Красноярские ученые создали экологичные композиты из биоразлагаемого полимера и растительных отходов
Иследователи Красноярского научного центра СО РАН разработали технологию получения полностью биоразлагаемых полимерных композитов на основе полигидроксиалканоата (ПГА) и растительных наполнителей — древесной муки березы, костры и волокон технической конопли
Новая разработка направлена на сокращение неразлагаемого пластика в окружающей среде и снижение стоимости «зеленых» материалов за счет использования отходов рыбопереработки, лесопромышленного комплекса и агроиндустрии.
Полимер синтезировали по ранее разработанной методике с использованием отработанного жира, извлеченного из остатков переработки балтийской кильки. Затем полученный полимер смешивали с растительными наполнителями и методом горячего прессования получали образцы композитов.
Ключевая проблема при создании таких материалов — достижение однородности смеси. При простом смешивании волокна и частицы наполнителя сбиваются в агломераты, что приводит к ухудшению свойств конечного изделия. Как рассказала инженер Института биофизики СО РАН и аспирантка Сибирского федерального университета Наталья Ипатова, ученые применили растворный метод: наполнитель смешивают с полимером, растворенным в органическом растворителе, затем смесь осаждают этанолом и высушивают. Это позволило добиться равномерного распределения компонентов.
Структура композита зависит от типа наполнителя. При использовании конопляного волокна из-за большей длины волокон материал получается более дефектным, с трещинами и микрополостями. Ипатова пояснила, что такие микрополости работают как каналы для проникновения влаги и микроорганизмов:
«Микрополости работают как каналы для проникновения влаги и микроорганизмов, давая им большую площадь для заселения, из-за чего образцы разлагаются в почве быстрее».
Свойства композитов можно целенаправленно изменять, подбирая тип и долю наполнителя. Добавление древесной муки и костры повышает кристалличность полимера, делает поверхность более плотной и водоотталкивающей, что увеличивает прочность и влагостойкость материала. Конопляное волокно, напротив, увеличивает гидрофильность и ускоряет разложение.
Доктор биологических наук, профессор Татьяна Волова, заведующая лабораторией Института биофизики СО РАН, отметила экономическую эффективность технологии. Жир из голов копченой кильки стоит около 35 рублей за килограмм, что вдвое ниже стоимости глюкозы. В результате, по словам Воловой, «стоимость ПГА становится сопоставимой с полилактидами». Это делает композиты конкурентоспособными и открывает перспективы для массового производства. Кроме того, технология позволяет перейти к экономике замкнутого цикла, где отходы одного производства становятся сырьем для другого.
Лабораторные испытания подтвердили высокую биоразлагаемость новых материалов. Композит с 70% содержанием волокон конопли терял более половины массы за три месяца, а с 50% наполнителя — за четыре месяца. Таким образом, изменяя тип и количество растительной добавки, можно создавать композиты с заданными свойствами: от прочных и влагостойких для строительства и сельского хозяйства до быстро разлагающихся для упаковки и одноразовых изделий.
