Волостнова О.И., к.х.н. Исмаилова Р.Н., к.х.н. Селиванов А.В.

Национальный исследовательский Казанский государственный технологический университет, Россия

Разработка биоразлагаемой упаковки

В мире отмечается стремительный рост потребления полимерных материалов. По мнению аналитиков, их потребление на душу населения в индустриально развитых странах за последние 20 лет примерно удвоилось, достигнув 85-90 кг, а к концу десятилетия повысится на 45-50%. Однако такой впечатляющий прогноз вызывает и обоснованную тревогу, связанную с накоплением отходов синтетических полимерных материалов.

В нашей стране ежегодно образуются около 160 млн. м³ твердых бытовых отходов, половину которых составляет пищевая упаковка. Это пластик, бумага, картон, стекло, композиционные материалы. Из них только 3 % идут на переработку, а остальные сжигаются или вывозятся на полигоны [1]. Утилизация пластикового мусора в некоторой степени решает проблему скопления отходов на свалках, но как сжигание, так и пиролиз отходов пластмасс кардинально не улучшают экологическую обстановку. Повторная переработка — рециклинг — экологичнее, но здесь требуются значительные трудовые и энергетические затраты: отбор пластиков из мусора, разделение их по видам, мойка, сушка, измельчение и только затем переработка. Кроме того, остро стоит вопрос допустимой кратности рециклинга, после чего вновь придется выбирать между захоронением и сжиганием остатков [2].

Власти и экологи ищут альтернативные пути утилизации этих материалов. Самым оптимальным решением проблемы «полимерного мусора» является развитие производства полимерных материалов с ускоренным их разложением в природных условиях.

Термин биоразлагаемые пластики (БРП) включает в себя широкую гамму полимеров, способных при соответствующих условиях разлагаться на безвредные для природы компоненты. Основная идея получения БРП — повторить природные «циклы развития». В их производстве используются обновляемые ресурсы, то есть вещества, образующиеся в растениях в процессе фотосинтеза. После использования такие материалы могут быть превращены в компост и с помощью микроорганизмов или других природных факторов переработаны в начальные продукты — воду и диоксид углерода. Материалы из БРП по основным свойствам сходны с традиционными пластиками, однако имеют другие технические характеристики и возможности применения благодаря своей особой химической структуре [2].

На данный момент можно выделить четыре основных направления в разработке БРП:

1) селекция специальных штаммов микроорганизмов, способных осуществлять деструкцию полимеров;

2) полиэфиры гидроксикарбоновых кислот;

3) придание промышленным биополимерам свойств биодеградации;

4) пластические массы на основе воспроизводимого природного сырья.

Большинство биоразлагаемых материалов изготавливается из растительного сырья: картофеля, пшеницы, бобовых, подсолнечника, сахарной свеклы, древесины. В настоящее время используются такие природные полимеры, как целлюлоза, натуральный каучук, полисахариды, полипептиды, хитин, эпоксидированные масла, лигнин, поллулан, сложные полиэфиры и другие. Между тем наблюдаемый в последние несколько лет интерес к биодеградирующим полимерам связан не только с ухудшением экологической обстановки: серьезные опасения специалистов вызывает неуклонное уменьшение мировых запасов нефти и газа. И здесь возобновляемое растительное сырье могло бы стать решением проблемы.

Нами разработана рецептура и технология получения биоразрушаемых упаковочных изделий с регулируемым сроком жизни, производимых из «дружественных» по отношению к природе материалов, которые после использования распадаются с образованием нетоксичных веществ, образуя дренажную систему. Новая упаковка позволит решить проблему загрязнения окружающей среды неутилизируемыми отходами.

Предлагаемый упаковочный материал для пищевых продуктов представляет собой модифицированный композиционный материал на основе синтетического полимера и древесной муки в качестве наполнителя. В качестве пластификатора используется технический желатин. В качестве смазки, предохраняющей от прилипания смеси к поверхностям формующего оборудования, способствующей диспергированию ингредиентов в материале, используется технический парафин.

Получаемая продукция – лотки, поддоны, контейнеры для упаковки пищевых продуктов.

Важной отличительной чертой новой упаковки является способность быстро деградировать в почве за счет воздействия почвенных микроорганизмов. Этот эффект удалось получить за счет введения в синтетическую полимерную основу пищевого полимера, который подвергается деструкции при попадании в почву.

Это позволяет получить упаковочный материал с фунгицидным действием, замедляющий микробиологическую порчу упакованного в него продукта. Упаковка из такой пленки, после одноразового использования, попадает в землю (или на свалку) и в течение 2 3 месяцев разрушается, обогащая почву естественными для нее компонентами.

Литература

1. Половняк В. Современные технические и технологические подходы к решению экологических проблем / В. Половняк, C. Фридланд // Вестник казанского технологического университета. - 2009. - № 4. - С. 17-25.

2. Биополимеры: чистое решение грязных проблем Автор: Людмила Дулина

3. Власова, Г. Статья о полимерах из крахмала, позволяющих по-новому взглянуть на материалы для тары и упаковки / Г.Власова, А. Макаревич // Pakkograff. – 2002. – №4. – С. 48-50.