Методы регулирования биостойкости полимерных композиционных материалов (обзор)
DOI:
https://doi.org/10.28983/asj.y2025i10pp182-193Ключевые слова:
полимеры, композиционные материалы, композиты, биостойкость, биоразложение, природные полимеры, лигноцеллюлозные наполнителиАннотация
В настоящее время проблема накопления пластиковых отходов становится все более острой. Один из перспективных способов решения этой проблемы ? создание биоразлагаемых полимерных композиционных материалов, способных разлагаться в природных условиях на безопасные (нетоксичные или малотоксичные) компоненты. В то же время существуют области применения, где от полимерного композита требуется повышенная биостойкость, то есть способность противостоять таким биологическим факторам, как микроорганизмы, грибы, плесень и насекомые. Таким образом, для современных полимерных композитов характерны две противоположные тенденции ? увеличение биостойкости и увеличение биодеградируемости. В обзоре систематизируется современная научно-техническая информация по методам увеличения биодеградируемости полимерных композиционных материалов и повышения их биостойкости. Иными словами, работа посвящена описанию способов регулирования способности полимерных композитов сопротивляться действию биологических факторов В статье кратко рассмотрены основные способы создания биоразлагаемых полимерных композиционных материалов: приведены основные типы используемых в качестве матриц полимеров – синтетических, искусственных и природных; освящена роль наполнителей растительного происхождения; описаны специальные добавки, инициирующие биоразложение синтетических полимеров, и физико-механические методы ускорения процессов биодеструкции. Рассмотрены основные типы биоцидов, применяемых для повышения биостойкости полимерных композитов.
Скачивания
Библиографические ссылки
Азизов А. Г., Ибрагимова М. Д., Алиева Л. И. Биоразлагаемые синтетические полимеры (обзор) // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. Т. 20. № 4. С. 385–393. [Azizov A. G., Ibragimova M. D., Aliyeva L. I. Biodegradable synthetic polymers (review). Chemistry for Sustainable Development. 2012;20(4):385–393. (In Russ.)].
Биодеструкция белков зернового сырья для получения новых хлебобулочных изделий / Л. В. Римарева [и др.] // Вопросы питания. 2018. № 6. С. 67–75. DOI: 10.24411/0042-8833-2018-10068. [Biodestruction of proteins of grain raw materials for the production of new bakery products / L. V. Rimareva, N. A. Fursova, E. N. Sokolova, G. S. Volkova, Yu. A. Borshcheva,E. M. Serba, A. Yu. Krivova. Problems of Nutrition. 2018;(6):67–75. DOI: 10.24411/0042-8833-2018-10068. (In Russ.)].
Биологическое сопротивление материалов / В. И. Соломатов [и др.]. Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва, 2001. 196 с. ISBN: 5-7103-0539-1. [Biological development of mathematics / V. I. Solomatov, V. T. Erosheev, V. H. Smirnov [et al.]. Saransk: National Research Mordovian State University named after N. P. Ogarev, 2001. 196 p. ISBN: 5-7103-0539-1. (In Russ.)].
Биодеградирующие композиты из поливинилового спирта и водосточного ила для сельскохозяйственных нужд / В. Гражулевичене [и др.] // Журнал прикладной химии. 2009. Т. 82. № 7. С. 1201–1204. [Biodegrading composites from polyvinyl alcohol and sewage sludge for agricultural needs / V. Grazhulevichene, L. Augulis, Yu. V. Grazhulevicius, G. Kushlene. Journal of Applied Chemistry. 2009;82(7):1201–1204. (In Russ.)].
Биоповреждения и защита синтетических полимерных материалов / Е. Л. Пехташева [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 10. С. 166–173. [Bio-damages and protection of synthetic polymer materials / E. L. Pehtasheva, A. N. Neverov, G. E. Zaikov, O. V. Stoyanov, S. N. Rusanova. Herald of Technological University. 2012;15(10):166–173. (In Russ.)].
Биоразлагаемые композиты на основе полиамидов, наполненных льнокострой / Е. Н. Подденежный [и др.] // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2020. № 2(81). С. 52–58. [Biodegradable composites based on based on polyamides filled with flax bark / E. N. Poddenezhny, N. E. Drobyshevskaya, A. A. Boyko, V. M. Shapovalov. Vestnik of P. O. Sukhoi State Technical University. 2020;2(81):52–58. (In Russ.)].
Биоразлагаемые композиты на основе поливинилового спирта, модифицированного растительными отходами / А. М. Кузьмин [и др.] // Экология и промышленность России. 2023. Т. 27. № 9. С. 22–27. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-9-22-27. [Biodegradable composites based on polyvinyl alcohol modified with plant waste / A. M. Kuzmin, E. A. Radaikina, A. V. Konakov, S. S. Raj. Ecology and Industry of Russia. 2023;27(9):22–27. (In Russ.). DOI: 10.18412/1816-0395-2023-9-22-27].
Биоразлагаемые композиты на основе полилактида и органических наполнителей / Е. Н. Подденежный [и др.] // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. 2021. № 3(86). С. 20–26. [Biodegradable composites based on polylactide and organic fillers / E. N. Poddenezhny, N. E. Drobyshevskaya, A. A. Boyko, V. M. Shapovalov. Vestnik of P. O. Sukhoi State Technical University. 2021;3(86):20–26. (In Russ.)].
Биоразлагаемые композиты с полимерной фазой поливинилхлорида и лигноцеллюлозными наполнителями / А. Е. Шкуро [и др.] // Resources and Technology. 2023. Т. 20. № 3. С. 1–14. DOI: 10.15393/j2.art.2023.6923. [Biodegradable composites with a polymer phase of polyvinyl chloride and lignocellulose fillers / A. E. Shkuro, V. V. Glukhikh, Yu. M. Kulazhenko, P. S. Zakharov. Resources and Technologies. 2023;20(3):1–14. DOI: 10.15393/j2.art.2023.6923. (In Russ.)].
Биоразлагаемые полимеры на основе полипропилена и композитных добавок / И. Н. Гоготов [и др.] // Пластические массы. 2009. № 5. С. 42–48. [Biodegradable polymers based on polypropylene and composite additives / I. N. Gogotov, V. A. Gerasin, S. H. Barazov, A. N. Ponomarev. Plasticheskie Massy. 2009;(5):42–48. (In Russ.)].
Биоциды. Примеры, механизмы действия и применение / Н. Г. Кравченко [и др.] // Труды ВИАМ. 2023. № 7. С. 125–137. [Biocides. Examples, mechanisms and application / N. G. Kravchenko, V. K. Shchekin, A. B. Laptev, A. A. Krivushina. Proceedings of VIAM. 2023;(7):125–137. (In Russ.)].
Бочаров Б. В., Герасименко А. А., Коровина И. А. Биостойкость материалов (стойкость к воздействию плесневых грибов, насекомых и грызунов). М.: Стройиздат, 1986. 206 с. [Bocharov B. V., Gerasimenko A. A., Korovina I. A. Biostability of materials (resistance to mold fungi, insects and rodents). Moscow: Stroyizdat, 1986. 206 p. (In Russ.)].
Бурындин В. Г., Вураско А. В., Глухих В. В. Получение полимерных материалов из вторичного лигноцеллюлозного сырья. Екатеринбург, 2022. 188 с. [Buryndin V. G., Vurasko A. V., Glukhikh V. V. Obtaining polymer materials from secondary lignocellulose raw materials. Yekaterinburg, 2022. 188 p. (In Russ.)].
Бытенский В. Я., Кузнецова Е. П. Производство эфиров целлюлозы / под ред. д-ра хим. наук Н. И. Кленковой. Л.: Химия, 1974. 206 с. [Bytensky V. Ya., Kuznetsova E. P. Production of cellulose esters / edited by N. I. Klenkova. Leningrad, 1974. 206 p. (In Russ.).]
Влияние природы биоразлагаемых компонентов на биодеградацию композитов на основе полиэтилена / И. А. Варьян [и др.] // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2022– № 11. С. 2–8. DOI: 10.31044/1994-6260-2022-0-11-2-8. [The influence of the nature of biodegradable components on the biodegradation of polyethylene-based composites / I. A. Varian, M. V. Podzorova, Yu. V. Tertyshnaya, A. A. Popov. All materials. Encyclopaedic Reference Manual. 2022(11):2–8. (In Russ.). DOI: 10.31044/1994-6260-2022-0-11-2-8].
Влияние шунгита на эксплуатационные свойства полимерного композиционного материала / Н. В. Ключникова [и др.] // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2020. № 2. С. 96–105. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-2-96-105. [Influence of shungite on performance properties of polymeric composite material / N. V. Klyuchnikova, A. O. Piskareva, K. A. Urvanov, S. A. Gordeev. Bulletin of BSTU named after V. G. Shukhov. 2020;(2):96–105. (In Russ.). DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-2-96-105].
Даутова А. Н. Биодеградируемые полимерные композиции на основе стеклонаполненного полиамида и натурального каучука: дис. … канд. технич. наук, Казань, 2019. 135 с. [Dautova A. N. Biodegradable polymer compositions based on glass-filled polyamide and natural rubber: thesis … Candidate of Technical Sciences. Kazan, 2019. 135 p. (In Russ.)].
Захаров П. С., Чирков Д. Д., Шкуро А. Е. Получение и исследование свойств древесно-полимерных композитов с повышенной биостойкостью // Деревообрабатывающая промышленность. 2021. № 4. С. 91–98. [P. S. Zakharov, Chirkov D. D., Shkuro A. E. Obtaining and studying the properties of wood-polymer composites with increased biostability. Woodworking Industry. 2021;(4):91–98. (In Russ.)].
Исмагилова Г. Р., Никитина В. С. Проблемы создания биоразлагаемых полимеров // Тенденции развития науки и образования. 2016. № 15-1. С. 28–29. DOI: 10.18411/lj2016-6-1-11. [Ismagilova G. R., Nikitina V. S. Problems of creating biodegradable polymers. Trends in the Development of Science and Education. 2016;(15-1):28–29. (In Russ.). DOI: 10.18411/lj2016-6-1-11].
Кутпанова Т. С., Юрьев Ю. Л. Проблемы развития производства биоразлагаемых полимеров // Леса России и хозяйство в них. 2015. № 1(51). С. 69–70. [Kutpanova T. S., Yuryev Y. L. Problems of the development of the production of biodegradable polymers. Forests of Russia and Economy in Them. 2015;1(51):69–70. (In Russ.)].
Методика для оценки степени биоразлагаемости пластиков на основе лигноцеллюлозосодержащего сырья без добавления связующих веществ / А. В. Артемов [и др.] // Лесотехнический журнал. 2024. № 1(53). С. 134–150. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2024.1/8. [A methodology for assessing the degree of biodegradability of plastics based on lignocellulose-containing raw materials without the addition of binders / A. V. Artemov, A. S. Ershova, A. E. Shkuro, V. G. Buryndin. Forestry Engineering Journal. 2024;1(53):134–150. (In Russ.). DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2024.1/8].
Мяленко Д. М., Федотова О. Б., Агарков А. А. Влияние ультрафиолетового излучения на физико-механические и структурные характеристики биоразлагаемого полимерного материала на основе полилактида и поли(бутиленадипат-ко-терефталата) при компостном хранении // Пищевая Метаинженерия. 2023. Т. 1. № 4. С. 28–38. DOI: 10.37442/fme.2023.4.27. [Myalenko D. M., Fedotova O. B., Agarkov A. A. The ultraviolet radiation influence on the physical-mechanical and structural characteristics of a biodegradable polymeric material based on polylactide and poly(butylene adipate-co-terephthalate) during compost storage. Food Metaengineering. 2023;1(4):28–38. (In Russ.). DOI: 10.37442/fme.2023.4.27].
Оценка эффективности деструкции композиций из полиэтилена и крахмала / Т. Н. Суслова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 24. С. 120–123. [Evaluation of the efficiency of destruction of compositions made of polyethylene and starch / T. N. Suslova, V. N. Nikonorova, L. B. Sosnovskaya, G. V. Gilaeva, I. I. Salakhov. Herald of Technological University. 2014;17(24):120–123. (In Russ.)].
Панченко А. Н. Биоразлагаемые полимеры, их свойства и применение // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2023. № 4-4(79). С. 204–206. DOI: 10.24412/2500-1000-2023-4-4-204-206. [Panchenko A. N. Biodegradable polymers, their properties and applications. International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2023;4-4(79):204–206. (In Russ.). DOI: 10.24412/2500-1000-2023-4-4-204-206].
Переработка пластиковых отходов в 2024 году. Режим доступа: https://www.trudohrana.ru/article/104477-23-10m-pererabotka-plastikovyh-othodov-v-2023-godu; дата обращения – 14.03.2024). [Preparation for publication in 2024. Available at: https://www.trudohrana.ru/article/104477-23-10m-pererabotka-plastikovyh-othodov-v-2023-godu; reference date: 03/14/2024 (In Russ.)].
Полимерные биоциды / В. Тарасевич [и др.] // Наука и инновации. 2019. № 11(201). С. 23–26. [Polymer biocides / V. Tarasevich, V. Dobysh, E. Karpinchik, V. Agabekov. Science and Innovation. 2019;11(201):23–26. (In Russ.)].
Получение, свойства и применение биоразлагаемых древесно-полимерных композитов (обзор) / В. В. Глухих [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 9. С. 75–82. [Obtaining, properties and application of biodegradable wood-polymer composites (review) / V. V. Glukhikh, A. E. Shkuro, T. A. Guda, O. V. Stoyanov. Herald of Technological University. 2012;15(9):75–82. (In Russ.)].
Получение биокомпозитов с полимерной фазой пластифицированных ацетатов целлюлозы с различной степенью ацетилирования / А. Е. Шкуро [и др.] // Лесной журнал. 2023;4(394):155–168. DOI: 10.37482/0536-1036-2023-4-155-168. [Preparation of biocomposites with a polymer phase of plasticized cellulose acetates with varying degrees of acetylation / A. E. Shkuro, V. V. Glukhykh, K. A. Usova, D. D. Chirkov, P. S. Zakharov, A. V. Vurasko. Russian Forestry Journal. 2023;4(394):155–168. (In Russ.). DOI: 10.37482/0536-1036-2023-4-155-168].
Потапова Е. В. Проблема утилизации пластиковых отходов // Известия Байкальского государственного университета. 2018. Т. 28. № 4. С. 535–544. DOI: 10.17150/2500-2759.2018.28(4).535-544. [Potapova E. V. The problem of plastic waste disposal. Bulletin of Baikal State University. 2018;28(4):535–544. (In Russ.). DOI: 10.17150/2500-2759.2018.28(4).535-544].
Трофимов В. А. Химия высокомолекулярных соединений. Нижний Тагил, 2008. 140 с. [Trofimov V. A. Chemistry of high molecular compounds. Nizhny Tagil, 2008. 140 p. (In Russ.)].
Тюрина Л. Е., Табаков Н. А. Пищевые добавки: учеб. пособие для студентов, обучающихся по специальности 110305.65 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции». Красноярск: Красноярский государственный аграрный университет, 2008. 92 с. [Tyurina L. E., Tabakov N. A. Dietary supplements: a textbook for students studying in the specialty 110305.65 “Technology of production and processing of agricultural products”. Krasnoyarsk: Krasnoyarsk State Agrarian University, 2008. 92 p. (In Russ.)].
Ушаков С. Н. Эфиры целлюлозы и пластические массы на их основе: учеб. пособие. Л.; М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1941. 509 с. [Ushakov S. N. Cellulose esters and plastic masses based on them: a textbook. Leningrad; Moscow: State Scientific and Technical Publishing House of Chemical Literature, 1941. 509 p. (In Russ.)].
Халиуллина М. К., Гадельшина Э. А. Использование различных бактерицидных и фунгицидных добавок в полимерах при производстве антимикробных текстильных материалов // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 8. С. 87–91. [Khaliullina M. K., Gadelshina E. A. The use of various bactericidal and fungicidal additives in polymers in the production of antimicrobial textile materials. Herald of Technological University. 2014;17(8):87–91. (In Russ.)].
Шкуро А. Е. Композиты с регулируемым биоразложением на основе производных целлюлозы, синтетических полимеров и лигноцеллюлозных наполнителей: дис. … д-ра технич. наук. Екатеринбург, 2023. 319 с. [Shkuro A. E. Composites with controlled biodegradation based on cellulose derivatives, synthetic polymers and lignocellulose fillers: thesis … Doctor of Technical Sciences. Yekateriinburg, 2023. 319 p. (In Russ.)].
Шкуро А. Е., Шишлов О. Ф., Савиновских А. В. Технологии получения и переработки полимерных композиционных материалов: учеб. пособие. Екатеринбург: УГЛТУ, 2020. 156 с. ISBN: 978-5-94984-747-3. [Shkuro A. E., Shishlov O. F., Savinovskikh A. V. Technology of obtaining and processing polymer composite materials: a textbook. Yekaterinburg: UGTU, 2020, 156 p. ISBN: 978-5-94984-747-3. (In Russ.)].
Штильман М. И. Биодеградация полимеров // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2015. Т. 8. № 2. С. 113–130. DOI: 10.17516/1997-1389-2015-8-2-113-130. [Shtilman M. I. Biodegradation of polymers. Journal of Siberian Federal University. Biology. 2015;8(2):113–130. (In Russ.). DOI: 10.17516/1997-1389-2015-8-2-113-130].
Aleksanyan K. V. Polysaccharides for biodegradable packaging materials: past, present, and future (brief review). Polymers. 2023;15(2):451. DOI: 10.3390/polym15020451. PMID: 36679331.
Belone M. C. L., Kokko M., Sarlin E. The effects of weathering-induced degradation of polymers in the microplastic study involving reduction of organic matter. Environmental Pollution. 2022;(308):119669. DOI: 10.1016/j.envpol.2022.119669.
Biodegradation of lignin by fungi, bacteria and laccases / F. Asina, I. Brzonova, K. Voeller, E. Kozliak, A. Kubatova, B. Yao, Y. Ji. Bioresource Technology. 2016;220(3). DOI: 10.1016/j.biortech.2016.08.016.
Chemical modification of chitosan / H. Sashiwa, N. Kawasaki, A. Nakayama, E. Muraki. Biomacromolecules. 2002;3(5):1120-5. DOI: 10.1021/bm0200478.
Glukhikh V. V., Shkuro A. E., Krivonogov P. S. The effect of chemical composition on the biodegradation rate and physical and mechanical properties of polymer composites with lignocellulose fillers. Bulletin of Karaganda University. Chemistry Series. 2021;3(103):83–92. DOI: 10.31489/2021Ch3/83-92.
Ionizing radiation effects on polymer biodegradation / M. Negrin, E. Macerata, G. Consolati, L. Di Landro. Radiation Effects and Defects in Solids. 2018;173(9-10):842–850. DOI: 10.1080/10420150.2018.1528610.
Ivarson K. C., Schnitzer M., Cortez J. The biodegradability of nucleic acid bases adsorbed on inorganic and organic soil components. Plant and Soil. 1982;(64):343–353. DOI: 10.1007/BF02372517.
Jabeen N., Atif M. Polysaccharides based biopolymers for biomedical applications: A review. Polymers for Advanced Technologies. 2024;35(1):6203. DOI:10.1002/pat.6203.
Microplastics in fish gut, first records from the Tom River in West Siberia, Russia / Yu. A. Frank, E. D. Vorobiev, I. B. Babkina, D. Antsiferov. Tomsk State University Journal of Biology. 2020;(52):130–139. DOI: 10.17223/19988591/52/7.
Pekhtasheva E. L., Zaikov G. E. Biodegradation mechanism of some polymers. Key Engineering Materials, Volume 1: Current State of the Art on Novel Materials, 2014:277–313. DOI: 10.1201/b16588.
Rose K., Steinbu?chel A. Biodegradation of natural rubber and related compounds: recent insights into a hardly understood catabolic capability of microorganisms. Applied and Environmental Microbiology. 2005;71(6):2803–2812. DOI: 10.1128/AEM.71.6.2803-2812.2005. PMID: 15932971. PMCID: PMC1151847.
Starch esters as biodegradable plastics: Effects of ester group chain length and degree of substitution on anaerobic biodegradation / C. Rivard, L. Moens, K. Roberts, J. Brigham, S. Kelley. Enzyme and Microbial Technology. 1995;17(9):848–852.
Study on biodegradability and thermal behaviour of composites using poly lactic acid and gamma-irradiated fibres of Luffa cylindrica / S. Tripathy, P. Jali, C. Parida, C. Pradhan. Chemosphere. 2020;(261):127684. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127684.
Synthesis and antioxidant activity evaluation of a novel cellulose hydrogel containing trans-ferulic acid / S. Trombino, R. Cassano, E. Bloise, R. Muzzalupo. Carbohydrate Polymers. 2009;75(1):184–188. DOI: 10.1016/j.carbpol.2008.05.018.
Yadav N., Hakkarainen M. Degradable or not? Cellulose acetate as a model for complicated interplay between structure, environment and degradation. Chemosphere. 2021;(265):128731. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.128731.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Аграрный научный журнал
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
