Главная страница
Сведения об авторах

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СТИМУЛИРОВАНИЕ БИОРАЗЛОЖЕНИЯ ОТХОДОВ ПОЛИМЕРНОЙ УПАКОВКИ

Гончарова Е. П., Белорусский торгово-экономический университет потребительской кооперации, Гомель, Беларусь
Пинчук Л. С., Институт механики металлополимерных систем имени В. А. Белого Национальной академии наук Беларуси, Гомель, Беларусь

В настоящее время упаковочная отрасль становится одним из главных секторов легкой промышленности. По прогнозам Всемирной упаковочной организации объем производства упаковочных материалов к 2010 г. составит 760 млрд дол. США. Половина рынка упаковки принадлежит пластикам и комбинированным упаковочным материалам на их основе. Две трети объема потребления составляют полиолефины — полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен. Мировое производство упаковочного полиэтилена в 2004 г. составило около 11 млн т, из которых 1,7 млн т — плeнoчныe материалы. В странах Западной Европы одновременно с развитием упаковочной индустрии интенсивно развиваются системы сбора и переработки отходов упаковки.

В странах СНГ полимеры в общем объеме выпуска упаковочных материалов составляют 21 %. Однако эффективная инфраструктура, позволяющая осуществлять вторичное использование полимерной тары, отсутствует, а отходы упаковки не выделяют из общего объема ТБО. Более 60 % полимерных отходов приходится на полиолефины, 10–15 % — на ПС, 10–13 % — на ПВХ, до 9 % — на ПЭТФ, 5–10 % — на другие пластмассы.

Перспективный путь решения проблемы пластмассового мусора — создание и промышленное освоение широкой гаммы композиционных материалов на основе термопластов, содержащих биополимеры (например, крахмал), которые являются питательными веществами для микроорганизмов. Эти композиционные материалы способны биодеградировать в компосте под действием факторов окружающей среды. По прогнозам специалистов, к 2020 г. биоразлагаемые пластики составят 5 % от всех производимых упаковочных материалов, что соответствует 1,4 млн т в год. Тенденции развития рынка биополимеров в ближайшие годы можно проследить по таблице.

Производство биополимеров в странах ЕС

Принципиально новый подход к решению проблемы биологического разложения заключается в придании полимерным материалам электретных свойств. Микроорганизмы реагируют на любые изменения электрических параметров систем, в которых функционируют. Слабое электрическое поле полимерных пленок активно влияет на метаболизм бактерий, стимулируя их ускоренный рост и, соответственно, биодеградацию полимерных материалов.

В экспериментах использовали композиционную полимерную пленку, полученную по экструзионной технологии. Состав пленки: 80 % полиэтилена высокого давления; 12,5 % кукурузного крахмала; 12,5 % полиэтилена высокого давления, функционализированного непредельными органическими кислотами; 5 % глицерина. Образцы пленки подвергали воздействию электрического поля напряжением 7 кВ при повышенной температуре. Это обусловливало образование термоэлектрета за счет формирования электрически неравновесных структур, главным образом вследствие дипольно-ориентационной поляризации. Измеряли разрушающее напряжение при растяжении образцов пленок после экспозиции в почве в течение 10, 30 и 60 суток.

Обнаружен эффект упрочнения пленок после экспозиции в почве (рисунок).

Разрушающее напряжение при растяжении образцов пленок после экспозиции в почве:
1 — незаряженная пленка; 2 — пленка, обработанная в электрическом поле при напряжении 7 кВ

Данный эффект, по-видимому, связан с пластифицирующим воздействием метаболитов (продуктов жизнедеятельности почвенных микроорганизмов), диффундировавших в объем материала. Воздействие механических напряжений при растяжении пленочного образца, поверхностный слой которого в большей степени пластифицирован метаболитами, ведет к определенной ориентации макромолекул, что способствует упрочнению пленки и облегчает релаксацию напряжений в дефектных областях.

Эффект упрочнения в большей степени проявляется у электретных образцов. Очевидно, это можно объяснить тем, что наиболее привлекательными для микроорганизмов компонентами биоразлагаемой пленки являются фрагменты макромолекул крахмала. Они, как показано ранее проведенными исследованиями, химически связаны с фрагментами модифицированных полиолефинов. В результате утилизации микроорганизмами макромолекул крахмала химические связи оказываются разорванными, что может обусловить эффект вторичной сшивки с упрочнением материала в целом. По-видимому, это является дополнительным доказательством того, что электретные пленки, в которых упрочнение наиболее выражено, в большей степени подвержены биодеструкции.

Полученные данные дают основание предположить, что поле электретных полимерных образцов (заряд σ = –7…+10 нКл/см²) улучшает условия жизнедеятельности микроорганизмов-деструкторов на полимерном материале. Регулируя поверхностную плотность и полярность электретного заряда биоразлагаемых полимерных материалов, можно контролировать показатели адсорбционной иммобилизации микроорганизмов и тем самым увеличивать скорость его биодеструкции.
 

ELECTRIC STIMULATION OF POLYMERIC PACKING WASTE BIODEGRADATION

Goncharova E. P., Belarusian Trade and Economics University of Consumer Cooperatives, Gomel, Belarus
Pinchuk L. S., V. A. Belyi Metal Polymer Research Institute, National Academy of Sciences of Belarus,
Gomel, Belarus

Composite biodegradable electret materials based on starch-modified polyethylene have been studied. The impact of electret charge of polymeric films on their strength after exposition in soil has been investigated. It has been demonstrated that the field of electret polymeric samples improves the activity of destructor microorganisms. By adjusting the surface charge density and charge polarity on biodegradable polymeric materials, it is possible to control the microorganism adsorption/immobilization process and accelerate the process of biodegradation.
 

Главная страница

Сведения об авторах

Гончарова Екатерина Петровна, аспирант, кафедра товароведения непродовольственных товаров, Белорусский торгово-экономический университет потребительской кооперации, просп. Октября, 50, Гомель,
246029, Беларусь. Тел. (232) 48-00-35. E-mail
Пинчук Леонид Семенович, д-р техн. наук, проф., зав. отделом герметологии, Институт механики металлополимерных систем имени В. А. Белого НАН Беларуси, ул. Кирова, 32А, Гомель, 246050, Беларусь.
Тел. (232) 77-52-07

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 16.09.08