29 Авг

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В ИНДУСТРИИ ТУРИЗМА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛЁНОК НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Формирования устойчивого туризма предполагает создания условий сохранения окружающей среды, в том числе и минимизации техногенного влияния человека на природу [10, 12]. Ничто не снижает впечатление от посещения местности,  как неряшливый вид территории с мусором и отходами. На свалке мусора отдыха не бывает. Поэтому отсутствие отходов и их экологически чистая утилизация актуальна, особенно с реализации решений оразвитии туризма в России [1] [11, 12].

Многие региональные и местные администрации ставят одной из первоочередных задачу обеспечения чистоты и экологической сохранности своих территорий[2].

Любое воздействие на природу в условиях экотуризма должно быть осознанным, «экологически мягким» и безопасным для окружающей среды [15].

Одним из главных источников загрязнения является отходы по упаковке продуктов и товаров бытового назначения.

В индустрии туризма нашли широкое применение упаковки с использованием полимеров на основе полипропилена: от упаковки товаров и продуктов до упаковки  снаряжения, оборудования и материалов. Не все из этих упаковок не только экологически небезопасны, но и сложны в утилизации. Учитывая, что индустрия туризма предполагает свое интенсивное развитие, то возникает минимизации доли отходов, в том числе и утилизации упаковок, от ее деятельности. Правила использования подобных пленок в деятельности предприятий индустрии туризма должны учитывать условия, в которых данные материалы оказываются, что требует квалифицированного подхода, как применению, использованию, так и их утилизации.

Наиболее распространенными упаковочными материалами являются фасовочные пакеты, пакет «майка», пакет с вырубной ручкой, мусорные пакеты. В состав таких материалов входит плёнки, созданные на основе полипропилена. Доля отходов полимеров на основе полипропилена составляет 8 % от общего числа отходов полимерных материалов. Поэтому задача снижения отходов от использования таких упаковок стоит наиболее остро. Основная проблема состоит в том, что синтетические полимеры, в частности, полипропилен наиболее устойчивы к биоразложению и к физико-химическому разложению.

Использования плёнок на основе природных полимеров приведёт к низкому сроку службы данного материала.  Цель последних разработок в области создания биоразлагаемых полимеров состоит в том, чтобы установить общие закономерности в подборе компонентов и технологических параметров при изготовлении материалов, способных к биоразложению и сочетающих высокий уровень эксплуатационных характеристик.  Так как доля отходов на основе полипропилена значительна, перспективно придание биоразлагаемости полипропиленовым материалам для улучшения экологической обстановки. Оптимальное решение будет создание саморазрушающихся материалов, сохраняющих свои эксплуатационные свойства во время использования и разрушаемые в почве под действиеммикроорганизмов при их захоронении.

Целью данной статьи является поиск решения — полипропилен, с каким наполнителем, и с какими добавками будет лучше подвергаться биоразложению. Задачей такого исследования является анализ существующих добавок и наполнителей на основе ПП пленок.

Основными полимерными материалами являются полиэтилен и полипропилен. Они схожи по строению, однако, отличаются по свойствам. Температура плавления полипропилена значительно выше, чем у полиэтилена, и составляет  160-172оС

Благодаря такой особенности полипропилена (ПП) число возможных органических наполнителей резко ограничивается. Связано это  с тем, что температура смешивания полимера с наполнителями должна быть  30-40 оС выше температуры плавления полимера. Когда температура возрастает до 200  оС и выше большинство природных наполнителей подвергается термодеструкции.

Следующая особенность в строении ПП также обеспечивает ему более интенсивную деструкцию в отличии от ПЭ. Это наличие  третичного атома углерода. Поэтому он более подвержен окислительной  и  у/ф деструкции. Подвергаясь окислительной деструкции, ПП медленно распадается под действием окислительных ферментов в присутствии кислорода. В результате  у ПП снижаются механические характеристики ( разрывная нагрузка и относительное удлинение) , происходит образование трещин, а затем фрагментация, на ИК-спектре появляется полоса С=О.

Полипропилен стоек по отношению к микроорганизмам.  Биологическая деструкция полипропилена происходит на его поверхности, поскольку окислительные ферменты не могут проникнуть внутрь образца, при этом поверхностные разрывы связей не приводят к значительному снижению его молекулярной массы [1,с.4-11].

Существует несколько вариантов добавок. Первая группа — это совместители, они улучшают адгезию полимера и наполнителя (компатибилизатор) вводят в композицию для улучшения механических и технологических характеристик материалов. Вторая группа — оксоактиваторы — вещества, иницирующие радикальные реакции деструкции в присутствии    кислорода. И ,наконец, третья группа- фотоактиваторы- вещества, иницирующие радикальные реакции деструкции при облучении светом у/ф или видимого спектра.

Лучшими свойствами обладают композиции полимера с неорганическими наполнителями при добавлении стеарата цинка или свинца, при этом важно, чтобы температура плавления совместителя была ниже аналогичного показателя полимера матрицы [2].

При использовании органического наполнителя обычно применяют специально синтезированные компатибилизаторы, которые чаще всего содержат малеиновый ангидрид, совмещенный со структурой определенных полимеров. Так, например, торговой маркой Polybond американской компанией Chemtura промышленно производятся совместители на основе малеинового ангидрида с полипропиленом (Polybond 3000,3002,3150). Аналогичный продукт также серийно производится в Германии, Японии, Индии и других странах.

В настоящее время специально создаются добавки к полимерам (D2W, TDPA), способствующие быстрому разрушению в присутствии кислорода. С помощью критических кривых окисления можно судить о деструкции материалов в условиях окружающей среды. Как правило, эксперименты по термическому окислению полимерных материалов проводят при двух температурных режимах, ниже и выше температуры плавления полимера. В зависимости от наполнителя, скорость окисления композиционных материалов может быть, как выше, так и ниже скорости окисления чистого полимера. В некоторых случаях этот эффект объясняли химическим составом наполнителей, в других работах учитывали структуру межфазного слоя.

Важно отметить, что при введении в композицию третьего компонента (компатибилизатора) механические характеристики улучшаются. Были проведены исследования, при которых было выяснено, что прочность при разрыве повысилась на 60% при введении малеинизированного полипропилена в композицию полипропилена и древесной муки [3, с.365-379].

Помимо специально созданных добавок к полимерам, так же имеет значение какой был использован наполнитель для придания биоразлагаемости полимерам. Такие наполнители служат источником питания для бактерий и грибов. Определенная трудность возникает во время хранения и эксплуатации подобных композиций. Они начинают подвергаться внешним воздействиям. Полимеры, подвергаемые разложению, должны удовлетворять определенным требованиям. Так, в частности, полимерная цепь должна содержать химические фрагменты, подвергаемые гидролизу или окислению. Механическое разрушение происходит за счет разрастания гиф мицелия гриба. Грибница плесени может использовать для своего роста очень тонкие трещины и поры материала, образующиеся на стыке между самой пластмассой и частицами компонентов.

В процессе жизнедеятельности на полимерных материалах плесневые грибы и бактерии способны выделять огромное количество самых разнообразных метаболитов.

Процесс разложения органических веществ в почве осуществляется путем последовательных реакций с участием различных групп микро-организмов. ГрибыродаPenicillium, aspergillusибактерииBaccilusmycoides, Bacillus megaterium. Их объединяет одно общее свойство — способность выделять ферменты, без которых в природе не создаётся и не разрушается ни одно вещество.

Основным наполнителем служит древесная мука. Древесная мука является более эффективной добавкой к составу упаковки для придания биоразлагаемых свойств, чем целлюлоза. Наиболее эффективных фактор, придающий биоразлагаемые свойства изучаемым композиционным материалам, относится нарушение химической структуры за счёт статического разрушения этиленовых звеньев полипропиленовой цепи и введение в качестве наполнителя древесной муки. Приведенные исследования показали возможность регулирования скорости биодеструкции композиционных материалов не только типом и количеством добавки, но и подбором полимерной матрицы. Показано, что статистическое введение этиленовых звеньев в полипропилен и использование в качестве наполнителя древесной муки способствует ускорению фрагментации образцов в почве. Композиционный материал на основе синтетического полимера, имеющий наиболее разноупорядочную надмолекулярную структуру, обладает максимальной скоростью биодеструкции [4, с. 106].

Далее будут приведены основные рецептуры для получения полимерных композиционных биоразлагаемых материалов.

Например, Германией производится композиционный материал, в котором присутствует 48,8% полипропилена, 48,8 % древесной муки в качестве наполнителя и добавка, активирующая биоразложение малеиновой ангидрид с полипропиленом, обозначается, как МПП [3, с.365].  Композиционный материал на основе полипропилена, произведенный в Японии, включают другое соотношение этих же материалов (ПП-48%, древесная мука-50%, МПП-2%) [5,с. 553]. В США производится материал на основе ПП с наполнителем просо или джут (40-70%) [6], без использования добавки. Также и в Словакии — ПП (96%), лигнин — 4% [7,с.669].  В нашей стране создан композиционный материал на основе полипропилена (ПП-70-90 %) и древесная мука с целлюлозой (10-30%) [8,с.56-59].

В настоящее время экономически востребованными на мировом рынке являются композиционные биоразлагаемые материалы, состоящие из синтетических полимеров и лигноцеллюлозных наполнителей. Для улучшения сцепления разнородных поверхностей между синтетическим полимером и лигноцеллюлозным наполнителем используют специальные совместители (компатабилизаторы), которые промышленно производятся за рубежом, но отсутствуют в России.

Ранее было рассмотрено использование компатабилизаторов в производстве композиционных материалов на основе ПП в Германии и Японии.

Не менее значимым фактором, оказывающим влияние на биодеградацию, является надмолекулярная структура синтетических полимеров. Изучение надмолекулярной структуры проводили с помощью метода малоуглового рассеяния поляризованного света, который является наиболее чувствительным для оптически анизотропных структур микронных размеров [14].

Компактное расположение структурных фрагментов частично- кристаллических и кристаллических полимеров ограничивает их набухание в воде и препятствует проникновению ферментов в полимерную матрицу. Это затрудняет воздействие ферментов не только на главную углеродную цепь полимера, но и на биоразрушаемые части цепи. Аморфная часть полимера всегда менее устойчива к биодеструкции, чем кристаллическая [9].

Таким образом, можно сделать вывод, что для создания биоразлагаемых материалов на основе ПП, следует использовать древесную муку, надмолекулярная структура должна быть аморфной или разноупорядочной, в качестве добавки можно применять малеиновый ангидрид. Данный вид пленки может быть использован производителями продуктов и товаров для индустрии туризма в качестве упаковочных материалов.  Это позволит при использовании данной пленки в упаковках уменьшить негативное влияния отходов на окружающую среду, сократить загрязнения территорий и сделать их художественно-эстетичными для гостей и жителей регионов.

Литература.

  1. Gumargalieva K.Z.,Zaikov G.E. Biodegradation of polymeric materials generalized kinetic data/1995/Volume 48/page:411
  2. Марков А.В. Технология ориентирования многокомпонентных плёнок, дис. ; М. 2006
  3. 54- Bledzki A.K., Faruk O. Wood fiber reinforced polypropilen composites: effect of fibre geometry and coupling on physico-mechanical properties// Applied Composite Materials.2003.№ 10 Р. : 365-379.
  4. Луканина Ю.К. Роль химической структуры полипропиленов в биодеградации их композиций с целлюлозосодержащими материалами : диссертация кандидата химических наук : 02.00.04, 02.00.06 / Луканина Юлия Константиновна; [Место защиты: Ин-т биохим. физики им. Н.М. ЭмануэляРАН].- Москва, 2011.- 106 с.: ил. РГБОД, 61 11-2/309
  5. Tajvidi M, Takemura A. Recycled natural fiber polypropylene composites: water absorption/desorption kinetics and dimensional stability//Journal of Polymers and the Environment.2010.№ 4 Vol.98. P. : 553-558
  6. Zou I. Xu H. Yang Lightweightpolypropilene composites reinforced by long switchgrass stems. Journal of Polymers and the Environment,2010,№ 4
  7. Mikulasova A., Kosikova B. Biodegradability of lignin polypropilene composite films//Folia Microbiologica.1999. № 6 Vol. 44. P: 669-682.
  8. Луканина Ю. К. Влияние структурной полимерной матрицы на развитие микромицетов на смесевых композициях полиолефинов с целлюлозой. / Пластические массы. 2010. № 11 . Стр. 56-59
  9. Загрутдинова А.К. Электретные биоразлагаемые композиционные материалы на основе полеолефинов. Казань. 2010 г.
  10. А.С. Ермаков, А.А. Корнеев, М.Я. Руднева К вопросу о развитии устойчивого автотуризма в России. Сервис в России и за рубежом. 2014. № 7 (54). С. 87-97.
  11. Современное состояние и перспективы развития автотуризма в Российской Федера-ции. / Корнеев А.А., Ермаков А.С. — Сервис в России и за рубежом. — 2014. № 2 (49). С. 34-39..
  12. Сахарчук Е.С., Ермаков А.С. Корнеев А.А. К вопросу о предпосылках устойчивого развития автотуризма в Российской Федерации/ Сборник статей по материалам международного проекта «Продвижение малобюджетного и молодежного туризма на приграничных территориях» — Петрозаводск: Verso, 2014 — 128 с. , с. 115-125
  13. Федулин А.А. Современное состояние и приоритетные направления развития туризма и туристского образования в России // Современные проблемы сервиса и туризма. 2009. №4 С. 70-75.
  14. Ханчич О.А. Кербер М.Л. Влияние модифицирующих добавок на сферолитную структуру неориентированных и ориентированных плёнок полипропилена // Пластические массы. – М. 2010. №12. С. 11-12.
  15. Миронова Н. И. Развитие экологического туризма в России // Сервис в России и за рубежом. 2009. № 4. С. 115—129.

[1]Постановление от 2 августа 2011 г. N 644 О Федеральной целевой программе «Развитие внутреннего и въездного туризма в Российской Федерации (2011 — 2018 годы)»

[2]Закон Московской области от 22.12. 2006 N 240/2006-0З(ред.  От 01.07.2015) «Об охране окружающей среды в Московской области» (принят постановлением Мособлдумы от 13.12.2006 N 16/202-П)

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В ИНДУСТРИИ ТУРИЗМА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛЁНОК НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА
В статье рассмотрена проблема использования в индустрии туризма биоразлагаемых полимеров на основе полипропилена. Данные полимеры рекомендуется в упаковке продуктов и товаров для туриста. Приведены различные рецептуры для плёнок на основе полипропилена. Особый интерес представляют полипропиленовые пленки на основе древесной муки. Они содержат малеиновый ангидрид в качестве добавки. По окончании использования они подвергаются биодеструкции. Сделан вывод о влияние надмолекулярной структуры на характеристики и показатели биоразлагаемых плёнок на основе полипропилена. Минимизация отходов приводит к реализации условий устойчивого туризма в различных видах туризма, т.е. обеспечению сохранности природы и ее ресурсов.
Written by: Ермакова Екатерина Александровна
Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
Date Published: 02/18/2017
Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.2015_08(17)
Available in: Ebook