Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка биоразлагаемых полимерных композиций для производства материалов различного назначения

ФИО: Алексанян К.В.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Институт: Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Академическая группа: с.н.с.

В настоящее время постоянно возрастающие объемы производства полимеров приводят к загрязнению окружающей среды, поэтому вопросы их утилизации приобретают все более актуальное значение. Решение этой проблемы может быть достигнуто путем создания биоразлагаемых полимерных материалов, которые могли бы распадаться под действием окружающей среды на безвредные для природы вещества. Наиболее эффективным и экономически выгодным направлением работ в этой области представляется создание полимерных композиций путем смешения синтетических и природных полимеров, способных к биоразложению, поскольку этот метод позволяет утилизировать такие крупнотоннажные промышленные полимеры как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и т.д.

Целью настоящего проекта является получение экологически чистым способом в условиях сдвиговых деформаций в твердой фазе в отсутствие органических растворителей биоразлагаемых полимерных материалов на основе а) синтетических полимеров (полиэтилена низкой плотности одного из наиболее широко распространенных полиолефинов) и природных полисахаридов, б) на основе природных полимеров различных классов (полилактида, получаемого полимеризацией молочной кислоты, образующейся при брожении сельскохозяйственных отходов, и природных полисахаридов). Полученные материалы могут быть использованы для создания упаковочных материалов, одноразовой тары, изделий краткосрочного назначения, в том числе и для медицины.

Таким образом, в ходе выполнения проекта будут получены и исследованы две группы материалов: композиции на основе двух полисахаридов с полиэтиленом низкой плотности и полисахаридов с полилактидом. Ранее нами были получены и изучены композиции на основе полиэтилена низкой плотности, содержащие один полисахарид, и было показано, что способность к биодеструкции в значительной степени определяется природой используемого полисахарида. Ожидается, что введение второго полисахарида должно способствовать повышению биоразлагаемости системы. Таким образом, в рамках данного проекта предполагается продемонстрировать принципиальную возможность получения в твердой фазе в условиях сдвиговых деформаций биоразлагаемых композиций на основе полиэтилена с повышенным содержанием полисахаридов, обладающих высокими механическими характеристиками и улучшенной способностью к биодеструкции. Разработка композиций на основе двух полимеров природного происхождения – полилактидов и полисахаридов позволит получать материалы, обладающие повышенной степенью биоразлагаемости, которые также могут быть использованы в медицине, в частности для создания полимерных подлложек для пролонгированного транспорта лекарственных веществ.

В настоящее время единственным крупным производителем биоразлагаемой упаковочной продукции в России является компания Евробалт, где биоразлагаемые материалы получают путем введения в традиционные синтетические полимеры, в том числе и в полиэтилен, катализаторов окисления, инициирующих распад полимеров. Такой же подход используют и иностранные производители, например, компания BASF поставляет добавки для производства биоразлагаемых пластиков, а EPI Environmental Technologies Inc. предлагает сырье для производства оксо-биоразлагаемой упаковки. В США широкое распространение получили биоразлагаемые на открытом воздухе упаковки под общим названием TONE. Основой для их производства служит поликапролактам, который хорошо совмещается механическим способом со многими широко производимыми пластиками (ПЭ, ПП, ПВХ, ПС, ПК, ПЭТФ). Однако в мировой практике широкое распространение получил метод создания биоразлагаемых материалов на основе биополимеров. Так, компании Apollor и Epiplast (Франция) разработали и выпускают серию новых легко формующихся композиционных материалов на основе полипропилена, армированного волокнами растительного происхождения, и отличающихся друг от друга различными наполнителями. Австралийская фирма Biograde выпускает серию полимерных материалов под торгoвой маркой Biograde, состоящей из смеси полиолефинов с термопластичным крахмалом. Материалы Biograde BL-F и Biograde BL-M являются крахмальными концентратами на основе полиэтилена и полипропилена соответственно. В состав нового биоразлагаемого материала Mater-Bi (Италия) входит в качестве базового полимера полиамид-6 (6,6) и различные добавки природного происхождения (в количестве от 60 до 90%), а также синтетические нетоксичные полимеры с низкой молекулярной массой, разрешенные для непосредственного контакта с пищевыми продуктами и обладающие достаточно высокой скоростью разложения под влиянием природных факторов. Упаковки из этого материала, вывезенные на свалки, разлагаются практически без остатка, не нанося ущерба окружающей среде. Основой таких сравнительно новых материалов как Ecostar, Polyclean и Ampaset являются ПЭНП и крахмал, получаемый из злаковых растений и используемый в качестве биоразлагаемой добавки. В крахмал-содержащую композицию вводят также антиоксиданты для уменьшения деструкции в процессе переработки композиции в изделия. Несмотря на то, что в настоящее время доля биоразлагаемых полимеров достаточно мала, потенциал этого рынка огромен. Согласно данным Research Techart, емкость рынка в настоящее время оценивается в 50 тыс. тонн. Потенциальными потребителями данного продукта в ближайшее время помимо производителей упаковки, могут стать автомобилестроение, производители пластмасс и т.д. Исходя из вышеизложенного, очевидно, что создание новых производственных процессов получения биоразлагаемых материалов в России представляет собой проблему, требующую скорейшего решения.

Реализация данного проекта может быть рассчитана на 3–4 года. В первый год будут проведены исследования, позволяющие получать под действием сдвиговых деформаций биоразлагаемые композиционные полимерные материалы различного состава, определены их механические и термические характеристики. На следующем этапе предполагается разработать оптимальные условия проведения процесса для получения материалов с заданными параметрами, исследовать способность данных композиций к биодеструкции и подать заявку на патент с целью защиты интеллектуальной собственности. После получения патента возможны переговоры с потенциальными потребителями для заключения соглашений. Затем в течение 1–2 лет планируется создать опытный процесс для производства предлагаемым способом биоразлагаемых материалов на основе полимеров различных классов в малых масштабах.