Российские ученые показали возможность разложения биополимеров с помощью обработки озоном
Ученые из Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук (ИБХФ РАН) совместно с коллегами из РЭУ им. Г.В. Плеханова, НИТУ МИСИС и ИИХ им. А.Е. Фаворского СО РАН продемонстрировали возможность регулирования скорости разложения биополимеров при помощи озона. Эксперименты показали, что обработка озоном биоразлагаемого поли-3-гидроксибутирата изменяет его структуру на молекулярном уровне.
Влияние окисления на структуру и свойства полимерных материалов в течение многих лет остается актуальной исследовательской областью физической химии полимеров, так как процесс окисления происходит на каждой стадии существования полимерного материала: при производстве и хранении, при переработке в изделия и последующем использовании, а также после окончания срока службы. Окислители различной природы оказывают значительное влияние на стабильность полимерных изделий, а также на скорость их разложения в окружающей среде.
В настоящее время в мире проводится множество исследований, посвященных изучению механизмов, кинетики и потенциала контролируемого окисления полимеров и нацеленных на улучшение свойств полимеров. Применение различных окислителей для модификации полимеров открывает перспективы регулирования их стабильности, а также обработки их поверхности для улучшения свойств, например, увеличения прочности, контроля гидрофильности или стерилизации.
Ранее авторы уже исследовали влияние озона на прочностные характеристики полиэтилена, а также биоразлагаемого поли-3-гидроксибутирата. Теперь они приводят новые данные о влиянии озона на структуру и свойства поли-3-гидроксибутирата, в частности на скорость его разрушения при выдержке в почвенном грунте.
«Поскольку озонирование может быть осуществлено как дополнительная стадия подготовки полимеров или изделий из них, полученные результаты открывают перспективу модификации поверхности, в частности для контроля скорости биодеградации, которая может быть очень привлекательной в виду простоты и низкой стоимости реализации», — рассказала один из участников исследования, кандидат химических наук Полина Тюбаева.
Исследователи продемонстрировали, что сущность озонирования поли-3-гидроксибутирата заключается в накоплении различных кислородсодержащих функциональных групп на поверхности материала, что приводит к усилению межмолекулярного взаимодействия макромолекул, способствующему упрочнению поверхности, а также затруднению диффузии деструкторов (микроорганизмов и органических веществ, которые запускают процессы деструкции полимера при попадании в почву) в объем материала.