chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2026-21-1-98-108EUJEZLchemicallytech-2354Research ArticleSYNTHESIS AND PROCESSING OF POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITESСИНТЕЗ И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕMorphology features of biodegradable plastic–elastomer blendsОсобенности морфологии смесей биодеградируемый пластик–эластомерБлиновН. Д.BlinovNikita D.

Блинов Никита Дмитриевич, младший научный сотрудник; инженер,

199334, Москва, ул. Косыгина, д. 4; 

109428, Россия, Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

Scopus Author ID: 58295953000.

Nikita D. Blinov, Junior Researcher; Engineer,

4, Kosygina ul., Moscow, 119334; 

5, 1st Institutskii proezd, Moscow, 109428.

Scopus Author ID: 58295953000.

nik.blinov76@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6805-4492ШибряеваЛ. С.ShybryaevaLudmila S.

Шибряева Людмила Сергеевна, д.х.н., профессор, кафедра химии и технологии переработки эластомеров им. Ф.Ф. Кошелева, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова; ведущий научный сотрудник; ведущий научный сотрудник,

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78;

199334, Москва, ул. Косыгина, д. 4; 

109428, Россия, Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

Scopus Author ID: 7003539026.

ResearcherID: A-7634-2014.

Lyudmila S. Shibryaeva, Dr. Sci. (Chem.), Professor, F.F. Koshelev Department of Chemistry and Technology of Processing of Elastomers; Leading Researcher; Leading Researcher,

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454; 

4, Kosygina ul., Moscow, 119334;

5, 1st Institutskii proezd, Moscow, 109428.

Scopus Author ID: 7003539026.

ResearcherID: A-7634-2014.

lyudmila.shibryaeva@yandex.ruКульпинаМ. О.KulpinaMaria O.

Кульпина Мария Олеговна, инженер,

109428, Россия, Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5. 

Maria O. Kulpina, Engineer,

5, 1st Institutskii proezd, Moscow, 109428.

hebo-10-16.htpe@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6876-079XНеретинаА. Н.NeretinaAnna N.

Неретина Анна Николаевна, к.б.н., научный сотрудник,

119071, Россия, Москва, Ленинский пр-т, д. 33.

Scopus Author ID: 56955649500.

ResearcherID: A-4377-2017.

Anna N. Neretina, Cand. Sci. (Biol.), Researcher,

33, Leninskii pr., Moscow, 119071.

Scopus Author ID: 56955649500.

ResearcherID: A-4377-2017.

neretina-anna@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2906-8917СлавкинаВ. Э.SlavkinaViktoria E.

Славкина Виктория Эдуардовна, младший научный сотрудник,

109428, Россия, Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

Scopus Author ID: 57216149451.

Victoria E. Slavkina, Junior Researcher,

5, 1st Institutskii proezd, Moscow, 109428,

Scopus Author ID 57216149451.

slavkina@vimlab.ruИнститут биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук; Федеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияN.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences; Federal Scientific Agroengineering Center VIMRussian FederationМИРЭА – Российский технологический университет; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук; Федеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияMIREA – Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies); N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences; Federal Scientific Agroengineering Center VIMRussian FederationФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian FederationИнститут проблем экологии и эволюции им. Северцова Российской академии наукРоссияA.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution, Russian Academy of SciencesRussian Federation20260503202621198108Copyright © Blinov N.D., Shybryaeva L.S., Kulpina M.O., Neretina A.N., Slavkina V.E., 20262026Блинов Н.Д., Шибряева Л.С., Кульпина М.О., Неретина А.Н., Славкина В.Э.Blinov N.D., Shybryaeva L.S., Kulpina M.O., Neretina A.N., Slavkina V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/2354Objectives

Objectives. To obtain data on the compatibility of a polymer blend based on poly-3-hydroxybutyrate and butadiene-nitrile rubber for the development of a biodegradable polymer with improved mechanical properties.

Methods

Methods. Film samples of biodegradable plastic–elastomer blends, using mixtures of poly-3-hydroxybutyrate and butadiene-nitrile rubber as a case study, were investigated by means of optical and scanning electron microscopy with computer-aided image analysis, differential scanning calorimetry, mathematical analysis, and Fourier transform infrared spectroscopy.

Results

Results. The mixtures studied herein were found to have a heterogeneous heterophase structure. The interaction between the carbonyl group of poly-3-hydroxybutyrate and the nitrile group of acrylonitrile block of acrylonitrile butadiene-nitrile rubber is shown due to kinetic compatibility. A change in the crystalline regions of poly-3-hydroxybutyrate when it is mixed with rubber was also noted. The results of the Gibbs energy calculation of mixing confirmed the interaction of carbonyl and nitrile groups. Microscopy results show the localization of poly-3-hydroxybutyrate particles around rubber particles. The reasons for this phenomenon are discussed here.

Conclusions

Conclusions. Studies have shown a relationship between morphology and component content of the samples. The change in composition affects the structure and properties of the surface and volume. The formation of associates leads to the formation of an interface which attracts the second component. The Flory–Huggins theory, Avrami equations, and microscopic data established a complex interaction mechanism: convergence and formation of chemical bonds, rearrangement of crystalline regions, transition of spherulitic particles into lamellar particles, diffusion of rubber macromolecules, association of poly-3-hydroxybutyrate particles around the rubber, and completion of chemical bonds.

Цели

Цели. Получение данных о совместимости полимерной смеси на основе поли-3-гидроксибутирата и бутадиен-нитрильного каучука для создания биодеградируемого полимера с улучшенными механическими свойствами.

Методы

Методы. Методами оптической и сканирующей электронной микроскопии с применением компьютерной обработки, дифференциальной сканирующей калориметрии, математического анализа, инфракрасной Фурье-спектроскопии изучены пленочные образцы смесей биодеградируемого пластика и эластомера на примере смесей полигидроксибутирата и бутадиен-нитрильного каучука.

Результаты

Результаты. Установлено, что изучаемые смеси имеют гетерогенно-гетерофазную структуру. За счет кинетической совместимости проявляется взаимодействие между карбонильной группой полигидроксибутирата и нитрильной группой блока акрилонитрила бутадиен-нитрильного каучука. Замечено изменение кристаллических областей полигидроксибутирата при его смешении с каучуком. По результатам проведенного расчета энергии Гиббса смешения подтверждено взаимодействие карбонильных и нитрильных групп. Результатами микроскопии показана локализация частиц полигидроксибутирата вокруг частиц каучука. Обсуждаются причины такого явления.

Выводы

Выводы. Исследования показали связь между морфологией и содержанием компонентов в образцах. Изменение состава влияет на структуру и свойства поверхности и объема. Формирование ассоциатов приводит к образованию границы раздела, притягивающей второй компонент. По теории Флори–Хаггинса, уравнениям Аврами и микроскопическим данным выявлен сложный механизм взаимодействия: сближение и образование химических связей, перестройка кристаллических областей, переход сферолитных частиц в ламеллярные, диффузия макромолекул каучука, ассоциация частиц полигидроксибутирата вокруг каучука и завершение химических связей.

биополимерыполигидроксибутиратбутадиен-нитрильный каучуксовместимость полимеровморфология структурысовместимость компонентовbiopolymerspoly-3-hydroxybutyratebutadiene-nitrile rubberpolymer compatibilitystructure morphologycomponent compatibilityReferencesКолобков А.С. Полимерные композиционные материалы для различных конструкций авиационной техники (обзор). Труды ВИАМ. 2020;6-7(89):38–44. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-67-38-44Kolobkov A.S. Polymeric composite materials for various aircraft structures (review). Trudy VIAM = Proceedings of VIAM. 2020;6-7(89):38–44 (in Russ.). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-67-38-44Романченко Н.М. Использование полимерных материалов разных видов в агропромышленном производстве. В сб.: Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития: Материалы международной научно-практической конференции. Красноярск; 2021. Т. 1. Ч. 2. С. 176–180. https://www.elibrary.ru/ovgemhRomanchenko N.M. Use of different types of polymeric materials in agricultural production. In: Science and Education: Experience, Problems, and Development Prospects: Materials of the International Scientific and Practical Conference. Krasnoyarsk; 2021. V. 1. Part 2. P. 176–180 (in Russ.). https://elibrary.ru/ovgemhШарипов Г.Н. Передовая современная авиация на основе композиционных материалов. J. New Century Innovations. 2024;51(2):41–44.Sharipov G.N. Advanced modern aviation based on composite materials. J. New Century Innovations. 2024;2(51):41–44 (in Russ.).Гладунова О.И., Лысенко А.А. Мировой и российский рынок полимерных композиционных материалов. Тенденции и перспективы. Композитный мир. 2021;3(96):28–33. https://elibrary.ru/gqezdgGladunova O.I., Lysenko A.A. World and Russian market of polymer composite materials. Tendencies and prospects. Kompozitnyi mir = Composite World. 2021;3(96):28–33 (in Russ.). https://elibrary.ru/gqezdgZanchin G., Leone G. Polyolefin thermoplastic elastomers from polymerization catalysis: Advantages, pitfalls and future challenges. Progress Polym. Sci. 2021;113:101342. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2020.101342Zanchin G., Leone G. Polyolefin thermoplastic elastomers from polymerization catalysis: Advantages, pitfalls and future challenges. Progress Polym. Sci. 2021;113:101342. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2020.101342Канунникова К.И., Канунникова Р.Р. Пути и способы решения существующих проблем утилизации полимерных отходов. Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2021;12-1(63):80–82. https://doi.org/10.24412/2500-1000-2021-12-1-80-82Kanunnikova K.I., Kanunnikova R.R. Ways and methods of solving existing problems of polymer waste disposal. Mezhdunarodnyi zhurnal gumanitarnykh i estestvennykh nauk = International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2021;12-1(63):80–82 (in Russ.). https://doi.org/10.24412/2500-1000-2021-12-1-80-82Копнина О.В., Мерзликина А.И., Ключникова Н.В. Проблемы утилизации и переработки отходов полиэтилентерефталата. Молодежный вестник Новороссийского филиала Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова (Молодежный вестник НФ БГТУ). 2023;3(4-12):46–50. https://elibrary.ru/bkxylhKopnina O.V., Merzlikina A.I., Klyuchnikova N.V. Problems of polyethylene terephthalate waste disposal and recycling. Molodezhnyi Vestnik NF BGTU. 2023;3(4-12):46–50 (in Russ.). https://elibrary.ru/bkxylhКолбасина Ю.С., Соседенко Т.Ю. Биоразлагаемая пластмасса – решение глобальной пластиковой проблемы. Вестник науки. 2023;2(5-62):496–505. https://elibrary.ru/syinyqKolbasina Y.S., Sosedenko T.Y. Biodegradable plastic is solution to global plastic problem. Vestnik Nauki. 2023;2(5-62): 496–505 (in Russ.). https://elibrary.ru/syinyqЯковлева Е.А., Петрова А.С. Проблемы использования биоразлагаемой упаковки в Российской Федерации. В сб.: Дни науки и инноваций НовГУ: Материалы XXI Всероссийской научной конференции преподавателей, аспирантов и студентов НовГУ. Великий Новгород: Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого. 2022. Т. 4. С. 94–99. https://doi.org/10.34680/978-5-89896-816-8/2022.DN-4.16Yakovleva E.A., Petrova A.S. Problems of the use of biodegradable packaging in the Russian Federation. In: Days of Science and Innovation of Novgorod State University: Proceedings of the 21st All-Russian Scientific Conference of Teachers, Graduate Students and Students of Novgorod State University: Velikii Novgorod: Novgorod State University; 2022. V. 4. P. 94–99 (in Russ.). https://doi.org/10.34680/978-5-89896-816-8/2022.DN-4.16Файзулина Ю.Р. Основные методы утилизации и сокращения пластиковых отходов. Дневник науки. 2022;3(63):4. https://www.elibrary.ru/bzeaioFaizulina Yu.R. Basic methods for disposing and reducing plastic waste. Dnevnik nauki. 2022;3(63):4 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/bzeaioАксеновская Ю.М., Аксеновский А.В. Экологическая безопасность и проблемы утилизации бытовых и промышленных отходов. Наука и Образование. 2022;5(2):205. https://www.elibrary.ru/zxbqxmAksenovskaya Yu.M., Aksenovskii A.V. Environmental safety and problems of household and industrial waste disposal. Nauka i Obrazovanie. 2022;5(2);205 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/zxbqxmБезязыкая Р.А., Кипря А.В., Сокупенко Е.Л. Применение биоразлагаемых полимерных материалов для решения экологических проблем. Пожарная и техносферная безопасность: проблемы и пути совершенствования. 2021;1(8):41–42. https://www.elibrary.ru/lbpcxmBezyazykaya R.A., Kiprya A.V., Sokupenko E.L. Application of biodegradable polymer materials for solving environmental problems. Pozharnaya i tekhnosfernaya bezopasnost’: problemy i puti sovershenstvovaniya = Fire and Technosphere Safety: Problems and Ways of Improvement. 2021;1(8):41–42 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/lbpcxmМяленко Д.М. Современные биоразлагаемые материалы с ускоренной деградацией для молочной и пищевой продукции (предметный обзор). Пищевые системы. 2023;6(1): 11–21. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-11-21Myalenko D.M. Modern biodegradable materials with accelerated degradation for dairy and food products (subject review). Pishchevye sistemy = Food Systems. 2023;6(1):11–21 (in Russ.). https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-11-21Серик В.О. Применение биоразлагаемых материалов в производстве и жизни человека. В сб.: Наука и молодежь: Материалы XVIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Т. 1. Часть 1. Барнаул: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова; 2021. С. 337–339. https://www.elibrary.ru/qcqhejSerik V.O. Application of biodegradable materials in production and human life. In: Science and Youth: Proceedings of the 18th All-Russian Scientific and Technical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists. V. 1. Part 1. Barnaul: Polzunov Altai State Technical University; 2021. P. 337–339 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/qcqhejПанфилов Б.В. Мировой рынок биополимеров. Полимерные материалы. Изделия, оборудование, технологии. 2019;7:53.Panfilov B.V. Global Biopolymer Market. Polimernye materialy. Izdeliya, oborudovanie, tekhnologii = Polymer Materials. Products, Equipment, Technology. 2019;7:53 (in Russ.).Романов Р.Р., Тюбаева П.М., Гаспарян К.Г., Ларкина Е.А., Попов А.А. Нетканые материала на основе полигидроксибутирата и производных хлорина. Всб.: Биохимическая физика: труды XXIII Ежегодной молодежной конференции с международным участием. Москва, 20–22 ноября 2023 г. М.: РУДН. 2024. С. 106–110. https://www.elibrary.ru/vziveiRomanov R.R., Tyubaeva P.M., Gasparyan K.G., Larkina E.A., Popov A.A. Nonwoven materials based on polyhydroxybutyrate and chlorine derivatives. In: Biochemical Physics: Proceedings of the 23rd Annual Youth Conference with International Participation. Moscow, November 20–22, 2023. Moscow: RUDN. 2024. P. 106–110 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/vziveiПовернов П.А., Шибряева Л.С. Биоразложение двухкомпонентного ПКМ на основе ПГБ и БНКС-28 АМН. В сб.: Экологические аспекты в науке и образовании: Материалы межвузовской научной конференции. Москва, 18 апреля 2023 г. М.: РЭУ им. Г.В. Плеханова. 2023. С. 58– 60. https://www.elibrary.ru/imvfxlPovernov P.A., Shibryaeva L.S. Biodegradation of twocomponent PCM based on PGBP and BNKS-28 AMN. In: Ecological Aspects in Science and Education: Proceedings of the Interuniversity Scientific Conference, Moscow, April 18, 2023. Moscow: G.V. Plekhanov Russian University of Economics. 2023. P. 58–60 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/imvfxlВаганова Е.С., Айзатуллин Т.И., Кужаков Ю.А. Биоразлагаемые полимеры. В сб.: Технологии в экологии: Сборник научных трудов. Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов, молодых ученых, преподавателей, приуроченная к VII Ежегодному молодежному фестивалю в области устойчивого развития ВУЗЭКОФЕСТ. Ульяновск, 22 апреля 2021 г. Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет. 2021. С. 5–6. https://elibrary.ru/mcoonlVaganova E.S., Aizatullin T.I., KuzhakovYu.A. Biodegradable polymers. In: Technologies in Ecology: Collection of Scientific Papers. International Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduates, Young Scientists, Teachers, Dedicated to the 7th Annual Youth Festival in the Field of Sustainable Development VUZEKOFEST. Ulyanovsk, April 22, 2021. Ulyanovsk: Ulyanovsk State Technical University. 2021. P. 5–6 (in Russ.). https://elibrary.ru/mcoonlНосирова К.А. Исследование влияния триацетина на свойства пленок на основе поли-3-гидроксибутирата. В сб.: Физические методы в естественных науках и материаловедении: Материалы 58-й Международной научной студенческой конференции. Новосибирск, 10–13 апреля 2020 г. Новосибирск: Новосибирский национальный исследовательский государственный университет. 2020. С. 57. https://elibrary.ru/tbpgjpNosirova K.A. Investigation of the effect of triacetin on the properties of films based on poly-3-hydroxybutyrate. In: Physical Methods in Natural Sciences and Materials Science: Proceedings of the 58th International Scientific Student Conference. Novosibirsk, April 10–13, 2020. Novosibirsk: Novosibirsk National Research State University. 2020. P. 57 (in Russ.). https://elibrary.ru/tbpgjp

The authors declare that there are no conflicts of interest present.