ГАТАУЛЛИНА ИЛЬГИЗА ИЛФАКОВНА

Казанский национальный исследовательский технологический университет

ПРИМЕНЕНИЕ БИОПОЛИМЕРОВ В ДИЗАЙНЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ

ПРОИЗВОДСТВА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ.

В статье анализируется вопрос об актуальности применения биополимеров

в

дизайне

и

его

экологические

свойства.

Дана

краткая

характеристика

производства биополимеров, в частности полигидроксиалканоатов.

Ключевые

слова:

дизайн,

современная

промышленность,

полимерные

материалы, синтетика, экологический дизайн.

Специфику

дизайнерской

деятельности,

его

специализацию

всегда

определяет

материал,

из

которого

производится

продукция.

Современные

рыночные

отношения

и

совершенствование

технологий

индустриального

производства

открывают

более

широкие

перспективы

для

творчества

дизайнера.

Одним

из

основных

современных

материалов

в

данной

деятельности являются полимеры, успешно применяемые во всех направлениях

дизайна.

Какой предмет мы бы ни взяли в качестве примера, мы сможем найти в нем

элементы, выполненные из пластика, будь то дешевый продукт, продаваемый в

магазине

«все

по

одной

цене»

или

разработка

именитого

дизайнера,

выпущенная серьезной компанией. Сейчас сложно представить, что когда-то

человек

обходился

без

пластика

–

это

особенность

повседневности

–

мы

окружены

пластиком.

Действительно,

полимерные

материалы

стали

универсальным

материалом,

предлагающим

всестороннее

решение

потребностей современного человека от упаковки до зубной щетки, корпусов

бытовой

техники,

интерьеров

жилых

пространств

и

даже

архитектурных

сооружений – они неотъемлемый элемент нашей современной жизни.

Однако, концепция устойчивого развития, являющаяся ключевой задачей ХХI

века, предполагает ведение новых форм хозяйствования, которые обеспечат

сокращение темпов потребления невозобновляемых ископаемых видов сырья,

сохранив их для будущих поколений,, переход на новые функциональные и

экологически

чистые

материалы,

а

также

освоение

принципиально

новых

средств

и

технологий

для

защиты

окружающей

среды

и

рационального

природопользования.

Охрана

окружающей

среды

–

неотъемлемый

компонент

устойчивого

развития.

Это

диктует

необходимость

разработки

новых

и

эффективных

технологий

и

средств,

не

наносящих

вреда

окружающей

среде,

т.

е.

«дружественных» природе.

Полимеры – это вещества, состоящие из больших макромолекул, которые

соединяются

из

элементарных

звеньев,

или

мономеров.

Благодаря

своим

свойствам,

полимерные

материалы

обрели

популярность

на

сегодняшнем

рынке.

Не менее важным и остро стоящим является вопрос экологичности изделий

из полимеров. Срок разложения пластикового изделия или пищевой плёнки

превышает стони лет.

Поэтому еще одним вариантом решения проблемы экологичности является

производство

биоразлагаемых

полимеров.

На

сегодня

наибольшей

популярностью

среди

таких

пластмасс

пользуется

полигидроксиалканоаты

(ПГА,

англоязычная

аббревиатура

-

PHA),

так

как

он

изготавливается

из

органиче ских

материалов.

Полигидроксиалканоаты:

п ол н о с т ь ю

биоразрушаемые полимеры микробиологического происхождения, получаемые

в одну стадию на различных углеродных субстратах. Это полиэфиры различных

гидроксипроизводных

жирных

кислот,

которые

синтезируются

большим

количеством

микроорганизмов

как

запасной

источник

энергии,

в

условиях,

когда необходимые элементы питания, как азот или фосфор, лимитированы.

Они обладают свойствами сходные с различными термопластиками, такими как

полипропилен.

Полипропилен

используется

при

производстве

некоторых

компонентов бытовой техники и потребительских товаров, в частности они

используются для дизайнерских целей. Это могут быть различные прозрачные

детали, предметы домашнего обихода, мебель, приборы, игрушки и т.д.

ПГА

имеют

следующие

преимущества:

1)

технология

биосинтеза

ПГА

позволяет

получать

образцы

полимеров

разной

химической

структуры;

2)

истинная биологическая деградация и возможность варьирования состава ПГА

позволяют задавать времена и кинетику разрушения; 3) основной компонент

ПГА – 3-гидроксимасляная кислота – является естественным продуктом обмена

клеток и тканей, а конечный продукт биодеградации ПГА – диоксид углерода и

вода;

это

позволяет

получать

изделия

для

биомедицины

высокой

биосовместимости.

ПГА - термопластичные полиэфиры, которые могут быть получены путем

микробной

ферментации

сахаров

растительного

п р о и схож д е н и .

Микроорганизмы вырабатывают ПГА, когда они попадают в условия дефицита

определенных метаболитов, связанных с избытком углерода. Другими словами,

микроорганизмы

затем

накапливают

углерод,

происходящий

из

сахаров,

в

форме гранул ПГА. Они заменяют полимеры на основе нефти.

Данный

вид

полимеров

разрушается

до

конечных

продуктов

(воды

и

углекислого газа) в аэробных условиях и до метана в анаэробных условиях,

микроорганизмами, обитающими в почве, море, озерах и сточных водах.

Таким

образом,

способность

полимерных

материалов

к

биодеструкции

обусловлено

главным

образом

их

химическим

составом,

структурой

и

свойствами макромолекул.

Например, для художников и дизайнеров дерево было активным компонентом

для творчества, потому что позволяло им быть соавторами природы. Таким

образом,

использование

биоразрушаемых

полимеров

микробиологического

происхождения позволяет достичь тех же целей.

Основными технологиями получения современных биополимеров считают

следующие:

- смешанное производство. В данном случае подготовленное биологическое

сырье

в

процессе

производства

и

полимеризации

частично

смешивается

с

нефтепродуктами и другими сложными углеводородами;

-

биомассу

модифицируют

химическим

способом

с

сохранением

органических

свойств.

В

качестве

примера

можно

привести

целлюлозные

полимеры;

- при помощи технологии ферментации. Биологическое сырье подвергается

воздействию ферментов и в дальнейшем полимеризуются. Основной пример –

полимолочная кислота;

- естественный процесс. Производство путем воздействия микроорганизмов

(бактерии)

на

модифицированное

органическое

сырье

при

помощи

генной

инженерии. Чаще всего основой для естественно производства биополимеров

служат бобовые и зерновые культуры.

Различные сельскохозяйственные культуры могут генерировать множество

агропромышленных отходов из сахарного тростника, пшеницы и отрубей риса,

растительного

масла,

очисток

картофеля

и

различных

фруктов,

таких

как

апельсин,

банан,

и

т.д.

Среди

них,

сахарный

тростник

является

одним

из

основных

культур

тропических

стран.

Жом

сахарного

тростника

является

основным побочным продуктом производства сахара.

Биополимеры

вне

зависимости

от

технологии

производства

получают

из

живых культур или из возобновляемых природных ресурсов.

Кроме

того,

линейная

структура

молекул

ПГА

придает

им

свойство

термопластичности

и

изменения

прочности.

При

нагревании

молекулярные

цепи в ПГА легко сдвигаются относительно друг друга, в результате этого

материал

размягчается

и

приобретает

текучесть.

Данное

технологическое

свойство

имеет

большую

коммерческую

ценность,

так

как

позволяет

с

использованием различных методов получать из этих полимеров разнообразные

изделия.

Из ПГА возможно получение гибких пленок различной толщины, в том числе

полупроницаемых мембран, нитей, нетканых материалов, различных полых

форм

(бутылки,

контейнеры,

коробки

и

пр.),

а

также

гелей

и

клеев.

Совокупность свойств, характерных для ПГА, делает их перспективными для

применения в различных сферах – дизайне, медицине, фармакологии, пищевой

и

косметической

промышленности,

сельском

и

коммунальном

хозяйстве,

радиоэлектронике и других сферах.

В

потребительском

секторе

биопластики

применяются

для

производства

пищевых продуктов (пакетов, контейнеров, пищевых пленок, пеноматериалов и

др.),

одноразовой

посуды,

мешков

для

сбора

и

компостирования

пищевых

отходов, сельскохозяйственных пленок и др.

Известные маркетологи разработали целый ряд стратегий, направленных на

популяризацию органических полимеров во многих сферах потребления:

- материалы для упаковки. Теперь пакеты из супермаркета или пластиковые

бутылки

могут

спокойно

распадаться

на

простые

составляющие

и

утилизироваться в естественных условиях, не причиняя вреда природе;

-

автопром.

Изготовление

материалов

для

шумоизоляции

салонов,

прорезиненных материалов, прокладок, сальников;

- строительная сфера. Различные отделочные материалы из биопластиков, а

также полимерные основы для клеевых смесей;

- другие целевые рынки. Возможность управлять реакциями полимеризации,

создавая

органические

полимеры

специально

для

конкретных

отраслей.

Например, биоимпланты в медицине.

Посредством

изобретения

синтез

нескольких

типов

ПГА

может

осуществляться

обычным

и

контролируемым

образом

из

биоресурсного

субстрата

путем

комбинирования

биологического

продуцирования

с

химическим производством.

Сегодня

еще

рано

говорить

о

массовом

потреблении

биоразлагаемых

полимеров

-

пока

они

используются

ограниченно,

но

масштабы

их

производства

постоянно

совершенствуются.

Природные

полимеры,

синтезируемые

микро-

и

макроорганизмами,

подвержены

деструкции

и

разлагаются в окружающей среде, вовлекаясь в круговорот. В этих процессах

ключевую

роль

играют

микроорганизмы,

способные

ассимилировать

разнообразные

органические

соединения,

обеспечивая

самоочищение

окружающей среды от загрязняющих веществ.

СПИСКОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.

Волова,

Т.Г.

Современные

проблемы

и

методы

биотехнологии

[Электронный

ресурс]:

учеб.-метод.

пособие

для

самостоят.

работы

[для

студентов программы подг. 020400.68 «Биология»] / Сиб. федерал. ун-т ; сост.:

Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая. - Красноярск : СФУ, 2013. - 73 c.

2. Noisshiki Y., Komatsuzaki S. Medical materials for soft tissue use // Japanese

Patent Application. № JP 7275344 A2. 1995.

3.

Волова,

Т.Г.

Физико-Химические

свойства

полигдироксиалканоатов

различного химического строения. / Т. Г. Волова, Н. О. Жила, Е. И. Шишацкая,

П.

В.

Миронов,

А.

Д.

Васильев,

А.

Г.

Суковатый,

A.

J.

Sinskey

//

Высокомолекулярные соединения, Серия А, 2013, том 55, № 7, с. 775–786.

4.

Вторичные

ресурсы:

проблемы,

перспективы,

технология,

экономика:

Учеб. пособие / Г. К. Лобачев [и др];– Волгоград, 1999. – 180 с.

5. Потапов А.Г, Пармон В.Н. (2010) Биоразлагаемые полимеры – вперед в

будущее. Экология ипромышленность России 5: 4–8 [Potapov A.G., Parmon V.N.

(2010) Biodegradable polymers –forward to the future. Ecology and industry of

Russia 5: 4–8]