ПОЛУЧЕНИЕ  КОМПОЗИЦИОННЫХ  ПОЛИМЕРНЫХ  ЭКОЛОГИЧЕСКИ  ЧИСТЫХ  УПАКОВОЧНЫХ  ПЛЁНОК  НА  ОСНОВЕ  ПРОИЗВОДНЫХ  ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Кезина  Елена  Викторовна

аспирант  второго  года  обучения  ФГБОУ  ВПО  «Мордовский  государственный  университет  имени  Н.П.  Огарева»,  факультет  биотехнологии  и  биологии,  кафедра  биотехнологии,  биоинженерии  и  биохимии,  Республика  Мордовия,  г.  Саранск

E-mail:  alenakezina@yandex.ru

Кадималиев  Давуд  Али-оглы

д-р  биол.  наук  профессор,  ФГБОУ  ВПО  «Мордовский  государственный  университет  имени  Н.П.  Огарева»,  факультет  биотехнологии  и  биологии,  кафедра  биотехнологии,  биоинженерии  и  биохимии,  Республика  Мордовия,  г.  Саранск

E-mail:  cadimded@yandex.ru

Котина  Елена  Александровна

аспирант  второго  года  обучения  ФГБОУ  ВПО  «Мордовский  государственный  университет  имени  Н.П.  Огарева»,  факультет  биотехнологии  и  биологии,  кафедра  биотехнологии,  биоинженерии  и  биохимии,  Республика  Мордовия,  г.  Саранск

E-mail: 

GENERATION  OF  COMPOSITE  POLYMER  ECOLOGICALLY  CLEAN  PACKAGING  FILMS  ON  THE  BASIS  OF  CELLULOSE  DERIVATIVES

Elena  Kezina

post  graduate  student  of  the  2^nd  year  of  FSBEI  HVE  N.P.  Ogarev  Mordovia  State  University,  Department  of  Biotechnology  and  Biology,  Chair  of  Biotechnology,  Bioengineering  and  Biochemistry,  Republic  of  Mordovia,  Saransk

Davud  Kadimaliyev

doctor  of  Biological  Sciences,  professor  of  FSBEI  HVE  N.P.  Ogarev  Mordovia  State  University,  Department  of  Biotechnology  and  Biology,  Chair  of  Biotechnology,  Bioengineering  and  Biochemistry,  Republic  of  Mordovia,  Saransk

Elena  Kotina

post  graduate  student  of  the  2^nd  year  of  FSBEI  HVE  N.P.  Ogarev  Mordovia  State  University,  Department  of  Biotechnology  and  Biology,  Chair  of  Biotechnology,  Bioengineering  and  Biochemistry,  Republic  of  Mordovia,  Saransk

АННОТАЦИЯ

Большое  количество  полимерных  материалов  (ПМ),  применяемое  в  настоящее  время,  приводит  к  необходимости  их  уничтожения  и  захоронения  по  окончании  срока  службы.  Сроки  разложения  традиционных  ПМ  составляют  десятки  лет,  а  площади  под  свалками  ограничены.  Актуальными  представляются  разработка  технологий  производства  биоразлагаемых  материалов  с  применением  природных  полимеров,  в  том  числе  производных  целлюлозы. 

Цель  данной  работы  —  оптимизация  условий  применения  производных  целлюлозы  для  получения  биоразлагаемых  пленок  с  включением  фермента  трансглютаминазы  [1,  с.  23—34;  8,  с.  45—56]. 

ABSTRACT

Big  amount  of  polymer  materials  used  currently  lead  to  the  necessity  of  its  destruction  and  burial  after  expiration  of  term  of  service.  Degradation  time  of  traditional  polymer  materials  takes  decades,  and  waste  deposit  areas  are  limited.  Development  of  biodegradable  materials  production  technologies  with  the  use  of  natural  polymers  including  cellulose  derivatives  appears  to  be  a  topical  question. 

This  paper  is  aimed  at  optimization  of  application  conditions  of  cellulose  derivatives  in  order  to  get  biodegradable  films  using  ferment  of  transglutaminase  [1,  p.  23—34;  8,  p.  45—56]. 

Ключевые  слова:  производные  целлюлозы;  полимерные  пленки;  трансглютаминаза.

Keywords:  cellulose  derivatives;  plastic  films;  transglutaminase. 

В  последние  годы  интенсивно  ведутся  работы  по  созданию  нового  класса  биоразлагаемых,  компостируемых  пленок  на  основе  природных  материалов,  не  приносящих  вред  окружающей  среде  и  здоровью  человека. 

Весьма  эффективный  и  распространенный  способ  придания  полимерам  свойства  биоразлагаемости  (способности  разлагаться  в  условиях  окружающей  среды)  является  введение  в  полимерную  композицию  различных  наполнителей,  в  частности  крахмала,  желатина,  целлюлозы,  хитозана  и  других  ингредиентов  [2,  с.  34;  3,  с.  18—45].  С  целью  повышения  конкурентоспособности  и  снижения  экономических  затрат  технологии  в  качестве  рабочих  компонентов  композиции  были  выбраны  три  производных  целлюлозы:  диэтиламиноэтил-целлюлоза  (ДЭАЭ),  карбоксиметил-целлюлоза  (КМЦ)  и  фосфат  целлюлозы  (ФЦ).

Целлюлоза  в  нативном  виде  не  реакционноспособна,  поэтому  в  своей  работе  мы  используем  производные  целлюлозы  и  подбираем  их  оптимальную  концентрацию  для  создания  биоразлагаемых  пленок  с  лучшими  физико-механическими  свойствами  [1,  с.  67;  4,  с.  23—35;  6,  с.  72—76].  На  первом  этапе  работы  производные  целлюлозы  (ДЭАЭ,  КМЦ,  ФЦ)  растворяли  в  дистиллированной  воде  в  следующих  концентрациях:  200  мг/мл.,  100  мг/мл.,  150  мг/мл.,  50  мг/мл.  В  контрольную  смесь  целлюлозу  не  добавляли,  в  опытные  добавляли  от  1—3  г. 

Зависимость  прочности  от  концентрации  используемого  производного  целлюлозы  можно  наглядно  проследить  на  рисунках  1,  2.

Рисунок  1.  Влияние  концентрации  производных  целлюлозы  на  прочность  пленок  (концентрация  ДЭАЭ  —  200  мг/мл.,  КМЦ  —  150  мг/мл.,  ФЦ  —  100  мг/мл.

Рисунок  2.  Влияние  концентрации  производных  целлюлозы  на  прочность  пленок  (концентрация  ДЭАЭ  —  100  мг/мл.,  КМЦ  —  50  мг/мл.,  ФЦ  —  150  мг/мл.)

Из  рисунков  1  и  2  видно,  что  пленки  с  ДЭАЭ  обладают  наименьшей  прочностью  в  сравнении  с  ФЦ  и  КМЦ.  Возможно,  этому  способствует  слабая  растворимость  ДЭАЭ  в  водной  среде,  соответственно  она  плохо  включается  в  состав  композиции  и  не  образует  прочных  связей  с  компонентами  смеси.  ДЭАЭ  в  пленках  остается  в  виде  крупинок,  разобщающих  структуру  пленки.  Концентрация  ДЭАЭ  —  200  мг/мл  придает  пленкам  наибольшую  прочность  —  2,5  МПа.  В  дальнейшем,  для  создания  пленок  с  лучшими  физико-механическими  параметрами  мы  будем  использовать  это  разведение.

Наибольшей  прочностью  при  использовании  в  биокомпозиционной  смеси  КМЦ  обладают  пленки  с  концентрацией  КМЦ  150  мг/мл  —  3,9  МПа.  КМЦ  хорошо  растворяется  в  воде  и  включается  в  состав  композиции,  поэтому  прочность  пленок  достаточно  высока  —  средняя  по  сравнению  с  ДЭАЭ  и  ФЦ.  Наименьшей  прочностью  обладают  пленки  с  концентрацией  КМЦ  50  мг/мл  —  1,1  МПа. 

При  использовании  в  смеси  ФЦ  пленки  обладают  наибольшей  прочностью.  Она  соответствует  14,8  МПа  (концентрация  150  мг/мл.,  количество  1  г.).  Этому,  возможно,  способствует  значительная  химическая  и  биологическая  активность  фосфора,  который  содержится  в  составе  ФЦ.  Наименьшей  прочностью  обладают  пленки  с  концентрацией  ФЦ  100  мг/мл.  (количество  1  г.)  —  5,3  МПа. 

Главным  параметром,  по  которому  оценивают  предполагаемый  вред  тех  или  иных  материалов  для  окружающей  среды,  является  биоразлагаемость  [3,  с.  78—83]. 

Мы  исследовали  биоразрагаемость  пленок  в  почве  и  в  водной  среде  [4,  с.  56—58].

В  первом  случае  образец  пленки  помещался  в  грунт.  Часть  пленки  оставляли  на  поверхности,  часть  закапывали.  По  времени,  затраченному  на  распад  пленки  на  отдельные  фрагменты,  определяли  биоразлагаемость  вносимого  образца.  Распад  пленки  на  фрагменты  определяли  визуально  [5,  с.  67—69;  7,  с.  56—58].

На  рисунке  3  показан  образец  пленки,  полученной  с  применением  КМЦ.

Рисунок  3.  Пленка,  полученная  с  применением  КМЦ:  а  —  до  внесения  в  компост;  б  —  после  внесения  в  компост

На  рисунке  3  показана  пленка,  которая  находилась  в  компосте  1  месяц.  Пленки,  полученные  с  применением  КМЦ  имели  сроки  биоразлагаемости  до  1  месяца.  В  стакан  с  водопроводной  водой  мы  помещали  образцы  полученных  пленок.  Они  растворялись  в  течении  7—8  суток  (так  как  пленки  прозрачные,  в  воде  их  сфотографировать  не  удалось).

Пленки,  полученные  без  применения  целлюлозы,  имели  меньший  срок  биоразлагаемости,  так  как  желатин  —  гигроскопичен  и  быстро  растворяется  в  воде  (грунт  увлажняли).  Пленки,  в  состав  которых  входит  целлюлоза,  в  результате  наших  экспериментов  имели  срок  биоразлагаемости  до  1  месяца.  Это  происходит  из-за  того,  что  целлюлоза  в  водной  среде  полностью  не  разлагается,  даже  в  модифицированном  виде.  Но  по  истечении  одного  месяца  пленки  распались  на  отдельные  фрагменты  под  действием  света,  воздуха  и  микроорганизмов,  содержащих  ферменты  гидролазы  (целлюлазы,  протеазы)  [5,  с.  85—87;  8,  с.  112—116].

В  заключении  следует  отметить,  что  применение  производных  целлюлозы  в  качестве  армирующих  агентов  способствовало  не  только  повышению  эксплуатационных  показателей  опытных  образцов,  но  и  позволило  снизить  токсичность  полимерных  материалов  по  отношению  к  существующим  аналогам.

Список  литературы:

1.Дон  Россато.  Биопластики:  технология,  рынок,  перспективы  /  Дон  Россато.  Электронный  ресурс:  Биопластики.  [Б.м.],  2010.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.omnexus.com.  –  Загл.  с  экрана.

2.Дулина  Л.А.  Биоразлагаемые  полимеры  в  центре  внимания.  [Электронный  ресурс]:  электр.  журнал  /  Л.А.  Дулина.  —  Новые  химические  технологии.  [Б.  м.],  2006.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.newchemistry.ru/letter.php.  –  Загл.  с  экрана.

3.Кржан  А.С.  Биоразлагаемые  полимеры  и  пластики  /  А.С.  Кржан,  И.Т.  Осипов  /  Новые  химические  технологии.  —  2009.  —  №  9.  —  32  c.

4.Микушина  И.В.  Структурные  и  химические  превращения  древесины  в  реакции  механохимического  карбоксиметилирования:  Дис.  …  канд.  хим.  наук  /  Барнаул,  2004.  —  155  с.

5.Пат.  2186784  (Россия).  Способ  получения  сложного  эфира  целлюлозы  //  В.Г.  Шабалин,  М.М.  Чемерис  и  др.  /  2002.

6.Пиневич  А.В.  Чудо-пленки,  или  слово  о  бактериальной  целлюлозе  /  А.В.  Пиневич  //  Вестник  Санкт-Петербургского  государственного  университета.  —  2007.  —  №  3.  —  С.  33—39.

7.Роговина  С.З.  Получение  смесей  полиэтилена  с  полисахаридами  и  их  производными  /  С.З.  Роговина,  К.В.  Алексанян,  Д.Д.  Новиков  [и  др]  //  Высокомолек.  соед.  —  2009.  —  Т.  51,  —  №  5.  —  С.  813—822.

8.Sakamoto  H.  Gel  strength  enhancement  by  addition  microbial  transglutaminase  during  onshore  surimi  manufacture  /  H.  Sakamoto,  Y.  Kumazawa,  K.  Serguro  //  Journal  of  Food  Science.  —  2002.  —  Vol.  60.  —  P.  300—304.