В настоящее время за рубежом и в России все большее внимание привлекают биоразлагаемые полимерные материалы. Изготовленные из них упаковочные материалы (например, пищевая пленка или воздушно-пузырчатая пленка) способны разлагаться под воздействием микроорганизмов и других природных факторов. Ускорению распада макромолекул полимера способствует добавление в материал специальных веществ. Чаще всего это полисахариды, их содержание в материале может достигать 60%.

 

Сейчас разработан ряд биоразлагаемых материалов различного назначения с использованием крахмала. Это белый или желтоватый порошок, который получают в основном из картофеля, гороха, кукурузы, риса и других крахмалосодержащих растений. Макромолекула крахмала имеет неоднородное, сложное строение. Она состоит из двух полисахаридов, различных по своей структуре и свойствам – амилопектина и амилозы. В основе этих полисахаридов лежат одинаковые остатки молекул глюкозы, но амилоза имеет линейную структуру, а амилопектин – разветвленную. Крахмал на 70-80% состоит из амилопектина и на 20-30% из амилозы. Благодаря своей структуре его молекулы относительно легко взаимодействуют с макромолекулами синтетических полимерных материалов. Существенным недостатком применения крахмалсодержащих продуктов является их высокая способность впитывать влагу. По этой причине они не всегда могут применяться в производстве сельскохозяйственных пленок и упаковки для продуктов с повышенной влажностью.

 

 

Для ускорения деструкции (разрушения) полимерного материала в его состав вводят различные добавки. Чаще всего это сополимеры на основе моносахарида углерода и этилена, винилкетоны и некоторые другие похожие вещества. Так, в Канаде применяются преимущественно Ecoplast и Ecolyte, в Великобритании – Bioplast, Ecostar и Biopol, во Франции – Biocell, в США – Tone и Novon и т.д. Практически все они обеспечивают более интенсивную деструкцию полимеров под воздействием ультрафиолетовых лучей.

 

Biopol – один из основных биодеградируемых полимеров. Он производится компанией ICI (Великобритания) при помощи определенного штамма бактерий, которые выращивают на углеводных питательных средах. Из их биомассы извлекают полигидроксивалерат или полигидроксибутират. Путем создания различных комбинаций мономерных звеньев удается получить биосинтетические сополимеры с необходимыми свойствами. Biopol легко разлагается как в аэробной среде (под землей, в компосте и т.д.), так и в анаэробной (например, на полях орошения, в воде). В зависимости от окружающих условий процесс его деструкции длится от 1,5 до 9 месяцев. Biopol соответствует современным требованиям к биополимерам, он широко применяется при производстве упаковочных материалов для одно- и двухразового использования.

 

Еще одной распространенной маркой биополимеров является Novon американского производства. Полимер выпускается компанией Wamer-Lambert & Со с применением генно-инженерных технологий из гидроксикарбоновой кислоты либо ее лактида. Материал разлагается под воздействием влаги в анаэробных и аэробных условиях. Образующиеся при деструкции полимера остатки молочной кислоты могут вовлекаться в обмен веществ не только микроорганизмами, но и насекомыми.

 

Biocell (Франция) – биополимер, основой которого является ацетат целлюлозы. Содержит пластификаторы и другие добавки, способствующие более быстрому разложению материала. На деструкцию вещества оказывает влияние солнечная радиация и другие природные факторы. По своим свойствам этот биополимер сходен с полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП), но по сравнению с ним Biocell является более прочным и прозрачным. После попадания в воду такой упаковочный материал набухает и постепенно разрушается с образованием молекул воды и углекислого газа. В течение 6 месяцев она разлагается примерно на 40%, полное разложение происходит с участием почвенной микрофлоры за 1,5 года.

 

В настоящее время в США широко применяются упаковки с общим названием TONE. Они способны довольно быстро разрушаться на открытом воздухе. Упаковки производятся на основе поликапролактама. Это вещество механически совместимо со многими пластиками (ПВХ - например, пищевая пленка, ПП - полипропиленовая лента, ПС, ПЭТФ, ПК и др.). Практически все такие материалы являются термопластами. По опыту компании "Бизнес Пак", они обладают рядом достоинств: низкая цена, пригодность для переработки различными способами, хорошие эксплуатационные свойства, довольно быстрое разрушение на воздухе.

 

Mater-Bi (Италия) – один из новых материалов, созданный на основе полиамида-6 (6,6). К базовому полимеру добавляются различные биологические и синтетические вещества. При изготовлении упаковок для продуктов питания (пищевая пленка, стрейч-пленка) используются синтетические полимеры с низкой молекулярной массой. Это нетоксичные материалы, обладающие гидрофильностью и лекгоразлагающиеся под воздействием природных факторов. После попадания на свалку такие упаковочные материалы достаточно быстро разрушаются без вреда для экологии.

 

Ampaset, Ecostar и Polyclean производятся на основе ПЭВД, биологически разлагаемой добавкой служат крахмалы злаков. Для уменьшения деструкции материала при его переработке в изделия к крахмалосодержащей массе добавляют антиоксиданты. Полученное вещество склонно к карамелизации, существует риск его самовозгорания. Чтобы этого не допустить, крахмал высушивают до 1%-ного содержания остаточной влаги. С этой же целью строго контролируется температура в цилиндре экструдера (она не должна быть выше 193-203° C ). Следует избегать длительного нахождения перерабатываемой массы в экструдере, поэтому применяемое экструзионное оборудование должно иметь коэффициент отношения L/D до 20.

 

Процесс производства биоразлагаемой упаковки требует знания многих нюансов, от которых зависит качество готовой продукции. Так, чтобы не допустить образования в крахмалосодержащем полимерном материале посторонних включений ("геликов") должна быть установлена оптимальная скорость вращения шнека. При герметизации упаковки с помощью сварки для получения качественного сварного шва важно придерживаться точных температурных показателей. Высокая температура при сварке может привести к деструкции крахмалосодержащего материала (появляется характерный запах свежеиспеченного хлеба).

Стоимость биоразлагаемых полимерных материалов зависит от стоимости используемого сырья (базового полимера и добавок) и применяемой технологии производства.

Сегодня биоразлагаемые материалы являются очень востребованными на рынке. В развитых странах из них изготавливается большая часть упаковок для пищевых продуктов и товаров одноразового использования. В России разработкой биоразлагаемых материалов с крахмалосодержащими добавками занимаются Проблемная лаборатория полимеров МГУ11К и НПО по крахмалопродуктам. Сейчас проводятся научные исследования и разрабатываются новые направления создания различных материалов с использованием крахмала, крахмалосодержащих веществ, белков, технических лигнинов и т.п.

 

И все-таки следует отметить, что применение биоразлагаемых материалов не решает полностью глобальные проблемы загрязнения окружающей среды полимерными упаковками. Это связано с объективными и субъективными причинами:

 

Из вышеизложенного следует вывод, что процессы создания и применения биоразлагаемых материалов должны строго контролироваться. В настоящее время наиболее рациональным способом утилизации использованных упаковок представляется их вторичная переработка.