Структура и биодеградация микромицетами смесей сополимера этилен-винилацетат с термопластичным крахмалом

• Автор: Сычугова, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные направления создания полимерных

материалов с регулируемым сроком службы.

1.2. Влияние некоторых физических и химических факторов старения на полимерные материалы.

1.3. Резистентность полимерных материалов при

воздействии на них микромицетов.

1.4. Факторы, влияющие на активность грибовдеструкторов естественных и промышленных субстратов.

1.5. Методы оценки биологической деструкции

материалов.

1.6. Свойства и применение СЭВА и ТПК.

Заключение по литературному обзору.
ГЛАВА И. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объекты исследования.
2.2. Модификации кукурузного крахмала.
2.3. Экструзия многокомпонентной системы СЭВАТПК и прессование на ее основы пленок.
2.4. Методы исследования.
2.4.1. Метод дифференциальной сканирующей калориметрии.
2.4.2. Ренгеноструктурный анализ.
2.4.3. Метод инфракрасной спектроскопии.
2.4.4. Термогравиметрический анализ.
2.4.5. Электронная растровая микроскопия.
2.4.6. Просвечивающая световая микроскопия.
2.4.7. Модельные эксперименты воздействия агрессивных
2.4.8. Методика определения устойчивости пленок в водной среде.
2.4.9. Методы оценки влияния условий культивирования
микромицетов на их коррозийную способность.
2.4 Определение индекса биологической деструкции. ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
3.1. Исследование структуры СЭВА.
3.2. Исследование морфологических особенностей смеси СЭВАТПК.
3.3. Исследование высокотемпературных процессов, протекающих в СЭВА и СЭВАТПК.
3.4. Исследование воздействия агрессивных сред, как модельных субстанций метаболизма микроорганизмов, на
полимерные материалы.
д 3.4.1. Исследование гидролитического действия воды на
изучаемые системы.
3.4.2. Исследование воздействия агрессивных сред на СЭВА и СЭВАТПК. Водные растворы органических кислот.
3.4.3.Исследование биологической деструкции СЭВА и СЭВАТПК под воздействием микромицетов.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ ЛИТЕРАТУРА

2




ПРИНЯТЫ ЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
разрушающее напряжение при разрыве
ер относительное удлинение при разрыве
А. i
I ii
. i
винилацетат
ВМС высокомолекулярные соединения
дек дифференциальная сканирующая калориметрия
ДТЛ дифференциальный термический анализ
ИК инфракрасный
масс. массовые доли
ММР молекулярномассовое распределение
мнпво метод нарушенного полного внутреннего отражения
мол. молярные доли
нм нанометр
НМ низкомолекулярный
НМВ низкомолекулярное вещество
ПА полиамид
ПАН полиакрилонитрил
ПВА поливинилацетат
Г1ВС поливинилстирол
ПВХ поливинилхлорид
ПММА полиметилметакрилат
ПП полипропилен
ПТР показатель текучести расплава .
ПТФЭ политетрафторэтилен
пэ полиэтилен
ПЭВДНП полиэтилен высокого давления низкой плотности
ПЭСП полиэтилен средней плотности
ПЭТФ пол иэтил ентерефтал ат
СЭВА сополимер этилена и винилацетата
ТГА термогравиметрический анализ
тпк термопластичный крахмал
Тег температура стеклования
УФ ультрафиолетовый
ВВЕДЕНИЕ
В нашу повседневную жизнь прочно вошли изделия из полимерных материалов как бытового, так и промышленного назначения. Наращивание объемов выпускаемых полимерных изделий ставит проблему их утилизации.
Идея создания биологически разрушаемых материалов возникла и получила развитие в конце х начале х годов прошлого века. Результатом научных разработок в реализации этой цели явилось создание полимерных материалов с регулируемым сроком службы. Однако, они не получили широкого промышленного применения вследствие их дороговизны по сравнению с традиционными синтетическими полимерными материалами, такими как ПЭ, ПП, ПА и т.д.
В настоящее время мировой выпуск полимерных материалов и изделий из них составляет около млн. тоннгод. По состоянию на год в России ежегодно образуется млн. тонн отходов тары и упаковки, из них собирается и подвергается захоронению на полигонах твердых бытовых отходов порядка всей упаковки. Однако этот простой способ сопровождают следующие проблемы чрезмерно быстрое переполнение существующих полигонов изза большого объема и малой плотности размещаемых отходов заражение подземных вод выщелачиваемыми продуктами самопроизвольное возгорание полигонов бесконтрольное образование метана и др.
Значительная часть использованной тары и упаковки перерабатывается на мусоросжигательных заводах, что ведет к загрязнению воздуха мелкодисперсной пылыо, оксидами серы и азота, фуранами и диоксинами. Серьезные проблемы возникают также с захоронением золы образующейся при сжигании мусора, которая по весу составляет до от исходного веса отходов и которая в силу своих физических и химических свойств не может быть захоронена на обычных свалках.
В связи с этим в настоящее время наблюдается вторая волна заинтересованности в создании и производстве биоразлагаемых полимеров.
Сочетание синтетического полимера, характеризующегося относительной стойкостью к действиям различных факторов окружающей среды, и природного, наделенного способностью разлагаться под воздействием микроорганизмов почвы, придает материалу комплекс свойств, присущих обоим видам полимеров.
Лидирующее место среди индустриально выпускаемых крупнотоннажных полимеров принадлежит полиолефинам, и в первую очередь это полиэтиленI и сополимеры на его основе, естественное разложение которых длится многие десятилетия. Следовательно, возникает необходимость модификации полимерной матрицы таким образом, чтобы по истечению срока эксплуатации полимерного изделия была возможна его ускоренная утилизация под воздействием микробиоты в условиях свалки. Одним из приоритетных путей решения задач экологического характера является создание смесевых композиций на основе полиэтилена, в объем которого включен природный компонент чаще всего крахмал либо его производные.
Актуальность


Определено пороговое значение содержания винилацетатных ВА групп в СЭВА, выше которого наблюдается резкое изменение ряда свойств смеси СЭВАТПК в целом. Впервые установлена зависимость глубины биологической деструкции от степени совместимости компонентов смеси, проведена се оценка с использованием комплекса методов и выявлены основные условия для реализации биотехнологических разработок. Апробация работы. По результатам работы опубликовано 6 статей, в том числе в зарубежных изданиях, тезисов. Результаты были доложены и обсуждены на конференциях IX конференция Деструкция и стабилизация полимеров. Москва Первый съезд микологов России. Современная микология в России. Москва г. Вторая ежегодная молодежная конференция ИБХФВУЗы Биохимическая физика. Международный Конгресс Биотехнология состояние и перспективы развития. Москва 1 Ii i v. XI Ii vi. Биология наука XXI века. Путинская школаконференция молодых ученых апреля, . Работа выполнялась в соответствии с координационным планом Научного Совета РАН по биоповреждениям в рамках программы Проблемы общей биологии и экологии рациональное использование биологических ресурсов г. Экологические проблемы биоповреждений. ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР Настоящий обзор по материалам отечественных и зарубежных публикаций позволит сформировать представления об основных достижениях в области разработки биодеградируемых полимерных материалов, их исследования и создания фундаментальной теоретической базы данного научноисследовательского направления, что поможет использовать накопленные в мировой практике знания при решении поставленных в рамках данной диссертационной работы задач. Проведенная поисковая работа литературных данных о результатах исследований сополимеров этилена с винилацетатом и смесей на их основе, изучаемых в данной работе, показала их недостаточность. Поэтому, автор нашел целесообразным включить в литературный обзор знания о родственных, по отношению к изучаемому СЭВА, полимерах. В соответствующих разделах представлена подробная информация как о, непосредственно, СЭВА, так и о ПЭ, Г1ВА, ПВС. Основные направлении создания полимерных материалов с регулируемым сроком службы Синтетические полимерные материалы, обладая рядом достоинств, както устойчивость к различным факторам внешнего воздействия, по окончании срока эксплуатации ставят перед нами проблему утилизации таковых. На сегодняшний день существует несколько основных направлений решения данной задачи. Как правило, это захоронение хранение отходов на полигонах и утилизация рециклизация, пиролиз, сжигание. Однако такой подход является экологически небезопасным. Одни. В работах освещены основные направления поисковых и прикладных работ в области создания полимеров с регулируемым сроком службы. В качестве субстрата используются сахара, спирты, органические кислоты. Среди представителей этого класса полимеров наиболее широко применение, при удовлетворении бытовых и технических потребностей общества, нашел термопласт поли3гидроксибутират ПГБ. Химическая модификация природных полимеров крахмал, целлюлоза, хитозан и др. Возможность использования полисахаридов для создания полимерных материалов, в том числе с регулируемым сроком службы, отражена в ряде научных публикаций 7. Известны и другие направления в создании и исследовании полимерных материалов, которые можно охарактеризовать как склонные к ускоренной биодеградации. Основой материала такого типа служит, как правило, многотоннажный промышленный синтетический полимер ПЭ, ПП, ПЭТФ, ПС и др. Введением в полимерную цепь хромофоров облегчающих абсорбцию полимером УФлучей, добиваются фрагментации макромолекул, что в общем случае приводит к ускоренной деградации материала . Так, методами направленного синтеза, часто на основе алифатических диолов и органических дикарбоновых кислот, моделируют полимеры, химическая природа которых близка или соответствует естественному кругооборогу веществ в природе 5. Для организации промышленного производства биодеградируемых полимерных материалов большой интерес представляют крахмалонаполненные смеси на основе алифатических полимеров.