Біодеградуючі полімери

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Навчально-науковий інститут екологічної безпеки

Кафедра хімії і хімічної технології

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни ”Фізична хімія“

Тема: Біодеградуючі полімери

Виконав: Мєдвєдєв В.С.

Київ 2018

Реферат

Пояснювальна записка до курсової роботи: “ Біодеградуючі полімери ”: 24 с., 3 рис., 4 літературних джерела.

Об`єкт дослідження - біодеградуючі полімери

Мета роботи - дослідження шляхів вирішення проблеми забрудненості навколишнього середовища полімерними відходами.

Метод дослідження - літературний пошук.

Визначили основні типи біодеградуючих полімерних матеріалів. Навели їхні недоліки та переваги, а також основні методи дослідження на біодеградацію.

БІОДЕГРАДАЦІЯ, КОМПОЗИТИ, ПРИРОДНІ ПОЛІМЕРИ, ШАРУВАТІ СИЛІКАТИ, ВУГЛЕЦЕВІ НАНОТРУБКИ, БІОДЕСТРУКЦІЯ.

біополімер силікат грибостійкість центрифугування

Вступ

У зв'язку з погіршенням екологічної ситуації в світі разом з економічними проблемами промислового виробництва полімерних матеріалів стає питання їх безпечної утилізації. Вирішенням цієї проблеми може стати масове впровадження у виробництво полімерів, що будуть піддаватися біодеградації. Ці полімери повинні зберігати свої властивості лише під час експлуатації, а після використання повинні розкладатися на такі компоненти як вода, вуглекислий газ та гумус. Це можливо лише при наявності трьох основних факторів:

- Відповідних умов навколишнього середовища.

- Наявності мікроорганізмів, що селективно діють на полімер.

- Відповідна хімічна структура макромолекули полімеру.

Біодеградуючі полімери мають величезний економічний потенціал і в найближчому майбутньому можуть скласти конкуренцію традиційним полімерним матеріалам, але такі властивості як низька температура теплової деструкції, мала газопроникність та невисока в'язкість в розплаві заважають їхньому масовому впровадженні в промисловості. Такі полімери мають зберігають свої властивості практично незмінними протягом терміну експлуатації, а по його закінченню зазнавати прискорених фізико-хімічних перетворень в результаті дії навколишнього середовища. Утилізація біодеградуючих полімерних матеріалів не вимагає додаткових площ під звалища, продукти їх розкладання в ґрунті не роблять шкідливого впливу на навколишнє середовище. Біодеградуючі полімери активно впроваджуються в сучасне промислове виробництво і поступово захоплюють ринок полімерних упаковок.

Розділ 1. Загальні відомості про біодеградуючі полімери

1.1 Класифікація біодеградуючих полімерів

До біодеградуючих відносяться полімери, піддані мікробіологічному розпаду молекулярних ланцюжків, що веде до подальшої мінералізації. Для забезпечення биоразложения таких полімерів необхідний ряд умов, таких як певне значення рН, вологість, доступ кисню і присутність деяких металів. Біорозкладані полімери можуть бути отримані з природної сировини (кукурудзи, деревної целюлози та ін.) Або синтезовані бактеріями з низькомолекулярних речовин (масляна або валеріанова кислота), що дають полігідроксібутірат (ПГБ) і полігідроксівалерат (ПГВ). Також біорозкладні полімери можуть бути синтезовані з нафтопродуктів або змішаних джерел сировини, що включають і біомасу, і нафтопродукти. Найбільш поширеними здатні біологічно руйнуватися полімерами на основі нафтопродуктів є алифатический поліефір і аліфатичні-ароматичні сополімери ефіру. Останнім часом велика увага приваблюють біорозкладні полімери, одержувані відновленням з вторинних ресурсів (Полілактид (ПЛА)). Основною перевагою цих матеріалів є хороша екологічна сумісність джерела сировини в порівнянні з біологічно руйнуватися полімерами, повністю одержуваними з нафти, а також здатність підтримки ними балансу діоксиду вуглецю СО2 в процесі компостування [1].

1.2 Властивості біодеградуючих полімерів

За своїми основними властивостями більшість біоразлагающейся полімерів не поступаються багатьом пластиків на основі нафтопродуктів. Крім того, ці матеріали добре біоразложіми і незабаром можуть скласти конкуренцію традиційним пластиків. Біорозкладані полімери мають великий комерційний потенціал, однак деякі їх властивості, такі як крихкість, низька температура теплової деструкції, низька газонепроникність, низька в'язкість в розплаві при подальшій переробці і т. Д. Обмежують можливість їх використання у багатьох областях. Модифікація біоразлагающейся полімерів за допомогою інноваційних технологій є важливою проблемою матеріалознавства. Ефективним способом улутппенія вищезазначених властивостей є посилення звичайних полімерів наночастинками (отримання нанокомпозитів) [2]. Отже, перспективною технологією майбутнього є розробка і отримання біоразлагающейся полімерних нанокомпозитів( «зелених» нанокомпозитів) [3].

Розділ 2. Виробництво біодеградуючих полімерів

Вирішенням проблеми екологічного забруднення середовища посилено займаються з 90 - х років 20 ст. Найбільш цікавими є розробки фірми BASF, що в 1995 році освоїла випуск біодеградуючого пластика Ecofeek F на основі поліефіру, отриманого конденсацією аліфатичних діолів і органічних дикарбонових кислот. Даний матеріал використовується для отримання пакувальних пінопластів. На основі поліефіраміду фірма BAYER AG, починаючи з другої половини 90-х років минулого століття, випускає біодеградуючі, в аеробних умовах, термопласти ВАК ? 1095 і ВАК ? 2195. Мішки з ВАК ? 1095, що застосовуються в якості волого та атмосферостійкої упаковки в компості, що при відповідному зволоженні розкладаються за 10 діб на біомасу, діоксид вуглецю і воду. Аліфатичні поліефіраміди ВАК ? 2195 рекомендується для виготовлення ваз і кошиків для квітів, одноразового посуду, предметів гігієни.

Поліефірну плівку зі структурою, аналогічну полібутиленсукцінату, і властивостями, близькими до властивостей плівок з поліетилену або поліпропілену, розробила корейська компанія Sun Kyong Ind. Холодильні камери марки Skyprene з матеріалу зазначеного складу розкладається протягом 60 діб в грунті, прісній або морській воді.

Перший в світі біорозкладаний полімер Biopol був отриманий в 1995 р на фірмі Zeneca Bioproducts PLC (Великобританія) на основі 3-гідроксимасляної і 3-гідроксівалеріанової кислот в процесі ферментації полісахаридів під дією бактерії Alcaligenes eutrophys.

Biopol ? термопласт, який легко переробляється видуванням, екструзією і іншими традиційними методами. Вироби з цього полімеру всього за кілька тижнів розкладаються мікроорганізмами ґрунту з утворенням і [1].

Розділ 3. Класифікація біодеградуючих полімерів

3.1 Природні біодеградуючі полімери

В останні роки в усьому світі все активніше розвивається напрямок отримання біополімерів на основі легко відновлюваної рослинної і тваринної сировини. Головними сировинними джерелами для виробництва виробів з полімерів, здатних до біодеградації в природі, є молочна кислота, хітин, хітозан, похідні целюлози, крохмалю та ін. Під впливом мікроорганізмів, води і ґрунту ці полімери розкладаються головним чином на вуглекислий газ і воду.

Однією з найважливіших переваг застосування біополімерів є можливість використання в якості сировини постійно відтворюваних в природі речовин і продуктів, на відміну від нафти, вугілля і газу, які мають обмежені запаси в природі.

Найпоширенішими природними полімерами є високомолекулярні вуглеводів, що побудовані із залишків моносахаридів і не містять ніяких компонентів невуглеводневого характеру. Їх загальна назва ? полісахариди. Вони широко поширені у тваринному світі, в рослинах і мікроорганізмах. Їх загальна формула: .

Не менш поширеним і важливим біодеградуючим полімером є хітин, що наведений на рис. 1:

Рис. 1. Хітин

В якості замісника у другого вуглецевого атома елементарної ланки має не гідроксильну, а ацетамідну групу. При цьому макромолекули природного хітину зазвичай містять невелику кількість аміногруп. Вміст кристалічних областей в хітині досить велика і складає в залежності від походження і способу виділення 60 - 85 %. При цьому фіксація взаємного розташування макромолекул хітину забезпечується системою внутрішніх і міжмолекулярних водневих зв'язків.

Транс розташування в елементарному ланці макромолекули хітину замісників (ацетамідної і гідроксильної груп) обумовлює значну гідролітичну стійкість ацетамідних груп, в тому числі й в умовах лужного гідролізу. Тому відщеплення ацетамідних груп вдається здійснити лише в порівняно жорстких умовах, а саме при обробці 40 - 49 % водним розчином при температурі 110 - 140 . Однак і в цих умовах ступінь дезацетилювання (частка відщеплених ацетамідних груп в розрахунку на одну елементарну ланку) не досягає одиниці.

Наявні дані свідчать про те, що виділений з панцирів ракоподібних хітин є високомолекулярний полімер з молекулярною масою 2 - 2,5 млн (ступінь полімеризації 10-14 тис.).

При дезацетилюванні хітину утворюється його найпростіша похідна хітозан. Реакція наведена на рис. 2:

Рис. 2 Реакція дезацетилювання хітину

Реакція дезацетилювання супроводжується одночасним розривом глікозидних зв'язків полімеру. Таким чином, хітозан представляє собою лінійний полідисперсний за молекулярною масою полімер D ? глюкозаміну, що містить 5 ? 15% ацетамідних груп, а також до 1% груп, з'єднаних з амінокислотами і пептидами.

Хітозан здатен зв'язувати вуглеводні жири і жиророзчинні сполуки за рахунок гідрофобних взаємодій. Саме через це він використовується як універсальний сорбент, що здатним зв'язувати величезний спектр речовин органічної та неорганічної природи, що визначає найширші можливості його застосування в промисловості та життєдіяльності людини [3].

3.2 Синтетичні біодеградуючі полімери

Найбільш ефективним і економічно вигідним є створення біодеградуючих полімерів на основі синтетичних високомолекулярних сполук. Це забезпечується за рахунок змішання синтетичних і природних полімерів, здатних до біодеградації, оскільки цей метод дозволяє утилізувати такі великотоннажні промислові полімери, як поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, поліетилентерафталат та поліамід.

Синтетичні полімери мають високі механічні і термічні характеристиками, але стійкі до дії мікроорганізмів і не здатні до деструкції, в той час як природні полісахариди, хоча і є біодеградіруемимі, мають погані механічні параметри. Отримання сумішей на їх основі є простим і недорогим методом модифікації вихідних полімерів, що дозволяє максимально повно використовувати властивості кожного з компонентів. Так, пакувальні матеріали для харчових та інших видів продуктів повинні не тільки легко знищуватися після їх використання, а й бути стабільними за властивостями при експлуатації, тому виникає необхідність використання сумішей полімерів, в яких один компонент був би синтетичним, а інший природним. Останній повинен забезпечувати як швидку біодеградацію, так і належні експлуатаційні властивості.

Пріоритетним напрямком отримання бідеградуючих синтетичних пластиків в даний час є синтез відповідних поліефірів і поліефірамідів. Наприклад, деградуючий сополіефір отримують на основі аліфатичних діолів і органічних дикарбонових кислот. Їх схильність до біодеградації залежить від кількості терефталевої кислоти в поліефірі. Такі поліефіри зберігають біорозчинність і мають при цьому фізико-механічними властивості, що забезпечують практичне використання полімеру. Синтетичні полімери можуть містити такі наповнювачі, як целюлозу, деревне борошно, крохмаль і інші біодеградуючі полімерні компоненти, що додають матеріалу жорсткість і міцності.

В останні роки активно розвивається біодеградуючі композиції, що містять в своєму складі як поліефір ? поліамідні, так і уретанові, карбонатні групи і особливо фрагменти гідроксикарбонових кислот, що дозволяє отримувати на їх основі широку гаму виробів, що володіють високими фізико-механічним властивостями і прийнятною ціною [3].

3.3 Композиційні біодеградуючі матеріали

Композиційні біодеградуючі матеріали являють собою полімер зі спеціальними добавками, які або самі можуть піддаватися біодеградації, або сприяють руйнуванню полімеру під дією води, світла і тепла.

Один з найбільш широко застосовуваних способів створення біодеградуючих матеріалів - це надання біологічної сумісності синтетичних полімерів за рахунок введення в полімерну композицію різних наповнювачів. При цьому пріоритетне значення має співвідношення компонентів, що забезпечують біодеградацію системи. У біодеградуючих композиціях, що складаються з синтетичних і природних полімерів, в якості останнього зазвичай застосовують крохмаль, а в останні роки і хітозан, що є продуктом лужного гідролізу природного азотовмісного полісахариду ? хітину.

Синтетичний полімер в складі біодеградуючих композиційних матеріалів визначає основні експлуатаційні властивості матеріалу, а природний полімер ? здатність цього матеріалу до біодеградації при компостуванні в ґрунті або водному середовищі. Зазвичай при створенні біодеградуючих композицій в якості модифікатора або наповнювача вводять 20-30 мас. % природного полімеру.

Найбільш перспективні розробки, спрямовані на поліпшення ряду властивостей біодеградуючих полімерів, полягають у створенні композиційних матеріалів, до складу яких входять неорганічні або природні наповнювачі. При розробці цих матеріалів особливу увагу слід звертати на такі їх властивості: термічна стабільність, газонепроникність, міцність, низька в'язкість при плавленні і низькі показники біодеструкції.

Перспективним напрямком при розробці екологічно чистих «зелених» композитів є використання нанорозмірних прискорювачів розкладання. Таким чином, потрібна розробка нового виду композитів, в яких в якості армуючого матеріалу виступають частинки, що мають нанометрові розміри. Цей тип матеріалів отримав назву «нанокомпозити». Одним з факторів ефективності використання нанокомпозитів є велика питома поверхня наповнювача (на нанорівні) навіть при його низькій концентрації (менше 5%), що досягається за рахунок співвідношення лінійних розмірів і великої площі ефективної поверхні наночастинок. Аналогічний ефект може бути отриманий при 40-50% - му вмісті традиційних наповнювачів в схожих за властивостями звичайних композитах. В даний час існує безліч типів нанонаповнювачів. Однак найбільш перспективними є нанокомпозити, які використовують в якості армуючої фази силікатні глинисті мінерали. Основними перевагами цих матеріалів є їх доступність, низька вартість і, що не менш важливо, екологічна сумісність [1].

Розділ 4. Технологія отримання композиційних біодеградуючих матеріалів

На сьогоднішній день науково доведено здатність неорганічних наночастинок виступати в якості добавок, що покращують характеристики полімерів. Найбільш відомими є такі нанонаповнювачів:

- наноглина (шаруваті силікати);

- целюлозні ниткоподібні нанокристали;

- ультратонкий шаруватий титан і вуглецеві нанотрубки.

З усіх нових наноматеріалів найбільш перспективними є вуглецеві нанотрубки. Полімерні композити на основі вуглецевих нанотрубок мають високі механічні, термічні і електричні характеристики.

Особливий інтерес представляють полімерні нанокомпозити на основі органічно модифікованих шаруватих силікатів (ОМШС), оскільки вони демонструють значне збільшення, порівняно зі звичайним полімером, широкого спектра фізичних властивостей (стійкість до проникності різних рідких середовищ, газонепроникність, вогнестійкість, термічна екологічна стабільність, насичення розчинником і високий ступінь біодеградації).

Покращення властивостей досягаються при вмісті силікату в розмірі ? 5 %, що значно менше традиційно використовуваних наповнювачів. Тому нанокомпозити полімер / ОМШС значно легші, ніж традиційні композити, що дає їм перевагу перед іншими матеріалами для використання в певних областях. Крім того, малі розміри частинок дають можливість створювати системи, що повністю складаються з взаємодіючих поверхонь, вивчати структуру і динаміку пов'язаних і посилених молекулярних ланцюжків, використовуючи звичні методи дослідження матеріалу, такі як колориметрія, реологічні тести, ядерно-магнітний резонанс ( ЯМР) і різні види спектроскопії.

Основна причина поліпшення властивостей нанокомпозитів полягає в рівномірному розподілі наповнювача на нанометровому рівні і взаємодії між полімерною матрицею і органічно модифікованим шаруватим силікатом (ОМШС), що відрізняють їх від звичайних композитів. Шаруваті силікати мають товщину шару близько 1 нм і дуже високе співвідношення лінійних розмірів (а саме 10 ? 1000). Таким чином, невеликий вміст ОМШС, добре диспергированного в полімерній матриці, створює значно більшу площу поверхні для взаємодії полімеру з наповнювачем, ніж традиційні композити. На основі різних механізмів взаємодії між полімером і ОМШС можна виділити два структурно розрізних типу одержуваних нанокомпозитів:

- інтеркалювання нанокомпозиту, в яких впровадження полімерних ланцюжків в структуру шаруватого силікату відбувається в кристалографічних регулярному порядку, незалежно від співвідношень між полімером і ОМШС, з повторюваним інтервалом в декілька нанометрів;

- розшарування нанокомпозиту, в яких окремі силікатні шари розташовуються в полімерній матриці на середній відстані один від одного, повністю залежить від вмісту ОМШС.

Рис. 4.1. Структура шаруватого силікату з прикладами двох різних типів нанокомпозитів на основі полімеру та шаруватого силікару

Одним з найефективніших методів приготування полімерних нанокомпозитів на основі шаруватого силікату є інтеркаляція полімеру в силікатні галереї. В цілому, інтеркаляція полімерних ланцюжків в силікатні галереї проводиться в рамках трьох наступних підходів:

1. Введення відповідних мономерів в силікатні галереї з подальшою полімеризацією. При такому підході шаруватий силікат набухає в рідкому мономері або розчині мономеру. Утворення полімеру відбувається між інтеркальованими шарами. Полімеризація може бути ініційована нагріванням, випромінюванням, дифузією відповідного ініціюючого речовини або органічного ініціатора або каталізатора, введеного шляхом катіонного обміну в міжшаровий простір заздалегідь, перед етапом набухання.

2. Безпосереднє введення полімерних ланцюжків в силікатні галереї з розчину. Цей підхід заснований на використанні загальної системи розчинення, що підходить як для розчинення полімеру так і для набухання силікатних шарів. Спочатку шаруватий силікат набухає в розчиннику (наприклад, хлороформі). Після змішування розчинів полімеру і шаруватого силікату полімерні ланцюжки інтеркалюются в міжшарове простір силікату, заміщаючи розчинник. Після видалення розчинника залишається інтеркалірованних структура, що є нанокомпозитом. При цьому методі протікають наступні термодинамічні процеси. Для процесу, при якому полімер витісняє попередньо інтеркальований в галереї розчинник, потрібна зміна вільної енергії Гіббса. Провідним чинником інтеркаляцїї полімеру в шаруватий силікат з розчину виступає ентропія, причиною якої є десорбція молекул розчинника, що компенсує зниження ентропії пов'язаних інтеркальованих полімерних ланцюжків. При такому підході інтеркаляція відбувається тільки в разі певних пар полімер / розчинник. Цей метод ефективний для інтеркаляції полімерів з низькою або з нейтральною полярністю в шаруваті структури і зручний для виробництва тонких плівок з орієнтованими вздовж полімерних ланцюжків (і поверхні плівки) інтеркалірованних шарами глини. При використанні в промисловості цей метод вимагає великих обсягів органічних розчинників, які зазвичай екологічно шкідливі і економічно невигідні.

3. Інтеркаляція в розплаві є стандартним методом отримання полімерних нанокомпозитів на основі шаруватих силікатів. Цей метод найбільш зручний для застосування в сучасній промисловості. В процесі інтеркаляції полімеру з розчину необхідна десорбція щодо великої кількості молекул розчинника з силікату і полімерної матриці, щоб проникаючі в міжшаровий простір полімерні ланцюжки могли розташуватися в ньому належним чином. Десорбовані молекули розчинника отримують одну ступінь свободи, і подальше зростання ентропії компенсує зниження конформаційної ентропії пов'язаних полімерних ланцюжків. Таким чином, у інтеркаляції в розплаві є багато переваг перед інтеркаляцією в розчині. Наприклад, пряма інтеркаляція в розплаві дозволять синтезувати полімерні гібриди з недосяжними раніше властивостями. Крім того, відсутність розчинника, з точки зору кількості і якості відходів, робить безпосередню інтеркаляцію в розплаві екологічно перспективним і економічно привабливим методом виробництва полімерно ? силікатних нанокомпозитів.

Цей процес включає прожарювання суміші полімеру і органічно модифікованого шаруватого силікату при температурі вище температури розм'якшення полімеру, статично або з механічним зрушенням. При прокашіваніі полімерні ланцюжки дифундують з масиву розплаву полімеру в галереї між силікатними шарами. Залежно від ступеня проникнення полімерних ланцюжків в силікатні галереї може бути отриманий цілий спектр нанокомпозитів з різною структурою (від інтеркалірованних до розшарованих).

Ступінь інтеркаляції полімеру сильно залежить від функціональних властивостей силікату і якості структурних взаємодій, що залежать від природи полімеру і глини. Сучасні автори відзначають, що, по - перше, для формування нанокомпозиту необхідна оптимальна міжшарова структура ОМШС, яка залежить також від концентрації і розміру ланцюжків поверхневого модифікатора. А по - друге, інтеркаляція полімеру залежить від наявності полярних взаємодій між органічно модифікованим шаруватим силікатом і полімерною матрицею.

Незважаючи на те що внаслідок зв'язування розплавленого полімеру в результаті формування нанокомпозиту відбувається зниження ентропії, це є допустимим, оскільки відбувається також її зростання, пов'язане з поділом силікатних шарів, завдяки чому загальна зміна ентропії близько до нуля [1].

Розділ 5. Методи оцінки біодеградації

5.1 Дослідження на грибостійкість

Полімерні зразки заражають водною суспензією спор грибів і витримують в умовах, оптимальних для їх розвитку. Грибостійкість кількісно характеризують за візуальними ознаками розвитку грибів на поверхні зразків через заданий проміжок часу. З використанням шестибальної шкали і порівняльної таблиці роблять висновок про властивості матеріалу:

- стійкий до дії мікроскопічних грибів;

- містить поживні речовини в кількості, що забезпечує їх розвиток;

- провокує інтенсивний ріст грибів.

До недоліків методу відносяться його тривалість (час інкубування до 30 діб) та експериментальні труднощі виявлення біомаси на початкових стадіях росту грибів, коли її кількість на поверхі зразків досягає лише кількох міліграмів на сантиметр квадратний. Грибостійкість полімерних матеріалів зручно оцінювати за кількісним показником:

,

де і - тривалість розвитку спор до моменту появи стадії розгалуження на досліджуваному і контрольному (схильному до біодеструкції) зразках відповідно. Коефіцієнт K може змінюватися в межах від нуля до одиниці. Чим він вищий, тим сильніше виражена здатність тестового матеріалу до біодеструкції.

5.2 Компостування

Цей метод регламентуються рядом стандартів, зокрема німецькими стандартами D 5338-98el, D 5509-96, D 5988-96. Компост є надзвичайно активним біологічним середовищем, він зазвичай містить більше 2000 видів бактерій і не менше 50 видів грибів.

Суть методу полягає в експозиції зразків біодеградуючих полімерів (БДМ) в компості, отриманому з муніципальних твердих відходів, і реєстрації кількості виділеного. Поряд з цим вивчають вплив продуктів деградації БДМ на цінність і якість компосту (стандарт D 6400-99el). Групою з розробки пластмас (Plastics Project Group), що входила до складу Міжнародної асоціації по дослідженню процесів бідеградації - IBRG (International Biodeterioration Research Group), розроблений стандарт ІСО 846, згідно з яким зразки БДМ піддають вибірковій дії певних штамів бактерій і грибів або мікробіологічно активного ґрунту при певних умовах. Після заданого часу експозиції оцінюють ступінь мікробіологічного пошкодження зразків (візуально, за 5-бальною системою), а також відносну зміну їх маси або інших фізичних властивостей.

Зазначений стандарт включає методичні положення стандартів ІСО 291, МЕК 68-2-10. Метод застосуємо для непористих виробів з пластмас з рівною поверхнею.

5.3 Метод відриву при центрифугуванні

Біородеградація розпочинається з адгезійного закріплення на поверхні біодеградуючого полімерного матеріалу мікробних клітин, які виділяють екзоферменти, що руйнують матеріал. Кількісні параметри адгезії клітин мікроорганізмів на полімері є визначальними для прогнозування швидкості біодеградації та біодеструкції. Таким параметром є сила адгезії, яку вимірюють методом відриву при центрифугуванні. Суспензію клітин мікроорганізмів наносять на поверхню полімерної плівки та інкубують протягом заданого часу. Потім зразки плівок закріплюють на металічних пластинах і центрифугують поле наростаючих центробіжних сил, що діють перпендикулярно до поверхні плівки. Під мікроскопом вважають кількість клітин, що відірвалися від плівкових зразків і перейшли в обсяг центрифужної склянки, заповненої дистильованою водою. Незважаючи на високу швидкість отримання результатів, підготовка експериментів та обчислення досить трудомісткі.

5.4 Біоіндикаторні та спектральні аналізи

Біолюмінесцентний метод заснований на визначенні біомаси з використанням індикаторної ферментативної хемілюмінесцентний реакції люциферин - люциферазної системи світляків. Інтенсивність світіння індикатора прямо пропорційна концентрації динатрієвої солі аденозинтрифосфату (АТР) в досліджуваному прозразку. У свою чергу, концентрація АТР симбатна кількості живих клітин: вміст АТР у всіх типах клітин приблизно однаковий і становить 1 ? 10 сухої маси. Кінетичні параметри зростання мікроорганізмів на поверхні полімерного зразку, що характеризують його біостійкість, визначають по вимірюванні в часі поверхневої концентрації АТР. З біомаси, що утворилася на зразку готують екстракт і вимірюють інтенсивність його люмінесценції в присутності індикатора [3].

Висновки

У зв'язку з забрудненням навколишнього середовища полімерними відходами гостро постає питання їхньої утилізації та виробництва екологічно безпечних полімерів, що могли б піддаватися мінералізації при компостуванні в ґрунті. Сьогодні цим питанням займаються провідні виробники полімерів такі як Bayer AG, BASF та Sun Kyong Ind.

Широкий сегмент представлених на ринку полімерів умовно можна поділити на 3 основних типи: природні полімери, синтетичні пластики та біодеградуючі композити.

Природні полімери володіють високим ступенем спорідненості з навколишнім середовищем і мають відновлювані запаси вихідної сировина. Для виробництва таких полімерів використовують деревну целюлозу, кукурудзяний крохма та хітиновмісні тканини тваринного походження. Однак таку полімери володіють суттєвим недоліком - вони мають низькі фізико - хімічні та експлуатаційні характеристики.

Синтетичні пластики мають хороші фізико - хімічні характеристики, але на відміну від природних полімерів, погано розкладаються в природних умовах. Сировиною для їхнього виробництва слугують нафтопродукти, запас яких з кожним роком стає все меншим.

Найбільш перспективним є створення біодеградуючих композитів, що володітимуть високим ступенем біодеградації та оптимальними експлуатаційними характеристиками. Для забезпечення такого ефекту в якості наповнювача використовують полімер, зокрекма й природного походження, а в якості армуючої фази найбільш перспективим є використання вуглецевих нанотрубок та шаруватих силікатів, товщина шару яких не досягає 20 нм. Такі матеріали отримали назву нанокомпозити і при вмісті армуючого компоненту в розмірі 3 - 5 % забезпечують оптимальні експлуатаційні характеристики.

Список використаної літератури

1. Yiu-Wing Mai. Polymer nanocomposites/ Zhong-Zhen Yu// Woodhead Publishing Limited All Rights Reserved. 2006 р. ? 688 c.

2. А.Г. Азизов. Биоразлагаемые синтетические полимеры (обзор)/ М.Д. Ибрагимов, Л.И. Алиев// Химия в интересах устойчивого развития 20. 2012 р. 385 ? 393ст.

3. Ф. Ш. Вильданов. Биоразлагаемые полимеры - современное состояние и перспективы использования/ Башкирский химический журнал// Ф.Н. Латыпова, П.А. Красуцкий, Р.Р. Чанышев. Том 19, №1. 2012 р.

4. Е.Н. Подденжный. Прогресс в получении биоразлонаемых композиционных материалов на основе крахмала (обзор) / А.А. Бойко, А.А. Алексеенко, Н.Е. Дробышевская, О.В. Урецкая// Вестник ГГТУ им.П.О. Сухого. №2, 2015 р.

Размещено на Allbest.ru