Внедрение технологий получения новых биоразлагаемых материалов с добавкой вторичного полиэтилена

На сегодняшний день особенно остро стоит вопрос рециклинга отходов, особенно полимерных Это связано с тем, что полимерные отходы в основном являются композитами, а также после переработки теряют свои первоначальные свойства. В данном исследовании изучены композиционные материалы на основе полиэфиров таких как поликапролактон (ПКЛ) и полибутиленадипаттерефталат (ПБАТ) с добавлением вторичного полиэтилена низкой плотности (ПЭНП). В результате исследований были изучены структура и свойства материалов до и после инкубации в почве. Установлено, что материалы с добавкой ПКЛ подвержены влиянию микроорганизмов почвы, а добавка вторичного ПЭНП не более 10 мае % незначительно сдерживает процесс биодеструкции.

В современных урбанистических условиях крупные города сталкиваются с одной из наиболее острых экологических проблем — чрезмерным накоплением твёрдых коммунальных отходов (ТКО), среди которых особенно заметную долю занимают пластиковые материалы. Эти материалы сохраняются в окружающей среде на протяжении десятков и даже сотен лет, постепенно фрагментируясь до микропластика, который загрязняет почву, воду и атмосферу, оказывая токсическое воздействие на экосистемы и здоровье человека [1-3].

В этих условиях особую актуальность приобретает разработка новых экологически безопасных материалов, способных заменить традиционные полимеры в массовом производстве. Перспективным направлением исследований является создание биоразлагаемых композитов, сочетающих устойчивость к механическим нагрузкам с возможностью естественного разложения в окружающей среде [4, 5]. Одним из таких решений является полимерный материал на основе биоразлагаемых полиэфиров таких как поликапролактона (ПКЛ) и полибутиленадипаттерефталата (ПБАТ) с добавлением вторичного полиэтилена низкой плотности (ПЭНП). Таким образом, создаётся замкнутый технологический цикл, в котором пластиковые отходы не становятся обузой для экосистемы, а превращаются в сырьё для новых, более экологичных материалов.

Цель. настоящей работы является получение полимерных материалов нового поколения на основе полиэфиров — полибутиленадипаттерефталат (ПБАТ) и поликапролактона (ПКЛ) — с добавлением вторичного полиэтилена низкой плотности (ПЭНПвт).

В лабораторных условиях на вальцах при температуре 150 ± 5 °C были получены композиции ПБАТ/ПКЛ/ПЭНПвт различного состава. ПБАТ марки TH801T (Shanghai Hengsi New Material Science, Китай), ПКЛ (Полиморфус (ESUN 600С), вторичный полиэтилен низкой плотности (марки 15803 -020, Россия) Китай. Пленки для исследования получали на гидравлическом термопрессе РПА-12 «Биолент» при Т=150 ± 5 °C и давлении 70 МПа.

Для проведения почвенного теста грунт был приготовлен согласно ГОСТ 9.060-75 (ASTM D 5988-12). Пленочные образцы выдерживали при Т = 22±2 течение 90 суток при поддержании влажность 65-75% с периодическим контролем. Для анализа изменений материалов в процессе биодеструкции использовались методы: дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), ИК-спектроскопия (ИК), оптическая микроскопия.

В результате исследования пленочных композитов различного состава ПБАТ/ПКЛ/ПЭНПвт до и после инкубации в почве в течение 56 и 90 суток в лабораторных условиях установлено, что происходят изменения характеристических полос на ИК-спектрах, изменения отмечаются в диапазоне 1600-1000 см-1, что указывает на частичное разрушение полимерной матрицы как ПБАТ, так и ПКЛ. Заметно появление новых пиков в области 4000-3800 см-1(рис. 1).

Добавка ПЭНПвт оказывает умеренный ингибирующий эффект, замедляя биодеструкцию. Происходят изменения теплофизических характеристик полимерных матриц. Аналогичные изменения подтверждаются результатами оптической микроскопии (рис. 2). После 90 суток инкубации в почве происходит биообрастание, появление дефектов поверхности материалов.

В ходе исследования разработаны полимерные композиционные материалы на основе ПБАТ и ПКЛ с добавлением ПЭНПвт. Установлено, что введение ПКЛ в матрицу ПБАТ улучшает биодеструкцию материала. При этом добавка ПЭНПвт незначительно способствует ингибированию процессов биодеструкции. Разработанные материалы демонстрируют биодеградацию в почвенной среде и могут быть использованы с целью рационального использования вторичного полимерного сырья. Работа выполнена при финансовой поддержке РЭУ им. Г.В. Плеханова.

Литература:

1. Rezania S. et al. Microplastics pollution in different aquatic environments and biota: A review of recent studies // Marine pollution bulletin. — 2018. -№ 133. — С. 191-208.
2. Lambert S., Wagner, M. Characterisation of nanoplastics during the degradation of polystyrene // Chemosphere. — 2016. — № 145. — Р. 265-268…
3. Yuan W., Christie-Oleza J. A., Xu E., Li J., Zhang H., Wang W., Lin L., Zhang W., Yang Y. Environmental fate of microplastics in the world’s third-largest river: basin-wide investigation and microplastic community analysis // Water Research. — 2022. — № 210. — Р. 118002.
4. Vayshbeyn L.I., Mastalygina E.E., Olkhov A.A., Podzorova M.V. Poly (lactic acid)-Based Blends: A Comprehensive Review // Applied Sciences. — 2023. — V.13(8). — P. 5148.
5. Telegdi J., Trif L. Biodegradable polyesters for medical applications // Polyester: Synthesis, Types and Applications. — 2018. — V. 132. — P. 57-90.

Автор: И. А. Суханов, Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова, г. Москва

Научный руководитель — канд. хим. наук М.В. Подзорова, Российский экономический университет имени Г. В. Плеханова, г. Москва

Источник: Экономика замкнутого цикла. Молодежный взгляд. Вторая студенческая научно-практическая конференция (Москва, 30 ноября 2025 г.) / Сборник тезисов — М.: Мир науки, 2026 г. — Режим доступа: https://izd-mn.com/PDF/13MNNPK26.pdf — Загл. с экрана.