Ученые на основе природных полимеров — крахмала и хитозана — разработали пленки, способные заменить полипропиленовые и полиэтиленовые материалы. Новые пленки оказались на 14% прочнее полиэтилена, а их барьерные свойства оказались на 36% выше, чем у полипропиленовых пленок. Однако самым важным свойством биопленок оказалась способность полностью разлагаться за 28 дней под действие плесневых грибов. Благодаря этому разработанный материал может использоваться при производстве безопасных, прочных и разлагающихся упаковок. Полученные результаты были представлены на Первой Всероссийской конференции «Микропластик в науке о полимерах», которая прошла на территории НовГУ им. Ярослава Мудрого.
По данным ООН, ежегодно образуется около двух миллиардов тонн бытовых отходов, шестая часть которых приходится на полимерные упаковочные материалы. Поэтому ранее исследователи разработали добавку D2W, способную разлагать полиэтилен и полипропилен до углекислого газа, воды и биогумуса. Однако реакция разложения протекает только при определенной температуре и влажности и только на воздухе. Такие условия не могут быть воспроизведены на полигонах, где отходы просто захораниваются и засыпаются песком. Кроме того, при неблагоприятных условиях D2W превращает пластиковые отходы в микропластик, представляющий гораздо большую опасность для среды, живых организмов и человека, чем пластиковые упаковки.
Ученые из Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского получили биополимеры, способные разлагаться без вреда для окружающей среды. В их основе лежала комбинация модифицированных крахмала и хитозана, встречающегося в клеточных стенках грибов и панцирях ракообразных. С помощью привитой полимеризации исследователи пришили акриламид на крахмал. Акриламидный модифицированный полимер растворяется в воде с разной кислотностью. Таким образом, авторы расширили возможности крахмала к растворению, что в итоге обеспечило беспрепятственную совместимость хитозана и крахмала. Кроме того, ученые добавили к хитозану «пластификаторы» — вещества, добавляющие пленкам пластичности.
В результате исследователи получили пленки, у которых предел прочности на разрыв превышал показатели полиэтилена на 14%: полученный материал выдерживал большую нагрузку. Также барьерные свойства созданного материала оказались на 36% выше, чем у полипропиленовых пленок, использующихся при производстве упаковок пищевых продуктов, этикеток и скотча. Таким образом, полученные результаты позволяют заменить полипропиленовые пленки на крахмало-хитозановые. Кроме того, разработанные пленки полностью разлагались под действием плесневых грибов Aspergilus niger в течение 28 дней.
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».