Дмитрий Лудин, кандидат химических наук, преподаватель кафедры биологии, химии, экологии и методик обучения Мининского университета
С момента начала крупнотоннажного производства синтетических полимеров в 1970-х годах материалы и изделия на их основе проникли практически во все сферы мировой экономики и жизни людей, благодаря своему богатому разнообразию, отличным характеристикам, доступности и широкому спектру способов переработки. Полимерные материалы стали настолько широко использоваться, что, как ожидается, к 2050 году их мировое производство превысит 500 миллионов тонн.
В настоящее время выброшенные синтетические полимерные материалы, такие как привычный пластик, накапливаются в окружающей среде и не подвергнутся разложению ни через 100, ни через 300, ни даже через 1000 лет. Утилизация твёрдых отходов из пластика (например, пакетов для упаковки продуктов, пластиковых контейнеров и сельскохозяйственной мульчи) заключается в их захоронении на свалках и сжигании. Однако эти методы не являются экологически устойчивыми, поскольку свалки приводят к загрязнению грунтовых вод, а сжигание отходов приводит к выбросам опасных газов. Кроме того, восстановление и вторичная переработка пластиковых материалов после окончания срока их службы не соответствуют нынешнему уровню потребления, что приведёт к их огромному накоплению на протяжении многих лет, усугубляя проблему утилизации и экологические проблемы.
Как известно, в настоящее время перерабатывается только 13% всего пластика (12% механическим способом и 1% путём переработки мономеров). Подавляющее большинство пластиковых отходов (40%) попадает на свалки, 25% сжигается, а ещё 22% выбрасывается на стихийные свалки и не перерабатывается. Из приведённых выше данных следует, что загрязнение пластиком стало серьёзной проблемой, возникшей с появлением синтетических полимеров. Из всего ассортимента выпускаемых крупнотоннажных полимеров вторичной переработке подвергаются лишь полиэтилентерефталат (ПЭТ или PET), полиэтилен высокой и низкой плотности (ПЭВП или HDPE, ПЭНП или LDPE) и полипропилен (ПП или PP). Каждый случай загрязнения окружающей среды вызывает чрезвычайное беспокойство, и эти явления будут становиться всё более серьёзными, если их вовремя не контролировать и не решать.
По мере постепенного развития общества люди всё больше осознают важность защиты окружающей среды, и академические исследования в этой области привлекают всё больше внимания. Поэтому разработка большого количества практических биоразлагаемых полимерных материалов для гражданского строительства и создание новых катализаторов или методов полимеризации для снижения стоимости использования биоразлагаемых полимерных материалов должны стать одним из приоритетных направлений в научных кругах. В конце концов, в большинстве случаев потребители не готовы платить больше за натуральный и/или биоразлагаемый продукт. Потребители практически не видят дополнительной ценности в биоразлагаемости, что вынуждает производителей конкурировать с существующими привычными продуктами по соотношению цены и качества.
Текущий рынок биопластика характеризуется высокими темпами роста, а его глобальная рыночная стоимость составляет несколько миллиардов долларов в год. Существует множество сфер применения биоразлагаемых полимеров: от упаковки продуктов питания до клавиатур в электронике и деталей интерьера в автомобильной промышленности. Наиболее перспективными биодеградируемыми полимерами являются алифатические сложные полиэфиры, такие как полилактид, поликапролактон, полигликолид, политриметиленкарбонат и сополимеры на их основе.
Большая часть полиэфиров, таких как поликапролактон и полилактид, используется в сфере защиты окружающей среды, например, для упаковки продуктов питания, сохранения свежести продуктов, в качестве биоразлагаемой сельскохозяйственной мульчи. Результаты экспериментов показали, что биоразлагаемые плёнки не только обеспечивают урожайность, но и не загрязняют почву по сравнению с традиционной полиэтиленовой сельскохозяйственной мульчей. Принято считать, что биоразлагаемая сельскохозяйственная мульча является хорошей альтернативой для решения проблемы «белого загрязнения» в сельском хозяйстве.
Алифатические полиэфирные материалы являются предпочтительными в области тканевой инженерии благодаря их превосходной биосовместимости. Текущие исследования сосредоточены на тканевой инженерии костной ткани, сосудистых заменителях, регенерации хрящевой ткани (искусственные уши и трахеальные трубки), антиадгезивных материалах и искусственной коже. Существует две основные формы тканевой инженерии: мембранные технологии и пористый трёхмерный каркас (3D-скаффолд). Для изготовления мембран (например, антиадгезивных) обычно используются методы электроформовки. Для получения 3D-материалов широко применяются методы порообразования с использованием вспенивающих агентов, фазового разделения или новые методы 3D-печати.
Применение полилактида в доставке лекарств достигается посредством синтеза новых амфифильных блок-сополимеров. Тройные сополимеры полилактид/поликапролактон/полиакриловая кислота обладают хорошей стабильностью по отношению к кислой среде желудка, способностью к удержанию терапевтических молекул и их контролируемому высвобождению при изменении pH среды. В матрице полилактида могут содержаться препараты комплексного действия (например, бензоксабороловые препараты), которые представляют собой новый класс антибактериальных, противовирусных и противопаразитарных препаратов.
Одной из главных проблем, с которой в настоящее время сталкивается общество, является нехватка пластиковых материалов, которые быстро и полностью разлагаются в естественных условиях окружающей среды, сохраняя при этом свои свойства в течение достаточного времени в потребительских товарах. Вместе с тем исследования и разработка биоразлагаемых материалов всё ещё находятся на ранней стадии, что проявляется в их низком потреблении в настоящее время. Помимо разработки новых материалов, для достижения успеха потребуется сотрудничество между учёными и бизнесом, а также политическими и общественными организациями. Но, несмотря на все сложности, биоразлагаемые полимеры могут стать настоящим лекарством для планеты.
#мининский #mininuniver #десятилетиенауки #МинобрнаукиРоссии #популяризациянауки
