Современные вызовы, связанные с переработкой полимерных материалов и уменьшением загрязнения микропластиком, стимулируют научные исследования в самых разных уголках мира. Одной из ярких инициатив в этой области стала совместная работа специалистов Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, РЭУ им. Г.В. Плеханова, НИТУ МИСИС, МГУ им. М.В. Ломоносова и Университета Кашиас-ду-Сул (Бразилия). Коллектив учёных детально изучил процессы разрушения композитов на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) с добавлением натурального каучука. Итогом пятилетних экспериментов стало открытие возможностей для запуска разложения полимерной матрицы без образования опасного микропластика.
Современные проблемы полиэтиленовых отходов
Полиэтилен низкой плотности широко востребован в различных сферах – от упаковочной индустрии до медицины. Однако высокая устойчивость этого полимера к внешнему воздействию превращает его в значимый источник длительно сохраняющегося мусора на свалках и полигонах. Помимо затруднённой переработки, острой проблемой стала склонность таких материалов к фрагментированию, что приводит к образованию микропластика, разрушающего экосистемы почвы и воды.
Классические подходы к решению этой задачи предполагают использование различных инициаторов для стимулирования биодеградации. Однако далеко не всякий инициатор безопасен и эффективен — важно сохранить эксплуатационные характеристики изделия на протяжении всего жизненного цикла, а разложение должно начаться строго после использования, а не в процессе. К тому же сохраняется риск образования микрочастиц, способных накапливаться в окружающей среде.
Преимущества применения натурального каучука
В рамках работы был предложен инновационный подход: введение натурального каучука (НК) как компонента полимерной матрицы ПЭНП. Изготовленные композиты продемонстрировали не только замечательные физико-механические свойства, но и стабильность этих показателей при долговременном хранении вне влажной среды. После пятилетнего выдерживания в лабораторных условиях контрольные образцы не утратили своих качеств, что важно для реального применения таких материалов.
Однако именно погружение этих образцов в модельный почвенный грунт выявило удивительную метаморфозу структуры. Как показал эксперимент, при увеличении доли натурального каучука свыше 20% начинается ускоренное снижение массы материалов. Примечательно, что у образцов с 50% НК за пять лет масса уменьшалась более чем на 70%, что гораздо превышало изначальную долю каучука – процесс разложения затрагивал всю полимерную матрицу, а не только биодобавку.
Полный разложение без микропластика: экологическая революция
Ключевой неожиданностью экспериментов стало отсутствие фрагментаризации композитов — продукт не рассыпался на мелкие фрагменты. Это предотвращает попадание микропластика в окружающую среду, что принципиально отличает новую разработку от большинства известных аналогов. Ученые обнаружили, что макроцелостность образцов при глубоком разрушении объясняется формированием плотной гифовой сетки микроскопических грибов в структуре композита. Этот процесс не только сдерживает образование мелких частиц, но и способствует переходу вещества к стадии полной биоминерализации.
Пятилетние наблюдения показали: сформировавшийся биологический “каркас” поддерживает структуру материала до полного разложения, стоя на страже чистоты экологии. Новый механизм разрушения открыл двери к созданию принципиально новых видов полимеров, которые могут безопасно вернуться в природный круговорот, не нанося вреда живым организмам.
Научные открытия и будущее экологичных полимерных систем
Комплексные исследования продемонстрировали не только эффект деградации, но и новые свойства полимерных композитов на основе систем ПЭНП/НК с низкой термодинамической совместимостью между компонентами. Такой подход предоставляет возможность получать материалы с прогнозируемыми сроками службы, что особенно важно для упаковочной и сельскохозяйственной промышленности.
Авторы отмечают, что ключевой фактор успеха данного способа – точная регулировка количества натурального каучука. Это позволяет разрабатывать материалы, которые надёжно сохраняют свои свойства до конца эксплуатации, а после попадания в почву быстро и без остатка разлагаются. Полученные полимеры становятся реальным шагом к сокращению количества полимерных отходов и минимизации рисков накопления микропластика.
Перспективы применения открываются в разных областях – от одноразовой упаковки и контейнеров до материалов для сельского хозяйства, покрытия почвы, пленок для мульчирования и других сфер, где требуется послеэксплуатационное быстрое разложение без вреда для биоты.
Международное сотрудничество и вклад в защиту окружающей среды
Успех проекта стал примером эффективной интеграции научных усилий ведущих исследовательских центров России и зарубежных коллег из Университета Кашиас-ду-Сул. Такой глобальный подход помогает разрабатывать решения не только для локальных экологических проблем, но и для глобальной задаче борьбы с пластиковыми отходами.
Открытые перспективы включают дальнейшее углубление исследований и масштабирование процесса на уровне промышленного производства. Уже сейчас ясно, что выводы, сделанные коллективом учёных, могут существенно изменить подходы к производству и утилизации пластмасс, приблизив общество к “зеленой экономике”. За счёт внедрения биополимерных композитов удастся снизить нагрузку на полигоны и обеспечить переход к циклическому использованию материалов.
Заключение: на пути к чистой планете
Результаты масштабного пятилетнего эксперимента стали важной вехой на пути к созданию экологичных и безопасных для природы пластмасс. Введение натурального каучука в структуру полиэтилена низкой плотности позволяет не только сохранять высокие эксплуатационные характеристики изделий в процессе использования, но и гарантировать быструю и безопасную утилизацию за пределами жизненного цикла продукта. По мнению экспертов, предложенная технология станет отличной платформой для дальнейших инноваций, давая надежду на значительное снижение объёма полимерных отходов и защиту окружающей среды от распространения микропластика.
Источник: indicator.ru
