Методика получения биоразлагающихся материалов на основе полипропилена

Синтетические полимеры, обладая феноменальными свойствами и сравнительно низкой ценой, в современном мире царят практически во всех сферах человеческой жизни. Однако эти соединения имеют два значимых недостатка.

Во-первых, подавляющее большинство пластиков производится из невозобновляемого углеводородного сырья, запасы которого ограничены.

Во-вторых, большинство полимеров трудно разлагаются, да и не разлагаются вообще, что приводит к загрязнению окружающей среды и проблемам утилизации.

Если первый недостаток пока не кажется таким уж реальным, то экологические мотивы уже заставляют многие страны и регионы ограничивать использование полимеров.

Известно[1], что во многих странах Азии и Европы с начала 2000;го года запрещена выдача полимерных пакетов во всех торговых центрах и существуют налоги на пластиковые пакеты. То же самое произошло в Америке в 2007 году. В декабре 2010 года их запретили в Италии.

А вот в Казахстане поиск технологий получения полимеров из возобновляемого сырья и биоразлагающихся пластиков идет неактивно.

В настоящее время разработка и создание композиционных полимерных материалов (КПМ) — одно из наиболее перспективных направлений современного полимерного материаловедения [2].

Введение

в синтетические полимеры добавок, инициирующих биоразложение, позволяет создавать материалы с новыми характеристиками, минуя дорогостоящую стадию синтеза [3]. Такие материалы способны существовать в неизменном виде во время хранения и эксплуатации, а после попадания в окружающую среду под воздействием определенных факторов (почвенные микроорганизмы, свет, кислород воздуха, вода и т. д.) разлагаются в течение непродолжительного времени [4] (рис. 1).

Рисунок 1. Стадии разложения бутылки из биоразлагаемого пластика Цель данной работы состоит в создании и исследовании композиционного материала, способного разлагаться под воздействием микроорганизмов почвы в течение короткого времени по истечении срока эксплуатации. Представленные в результате композиции могут использоваться при изготовлении изделий разового назначения, обладающими свойствами биои фоторазрушения.

Из многообразия природных полимеров крахмал вызывает повышенный интерес. Благодаря своей полной биоразлагаемости, низкой стоимости и возобновляемости в растениях крахмал представляется многообещающим кандидатом для разработки биоразлагаемых композиционных материалов.

Методика получения биоразлагаемого полипропилена (ПП) в лабораторных условиях Исходные реагенты: гранулы ПП, измельченный до наноразмерности крахмал (кукурузы/картофеля), пластификатор в виде глицерина.

Выбор наполнителей для полимерной матрицы, инициирующих биоразложение композиций в окружающей среде, представлял собой одну из основных задач в работе, поскольку при этом учитывались следующие требования:

• ? низкая себестоимость и доступность;
• ? экологическая безопасность продуктов биоразложения;
• ?возможность измельчения на стандартном измельчительном оборудовании;
• ? высокая температура термической деструкции;
• ? быстрое биоразложение в условиях окружающей среды.

В качестве наполнителя использовался крахмал кукурузный. Крахмал широко применяется для разработки биоразлагаемых композиционных материалов на основе синтетических полимеров, поэтому результаты испытаний настоящей работы могут быть сопоставлены с результатами других исследований.

Согласно ряду работ [5,6,7] содержание не менее 30 мас% природного наполнителя в композиции с синтетическим полимером достаточно для придания последнему свойств ускоренного биоразложения.

Приготовление композиций осуществлялось в лабораторной печи (рис. 2). Сначала производилось просушивание заранее смешанных реагентов при температуре 170 градусов в течение 3 часов.

пластик биоразлагаемый полимер

Рисунок 2 — Лабораторная печь По истечении времени температуру поднимали до 280 градусов, чтобы продукт полностью расплавился.

Таким образом, анализ научно — технической литературы показал, что в ближайшие годы производство биоразлагаемых полимеров и их ассортимент будет расширятся, а цена и характеристики — приближаться к уровню традиционных полимерных материалов.

• 1. Обзор технологии получения биоразлагаемых полимеров и пластиков — http://www.simplexnn.ru/?id=8543
• 2. Полимерные композиционные материалы: прочность и технология / С. Л. Баженов [и др.]. — Долгопрудный: Интеллект, 2010. — 347 с.
• 3. Boudenne, A. Handbook of Multiphase polymer systems [Текст] / A. Boudenne, L. Ibos, Y. Candau, S. Thomas eds. — Chichester: John Wiley and Sons Ltd., 2011. — 1034 p.
• 4. Mohanty, A. K. Natural Fibers, Biopolymers, and Biocomposites [Текст] / A.K. Mohanty, M. Misra, L.T. Drzal. — USA: Taylor&Francis Group, 2005. — 896 p.
• 5. Destruction of composite materials made of LDPE and lignocellulosic fillers [Текст] / P. V Pantyukhov, A. A. Popov, T. V. Monakhova, S. G. Nikolaeva // J. Balk. Tribol. Assoc. — 2013. — Vol. 19, № 3. — P. 467−475
• 6. Oldak, D. Photoand bio-degradation processes in polyethylene, cellulose and their blends studied by ATRFTIR and Raman spectroscopies [Текст] / D. Oldak, H. Kaczmarek, T. Buffeteau, C. Sourisseau // Journal of Materials Science.- 2005. — Vol. 40. — P. 4189−4198.
• 7. Johnson, K. E. Degradation of degradable starch-polyethylene plastics in a compost environment [Текст] / K. E. Johnson, A. L. Pometto III, Z. L. Nikolov // Appl Environ Microb. — 1993. — Vol. 59, № 4. — P. 1155−1161.