Исследование биоразлагаемых пленок физико-химическими методами анализа

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Исследование биоразлагаемых пленок физико-химическими методами анализа

Гузенко О.А., Кузнецов В.В.

Аннотация

Синтезированы биоразлагаемые пленки, модифицированные пищевыми кислотами и натуральными красителями с целью придания заранее заданных свойств. Полученные образцы пленок исследованы современными методами: инфракрасная спектроскопия применялась для исследования физико-химических и межмолекулярных взаимодействий рецептурных компонентов пленок.

Ключевые слова: биоразлагаемые пленки, пищевые кислоты, натуральные красители, инфракрасная спектроскопия, отходы пластика.

Abstract

Guzenko O.A., Kuznetsov V.V. Investigation of biodegradable films by physico-chemical analysis methods

Biodegradable films modified with food acids and natural dyes have been synthesized in order to impart predetermined properties. The obtainedfilm samples were studied by modern methods: infrared spectroscopy was used to study the physico-chemical and intermolecular interactions of the formulation components of the films.

Keywords: biodegradable films, food acids, natural dyes, infrared spectroscopy, plastic waste.

Загрязнение окружающей среды пластиковым мусором приобрело глобальные масштабы. Причиной таких загрязнений служит использование населением планеты в огромном количестве пластиковых упаковочных материалов, разложение которых занимает более ста лет. Решением данной проблемы может стать частичный переход на биоразлагаемые упаковочные материалы.

Биоразлагаемыми материалами называются такие материалы, которые способны к деструкции под воздействием солнечного света, воды, почвенных микроорганизмов, грибов. Разложение таких материалов в окружающей среде происходит намного быстрее, чем разложение пластиковых упаковочных материалов, и может составлять менее трех месяцев.

Нами были разработаны, по запатентованной технологии, образцы биоразлагаемых пленок, модифицированные пищевыми кислотами и натуральными красителями. Пищевые кислоты использовались в качестве сшивающих агентов. Предполагалось, что их внесение может повысить прочность пленок и придать однородность структуре. В качестве индикаторов использовались натуральные антоциановые красители, полученные из выжимок клюквы, черноплодной рябины, черной смородины. Они добавлялись к пленкам с целью придания им свойств индикации срока годности продуктов питания, которые будут помещены в пленки. Это становится возможным благодаря тому, что окраска природных антоциановых красителей зависит от рН среды [1]. И таким образом, пленки могут изменять свою окраску в результате порчи продуктов.

Полученные опытные образцы были исследованы современными физико-химическими методами, такими как инфракрасная спектроскопия.

Инфракрасная спектроскопия -- это метод исследования свойств, стерической и химической структур макромолекулярных объектов, который основан на способности взаимодействия вещества с полем электромагнитного излучения в инфракрасной области энергетического спектра (область с длинной волны X = 1 - 25 мкм) [2]. Для проведения анализа использовался ИК- спектрометр с преобразованием Фурье.

В ходе эксперимента, для получения образцов биоразлагаемых пленок, использовался метод литья. Метод изготовления пленок состоял из следующих этапов:

1. Желатинизация крахмальной суспензии в присутствии сшивающего агента, которым выступали пищевые кислоты (лимонная, ортофосфорная, адипиновая, щавелевая) в соотношении 1:3 (сшивающий агент: сухой крахмал).

2. Смешивание готового раствора крахмала с пластификатором, которым выступал глицерин, антоциановыми красителями и пленкообразователем - поливиниловым спиртом.

3. Сушка формовочной смеси для получения пленок при определенных условиях [3].

В результате эксперимента были получены следующие образцы пленок: спектроскопия модифицированный биоразлагаемый пленка

Образец №1 - Пленка, модифицированная лимонной кислотой,

Образец №2 - Пленка, модифицированная ортофосфорной кислотой,

Образец №3 - Пленка, модифицированная лимонной кислотой и соком черноплодной рябины,

Образец №4 - Пленка, модифицированная лимонной кислотой и соком клюквы,

Образец №5 - Пленка, модифицированная лимонной кислотой и соком черной смородины,

Образец №6 - Пленка, модифицированная адипиновой кислотой,

Образец №7 - Пленка, модифицированная щавелевой кислотой.

Изучение химической структуры полученных образцов проводилось на ИК-спектрометре. Спектры снимались без предварительной обработки.

ИК-спектры исследуемых образцов пленок представлены на рисунках 1-7.

Рисунок 1. ИК-спектр образца №1

Рисунок 2. ИК-спектр образца №2

Рисунок 3. ИК-спектр образца №3

Рисунок 4. ИК-спектр образца №4

Рисунок 5. ИК-спектр образца №5

Рисунок 6. ИК-спектр образца №6

Рисунок 7. ИК-спектр образца №7

В результате исследования были получены и проанализированы ИК- спектры образцов пленок. На всех спектрах присутствуют следующие полосы поглощения:

- полоса поглощения в области 3500-3100 см^-1, характеризующая валентные колебания гидроксильных групп,

- полоса поглощения области 3000-2800 см^-1, обусловленная валентными колебаниями С-Н от метильных и метиленовых групп,

- группа полос поглощения в области 1300-800 см^-1, характеризующая валентные колебания групп С-С, С-О.

Кроме того, благодаря данному исследованию, удалось подтвердить все предположения, касаемые модификации пленок различными пищевыми кислотами. Так на ИК-спектрах образцов, модифицированных лимонной кислотой, образуется полоса поглощения в области 1780-1700 см^-1, характеризующая валентные колебания карбоксильных групп. На ИК-спектре образца, модифицированного ортофосфорной кислотой, полосы поглощения в данной области не возникает, но образуется новая полоса в области 1700-1600 см^-1, которая характеризует межмолекулярную связь между крахмалом и водой.

Уменьшение интенсивности поглощения соответствует уменьшению взаимодействия химических групп.

Таким образом, в ходе работы были получены биоразлагаемые пленки, модифицированные пищевыми кислотами - лимонной, ортофосфорной, адипиновой, щавелевой, которые добавлялись для повышения прочности пленок, и натуральными красителями - соком черноплодной рябины, клюквы и черной смородины, которые добавлялись для придания пленкам свойств индикации кислотности среды.

Полученные пленки были всесторонне исследованы современными методами анализа, одним из которых был метод инфракрасной спектроскопии. С его помощью были исследованы физико-химические и межмолекулярные взаимодействия рецептурных компонентов пленок. Необходимо продолжить исследования влияния модификации ортофосфорной кислотой пленок из природных полисахаридов.

Список литературы

1. Пищевая химия / Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кoчеткoва А.А. и др. Под ред. А.П. Нечаев. - Спб.: ГИОРД, 2001. - 592 с;

2. Васильев В.П. Аналитическая химия. в 2 кн. Кн. 2. Физико-химические методы анализа: учеб. для химико-техн. спец. вузoв. 6-е изд. М.: Высш. шк., 2004. - 383 с;

3. Study on flеxiblе lаrgе-аrеа Poly (vinylidеnе fluoridе)-bаsеd piеzoеlеctric films prеpаrеd by еxtrusion-cаsting procеss for sеnsors аnd microаctuаtors // Mаtеriаls Chеmistry аnd Physics - 2021. - Vol. 275. - Р. 78-87

Размещено на Allbest.Ru