Исследователи Российского экономического университета имени Г. В. Плеханова совместно с итальянскими коллегами из университета Катании изучили возможность и условия применения пленочных материалов на основе полигидроксибутирата (биодеградируемого полимера) для создания экологически безопасных упаковочных пленочных покрытий с селективной газопроницаемостью для продуктов питания. Результаты исследования были опубликованы в журнале «European Polymer Journal».

Проблема переработки пластиков с каждым годом становится всё острее, поэтому ученые во всем мире прилагают много усилий для разработки биоразлагаемых полимеров.

Один из главных претендентов на роль «идеального материала» — полигидроксибутират (ПГБ). Он вырабатывается рядом микроорганизмов, поэтому в природе существует естественный цикл его «переработки», что делает этот полимер пригодным для создания многоцелевых экологически безвредных пластиков.

Ученые исследовали два типа пленок на основе биополимера полигидроксибутирата, полученных двумя разными технологическими способами: нанесением из раствора и формованием из расплава. Оказалось, что технология пленок определяет их структуру и избирательную газопроницаемость, что важно при упаковке быстро портящихся продуктов питания. Биодеградируемость этой упаковки определяет её экологичность.

«Селективность, то есть избирательность данных материалов определяется их внутренней структурой, которая в свою очередь задается технологическими параметрами получения пленок: временем, температурой, давлением. Особенно важна выборочная газопроницаемость пленок: они пропускают азот, углекислый газ, пары воды, но защищают от кислорода. Это необходимо для хранения продуктов и лекарственных препаратов, которые, как правило, чувствительны к кислороду, активируемому ультрафиолетовым излучением при воздействии солнечного света. Пленки обеспечивают защиту от УФ», — говорит ведущий научный сотрудник лаборатории «Перспективные композиционные материалы и технологии» Анатолий Ольхов.

Избирательная газопроницаемость задается соотношением кристаллической и аморфной фаз в полимерной пленке, а также наличием доли ориентированных (плотных) и изотропных участков в аморфной фазе. Дело в том, что полимеры способны при определенных условиях находиться как в упорядоченном, так и в изотропном состоянии. Упорядоченное состояние — это ориентация макромолекул вдоль какого-то направления, что характерно для кристаллитов. Изотропное состояние — это аморфная часть в полимере, которая не имеет преимущественной ориентации. Наличие доли тех или иных областей определяется условиями получения пленок.

Структуру пленок исследовали методами дифференциальной сканирующей калориметрии (измерение количества теплоты), электронной сканирующей микроскопии и электронного парамагнитного резонанса. Ученые также выяснили, что контроль кристалличности помогает оптимизировать механическое (изменение прочности, удлинения и т.д.) и барьерное (изменение газопроницаемости, сорбции и т.д.) поведение данных материалов.

В будущем эти пленки могут использоваться для хранения разных типов продуктов и лекарств, а по окончании применения полностью биодеградировать, что позволит свести к минимуму ущерб наносимый окружающей среде. Период разложения пленок от месяца до года.