Разработка полностью биоразлагаемых полимерных композитов направлена на решение проблемы пластиковых отходов. Этот материал можно адаптировать под различные нужды — от строительных плит до одноразовой посуды, используя доступные отходы агро- и лесопромышленности.
Ученые из Красноярского научного центра СО РАН разработали технологию создания полностью биоразлагаемых полимерных композитов на основе полигидроксиалканоатов (ПГА) и растительных наполнителей — древесной муки, костры и волокон технической конопли. Данная разработка направлена на уменьшение объема неразлагаемого пластика в окружающей среде и снижение стоимости «зеленых» материалов благодаря использованию отходов рыбопереработки, лесопромышленного комплекса и агроиндустрии.
Специалисты указали, что характеристики новых композитов можно целенаправленно изменять: делать материал более прочным и влагостойким для строительства и сельского хозяйства или, наоборот, быстро разлагающимся для упаковки и одноразовых изделий.
Технология включает несколько этапов. Сначала ученые синтезировали полимер с использованием отработанного жира, извлеченного из остатков переработки балтийской кильки. Эти отходы консервного производства обычно отправляются на свалки, но в лаборатории они стали питательной средой для бактерий, производящих полимер. Затем полученный ПГА смешивали с растительными компонентами: древесной мукой березы, кострой и волокнами технической конопли.
Выбор наполнителей обусловлен их доступностью и экологичностью. Отходы березы — это возобновляемое сырье с высоким содержанием целлюлозы, а конопля отличается быстрым ростом, высокой урожайностью и прочностью волокон, что позволяет создавать легкие и прочные изделия.
Свойства композитов зависят от типа и количества наполнителя. Включение древесных или травянистых отходов позволяет получать материалы, по прочности сопоставимые с традиционными древесно-стружечными плитами, но без использования токсичных формальдегидных смол или полиолефинов. Конопляная костра увеличивает механическую прочность, а волокна конопли ускоряют разложение полимера в почве, что важно для утилизации.
Для достижения однородных смесей ученые использовали растворный метод: наполнитель смешивали с полимером в органическом растворителе, затем осаждали этанолом и высушивали. Это позволило добиться равномерного распределения компонентов и минимизировать дефекты.
Основная проблема внедрения ПГА — их высокая стоимость. Однако применение жира из отходов рыбопереработки позволяет сократить затраты на углеродный субстрат в 2,5–3,5 раза, делая стоимость ПГА сопоставимой с полилактидами. Это создает возможности для массового производства новых композитов. Лабораторные испытания подтвердили их высокую биоразлагаемость: образцы с 70% содержанием волокон конопли теряли более половины массы за три месяца. Таким образом, изменяя состав, можно задавать необходимые характеристики материала — от прочности до скорости разложения.
Фото: hi-tech.mail.ru