Особенности морфологии смесей биодеградируемый пластик–эластомер

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. 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. 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. 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.

1. Колобков А.С. Полимерные композиционные материалы для различных конструкций авиационной техники (обзор). Труды ВИАМ. 2020;6-7(89):38–44. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-67-38-44

2. Романченко 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/ovgemh

3. Шарипов Г.Н. Передовая современная авиация на основе композиционных материалов. J. New Century Innovations. 2024;51(2):41–44.

4. 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/gqezdg

5. Zanchin 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.2020.101342

6. Канунникова 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/10.24412/2500-1000-2021-12-1-80-82

7. Копнина 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/bkxylh

8. Колбасина Ю.С., Соседенко Т.Ю. Биоразлагаемая пластмасса – решение глобальной пластиковой проблемы. Вестник науки. 2023;2(5-62):496–505. https://elibrary.ru/syinyq

9. Яковлева 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-4.16

10. Файзулина Ю.Р. Основные методы утилизации и сокращения пластиковых отходов. Дневник науки. 2022;3(63):4. https://www.elibrary.ru/bzeaio

11. Аксеновская 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/zxbqxm

12. Безязыкая 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/lbpcxm

13. Мяленко 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/10.21323/2618-9771-2023-6-1-11-21

14. Серик 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/qcqhej

15. Панфилов Б.В. Мировой рынок биополимеров. Полимерные материалы. Изделия, оборудование, технологии. 2019;7:53.

16. 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/vzivei

17. Повернов 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/imvfxl

18. Ваганова 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/mcoonl

19. Носирова 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/tbpgjp