Научная статья на тему 'Механические свойства биоразлагаемых композитов на основе полиэтилена и желатина'

Механические свойства биоразлагаемых композитов на основе полиэтилена и желатина Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

CC BY
10
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
биодеградация / желатин / глицерин / полиэтилен / малеиновый ангидрид / полимерный композит. / biodegradation / gelatin / glycerin / polyethylene / maleic anhydride / polymer composite.

Аннотация научной статьи по технике и технологии, автор научной работы — Нормуродов Нурбек Файзулло Угли, Бердиназаров Кодирбек Нуридин Угли, Хакбердиев Элшод Олмосович, Дусиёров Низомиддин Зокир Угли, Ашуров Нигмат Рустамович

В результате данного исследования были получены полимерные смеси на основе линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) и желатина, приведены данные о биодеградации, механических свойствах, количестве образующегося при смешивании привитого сополимера и свободного желатина. Выявлено, что по мере увеличения малеиновых групп в макромолекуле полиэтилена количество привитого сополимера возрастет, увеличение содержания желатина в смеси приводит к заметному увеличению модуля упругости, разрушающего напряжения и падению относительного удлинения при разрушении. Скорость биологической деградации увеличивается с увеличением количества желатина в смеси, при этом биологическая деградация наблюдается в первые 10 дней на уровне 54 %, максимально до 58 %. Установлено, что максимальная степень прививки ЛПЭНП-п-МА и желатина друг к другу зависит от количества малеинового ангидрида в привитом сополимере, было замечено, что максимальная степень прививки была выше с увеличением количества малеинового ангидрида в композитах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технике и технологии , автор научной работы — Нормуродов Нурбек Файзулло Угли, Бердиназаров Кодирбек Нуридин Угли, Хакбердиев Элшод Олмосович, Дусиёров Низомиддин Зокир Угли, Ашуров Нигмат Рустамович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Mechanical properties of biodegradable composites based on polyethylene and gelatin

As a result of this study, we have obtained polymer blends that are based on linear low-density polyethylene (LLDPE) and gelatin and received data on biodegradation, mechanical properties, and amounts of compounds produced from a blending of graft copolymer and free gelatin. It was found that as the amount of maleic groups in the polyethylene macromolecule increases, the amount of graft copolymer grows, and an increase in the content of gelatin in the blend leads to a noticeable rise in the elastic modulus, tensile strength, and a decrease in elongation at break. It was also found that the rate of biodegradability increases with a growth of the content of gelatin in the blend, biological degradation was observed in the first 10 days at 54 %, up to a maximum of 58 %. It was maintained that the maximum degree of grafting LLDPE-g-MA and gelatin to each other depends on the amount of maleic anhydride in the graft copolymer; the maximum degree of grafting appeared to be higher with an increased amount of maleic anhydride in the composites.

Текст научной работы на тему «Механические свойства биоразлагаемых композитов на основе полиэтилена и желатина»

d ) https://dx.doi.org/10.36522/2181-9637-2022-5-1 UDC: 678.742.23+665.931.7(571.1)(045)

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА И ЖЕЛАТИНА

Нормуродов Нурбек Файзулло угли,

докторант (PhD), ORCID: 0000-0002-9817-9066, е-mail: nnf7nnf7@gmail.com;

Бердиназаров Кодирбек Нуридин угли,

докторант (PhD), ORCID: 0000-0001-8888-2359;

Хакбердиев Элшод Олмосович,

доктор философии по техническим наукам (PhD), младший научный сотрудник,

ORCID: 0000-0002-7707-2219;

Дусиёров Низомиддин Зокир угли,

младший научный сотрудник;

Ашуров Нигмат Рустамович,

доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией, ORCID: 0000-0003-0765-5942

Институт химии и физики полимеров Академии наук Республики Узбекистан

Введение

Упаковочная индустрия нуждается в био-деградируемых материалах. Традиционные синтетические полимеры, в частности полио-лефины, несмотря на хорошее сочетание технологии производства, возможности вариации физико-механических характеристик и цены, представляют значимые проблемы для экологии и окружающей среды.

Анализ научной литературы свидетельствует, что решение данной проблемы видится в использовании биополимеров либо их сочетании с синтетическими полимерами. Эти подходы, естественно, имеют свои ограничения, такие как оптимизация физико-механических характеристик (при ускоренной естественной биодеградируемости) и ограниченная деградируемость, зависящая от соотношения биополимер/синтетический полимер,

Аннотация. В результате данного исследования были получены полимерные смеси на основе линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) и желатина, приведены данные о биодеградации, механических свойствах, количестве образующегося при смешивании привитого сополимера и свободного желатина. Выявлено, что по мере увеличения малеиновых групп в макромолекуле полиэтилена количество привитого сополимера возрастет, увеличение содержания желатина в смеси приводит к заметному увеличению модуля упругости, разрушающего напряжения и падению относительного удлинения при разрушении. Скорость биологической деградации увеличивается с увеличением количества желатина в смеси, при этом биологическая деградация наблюдается в первые 10 дней на

уровне 54 %, максимально до 58 %. Установлено, что максимальная степень прививки ЛПЭНП-п-МА и желатина друг к другу зависит от количества малеинового ангидрида в привитом сополимере, было замечено, что максимальная степень прививки была выше с увеличением количества малеинового ангидрида в композитах.

Ключевые слова: биодеградация, желатин, глицерин, полиэтилен, малеиновый ангидрид, полимерный композит.

POLIETILEN VA JELATIN ASOSIDAGI BIOLOGIK

PARCHALANADIGAN KOMPOZITLARNING MEXANIK XUSUSIYATLARI

Normurodov Nurbek Fayzullo o'g'li

tayanch doktorant;

Berdinazarov Qodirbek Nuridin o'g'li

tayanch doktorant;

Haqberdiyev Elshod Olmosovich,

texnika fanlari bo'yicha falsafa doktori (PhD), kichik ilmiy xodim;

Dusiyorov Nizomiddin Zokir o'g'li,

kichik ilmiy xodim;

Ashurov Nigmat Rustamovich,

texnika fanlari doktori, professor, laboratoriya mudiri

O'zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi

Polimerlar kimyosi va fizikasi instituti

Annotatsiya. Ushbu maqolada chiziqli past zichlikdagi polietilen (CHPZPE) va jelatin asosidagi polimer aralashmalar olinishi hamda biologik parchalanish, mexanik xususiyatlar, aralashtirish jarayonida hosil bo'lgan payvand sopolimer miqdori va erkin jelatin haqida ma'lumotlar keltirilgan. Polietilen makromolekulasidagi malein guruhlari miqdori ortishi bilan payvand sopolimeri hajmi oshadi. Aralashmadagi jelatin miqdorining ortishi elastiklik modulining sezilarli darajada oshishi, kuchlanishning buzilishi va deformatsiya paytida uzilishdagi cho'zilishning pasayishiga olib keldi. Biologik parchalanish darajasi aralashmadagi jelatin miqdori ortib borishi bilan oshishi aniqlandi. Biologik parchalanish dastlabki 10 kun ichida 54 %, maksimal 58 %gacha kuzatildi. CHPZPE-

соответственно. Перечень перспективных биополимеров включает белки (соевые и молочные белки, желатин и др.) и полисахариды (хитозан, карбоксиметилцеллюлоза, крахмал и др.). Лидирующие позиции при создании упаковочных материалов на их основе, ввиду низкой себестоимости, занимают желатин и крахмал [1-4]. Особое строение этих биополимеров, а именно наличие плотной сетки водородных связей между макромолекулами, требует пластификации для перевода в термопластичное состояние. Множество исследований, проведенных в этом направлении [5-10] показали принципиальную возможность формирования биодеградируемых качественных пленок с удовлетворительными физико-механическими показателями.

Общепринято, что желатин определяется как продукт, полученный частичным гидролизом коллагена, присутствующего в коже, соединительных тканях и костях животных. Структура желатина включает определенную последовательность гидрофильных аминокислот (глицин, пролин, гидроксипролин), при охлаждении водного раствора желатина образуется гель с восстановлением тройной спирали коллагена. Наиболее эффективными пластификаторами желатина являются глицерин, сорбитол, полиэтиленгликоли, вариация содержания которых позволяет получать пленки с разрушающим напряжением в пределах 1 и более 100 МПа, модуль упругости - сотни МПа с весьма низкими показателями относительного удлинения при разрушении. В то же время высокая чувствительность желатина к воде, то есть низкие барьерные свойства к парам воды (набухание, растворение), сдерживают масштабы их производства и применения.

С этой точки зрения интерес к созданию смесей желатина с синтетическими полимерами не ослабевает [11]. При этом замечено, что обычное смешение желатина с полиолефина-ми в различных соотношениях дает весьма низкие показатели по биодеградируемости (до 10 %), оптимизация морфологии смеси за счет перевода желатина в термопластичное состояние увеличивает данный показатель незначительно, а рекордные показатели био-деградируемости достигнуты при создании условий формирования привитых сополимеров полиэтилена с желатином (более 80 %) [12].

В этой работе формирование такой структуры осуществлено посредством дополнительной стадии - смеси желатина с полиэтиленом получали на предварительно облученном полиэтилене (источник Со60, доза 3,4 kGу/h). К сожалению, в данном исследовании отсутствуют структурные данные полиэтиленовой матрицы и присущие им физико-механические и термические характеристики. Ранее нами показана [13] реализация такой возможности на малеинизированном полиэтилене.

В предлагаемой работе приведены результаты по биодеградируемости смеси желатина с малеинизированным полиэтиленом во взаимосвязи с термическими и физико-механическими характеристиками.

Материалы и методы

В работе использовали:

- ЛПЭНП марки F-0320, d = 0,920 г/см3, ПТР = 2,5 г/10 мин. (при нагрузке 2,16 кгс). Производитель - Шуртанский газохимический комплекс (РУз);

- пищевой желатин марки П-200 (ГОСТ 11293-2019). Производитель ОАО «Можелит», Беларусь;

- малеиновый ангидрид C4H2O3, ч.д.а., бесцветные ромбические кристаллы, Мг = 98,06 г/моль, перегонялся при Ткип = 84,0 оС/14 мм рт. ст., Тпл = 60 оС, р60 = 1,3140""г/см3.

Приготовление термопластичного желатина

Для растворения желатиновых гранул и придания им термопластичности в дистиллированную воду добавляли глицерин и перемешивали до получения такой же смеси, в полученную смесь добавляли желатин и снова перемешивали, затем нагревали в печи при 80 оС в течение двух часов.

Функционализацию ЛПЭНП малеиновым ангидридом (ЛПЭНП-п-МА) проводили на пластографе Брабендера (Plasticorder Brabender OHGDUISBURG, Germany), с частотой вращения кулачков 98 об/мин и при температуре 180 ± 5 оС [13]. Концентрацию привитого малеинового ангидрида варьировали в пределах 0,5-5,0 масс. %.

Полимерные смеси на основе ЛПЭНП-п-МА и желатина получали на пластографе Брабен-дера, в течение 30 мин., при 50 об/мин и 180 ± 5 оС путем добавления пластифицированного желатина в расплав ЛПЭНП-п-МА.

Максимальный процент прививки ЛПЭНП-п-МА и желатина составил 114 %, процент

p-MA va jelatinni bir-biriga payvand qilishning maksimal darajasi payvand sopolimeridagi malein angidrid miqdoriga bog'liqligi tadqiq etildi. Kompozitlarda malein angidrid miqdori ortishi bilan maksimal payvandlash darajasi yuqori bo'lishi kuzatildi.

Kalit so'zlar: biologik parchalanish, jelatin, glitserin, polietilen, malein angidrid, polimer kompozit.

MECHANICAL PROPERTIES OF BIODEGRADABLE COMPOSITES BASED ON POLYETHYLENE AND GELATIN

Normurodov Nurbek Fayzullo ugli,

Doctoral Student;

Berdinazarov Kadirbek Nuridin ugli,

Doctoral Student;

Khakberdiev Elshod Olmosovich,

Doctor of Philosophy in Technical Sciences (PhD), Junior Researcher;

Dusiyorov Nizomiddin Zokir ugli,

Junior Researcher;

Ashurov Nigmat Rustamovich,

Doctor of Technical Science, Professor, Head of the Laboratory

Institute of Chemistry and Physics of Polymers of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

Abstract. As a result of this study, we have obtained polymer blends that are based on linear low-density polyethylene (LLDPE) and gelatin, and received data on biodegradation, mechanical properties, and amounts of compounds produced from blending of graft copolymer and free gelatin. It was found that as the amount of maleic groups in the polyethylene macromolecule increases, the amount of graft copolymer grows, and an increase in the content of gelatin in the blend leads to a noticeable rise in the elastic modulus, tensile strength, and a decrease in elongation at break. It was also found that the rate of biodegradability increases with a growth of the content of gelatin in the blend, biological degradation was observed in the first 10 days at 54 %, up to a maximum of 58 %. It was maintained that maximum degree of

grafting LLDPE-g-MA and gelatin to each other depends on the amount of maleic anhydride in the graft copolymer; maximum degree of grafting appeared to be higher with increased amount of maleic anhydride in the composites.

Keywords: biodegradation, gelatin, glycerin, polyethylene, maleic anhydride, polymer composite.

прививки рассчитывали путем экстракции непрореагировавших ПЭ и желатина водой и ксилолом.

Степень прививки рассчитывали по следующей формуле:

прививка % = (Wg - Wo) / Wo х 100. (1)

Здесь Wo и Wg - массы исходного композита и после полного удаления не участвовавших в реакции полиэтилена и желатина соответственно.

Испытание полимерных композиций на биоразложение проводили в виде пленок в специально подготовленном грунте (с влажностью не менее 25 %). В период испытаний поддерживали 30 % влажность грунта, а пробы погружали на глубину 15 см. Заложенные образцы в почве вынимали каждые 10 дней испытаний на биоразложение, промывали в этаноле, вытирали и уравновешивали в эксикаторе в течение по меньшей мере одного дня до того, как регистрировали массу. Потерю массы образца (W) в % определяли в зависимости от количества дней следующим образом:

W = (W, - W.) / Wo х 100...

Потеря массы в % после каждых 10 дней (Wdi):

Wdi = (W. - W,4 / W. х 100,

где Wо - исходная масса, г; W. - конечная масса через каждые 10 дней, г; W - начальная масса через каждые 10 дней, г.

Физико-механические испытания

Диаграммы растяжения образцов определяли на универсальной испытательной машине SHIMADZU AG-X plus (Japan) в режиме одноосного растяжения с установленной скоростью деформирования в соответствии с требованиями, установленными ASTM D638-99 «Стан-

дартный метод испытаний для прочностных свойств пластиков».

Для анализа использовали не менее пяти образцов исследуемого материала, выполненных в виде двухсторонних лопаток толщиной 2 мм. Скорость деформации образцов составляла 20 мм/мин.

Результаты исследования

Равномерность распределения желатиновой фазы в полиэтиленовой матрице и их доступность микроорганизмам определяет эффективность биодеградации таких композиций [14]. Желаемое равномерное распределение принципиально достижимо посредством прививки желатина к макромолекулам полиэтилена. Возможность реализации этой реакции показана нами [15] с использованием малеинизированного линейного сополимера этилена с бутеном-1 (содержание МА 0,5-5 % вес.) и в работе [12] на предварительно облученном полиэтилене [16].

Следует отметить, что до получения смесей полиэтилена с желатином последний должен быть переведен в термопластичное состояние путем пластификации оптимального соотношения глицерина с водой [17-19].

Для определения составов смесей при выбранных соотношениях полиэтилен/желатин проведены экстракционные эксперименты с использованием ксилола и воды для избирательного растворения компонентов соответственно. Ввиду деградации желатина в условиях растворения ПЭ в ксилоле при температуре 120 оС проанализируем только данные экстракции в водной среде. Принимая во внимание, что в этих условиях экстрагируется непрореагировавший желатин, нами рассчитано количество привитого сополимера полиэтилена с желатином (табл. 1).

Таблица 1 Количество привитого сополимера ЛПЭНП-п-МА/желатин

Образцы 70/30 % 60/40 % 50/50 % 40/60 %

Продукты экстракции

ЛПЭНП-п-МА (0,5 %) / ЖЕЛ

Свободный желатин, % 7,6 10,8 20,5 39,5

ЛПЭНП-п-МА-п-ЖЕЛ, % 39,6 59,5 79,6 90,8

ЛПЭНП-п-МА (5 %) / ЖЕЛ

Свободный желатин, % 1,8 8,5 13,7 24

ЛПЭНП-п-МА-п-ЖЕЛ, % 42 61 86,3 114

05.00.00 - ТЕХНИКА ФАНЛАРИ 05.00.00 - ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 05.00.00 - TECHNICAL SCIENCES

Как видно из таблицы, количество свободного желатина варьируется в пределах 1,8-24 % вес. при его содержании в составе исходной смеси 30-60 % вес. соответственно, по отношению к содержанию ПЭ. Исходя из этих данных, определяли степень прививки желатина к полиэтилену. Естественно, по мере увеличения желатина степень прививки увеличивается в пределах 42-114 % вес. Смеси, сформированные в присутствии термопластичного желатина с образованием привитого сополимера, представляют собой гомогенные образования с равномерным распределением компонентов [13]. Увеличение концентрации желатина выше эквимолярного по отношению к концентрации малеиновых групп в полиэтилене приводит к формированию дополнительной желатиновой фазы, которая агломерируется с желатиновым концом привитого сополимера в виде дисперсной фазы.

Как и ожидалось, смеси желатина с полиэтиленом, содержащим 0,5 % wt малеино-вого ангидрида, содержат заметно большее количество непрореагировавшего желатина, 7,6-39,5 % wt. В этом варианте степень прививки для тех же исходных составов составляет 39,6-90,8 % вес.

Механические свойства

Для рассматриваемых систем с эластичной матрицей и жесткими включениями (желатиновая фаза) определяющим параметром процесса деформации является межфазная адгезия. Следует заметить отличие исследуемых смесей ЛПЭНП-п-МА/желатин от классических двухфазных смесей [20-26] в виде четко

• с (МПа)

разделенных непрерывной и дисперсной фаз. В нашем случае дисперсная фаза представляет собой сегрегированные домены привитых макроцепей желатина со свободным непроре-агировавшим желатином.

Общая картина процесса деформации для смесей, предложенная в [27], включает три стадии: упругая (I стадия - до 1 % деформации); далее незначительное отслоение матрицы от поверхности жесткого включения до появления микропустот гантелевидной формы (II стадия - выход на предел текучести); последняя стадия (III стадия) может проявиться в двух видах, как разрушение образца из-за коалесценции микропустот либо как упорядочение макромолекул в направлении приложенного напряжения (именуемое ориентаци-онной кристаллизацией, рекристаллизацией, cold-drawing process). Именно эта часть определяется межфазной адгезией, усиление которой сопровождается увеличением напряжения при пределе текучести и уровня деформации.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рассмотрим особенности кривых as исследуемых нами композиций (рис. 1).

Введение малеиновых групп в макромолекулу полиэтилена не вносит значимых изменений в форму кривых as, в них присутствуют все три стадии процесса деформирования. В то же время усиление межмолекулярных взаимодействий из-за присутствия малеиновых функциональных групп (0,5-5 % вес.) приводит к заметному увеличению напряжения при пределе текучести - 8,5-13,5 МПа), пределе прочности при растяжении - 11-14,5 МПа), модуле упругости - 130-220 МПа).

1.ЛПЭНП

2. ЛПЭНД-п-МА (0.5%)

3. ЛПЭНП-п-МА (5%)

4. ЛПЭНП/ЖЕЛ 60/40

5. ЛПЭНП п МА(0.5%)/ЖЕЛ 60/40

6. ЛПЭНП-п-МА(5%)/ЖЕЛ 60/40

4h

Рис. 1. Механические свойства образцов разного состава

9

Кривые деформирования композиции полиэтилена с желатином (соотношение 60/40 % вес.) на базе полиэтилена с содержанием 0, 0,5, 5 % вес. МА групп претерпевают существенные изменения. На кривых о-£ протяженность стадии ориентационно-го упорядочения заметно уменьшается, т. е. после выхода на напряжение при пределе текучести колесценция микропустот вокруг неоднородностей приводит к последовательности процессов фибриллизации и быстрого разрушения. Наиболее это выражено для обычных смесей полиэтилена с желати-

Физико-механические

В обычных композициях (отсутствие привитых сополимеров) из-за отсутствия межфазной адгезии, а значит, и слабого трансфера напряжения на интерфейсе ПЭ/желатин, по мере увеличения содержания желатина наблюдается заметное падение оу, ор и ер более чем на 40 %.

Напротив, наличие привитых сополимеров, сегрегированных со свободным желатином, усиливают оу, и ор на 20-80 % (0,5 % вес. МА) и более чем на 100 % - в композициях полиэтилена с желатином при содержании 5 % вес. МА на макромолекуле полиэтилена.

Композициям полиэтилена с желатином при содержании в цепи полиэтилена 0,5 % вес. МА присущи хорошие прочностные показатели и модуль упругости в сочетании с умеренными величинами деформативности.

ном и полиэтилена с содержанием 5 % вес, малеиновых групп, относительное удлинение при разрушении которых составляет 48 и 11,5 % соответственно. Малеинизация полиэтилена на уровне 0,5 % вес. с сохранением деформативности на уровне 80 % также существенно уступает исходному полиэтилену (600 %).

Рассмотрим механические свойства композиции ПЭ/желатин при варьировании содержания желатина на базе полиэтилена с различным содержанием малеиновых групп (табл. 2).

Таблица 2

свойства композитов

В то же время относительное удлинение при разрушении для композиции на основе привитых сополимеров из-за присутствия не-однородностей на границе раздела фаз, так же как и для обычных композиций ПЭ/жела-тин, существенно уменьшается. Этот эффект связан с тем, что наличие водородных связей в структуре двойных спиралей кристаллических участков желатина обеспечивают высокий модуль упругости - более 1000 МПа [28, 29] по сравнению с ПЭ. Поэтому, можно наблюдать, что по мере увеличения содержания привитого желатина модуль упругости возрастает для составов с содержанием желатина 60 % вес. с 300 МПа до более чем 700 МПа.

Биодеградация полимерных композитов

Биодеградируемость композиций ЛПЭНП-п-МА/желатин представлена на рисунке 2 как

№ Состав композиции Предел прочности при растяжении, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Модуль, МПа

ЛПЭНП/ЖЕЛ

1 ЛПЭНП 11 ± 0,22 655 ± 0,5 129,9 ± 3,6

2 70/30 7,03 ± 0,31 125,6 ± 11,3 237,79 ± 10,12

3 60/40 6,52 ± 0,28 48 ± 10,4 253,19 ± 31,96

4 50/50 3,8 ± 0,26 26,8 ± 6,6 179,8 ± 31,12

5 40/60 4,4 ± 0,21 15,6 ± 5,3 293,62 ± 44,78

ЛПЭНП-п-МА (0,5 %) / ЖЕЛ

6 ЛПЭНП-п-МА (0,5 %) 10,92 ± 0,5 610,1 ± 18,03 119,25 ± 10,34

7 70/30 16,20 ± 0,33 122,71 ± 10,58 286,46 ± 3,64

8 60/40 17,48 ± 0,15 78,65 ± 5,24 338,31 ± 10,07

9 50/50 17,68 ± 0,91 54,88 ± 2,96 278,41 ± 12,33

10 40/60 19,84 ± 1,02 26,21 ± 2,15 335,99 ± 34,66

ЛПЭНП-п-МА (5 %) / ЖЕЛ

11 ЛПЭНП-п-МА (5 %) 14,65 ± 0,28 146,8 ± 7,32 218,1 ± 5,8

12 70/30 17,41 ± 1,9 12,40 ± 1,84 481 ± 10,98

13 60/40 20,63 ± 1,74 11,43 ± 1,41 550 ± 27,77

14 50/50 24,02 ± 3,24 10,21 ± 1,29 676 ± 8,07

15 40/60 27,56 ± 2,42 6,73 ± 1,06 736,53 ± 49,84

функция от времени пребывания в почве. Как известно, атакующими агентами процесса биодеградации являются микроорганизмы, такие как актиномицеты, грибы и бактерии [12, 30]. Практически все композиции выходят на уровень максимальной деградации на 40-50-й день испытаний. Уровень деградации

по мере увеличения содержания желатина в композиции (30, 40, 50, 60 % вес.) составляет величины порядка 20, 35, 48, 58 % соответственно. Наибольшая скорость деградации наблюдается для смеси, содержащей 60 % вес. желатина, менее чем за 10 суток уровень деградации составляет 55 %.

Рис. 2. Потеря массы образцов разного состава в результате разложения в почве

Таким образом, проведенные исследования показали принципиальную возможность создания высокоэффективных биодеградиру-емых систем с широком набором возможных упругих и эластических свойств. Достигнутые показатели обусловлены оптимальной морфологией смеси и удовлетворительной межфазной адгезией компонентов благодаря формированию привитых сополимеров ЛПЭНП-п-МА/желатин и сегрегированных доменов привитых фрагментов и свободного желатина.

Выводы

Прививка термопластичного желатина к малеинизированному полиэтилену способствует формированию гомогенных композиций с равномерным распределением желатиновой фазы в матрице полиэтилена. В зависимости от содержания малеиновых групп в полиэтилене и содержания в смеси желатина степень прививки варьируется в пределах 40-150 %.

Выявлены три стадии терморазложения композиции ЛПЭНП-п-МА/желатин, связан-

ные с наличием молекул воды, деградацией желатиновой и полиэтиленовой фазы.

Присутствие желатина в композиции в виде привитых цепей по сравнению с обычными смесями полиэтилена с желатином приводит к усилению напряжения при пределе текучести, разрушающему напряжению и модулю упругости на 80 и 240 % соответственно, эта тенденция наиболее выражена для композиции ПЭ с содержанием МА групп 5 % вес.

В плане прикладных приложений наибольший интерес представляют композиции полиэтилена с 0,5 % вес. МА-групп, они проявляют хорошие прочностные свойства и модуль упругости в сочетании с удовлетворительными показателями по деформатив-ности. Полученные композиции проявляют высокую биодеградируемость - до 58 %, максимальный уровень деградации наблюдается на 40-50-й день, скорости потери веса - для композиции с содержанием желатина 60 % вес.

REFERENCES

1. Yermolovich O.A., Makarevich A.V, Goncharova Ye.P., Vlasova Ye.M. Biotechnology, 2005, no. 4, pp. 47-54.

2. Rahman M.M., Khan M.A. CompositesSci. Technol., 2007, no. 67, pp. 2369-2376.

3. Willett J.L., Shogren R.L. Polymer, 2002, no. 43, pp. 5935-5947.

4. Rahmani B., Hosseini H., Khani M., Farhoodi M., Honarvar Z., Feizollahi E., Shojaee-Aliabadi S. Development and characterisation of chitosan or alginate-coated low-density polyethylene films containing Satureja hortensis extract. International Journal of Biological Macromolecules, 2017, no. 105 (1), pp. 121-130.

5. Khan R., Khan M. Fabrication and characterization of gelatin fiber-based linear low-density polyethylene foamed composite. Journal of reinforced plastics and composites, 2010, vol. 29, no. 16.

6. Nur Hanani Z.A., Roos Y.H., Kerry J.P. Use and application of gelatin as potential biodegradable packaging materials for food products. International Journal of Biological Macromolecules, 2014, no. 71, pp. 94-102.

7. Wang L., Liu L., Holmes J., Kerry J.F., Kerry J.P. Assessment of filmforming potential and properties of protein and polysaccharide-based biopolymer films. International Journal of Food Science and Technology, 2007, no. 42, pp. 1128-1138.

8. Suderman N., Isa M.I.N., Sarbon N.M. The effect of plasticizers on the functional properties of biodegradable gelatin-based film. A review Food Bioscience, 2018, no. 24, pp. 111-119.

9. Podshivalov A., Zakharova M., Glazacheva Ye., Uspenskaya M. Gelatin/potato starch edible biocomposite films: Correlation between morphology and physical properties. Carbohydrate Polymers, 2017, no. 157, pp. 1162-1172.

10. Cho S.Y., Park J.W., Rhee C. Properties of laminated films from whey powder and sodium caseinate mixtures and zein layers. Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie, 2002, no. 35 (2), pp. 135-139.

11. Sarker B., Dey K. Journal of thermoplastic composite materials, 2011, no. 24, pp. 680-694.

12. Kaur I., Bhalla T.C., Deepika N., Gautam N. Biodegradation and swelling studies of gelatin-grafted polyethylene. Journal of Applied Polymer Science, 2008, vol. 107, pp. 3878-3884.

13. Ashurov N.R., Sadikov Sh.G., Khakberdiyev E.O., Berdinazarov K.N., Normurodov N.F. Polucheniye i svoystva kompozitsiy na osnove polietilena i zhelatina. Uzbekskiy khimicheskiy zhurnal -Uzbek chemical journal, 2020, no. 3, pp. 54-60.

14. Rahman M.M., Rezaul K., Mustafa A.I., Khan M.A. Preparation and characterization of bioblends from gelatin and linear low density polyethylene (LLDPE) by extrusion method. Journal of Adhesion Science and Technology, 2012, vol. 26, no. 8-9, pp. 1281-1294.

15. Ashurov N.R., Sadikov S.G., Normurodov N.F., Berdinazarov Q.N., Khakberdiev E.O. Degradation features of polyethylene and gelatin compositions. The American Journal of Applied Scinces America, 2020, no. 2, pp. 131-138.

16. Kaur I., Bhalla T.C., Deepika N., Gautam N. Study of the biodegradation behavior of soy protein-grafted polyethylene by the soil burial method. Journal of Applied Polymer Science. DOI: 10.1002/app.29206/.

17. Park J.W., Whiteside W.S., Cho S.Y. Mechanical and water vapor barrier properties of extruded and heat-pressed gelatin films. LWT, 2008, no. 41, pp. 692-700.

18. Ramos M., Valdes A., Beltran A., Garrigos M.C. Gelatin-based films and coatings for food packaging applications. Coatings MDPI, 2016, no. 6, p. 41.

19. Biscarat J., Charmette C., Sanchez J., Pochat-Bohatier C. Development of a new family of food packaging bioplastics from cross-linked gelatin based films. Can. J. Chem. Eng., 2015, no. 93, pp. 176-182.

20. Harrats C., Benabdallah T., Groeninckx G., Jerome R. Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics., 2005, no. 43, p. 34.

21. Kambour R.P. Polym Sci Part D: Macromol Rev., 1973, no. 7, p. 1.

22. Araki T., Tran-Cong Q., Shibayama M. Structure and properties of multiphase polymeric materials. Eds. M. Dekker. New York, 1998.

23. Bucknall C.B. Toughened Plastics. Applied Science, London, 1977.

24. Buckley D.J. PhD. thesis. Cornell University, 1993.

25. Bucknall C.B. In Polymer Blends. Eds. D.R. Paul, C.B. Bucknall. Wiley, New York, 2000, vol. 2, chapt. 22.

26. Groeninckx G., Dompas D. In structure and properties of multiphase polymeric materials. Eds. T. Araki, Q. Tran-Cong, M. Shibayama. Marcel Dekker, New York, 1998.

27. Friedrich K., Karsch U.A. Mater Sci., 1981, no. 16, p. 2167.

28. French D. Starch chemistry and technology. Eds. R.L. Whistler, J.N. BeMiller, E.F. Pasohall. Academic Press, New York, 1984, pp. 184-248.

29. Pal J., Ghosh A.K., Singh H. European Polymer, 2008, no. 44, pp. 1261-1274.

30. Gautam N., Kaur I. Soil burial biodegradation studies of starch grafted polyethylene and identification of Rhizobium meliloti. Journal of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, 2013, June, vol. 5 (6), pp. 147-158.

Рецензент: Эшбекова С., кандидат физико-математических наук, доцент, проректор Джизакского политехнического института.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.