CC BY
0УДК 54 Гузенко О.А., Кузнецов В.В.
Гузенко О.А.
магистрант 2 курса Ивановский государственный химико-технологический университет
(г. Иваново, Россия)
Кузнецов В.В.
доктор химических наук, профессор Ивановский государственный химико-технологический университет
(г. Иваново, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛЕНОК ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ АНАЛИЗА
Аннотация: синтезированы биоразлагаемые пленки, модифицированные пищевыми кислотами и натуральными красителями с целью придания заранее заданных свойств. Полученные образцы пленок исследованы современными методами: инфракрасная спектроскопия применялась для исследования физико-химических и межмолекулярных взаимодействий рецептурных компонентов пленок.
Ключевые слова: биоразлагаемые пленки, пищевые кислоты, натуральные красители, инфракрасная спектроскопия, отходы пластика.
Загрязнение окружающей среды пластиковым мусором приобрело глобальные масштабы. Причиной таких загрязнений служит использование населением планеты в огромном количестве пластиковых упаковочных материалов, разложение которых занимает более ста лет. Решением данной проблемы может стать частичный переход на биоразлагаемые упаковочные материалы.
Биоразлагаемыми материалами называются такие материалы, которые способны к деструкции под воздействием солнечного света, воды, почвенных
микроорганизмов, грибов. Разложение таких материалов в окружающей среде происходит намного быстрее, чем разложение пластиковых упаковочных материалов, и может составлять менее трех месяцев.
Нами были разработаны, по запатентованной технологии, образцы биоразлагаемых пленок, модифицированные пищевыми кислотами и натуральными красителями. Пищевые кислоты использовались в качестве сшивающих агентов. Предполагалось, что их внесение может повысить прочность пленок и придать однородность структуре. В качестве индикаторов использовались натуральные антоциановые красители, полученные из выжимок клюквы, черноплодной рябины, черной смородины. Они добавлялись к пленкам с целью придания им свойств индикации срока годности продуктов питания, которые будут помещены в пленки. Это становится возможным благодаря тому, что окраска природных антоциановых красителей зависит от рН среды [1]. И таким образом, пленки могут изменять свою окраску в результате порчи продуктов.
Полученные опытные образцы были исследованы современными физико-химическими методами, такими как инфракрасная спектроскопия.
Инфракрасная спектроскопия - это метод исследования свойств, стерической и химической структур макромолекулярных объектов, который основан на способности взаимодействия вещества с полем электромагнитного излучения в инфракрасной области энергетического спектра (область с длинной волны X = 1 - 25 мкм) [2]. Для проведения анализа использовался ИК-спектрометр с преобразованием Фурье.
В ходе эксперимента, для получения образцов биоразлагаемых пленок, использовался метод литья. Метод изготовления пленок состоял из следующих этапов:
1. Желатинизация крахмальной суспензии в присутствии сшивающего агента, которым выступали пищевые кислоты (лимонная, ортофосфорная, адипиновая, щавелевая) в соотношении 1:3 (сшивающий агент : сухой крахмал).
2. Смешивание готового раствора крахмала с пластификатором, которым выступал глицерин, антоциановыми красителями и пленкообразователем - поливиниловым спиртом.
3. Сушка формовочной смеси для получения пленок при определенных условиях [3].
В результате эксперимента были получены следующие образцы пленок: Образец №1 - Пленка, модифицированная лимонной кислотой, Образец №2 - Пленка, модифицированная ортофосфорной кислотой, Образец №3 - Пленка, модифицированная лимонной кислотой и соком черноплодной рябины,
Образец №4 - Пленка, модифицированная лимонной кислотой и соком клюквы,
Образец №5 - Пленка, модифицированная лимонной кислотой и соком черной смородины,
Образец №6 - Пленка, модифицированная адипиновой кислотой, Образец №7 - Пленка, модифицированная щавелевой кислотой. Изучение химической структуры полученных образцов проводилось на ИК-спектрометре. Спектры снимались без предварительной обработки.
ИК-спектры исследуемых образцов пленок представлены на рисунках 1
- 7.
Рисунок 1. ИК-спектр образца №1.
III 11
1
«
■¡ею йя за» яад т эооо ш т г«о га» т 19® Ш ют эяй т ияя '.эх нот т гм га щ ж
ВИ
Рисунок 2. ИК-спектр образца №2.
«ОС ¿С же УМ Ш ИХ ЛЙ ДМ ММ Ш М 1И 13К Ш '.¿а ;5£Й I® 1Ш' ^ ш «с а» йеим
(ЯИ
Рисунок 3. ИК-спектр образца №3.
Рисунок 4. ИК-спектр образца №4.
Рисунок 5. ИК-спектр образца №5.
[ . ГЛТ|ТПТ'|Тг'"Г'1'"у, 'Тг''тгтГ'У|'"'К1 ' *"1трптггр ГГ1 -^тттртпкт-'! I ГГ\ I ■>< V, * . -'•'• ¡"ГГПТ^ I". I Г|Г|Т( 1Т[ТПП - • ,|'|<(( < - IV» | |'< г .VI1111 Г]/I гг.С г
ТО ВД да ЙМ га »» »С N9) гм Я» ВД ад ЗД 10) 1«) 1*в 1К1) и« Ц® « № № в) М
Рисунок 6. ИК-спектр образца №6.
>Т ;
:
а-
¡0-
м» « м ж ж да т вк и
от-)
Рисунок 7. ИК-спектр образца №7.
В результате исследования были получены и проанализированы ИК-спектры образцов пленок. На всех спектрах присутствуют следующие полосы поглощения:
- полоса поглощения в области 3500-3100 см-1, характеризующая валентные колебания гидроксильных групп,
- полоса поглощения области 3000-2800 см-1, обусловленная валентными колебаниями С-Н от метильных и метиленовых групп,
- группа полос поглощения в области 1300-800 см-1, характеризующая валентные колебания групп С-С, С-О.
Кроме того, благодаря данному исследованию, удалось подтвердить все предположения, касаемые модификации пленок различными пищевыми кислотами. Так на ИК-спектрах образцов, модифицированных лимонной кислотой, образуется полоса поглощения в области 1780-1700 см-1, характеризующая валентные колебания карбоксильных групп. На ИК-спектре
образца, модифицированного ортофосфорной кислотой, полосы поглощения в данной области не возникает, но образуется новая полоса в области 1700-1600 см-1, которая характеризует межмолекулярную связь между крахмалом и водой.
Уменьшение интенсивности поглощения соответствует уменьшению взаимодействия химических групп.
Таким образом, в ходе работы были получены биоразлагаемые пленки, модифицированные пищевыми кислотами - лимонной, ортофосфорной, адипиновой, щавелевой, которые добавлялись для повышения прочности пленок, и натуральными красителями - соком черноплодной рябины, клюквы и черной смородины, которые добавлялись для придания пленкам свойств индикации кислотности среды.
Полученные пленки были всесторонне исследованы современными методами анализа, одним из которых был метод инфракрасной спектроскопии. С его помощью были исследованы физико-химические и межмолекулярные взаимодействия рецептурных компонентов пленок. Необходимо продолжить исследования влияния модификации ортофосфорной кислотой пленок из природных полисахаридов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Пищевая химия / Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др. Под ред. А.П. Нечаев. - Спб.: ГИОРД, 2001. - 592 с;
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. в 2 кн. Кн. 2. Физико-химические методы анализа: учеб. для химико - технол. спец. Вузов. 6-е изд. М.: Высш. шк., 2004. - 383 с;
3. Study on АехЛ1е 1а^е-агеа Ро1у(утуНёепе Ашпёе)-Ьавеё р1е7ое1ес1:пс films ргерагеё Ьу еxtгusion-cаsting pгocеss for sеnsoгs а^ т1сгоасШа:оге // ММепаЬ СИет^гу end Physics. - 2021. - Vol. 275. - P. 78-87
Guzenko O.A., Kuznetsov V. V.
Guzenko O.A.
Ivanovo State University of Chemistry and Technology (Ivanovo, Russia)
Kuznetsov V.V.
Ivanovo State University of Chemistry and Technology (Ivanovo, Russia)
INVESTIGATION OF BIODEGRADABLE FILMS BY PHYSICO-CHEMICAL ANALYSIS METHODS
Abstract: biodegradable films modified with food acids and natural dyes have been synthesized in order to impart predetermined properties. The obtainedfilm samples were studied by modern methods: infrared spectroscopy was used to study the physico-chemical and intermolecular interactions of the formulation components of the films.
Keywords: biodegradable films, food acids, natural dyes, infrared spectroscopy, plastic
waste.
