ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ Гузенко О.А.1, Кузнецов В.В.2 (Российская Федерация)

1Гузенко Оксана Александровна - магистрант; 2Кузнецов Владимир Васильевич - доктор химических наук, профессор, Ивановский государственный химико-технологический университет,

г. Иваново

Аннотация: статья является продолжением большой работы по синтезу и исследованию свойств биоразлагаемых материалов. В ней описано исследование морфологии поверхности биоразлагаемых пленок, модифицированных четырьмя сшивающими агентами, с помощью метода сканирующей электронной микроскопии. На основании изображений, полученных на сканирующем электронном микроскопе, был выбран наиболее подходящий сшивающий агент для дальнейших исследований. Ключевые слова: биоразлагаемые упаковочные материалы, эко-упаковка, сканирующий электронный микроскоп, морфология поверхности пленок, прочность, модификация.

STUDY OF STRUCTURAL PROPERTIES OF POLYMER BIODEGRADABLE

MATERIALS Guzenko O.A.1, Kuznetsov V.V.2 (Russian Federation)

1Guzenko Oksana Aleksandrovna - master's student; 2Vladimir Vasilievich Kuznetsov - Doctor of Chemical Sciences, Professor, IVANOVO STATE UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY, IVANOVO

Abstract: the article is a continuation of a large work on the synthesis and study of the properties of biodegradable materials. It describes the study of the surface morphology of biodegradable films modified with four cross-linking agents using scanning electron microscopy. Based on the scanning electron microscope images, the most suitable cross-linking agent was selected for further studies.

Keywords: biodegradable packaging materials, eco-packaging, scanning electron microscope, film surface morphology, strength, modification.

УДК 54

Полиэтиленовые упаковочные пакеты - универсальные и удобные материалы, но их широкое применение наносит неизгладимый ущерб нашей планете. Срочная необходимость решения проблемы загрязнения окружающей среды отходами пластика привело к принятию значительных усилий по разработке более экологически чистых материалов. Перспективным сырьем, для создания биоразлагаемых упаковочных материалов, считается крахмал из-за его обилия, низкой стоимости, полной биодеградации, высокой биосовместимости и хороших пленкообразующих свойств. Однако необходимо преодолеть ряд технических проблем, чтобы повысить практичность материалов на основе крахмала для различных применений. Одной из таких проблем является низкая прочность полимерных упаковочных материалов на основе крахмала [1]. Прочность таких материалов напрямую связана с совместимостью рецептурных компонентов и их взаимодействием при пленкообразовании. Таким образом, в данной работе представлено исследование структурных свойств биоразлагаемых материалов, полученных ранее [2], с помощью сканирующего электронного микроскопа TESCAN VEGA 3 SBH.

Сканирующий электронный микроскоп представляет собой устройство, которое сканирующее сфокусированным электронным пучком света анализируемый объект и регистрирующее детектором сигнала, возникающего в ходе взаимодействий электронов с веществом. В результате данного процесса происходит формирование увеличенного изображения поверхности исследуемого объекта, дающее наглядную информацию о распределении фаз, которые отличаются по плотности [3].

Изображение поверхности происходит благодаря отражению доли электронов от поверхности анализируемого объекта и попадания их в детектор. Плотность и рельефность исследуемых объектов оказывают влияние на контраст полученного изображения. СЭМ-изображения отличаются высокой глубиной резкости и «объемностью». При исследовании полимерных образцов, подготовка материала является более сложной и осуществляется путем нанесения на поверхность объекта токопроводящей пленки с целью снятия статического заряда. Без токопроводящей пленки СЭМ-изображения имеют худшие разрешения. Кроме того, при проведении анализа с поверхности анализируемого материала

удаляют грязь, пыль и другие механические частицы, которые могут осаждаться на элементах сканирующего электронного микроскопа и нарушать исправность работы электрооптической системы.

Рис. 1. Внешний вид сканирующего электронного микроскопа TESCAN VEGA 3 SBH.

Сканирующий электронный микроскоп состоит из источника электронов, оптической системы, позволяющей фокусировать электроны, камеры с анализируемым объектом и детектора регистрации сигнала. Кроме того, учитывают систему откачки для формирования вакуума в приборе. Вакуум создается для предотвращения столкновений электрона и молекул воздуха, так как в данном случае электрон не сможет пройти путь от источника до исследуемого образца.

Катод испускает электроны, которые, преодолевая систему электронной оптики, стремятся к образцу. Сфокусированный пучок, проходя по поверхности объекта исследования, создает эмиссию вторичных электронов, регистрирующихся детектором сигнала. В итоге происходит накопление информации о координатах пучка электронов на образце и значениях зарегистрированных сигналов с детектора [4].

Для изучения морфологии поверхностных пленок было получено 4 изображения при увеличении 40дт.

Рис. 2. СЭМ-изображение пленки, модифицированной лимонной кислотой.

Рис. 3. СЭМ-изображение пленки, модифицированной ортофосфорной кислотой.

Рис. 4. СЭМ-изображение пленки, модифицированной адипиновой кислотой.

Рис. 5. СЭМ-изображение пленки, модифицированной щавелевой кислотой.

Благодаря исследованию на сканирующем электронном микроскопе удалось установить, что поверхность всех образцов является частично шероховатой, но с отсутствием трещин. Наиболее однородная структура и наилучшая дисперсия, по сравнению с другими пленками, была получена у образца, модифицированного ортофосфорной кислотой. Это можно объяснить хорошей совместимостью используемых рецептурных компонентов.

Список литературы /References

1. Mohamed S.A.A., El-Sakhawy M. & El-Sakhawy M.A.M. (2020). Polysaccharides, protein and lipid -based natural edible films in food packaging: A review. In Carbohydrate polymers (Vol. 238) Elsevier, Article 116178. https://doi.org/10.1016/ j.carbpol.2020.116178;

2. Получение биоразлагаемых упаковочных материалов с высокой прочностью и исследование их свойств на разрывной машине, Гузенко О.А., Кузнецов В.В., Вестник науки. 2023. Т. 2. № 12 (69). С. 1233-1239;

3. Нанобиотехнология: учебное пособие / А.Ю. Просеков, Л.С. Дышлюк, О.В. Козлова, Н.В. Изгарышева. — Кемерово: КемГУ, 2016. — 204 с. — ISBN 978-5-89289-930-7;

4. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2007. - 414 с.