СОСТАВ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ БИОРАЗЛАГАЕМОЙ УПАКОВКИ

УДК 543.2, 543.4, 545.5, 678.6, 678.7, 664.2

  • Рымовская Мария Васильевна − кандидат технических наук, доцент кафедры биотехнологии. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: rymovskaya_mv@mail.ru

  • Рымовская Мария Васильевна − инженер-технолог. ООО «Пласттрейд М» (223119, Лoгойский р-н, Окаловский с/с, дер. Метличицы, участок № 1, Республика Беларусь). E-mail: panic44@mail.ru

  • Петрушеня Александр Федорович − кандидат технических наук, доцент кафедры полимерных композиционных материалов. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: petralexf@gmail.com

  • Гребенчикова Ирина Александровна − кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры биотехнологии. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: gre@tut.by

  • Рагатка Дмитрий Анатольевич − инженер-химик. ЗАО «Гринэйр» (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 24, Республика Беларусь). E-mail: ragatka@avanta.by

DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2022-259-2-195-209

Ключевые слова: биоразлагаемая упаковка, полимерный материал, кукурузный крахмал, полилактид, молочная кислота, полимер терефталевой кислоты, растворимость, качественная реакция, ИК-спектроскопия, термогравиметрия.

Для цитирования: Рымовская М. В., Раткевич М. В., Петрушеня А. Ф., Гребенчикова И. А., Рагатка Д. А. Состав полимерной матрицы биоразлагамой упаковки // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геология. 2022. № 2 (259). С. 195–209. DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2022-259-2-195-209.

Аннотация

Для тонкостенной и многослойной упаковки, изготовленной из разнообразных по составу, в том числе из трудноразрушаемых в окружающей среде материалов, сложно организовать рециклинг. Глобальная тенденция перехода к биологически разрушаемым материалам для производства таких изделий поддержана и в Республике Беларусь: в розничной продаже появляются упаковочные пакеты с маркировкой соответствия требованиям, позволяющим успешно их компостировать в смеси с растительными и пищевыми отходами. Изучение состава полимерной матрицы образца такого материала стало целью исследования.

Использованные методы исследования охватывали традиционные способы анализа состава полимеров как синтетического, так и природного происхождения. Качественно установлено присутствие в составе образца материала крахмала, показано малое содержание низкомолекулярных и зольных веществ, отсутствие азотсодержащих органических веществ. Изучение растворимости образца материала в органических растворителях и растворах кислот и щелочей позволило предположить многокомпонентный состав образца материала и оценить размер частиц крахмала. Кислотный гидролиз образца материала привел к установлению присутствия в составе полимерной матрицы относительно легко гидролизуемого с высвобождением кислот компонента, а также полилактида. Сравнение ИК-спектра образца материала с библиотекой спектров выявило наличие полимера терефталевой кислоты. Присутствие крахмала, полилактида и полимера терефталевой кислоты подтверждено термогравиметрическим анализом, оценено их содержание в материале по убыли массы образца при нагревании.

Скачать

Список литературы

  1. Beghetto V., Sole R., Buranello C., Al-Abkal M., Facchin M. Recent Advancements in Plastic Packaging Recycling: A Mini-Review. Materials (Basel). 2021. Vol. 14, no. 17. P. 4782–4806. DOI: 10.3390/ma14174782.
  2. O поэтапном снижении использования полимерной упаковки: Постановление Совета министров Респ. Беларусь, 13.01.2020, № 7 // Нац. правовой интернет-портал Респ. Беларусь. URL: https://pravo.by/document/?guid=12551&p0=C22000007&p1=1 (дата обращения: 15.02.2021).
  3. Упаковка. Требования к использованию упаковки посредством компостирования и биологического разложения. Проверочная схема и критерии оценки для распределения упаковок по категориям: ГОСТ EN 13432–2015. Минск: Госстандарт, 2017. 27 с.
  4. Литвяк В. В., Ловкис З. В. Фундаментальные и прикладные исследования крахмала и крахмалопродуктов // Труды БГУ. 2014. Т. 9. Ч. 2. С. 152–163.
  5. Биодеградируемые пленочные материалы. Ч. 2. Биодеградируемые пленочные материалы на основе природных, искусственных и химически модифицированных полимеров / А. Ш. Закирова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2014. C. 114–121.
  6. Биоразлагаемые полимеры – современное состояние и перспективы использования / Ф. Ш. Вильданов [и др.] // Башкирский химический журнал. 2012. Т. 19, № 1. С. 135–139.
  7. Биоразлагаемая упаковка в пищевой промышленности / Г. Х. Кудрякова [и др.] // Пищевая промышленность. 2006. № 6. С. 52–54.
  8. Processing of Bioplastics: a guideline / Institute for Bioplastics and Biocomposites. URL: https://www.ifbb-hannover.de/files/IfBB/downloads/EV_Processing-of-Bioplastics-2016.pdf (date of access: 09.06.2022).
  9. Biopolymers facts and statistics 2020. Production capacities, processing routes, feedstock, land and water use / Institute for Bioplastics and Biocomposites. URL: https://www.ifbb-hannover.de/files/IfBB/downloads/faltblaetter_broschueren/f+s/Biopolymers-Facts-Statistics-2020.pdf (date of access: 20.11.2020).
  10. В магазинах появятся полностью разлагаемые пакеты. Они из кукурузы // Белорусские новости, 13.06.2019. URL: https://slutsk24.by/2019/06/14/v-magazinah-poyavyatsya-polnostyu-razlagaemye-pakety-oni-iz-kukuruzy/ (дата обращения: 20.11.2020).
  11. Технология крахмала и крахмалопродуктов / Н. Н. Трегубов [и др.]. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 472 с.
  12. Физико-химические свойства картофельного крахмала / Д. Ш. Ягофаров [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15, № 12. C. 212–215.
  13. Исследование особенностей механизма химической модификации крахмала / В. Литвяк [и др.] // Наука и инновации. 2012. Т. 115, № 9. С. 64–69.
  14. Литвяк В. В., Батян А. Н., Кравченко В. А. Модификация физико-химических и экологических свойств крахмала в результате его электронного облучения // Журнал Белорусского государственного университета. Экология. 2018. № 3. С. 62–72.
  15. Литвяк В. В., Москва В. В. Современные высокоэффективные технологии получения физически модифицированных крахмалов // Энергосберегающие технологии и технические средства в сельскохозяйственном производстве: доклады Международной научнопрактической конференции, Несвиж, 12–13 июня 2008 г.: в 2 ч. Несвиж, 2008. Ч. 2. С. 176–180.
  16. Chotiprayon P., Chaisawad B., Yoksan R. Thermoplastic cassava starch/poly(lactic acid) blend reinforced with coir fibres // International Journal of Biological Macromolecules. 2020. Vol. 156. P. 960–968. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.04.121.
  17. Thermoplastic starch/polyester films: effects of extrusion process and poly (lactic acid) addition / M. Ayumi Shirai [et al.] // Material Science and Engineering: C. Materials for biological application. 2013. Vol. 33, no. 7. P. 4112–4117. DOI: 10.1016/j.msec.2013.05.054.
  18. Кукуруза. Метод определения влажности (измельченных и целых зерен): ГОСТ 29305–92. М.: ИПК Издательство стандартов, 1992. 15 с.
  19. Зерно. Методы определения зольности: ГОСТ 10847–2019. М.: Стандартинформ, 2019. 23 с.
  20. Воскресенский П. И. Техника лабораторных работ. М.: Химия, 1973. 717 с.
  21. Маркевич Р. М., Гребенчикова И. А., Рымовская М. В. Биотехнологическая переработка промышленных отходов. Лабораторный практикум. Минск: БГТУ, 2019. 153 с.
  22. Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка: ГОСТ 10846–91. М.: Стандартинформ, 2009. 9 с.
  23. Крахмал и крахмалопродукты. Термины и определения: ГОСТ 32902–2014. М.: Стандартинформ, 2019. 20 с.
  24. Добавки пищевые. Кислота молочная Е270. Технические условия: ГОСТ 490–2006. М.: Стандартинформ, 2007. 47 с.
  25. Артеменко А. И. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1987. 536 с.
  26. Данченко Е. О. Биологическая химия: методические рекомендации к выполнению лабораторных работ. Витебск: ВГУ имени П. М. Машерова, 2012. 48 с.
  27. Крахмал кукурузный. Общие технические условия: ГОСТ 32159–2013. М.: Стандартинформ, 2019. 12 с.
  28. Кукуруза. Требования при заготовках и поставках: ГОСТ 13634–90. М.: Стандартинформ, 2010. 10 с.
  29. Химия углеводов / сост.: Ю. А. Овчарова, И. И. Бочкарева. Майкоп: Изд-во «ИП Кучеренко В. О.», 2019. 125 с.
  30. Спасский Н. А. Клей для переплетных работ. М.: Искусство, 1953. 264 с.
  31. Черная Н. И., Жолнерович Н. В. Технология щелочной целлюлозы. Минск: БГТУ, 2014. 71 с.
  32. Краситель для гексана в трехфазной фазной системе // Форум химиков. URL: http://www.chemport.ru/forum/viewtopic.php?t=31202 (дата обращения: 20.02.2021).
  33. Полимерные материалы: методические указания к выполнению лабораторных работ / сост.: В. Г. Антонов, В. Н. Крутова. Набережные Челны: КамПИ, 2003. 20 с.
  34. Ликбез по химикатам или что в чем растворяется // Технология печати 3D сегодня. URL: https://3dtoday.ru/blogs/3dlab/introduction-to-chemicals-or-that-what-is-dissolved (дата обращения: 13.12.2021).
  35. Ловкис З. В., Литвяк В. В., Петюшев Н. Н. Технология крахмала и крахмалопродуктов. Минск: Асобны, 2007. 178 с.
  36. Структура и физико-химические свойства целлюлоз и нанокомпозитов на их основе / под ред. Л. А. Алешиной, В. А. Гуртова, Н. В. Мелех. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. 240 с.
  37. Холькин Ю. И. Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1989. 496 с.
  38. Килин Н. Л., Волгина Т. Н., Новиков В. Т. Утилизация полимерных отходов на основе полилактида // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XVIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л. П. Кулёва, Томск, 29 мая – 01 июня 2017 г., Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2017. С. 408–409.
  39. Пырх Т. В., Щербина Л. А., Можейко Ю. М. Термодеструкция полилактида и его рециклинг // Нефтехимия – 2018: материалы I Международного научно-технического форума по химическим технологиям и по нефтепереработке, Минск, 27–30 нояб. 2018 г.: в 2 ч. Белорусский государственный технологический университет. Минск: БГТУ, 2018. Ч. 1. С. 151–153.
  40. Тарасевич Б. Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. МГУ имени М. В. Ломоносова. М.: 2012. 55 с. URL: http://www.chem.msu.su/rus/teaching/tarasevich/Tarasevich_IR_tables_29-02-2012.pdf. (дата обращения: 13.12.2021).
  41. Plastics and the microbiome: impacts and solutions / G. Lear [et al.] // Environmental Microbiome. 2021. Vol. 16, no. 1. P. 2–20. DOI: 10.1186/s40793-020-00371-w.
  42. Термомеханические свойства полилактидов / Д. А. Белов [и др.] // Вестник БГУ. 2007. Сер. 2, № 3. С. 40–46.
  43. Химическая энциклопедия: в 5 т. Т. 3. МЕД-ПОЛ / редкол.: И. Л. Кнунянц (гл. ред.) [и др.]. М.: Большая российская энциклопедия, 1992. 641 с.
  44. Химическая энциклопедия: в 5 т. Т. 4. Полимерные-Трипсин / редкол.: Н. С. Зефиров (гл. ред.) [и др.]. М.: Большая российская энциклопедия, 1995. 639 с.
  45. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования: ГОСТ 12.1.041–83. М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1984. 22 с.
  46. Костенко В. Г., Овчинников А. Е., Горбатов В. М. Производство крахмала. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. 200 с.
  47. Никитин Н. И. Химия древесины и целлюлозы. М.: Наука, 1962. 713 с.
  48. Корольченко А. Я., Корольченко Д. А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2 ч. М.: Асс. «Пожнаука», 2004. Ч. 2. 774 с.
  49. Борисов Е. В центре внимания – биоразлагаемые полимеры // Химический журнал. 2005. № 4. C. 68–71.
  50. Брагинский Г. И., Тимофеев Е. Н. Технология магнитных лент. М.: Химия, 1987. 328 с.
  51. Энциклопедия полимеров. Т. 3. Полиоксадиазолы–Я // В. А. Кабанов (ред.). М.: Советская энциклопедия, 1977. 1152 с.
  52. Nanocellulose Reinforced Thermoplastic Starch (TPS), Polylactic Acid (PLA), and Polybutylene Succinate (PBS) for Food Packaging Applications / A. Nazrin [et al.] // Frontiers in Chemistry. 2020. Vol. 8, no. 213. P. 213–215. DOI: 10.3389/fchem.2020.00213.
  53. Auras R., Harte B., Selke S. An overview of polylactides as packaging materials // Macromolecular Bioscience. 2004. Vol. 4, no. 9. P. 835–864. DOI: 10.1002/mabi.200400043.
  54. Jiang L., Wolcott M. P., Zhang J. Study of biodegradable polylactide/poly(butylene adipate-coterephthalate) blends // Biomacromolecules. 2006. Vol. 7, no. 1. P. 199–207. DOI: 10.1002/app.37735.
  55. Poly (lactic acid) blends: Processing, properties and applications / M. Nofar [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. 2019. Vol. 125. P. 307–360. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2018.12.002.
Поступила 15.06.2022