Заменить полиэтиленовый микропластик: белорусские ученые создали полностью экологически безопасные одноразовые стаканчики
Согласно Национальной стратегии по обращению с твердыми коммунальными отходами к 2035 году уровень их переработки должен составлять 90 процентов от всего объема образования. Чтобы достичь такой масштабной цифры, профильные министерства и организации работают в тесной связке с учеными. Так, Институт химии новых материалов Национальной академии наук Беларуси разработал первую партию полностью экологически безопасных одноразовых стаканчиков. О том, как создавалась новая упаковка, узнавали корреспонденты «Р».
Полилактид, выбранный для поверхностного модифицирования бумажных стаканчиков, синтезируется в Институте микробиологии Национальной академии наук и БГУ.
Александр Рогачев.
— Это достаточно экологически небезопасный отход, который накапливается в почве, попадает в океан, организмы рыб и животных, пищу человека. Разработка экологически безопасной упаковки — действительно важная задача, поставленная перед нашими учеными, — рассказывает директор Института химии новых материалов НАН Беларуси Александр Рогачев.
Основная цель — заменить полиэтиленовый микропластик на совершенно другой полимер. Для этого сотрудники института выбрали полилактид — полимер на основе полимолочной кислоты, который получают из растительного сырья.
— Это уже разлагаемый материал, который, попадая в природу, не принесет вреда. Мы разработали композит на основе бумаги и тонкого слоя биобезопасного полимера, которым покрыли картон для производства одноразовой посуды, — поясняет Александр и показывает новую упаковку. — Работали над этим в течение года. Разрабатывали и подбирали различные составы, отрабатывали технологические приемы нанесения. Это достаточно тонкий слой — всего 20 микрон, который обеспечивает водонепроницаемость и барьерные свойства упаковки. К тому же он полностью биоразлагаемый. Технологическое преимущество композита — его способность образовывать термоклеевое соединение, которое значительно повышает скорость получения упаковки, например стаканчика. Композит тестировали на линии по производству одноразовой посуды. Получилось все далеко не с первого раза.
— Решение в пользу этого полимера обусловлено его высокой температурой плавления (более 160 градусов Цельсия) и гидрофобными свойствами. Конечно, его стоимость, даже промышленно выпускаемого за рубежом, в разы превышает цену полиэтилена, — отмечает директор Института химии новых материалов. — Однако в случае поверхностного модифицирования бумаги при толщине слоя в несколько десятков микрометров эта разница не настолько ощутима.
Кроме подбора толщины модифицирующего слоя, вязкости составов и других пленкообразующих компонентов, для растворных методов формирования покрытий были проведены и принципиально другие технологические приемы.
— Мы прорабатывали и безрастворные методы нанесения тонких слоев биополимеров. Например, вакуумными плазмохимическими методами. Традиционно для получения покрытий используются летучие токсичные растворители. А вакуумными плазмохимическими методами можно формировать тонкие слои без таких растворителей. Эти экологичные упаковочные материалы и технологии их получения перспективны с точки зрения повышения качества жизни человека, — считает Александр Рогачев.
Кроме бумажных стаканчиков с полилактидной пленкой можно создавать и другие виды упаковки, например пакеты.
— За счет такой пленки увеличиваются прочностные характеристики бумаги, особенно во влажных условиях. Кроме того, полилактид способствует процессу термосваривания, то есть когда части прикладывают, нагревают и в итоге получают неразъемное соединение. Обычную бумагу так соединить нельзя, а со слоем полилактида это становится возможным, — говорит Александр Рогачев.
К слову, Институт химии новых материалов длительное время занимается биополимерами и композитами на их основе, перспективными для применения в промышленности, медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве.
— Сейчас работаем также над модификацией медицинских имплантов с покрытием на основе полилактида, в котором присутствуют антибактериальные компоненты. Шовные нити тоже можно модифицировать примерно похожими составами. Такой супертонкий полимерный слой (около 200 нанометров), содержащий наночастицы серебра и антисептика, препятствует образованию биопленок патогенных микроорганизмов, снижает риски возникновения послеоперационных инфекций, способствует более быстрому выздоровлению человека, — анонсирует новые разработки Александр Рогачев.
МЕЖДУ ТЕМ
Институт жилищно-коммунального хозяйства Национальной академии наук Беларуси вместе с Институтом защиты растений в рамках госпрограммы в 2021 году в Слониме запустили проект по получению органического удобрения из ТКО и целлюлозосодержащих компонентов. В результате создано органическое удобрение, которое сейчас проходит проверку в производственных условиях для применения в сельском хозяйстве. Кроме того, Институт жилищно-коммунального хозяйства работает над созданием лаборатории по испытаниям биоразлагаемой упаковки с возможностью сертификации материалов отечественного и зарубежного производства.
semenkova@sb.by
Согласно Национальной стратегии по обращению с твердыми коммунальными отходами к 2035 году уровень их переработки должен составлять 90 процентов от всего объема образования. Чтобы достичь такой масштабной цифры, профильные министерства и организации работают в тесной связке с учеными. Так, Институт химии новых материалов Национальной академии наук Беларуси разработал первую партию полностью экологически безопасных одноразовых стаканчиков. О том, как создавалась новая упаковка, узнавали корреспонденты «Р».
Полилактид, выбранный для поверхностного модифицирования бумажных стаканчиков, синтезируется в Институте микробиологии Национальной академии наук и БГУ.Важная задача
Как правило, одноразовая посуда состоит либо из пластика, либо из картона и покрытия на основе полиолефинов — искусственных синтетических полимеров. Они необходимы для того, чтобы обеспечить одноразовой посуде водонепроницаемость. Без полимерного слоя бумага или картон быстро впитают воду, и пользоваться такой посудой будет невозможно. После утилизации данной упаковки бумага разлагается, а полимерный слой образует микропластик:Александр Рогачев.
Основная цель — заменить полиэтиленовый микропластик на совершенно другой полимер. Для этого сотрудники института выбрали полилактид — полимер на основе полимолочной кислоты, который получают из растительного сырья.
— Это уже разлагаемый материал, который, попадая в природу, не принесет вреда. Мы разработали композит на основе бумаги и тонкого слоя биобезопасного полимера, которым покрыли картон для производства одноразовой посуды, — поясняет Александр и показывает новую упаковку. — Работали над этим в течение года. Разрабатывали и подбирали различные составы, отрабатывали технологические приемы нанесения. Это достаточно тонкий слой — всего 20 микрон, который обеспечивает водонепроницаемость и барьерные свойства упаковки. К тому же он полностью биоразлагаемый. Технологическое преимущество композита — его способность образовывать термоклеевое соединение, которое значительно повышает скорость получения упаковки, например стаканчика. Композит тестировали на линии по производству одноразовой посуды. Получилось все далеко не с первого раза.
Технологические приемы
Полилактид, выбранный для поверхностного модифицирования бумажных стаканчиков, синтезируется в Институте микробиологии Национальной академии наук и БГУ.— Решение в пользу этого полимера обусловлено его высокой температурой плавления (более 160 градусов Цельсия) и гидрофобными свойствами. Конечно, его стоимость, даже промышленно выпускаемого за рубежом, в разы превышает цену полиэтилена, — отмечает директор Института химии новых материалов. — Однако в случае поверхностного модифицирования бумаги при толщине слоя в несколько десятков микрометров эта разница не настолько ощутима.
Кроме подбора толщины модифицирующего слоя, вязкости составов и других пленкообразующих компонентов, для растворных методов формирования покрытий были проведены и принципиально другие технологические приемы.
— Мы прорабатывали и безрастворные методы нанесения тонких слоев биополимеров. Например, вакуумными плазмохимическими методами. Традиционно для получения покрытий используются летучие токсичные растворители. А вакуумными плазмохимическими методами можно формировать тонкие слои без таких растворителей. Эти экологичные упаковочные материалы и технологии их получения перспективны с точки зрения повышения качества жизни человека, — считает Александр Рогачев.
Большие перспективы
Новые экологически безопасные стаканчики покупатели смогут оценить совсем скоро: уже разработаны технические условия, состав зарегистрирован в Белорусском государственном институте стандартизации и сертификации.— Это означает, что мы можем методом распыления производить такой картон для одноразовой посуды. Сегодня опытная партия (100 бумажно-полилактидных одноразовых стаканчиков) проходит экспертизу, — сообщает собеседник. — Прошли оценку безопасности при выдержке в воде, кипятке и растворах пищевых кислот, так как обычно в одноразовых бумажных стаканчиках пьют соки, горячий чай и кофе. Получили неплохие результаты. Сейчас дорабатываем составы и технологические приемы их нанесения.
Кроме бумажных стаканчиков с полилактидной пленкой можно создавать и другие виды упаковки, например пакеты.
— За счет такой пленки увеличиваются прочностные характеристики бумаги, особенно во влажных условиях. Кроме того, полилактид способствует процессу термосваривания, то есть когда части прикладывают, нагревают и в итоге получают неразъемное соединение. Обычную бумагу так соединить нельзя, а со слоем полилактида это становится возможным, — говорит Александр Рогачев.
К слову, Институт химии новых материалов длительное время занимается биополимерами и композитами на их основе, перспективными для применения в промышленности, медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве.
— Сейчас работаем также над модификацией медицинских имплантов с покрытием на основе полилактида, в котором присутствуют антибактериальные компоненты. Шовные нити тоже можно модифицировать примерно похожими составами. Такой супертонкий полимерный слой (около 200 нанометров), содержащий наночастицы серебра и антисептика, препятствует образованию биопленок патогенных микроорганизмов, снижает риски возникновения послеоперационных инфекций, способствует более быстрому выздоровлению человека, — анонсирует новые разработки Александр Рогачев.
МЕЖДУ ТЕМ
Институт жилищно-коммунального хозяйства Национальной академии наук Беларуси вместе с Институтом защиты растений в рамках госпрограммы в 2021 году в Слониме запустили проект по получению органического удобрения из ТКО и целлюлозосодержащих компонентов. В результате создано органическое удобрение, которое сейчас проходит проверку в производственных условиях для применения в сельском хозяйстве. Кроме того, Институт жилищно-коммунального хозяйства работает над созданием лаборатории по испытаниям биоразлагаемой упаковки с возможностью сертификации материалов отечественного и зарубежного производства.
semenkova@sb.by
