CC BY
1DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1 -377-378
ПОЛУЧЕНИЕ БИОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ДРЕВЕСИНЫ И ПОЛИСАХАРИДОВ МИКРОБНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Шигаров Г.И., Мещерякова А.В., Новокупцев Н.В., Ревин В.В.
ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», г. Саранск [email protected]
В настоящее время для производства древесных композиционных материалов используют синтетические смолы, которые в процессе эксплуатации выделяют токсичные летучие вещества и канцерогены. Для решения этой проблемы перспективным направлением является использование в качестве связующего полисахаридов микробного происхождения для получения древесных биокомпозиционных материалов широкого назначения, в частности экзополи-сахарид леван.
В настоящее время разрабатывается и производится множество различных древесных композиционных материалов, обладающих хорошими эксплуатационными и потребительскими свойствами. Несмотря на высокие технические показатели и отсутствие необходимости в использовании высококачественной древесины, данные материалы имеют серьезные недостатки. Получение на основе синтетических связующих обуславливает выделение ими в процессе эксплуатации в воздушную среду фенола, формальдегида и ряда других токсичных веществ. Поэтому проблема снижения токсичности древесных композиционных материалов весьма актуальна. Для ее решения используют различные способы, но, к сожалению, существуют определенные проблемы. Поэтому ведется интенсивный поиск новых природных соединений, способных заменить синтетические смолы биологическим связующим на основе микробных полисахаридов [1, 2].
Перспективными являются связующие, в состав которых входят биополимеры - полисахариды микробного происхождения, одним из которых является экзополисахарид леван [3]. Он обладает высокими адгезивными свойствами и может быть использован при получении биокомпозиционных материалов на основе древесного сырья, которые соответствуют современным требованиям стандартов - экологическим, эксплуатационным, физико - механическим и потребительским характеристикам (рис. 1) [4, 5].
Рис. 2. Древесные биокомпозиты на основе микробного левана и технологическая схема их получения [4]
В результате проведено культивирование штамма-продуцента левана на питательных средах, содержащих мелассу (отхода свеклосахарной промышленности) в качестве дешевого источника углерода в различных концентрация и было определено содержание экзополисаха-рида в культуральных жидкостях. Для повышения адгезивных свойств и реакционной способности микробных полисахаридов, в том числе и левана проводят их модификацию. Получены
Издательство АНО ДПО «Межрегиональный центр инновационных технологий в образовании»
-377~
биокомпозиционный материал на основе древесного сырья и изучены их физико-механические характеристики. При этом предел прочности при статическом изгибе составил 7 - 24 МПа в зависимости от состава биокомпозита и условий его получения. Водопоглощение было равно 17%, а разбухание по толщине в воде - 10%. Также было проведено изучение структуры и химических изменений в древесных биокомпозитах методами рентгеновской томографии, сканирующей электронной микроскопии и ИК-Фурье-спектроскопии (рис. 2).
Рис. 2. Изучение структуры биокомпозиционных материалов
Ключевые преимуществами данного направления являются: экологическая безопасность; биоразлагаемость и биосовместимость с окружающей средой; утилизация отходов промышленности; себестоимость ниже на 25-50% по отношению к существующим аналогам. Показана возможность получения биокомпозиционных материалов на основе лигноцеллюлоз-ного сырья и полисахарида левана в качестве биосвязующего.
В итоге, можно констатировать, что полученные биокомпозиционные материалы могут найти широкое применение в различных отраслях промышленности, в частности получение мебели для детских и медицинских учреждений, а также биоразлагаемых контейнеров для сельского хозяйства, растениеводства и флористики.
Литература
1. Revin V. Production of bacterial exopolysaccharides: xanthan and bacterial cellulose / V. Revin, E. Liyaskina, M. Parchaykina [et al,] // International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 19, № 24. P. 14608-14646.
2. Novokuptsev N. Production of an environmentally friendly, pressed composite material from straw using biological binders developed from modified residual beer yeast and spent microbial culture media containing the polysaccharide levan / N.V. Novokuptsev, D.A. Kadimaliev, A.J. Abd [et al.] // Journal of Materials and Environmental Science. 2018. Vol. 9, № 9. P. 2539-2548.
3. Ревин В. В. Биокомпозиционные материалы: монография / В. В. Ревин, Д. А. Кади-малиев, В. В. Шутова [и др.]. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2021. 332 с.
4. Revin V. V., Novokuptsev N. V, Red'kin N. A. Optimization of cultivation conditions for Azotobacter vinelandii D-08, producer of the polysaccharide levan, for obtaining biocomposite materials / V. Revin, N. Novokuptsev, N. Red'kin // Bioresources. - 2016. Vol. 11, № 4. P. 9661-9675.
5. Kadimaliev D. Computation of durability of particle boards based on biobinders during thermal aging / D. Kadimaliev, V. Revin, V. Vodyakov [et al.] // Journal of the Indian academy of wood science. 2021. Vol. 18, № 6. - P. 26-31.
Издательство АНО ДПО «Межрегиональный центр инновационных технологий в образовании» ~378
