Присутствие каучука в потенциальных полимерных отходах снизит количество микропластика

Ученые из Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук (ИБХФ РАН) совместно с коллегами из РЭУ им. Г.В. Плеханова, НИТУ МИСИС и МГУ им. М.В. Ломоносова, с привлечением к участию коллеги из Университета Кашиас-ду-Сул (Бразилия), опубликовали в журнале Polymers результаты, полученные после 5 лет выдержки в модельном почвенном грунте композитов на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и демонстрирующие принципиальную возможность запустить процесс деградации полимерной матрицы.

Биодеградация полимеров – это сложный многоступенчатый процесс, который в общем виде можно охарактеризовать как разрушение органических материалов под действием живых организмов, в частности микроорганизмов, таких как бактерии и грибы, сопровождающееся снижением молекулярной массой.

Проблема биодеградации полиэтилена в течение многих лет остается актуальной исследовательской областью полимерной химии, так как молекулярная масса ПЭНП может оставаться неизменной в течение многих лет даже после попадания в почвенным грунт. Эта особенность полиэтилена и изделий из него стала причиной экспоненциального роста объемов полимерного мусора, который накапливается на свалках, полигонах и оказывается непригодным для вторичного использования. Существующие решения проблемы деградации ПЭНП основаны на применении различных инициаторов биодеградации, которые запускают деструкцию полимера и делают его менее стойким для воздействия всей совокупности микроорганизмов почвы в окружающей среде. Однако, крайне важно учитывать ряд факторов при выборе инициаторов деградации таких как безопасность для окружающей среды, сохранение высоких эксплуатационных свойств полимерного материала в течение всего жизненного цикла изделия, предотвращение преждевременной деградации до момента утилизации.

С учетом всех этих требований авторами исследования был предложен натуральный каучук (НК) в качестве инициатора деградации ПЭНП. Полученные системы ПЭНП/НК отличались приемлемыми физическими и механическими свойствами и, особенно важно, что эти свойства оставались стабильными у контрольных образцов, которые на 5 лет помещались на хранение в конверты в стандартных условиях (в лаборатории). Аналогично изготовленные серии образцов ПЭНП/НК помещались одновременно на 5 лет в почвенный грунт. Авторы установили, что в почвенном грунте образцы с содержанием НК более 20% начинают интенсивно терять массу, причем значительно превышающую долю НК в материале. Так образец с 50% НК теряет за 5 лет не менее 70% массы, но гораздо важнее, что потеря массы сопровождается снижением молекулярной массы. Исследуемым материалам не свойственна фрагментаризация, что исключает загрязнения окружающей среды мелкими частицами пластика.

«Выявлен и объяснён эффект сохранения макроцелостности образцов при глубокой биодеструкции за счёт формирования гифовой сетки микромицетов. Пятилетние испытания показали, что такой механизм разрушения предотвращает образование микропластика и обеспечивает переход к стадии полной биоминерализации полимерной матрицы. Полученный результат представляет интерес с экологической точки зрения», - отмечает Варьян Иветта Арамовна.

«Мы обнаружили ряд интересных особенностей систем ПЭНП/НК, которые имеют большое значение для развития представлений о получение композитов на основе полимеров с низкой термодинамической совместимостью», - рассказывает о работе к.х.н.Тюбаева Полина Михайловна.

Результаты исследования открывают перспективы создания новых экологически безопасных материалов с контролируемым временем разложения после попадания в почвенный грунт и стабильностью свойств при хранении и эксплуатации за счет варьирования содержания НК в матрице полимера.