Структура, свойства и фотодеструкция полимерных биокомпозиционных материалов на основе полилактида, наполненного термопластичным компаундом A-Len®

Цели. Изучить влияние рецептурно-технологических параметров полимерных биокомпозиционных материалов на основе полилактида (ПЛА), наполненного термопластичным компаундом A-Len^® (Alen), на структурные, теплофизические и деформационно-прочностные свойства, а также определить механизм деструкции под действием ультрафиолетового излучения.

Методы. В работе исследовали пленки на основе ПЛА и Alen, а также полимерные композиции на основе ПЛА и Alen (ПЛА/Alen), которые получали на плоскощелевом экструдере фирмы «МашПласт» (Россия). Для вышеуказанных объектов определяли структурно-морфологические свойства на сканирующем электронном микроскопе JCM-6000 PLUS (JEOL, Акисима, Токио, Япония), теплофизические свойства на калориметре DSC 204 F1 (NETZSCH, Германия). Химический состав, а также определение механизма деструкции осуществляли методом инфракрасной спектроскопии на приборе ФСМ-1201 (Россия) с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения. Деформационно-прочностные свойства исследовали на разрывной машине Z010 ZwickRoell (Германия). Воздействие ультрафиолетового излучения определяли с помощью ультрафиолетовой камеры.

Результаты. Показано, что Alen в смесях с ПЛА влияет на образование гетерогенной структуры вследствие наличия в его составе полиэтилена (ПЭ). Этим опосредовано снижение модуля упругости на 34% (1050 МПа) в сравнении с исходной величиной ПЛА — 1600 МПа. При этом для фазы ПЛА в полимерных композициях осуществляется перекристаллизация с более плотным упорядочиванием надмолекулярной структуры, а для фазы ПЭ происходит снижение сегментальной подвижности макромолекул и затруднение процесса кристаллизации вследствие их разной полярности с формированием границы раздела фаз между исследуемыми компонентами.

Выводы. Механизм фотодеструкции полимерных композиций ПЛА/Alen осуществляется за счет наличия в составе термопластичного компаунда прооксидантной добавки, инициирующей процесс окисления, после чего происходит разрушение низкомолекулярной фракции ПЭ с последующей ее фрагментацией. Наряду с этим, фотодеструкция матрицы ПЛА протекает по механизму Норриша II, заключающемся в окислении полимерных цепей по радикальному типу с образованием С=С-связи. Таким образом, разработанные биокомпозиционные полимерные материалы являются перспективными для изготовления полимерных изделий из них, характеризуются оптимальными эксплуатационными свойствами и ускоренной кинетикой фотохимической деструкции.

1. Повернов П.А., Шибряева Л.С., Аншин С.М. Влияние модифицирующих добавок на структуру и свойства биоразлагаемых смесей на основе поли-3-гидрокси бутирата и бутадиен-нитрильного каучука. Тонкие химические технологии. 2024;19(6):517–527. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2024-19-6-517-527

2. Студеникина Л.Н., Протасов А.В., Мельников А.А., Поваляева Т.Р., Леонова А.А. Композитные материалы на основе наполненного полисахаридами полиэтилена: получение, применение, утилизация. Инженерные технологии. 2025;1(9):126–133.

3. Абушахманова З.Р., Масталыгина Е.Е., Пантюхов П.В., Ольхов А.А., Бровина С.Д., Гуйван М.Ю., Попов А.А. Исследование закономерностей формирования структуры и характера взаимодействия полиэтилена и поли капролактона в смесях. Журн. физ. химии. 2024;98(7):3–12. https://www.elibrary.ru/pwvunn

4. Pekhtasheva E., Mastalygina E., Leonova I., Palanisamy S., Alagarsamy A., Ayrilmis N., Sillanpää M., Al-Farraj S.A. Investigation of toxicity in textile materials from natural and syntheticbased polymers utilizing bioassay performances. BioResources. 2024;20(1):765–789. https://doi.org/10.15376/biores.20.1.765-789

5. El-Taweel S.H., Al-Hamdi A. Starch as a successful biodegradable nucleating agent in biodegradable PHBV/PHO blends. J. Therm. Anal. Calorim. 2024;149(4):1351–1364. https://doi.org/10.1007/s10973-023-12791-0

6. Язлакова З., Амангелдиева М., Аманова Г., Реджепова С. Хитиновые пленки и их использование в современных технологиях. Ceteris Paribus. 2025;4:33–35.

7. Футорянская А.М., Кудышкин В.О. Модификация низкомолекулярного полиэтилена малеиновым ангидридом и хитозаном. Пластические массы. 2024;6:40–42. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2024-06-40-42

8. Gul-E-Nayyab, Zakaria M.R.Sh.B., Abid M.B., Shamim A., Suradi S.S., Marsi N.B., Kormin F.Bt. A review on biodegradable composite films containing organic material as a natural filler. J. Inorgan. Organomet. Polym. Materials. 2024;35:2126–2161. https://doi.org/10.1007/s10904-024-03217-x

9. Monina A.P., Apryatina K.V., Zaitsev S.D., Smirnova O.N., Yunin P.A., Smirnova L.A. Biodegradable material based on starch-g-polyvinyl acetate copolymer with bactericidal properties. Рolym. Bull. 2024;81:10609–10630. https://doi.org/10.1007/s00289-024-05205-0

10. Liu Sh., Tang Sh., Lu Yu., Su T., Wang Zh. Preparation of esterified starches with different amylose content and their blending with polybutylene succinate. Int. J Mol. Sci. 2024;25(12):6301. https://doi.org/10.3390/ijms25126301

11. Ольхов А.А., Пантюхов П.В., Масталыгина Е.Е., Абушахманова З.Р., Овчинников В.А., Купинский Н.Г., Попов А.А. Технологические вызовы при производстве изделий из дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов. Плехановский научный бюллетень. 2024;1(25):132–138. https://www.elibrary.ru/tyzgcb

12. Kuzmin A.M., Ayrilmis N., Özdemir F., Kanat G. Effect of content and particle size of used beverage carton pieces on the properties of HDPE composites. BioResources. 2023;18(2):2815–2825. https://doi.org/10.15376/biores.18.2.2815-2825

13. Brovina S.D., Mastalygina E.E., Trofimchuk E.S., Popov A.A. Development of materials based on poly(lactic acid) and copper(II) sulfate impregnated by the crazing method. Colloid J. 2024;86(1):4–13. https://doi.org/10.1134/S1061933X23601178

14. Сиразетдинов А.В., Никифоров А.А., Вольфсон С.И. Полимерные композиционные материалы на основе полилактида. Каучук и резина. 2021;80(6):326–336.

15. Шаповалов В.М., Винидиктова Н.С., Коваленко М.А., Конакова О.В. Биоразлагаемые пластики на основе растительного сырья: разновидности, свойства, области применения. Полимерные материалы и технологии. 2024;10(2): 6–19. https://doi.org/10.32864/polymmattech-2024-10-2-6-19

16. Подденежный Е.Н., Дробышевская Н.Е., Бойко А.А., Шаповалов В.М. Применение льнокостры для формирования биоразлагаемых композитов с полилактидной матрицей. Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2023;4(95):22–29. https://www.elibrary.ru/eelvwg

17. Мичуров Д.М., Шкуро А.Е., Глухих В.В. Исследование физико-механических свойств композитов с полимерной фазой полилактида и кострой конопли. Вестник Технологического университета. 2024;27(1):59–63. https://doi.org/10.55421/1998-7072_2024_27_1_59

18. Тертышная Ю.В., Подзорова М.В., Карпова С.Г., Кривандин А.В. Структурные особенности пленок полилактида и натурального каучука, полученных из раствора. Химическая физика. 2024;43(4):110–118. https://doi.org/10.31857/S0207401X24040133

19. Подденежный Е.Н., Бойко А.А., Дробышевская Н.Е., Шаповалов В.М. Биоразлагаемые полимерные композиты, наполненные кукурузным крахмалом (обзор). Полимерные материалы и технологии. 2024;10(3):6–19. https://doi.org/10.32864/polymmattech-2024-10-3-6-19

20. Баженов Н.С., Губанова М.И., Кирш И.А., Банникова О.А., Дымицкий В.А. Современное состояние и использование биоразлагаемых материалов. Health, Food & Biotechnology. 2024;6(3):42–56. https://doi.org/10.36107/hfb.2023.i3.s232

21. Лыткина Д.Н., Шалыгина К.Д., Гигилев А.С., Коротченко Н.М., Курзина И.А., Козик В.В. Физикохимические свойства биосовместимых композитов на основе гидроксиапатита и сополимера лактида и гликолида. Вестник Томского государственного университета. Химия. 2023;29:116–139. https://doi.org/10.17223/24135542/29/11

22. Миронов В.В., Трофимчук Е.С., Загустина Н.А., Иванова О.А., Вантеева А.В., Бочкова Е.А., Острикова В.В., Чжан Ш. Твердофазная биодеградация полилактида (обзор). Прикладная биохимия и микробиология. 2022;58(6): 537–550. https://doi.org/10.31857/S0555109922060101

23. Купинский Н.Г., Пантюхов П.В., Абушахманова З.Р., Ольхов А.А., Масталыгина Е.Е., Попов А.А. Изучение возможности использования стеаратов переходных металлов в качестве основы прооксидантной добавки. В сб.: Новые материалы и технологии для устойчивого развития: Материалы III Международной научной конференции. М.; 2024. C. 110–113. https://www.elibrary.ru/xfngwe

24. Купинский Н.Г., Абушахманова З.Р., Пантюхов П.В., Масталыгина Е.Е., Овчинников В.А., Ольхов А.А., Попов А.А. Стеараты переходных металлов как оксодобавки для полиолефинов. В сб.: Экологические аспекты в науке и образовании: Материалы межвузовской научной конференции. М.; 2023. C. 34–35. https://www.elibrary.ru/wejqrx

25. Подзорова М.В., Тертышная Ю.В., Московский М.Н. Фотодеградация композиционных материалов полилактид – натуральный каучук. Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2022;12(4):118–123. https://www.elibrary.ru/bkzwgo

26. Овчинников В.А., Абушахманова З.Р., Масталыгина Е.Е., Пантюхов П.В., Мамин Э.А., Купинский Н.Г., Попов А.А. Кинетические особенности окислительной деструкции полиэтилена при добавлении стеаратов различных переходных металлов. Все материалы. Энциклопедический справочник. 2024;1:31–36. https://www.elibrary.ru/yuokwo

27. Михеев Ю.А., Ломакин С.М., Усачев С.В., Коверзанова Е.В., Арцис М.И., Стоянов О.В. Фотодеградация полукристаллического полилактида под действием УФ-радиации. II. Стадии матричной трансформации по данным метода ДСК. Вестник Технологического университета. 2024;27(10):16–22. https://doi.org/10.55421/1998-7072_2024_27_10_16