружающей среды, больше внимания уделяется изучению процессов, происходящих при биоразложении, и созданию биоразлагаемых изделий для различных областей использования. Продукты деструкции данных материалов легко включаются в процессы метаболизма природных биосистем, являющиеся питательной средой для микроорганизмов (углеводы, аминокислоты, витамины), используемые для обогащения почв.

Особую опасность представляют полимерная тара разового использования, пленки и упаковочные материалы.

Радикальным решением проблемы “полимерного мусора” является создание и освоение широкой гаммы полимеров, способных при соответствующих условиях биодеградировать на безвредные для живой и неживой природы компоненты.

Данная работа посвящена разработке биотехнологии получения и исследования свойств биодеградируемых пленок на основе природных полимерных материалов. Выбор природных полимеров– полисахаридов и белков для изготовления биоразлагаемых пластиков обусловлено, тем, что ресурсы исходного сырья постоянно возобновляемы и неограниченны.

Полимерные пленки, в состав которых входит метилцеллюлоза и казеин представляют собой композиционные материалы, содержащие самые различные добавки. При этом приоритетной задачей является решение проблемы соотношения компонентов, обеспечивающих, прежде всего биоразлагаемость системы, высокие физико-механические свойства и приемлемую цену.

Нами использованы композиции, содержащие в качестве возобновляемого природного биоразлагаемого материала полисахарид метилцеллюлозу, белок - казеин. Для получения стабильной структуры пленки в композиции вводят пластификаторы.

В работе показана возможность получения пленок из композиций на основе метилцеллюлозы, желатина и казеина, с добавлением в качестве пластификатора глицерин. Преимуществами таких материалов является отсутствие токсичности, цвета и запаха. Установлена взаимосвязь между составом, количеством структурирующих агентов и физическими характеристиками пленочных материалов на их основе (таблица).

Таблица – Влияние компонентного состава на органолептические показатели

Компоненты пленок												Органолептические показатели
№ образца	МЦ		желатин		казеин		крахмал		крахмальный клейстер		глицерин	толщина, мм	Структура пленки
	ω,%	V, мл	ω,%	V, мл	ω,%	V, мл	ω,%	V, мл	ω,%	V, мл	V, мл
1	5	35	5	20	-	-	5	35	-	-	10	1,3	хрупкая
2	5	40	5	40	-	-	1	10	-	-	10	1,3	част.хрупкость
3	3	10	3	5	3	5	-	-	1	10	5	-	хрупкая, гигроскопичная
4	3	5	3	10	3	5	-	-	2	10	10	-	хрупкая, гигроскопичная
5	5	50	3	25	3	15	-	-	-	-	10	1	пластичная
6	3	20	3	15	3	15	-	-	-	-	1	1,1	пластичная

Пленки из водных растворов получены путем формования метилцеллюлозы при повышенных температурах, отлива на стекле и испарения растворителя.

Чтобы предотвратить растекание полимерной массы по поверхности, содержание метилцеллюлозы должно составлять от 10 до 20 мас.%.

Пленки на основе крахмала и крахмального клейстера отличаются хрупкостью и высокой степенью гигроскопичности (рисунок 1,а). Композиции на основе метилцеллюлозы, желатина и казеина, с добавлением в качестве пластификатора глицерина обладают пластичностью и высокими органолептическими показателями. При этом оптимальными характеристиками обладают пленки с содержанием глицерина от 1 до 10мас.% (рисунок 1,б).

а) б)

Рисунок 1 – Пленки на основе метилцеллюлозы, желатина и глицерина с добавлением: а) крахмала; б) казеина.

Результаты исследований позволили оптимизировать компонентный состав пленок и определить влияние глицерина на структурируемость пленок.

Также была исследована биоразлагаемость пленок в почве. Результаты исследования показали, что повышенная влажность сокращает процесс деструкции разработанных материалов.

Полученные данные позволят решить проблемы утилизации тароупаковочных материалов, способных к гидролитическому распаду под действием ферментов микроорганизмов и могут быть использованы для разработки различных продуктов в фармацевтической, медицинской, пищевой и косметической промышленности.