CC BY
172
стр. 116 из 121
УДК 338.485 DOI: 10.12737/3593
ПРИМЕНЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ В СОЗДАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ УПАКОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ермакова Екатерина Александровна, аспирант, [email protected]
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»
Москва, Российская Федерация
В статье рассмотрена проблема применения упаковочных материалов, используемых в быту, для товаров народного потребления, для продуктов, в туризме и т.д. Проведен сравнительный анализ характеристик полимерных пленок, применяемых для упаковки продуктов, предметов личной гигиены. Среди существующих способов утилизации наиболее приемлемым является применение саморазлагающихся и биоразлагаемых плёнок.
Ключевые слова: полимерные плёнки Biopol, Novon, Бланозе, Polyclean, Ecostar и Ampacet, Биодем, саморазложение, фоторазложение, биоразложение.
Упаковочные материалы находят широкое применение во всех сферах жизнедеятельности человека. Большое значение имеет их экологическая безопасность, в частности, актуально применение упаковочных материалов в экотуризме.
Наиболее важными аттракциями в экотуризме является наличие природных ресурсов (чистый водоём, река, лес и другие), которые позволяют туристам возвращаться туда снова и снова для восстановления их физического и духовного здоровья и получения красочных эстетических впечатлений. Для сохранения данных аттракций туризма необходима высокая самоорганизация туристов, их экологическая ответственность, а также ответственность предприятий, производящих продукцию для них. Это особенно важно, т.к. после посещения туристами мест отдыха остаются бытовые отходы, в том числе и упаковка продуктов и товаров, что наносит значительный ущерб окружающей среде. Среди упаковочных материалов продуктов одно из основных мест занимают полимерные плёнки.
В настоящее время основные способы утилизации полимерных пленок - это их сжигание и захоронение в грунте. Данные способы экологически не безупречны, т. к. наносят непоправимый вред окружающей среде. Кроме того, не всегда возможно сжигание полимерных пленок. Так, в период засушливого сезона разведение костров в лесу запрещено из-за повышенной пожароопасности. Также и захоронение бытовых отходов в грунте не всегда реализуемо, особенно зимой.
стр. 117 из 121
Превалирующей областью потребления полимерных материалов является производство тары, упаковки (гибкой и жесткой) и одноразовой посуды: около 40% всего объема выпускаемых полимерных плёнок используется в качестве тары и упаковки пищевых (47%) и непищевых (53%) продуктов [1].
Для решения проблемы экологической утилизации полимерных пленок необходимо проанализировать их структуру и состав, и на его основе определить наиболее рациональный способ их утилизации.
Полиолефины (полиэтилен, полипропилен) входят в число самых
распространенных упаковочных материалов. Также применяют полистирольные и поливинилхлоридные пластики. Эти упаковочные материалы относятся к высокомолекулярным соединениям.
Высокомолекулярные соединения представляют собой сложную цепь мономеров, низкомолекулярной структуры, соединенных химическими связями. Этих мономеров в одной молекуле полимера может быть до миллиона. Сам полимер будет обладать высокой молекулярной массой и гибкостью макромолекулярной цепи. Эти цепи могут разрушаться под действием факторов внешней среды: различные излучения, воздействие тепла, кислорода, озона, солнечного света и т.д. Этот процесс приводит к образованию веществ с низкой молекулярной массой. Деструкцию полимера можно приостанавливать, добавляя ингибиторы в процессе его производства.
Саморазлагающиеся плёнки создавались именно благодаря этому свойству полимеров деструктировать под действием факторов среды. Например, прочные ковалентные связи макромолекулы разрушаются под воздействием энергии солнечного света. Фотоинициаторами разложения базового полимера полиэтилена или полистирола являются винилкетоновые мономеры, введение их в количестве 2-5% в качестве сополимера к этилену или стиролу позволяет получать пластики, способные к фотодеградации при действии ультрафиолетового излучения в пределах 290-320 нм. Низкомолекулярные фрагменты, образующиеся в результате такой деструкции, в конечном итоге усваиваются микроорганизмами почвы. Подобные полимеры называются фоторазлагаемыми и выпускаются в промышленном масштабе в США, Европе и Японии [2].
Наиболее перспективными являются оксо- и гидроразлагаемые полимерные упаковки. Эти плёнки саморазлагаются, т.е. под действием факторов среды (света, кислорода, воды) они превращаются в неопасные для человека и окружающей среды компоненты [3].
стр. 118 из 121
В настоящее время биоразлагаемые упаковочные материалы производят на основе и с участием крахмала. Крахмал относится к полисахаридам, легко подвергаемым биоразложению, и применять его экономически выгодно. Также разрабатываются плёнки на основе других полисахаридов - целлюлозы, хитина.
Bioplastic - плёнка из биодеструктируемого полиэтилена высокого давления, которая используется в производстве упаковочных пакетов. Такая плёнка отличается от обычного полиэтилена высокого давления, она менее прозрачна в связи с присутствием крахмала в её составе. Она устойчива к действию прямых солнечных лучей, воды, но при попадании в почву подвергается деструкции под воздействием почвенных бактерий. На скорость разрушения такой плёнки влияет тип крахмала, наличие добавок, предварительная обработка. Интересно, что качество почвы только улучшается после разложения в ней таких плёнок [2].
Другие известные плёнки на основе полиэтилена высокого давления с добавлением крахмала - Polyclean, Ampacet, Ecostar. От других пленок на основе ПЭВД они отличаются тем, что в них, кроме крахмала, содержатся вещества антиоксиданты, которые тормозят биоразложение при изготовлении упаковки и в течение её эксплуатации.
Термопластичные смеси синтетического полимера с крахмалом получают, используя крахмал, пластифицированный глицерином и водой. Смешение компонентов осуществляют в экструдере при температуре ~ 150оС, которая обеспечивает хорошую желатинизацию крахмала. Биоразложению материала способствует и использование добавок - малых количеств прооксидантов, усиливающих биодеградацию за счет окислительного разложения материала в естественных условиях. Примером такой смеси может служить композиция, в состав которой входит полиэтилен, крахмал и растительное масло. Последнее облегчает смешение синтетического и природного полимера при формовании и одновременно играет роль прооксиданта. Для производства биоразлагаемых пленок разработаны концентраты марки Polyclean на основе полиэтилена [4].
Хороший упаковочный материал отечественного производства - Биодем. Он был создан в России в конце XX века. Этот материал используется для пищевой продукции с небольшим сроком хранения и для производства одноразовый посуды. Он превосходит по химической стойкости полиэтилен высокого давления и близок к нему по механическим характеристикам. Изделия из него хорошо впитывают воду и за 6 месяцев разлагаются на 40%, а полностью на воду и углекислый газ примерно за полтора года.
Термопласт Biopol на основе сополимера полигидроксибутирата и полигидроксивалерата, получаемого путём ферментации сахарозы, является последним
стр. 119 из 121
достижением в области биоразлагаемых материалов. Он полностью отвечает требованиям, которые предъявляются к упаковкам одно- или двухразового применения. Преимущество его в том, что он хорошо перерабатывается экструзией с раздувом в плёнку и бутылочную тару, а также саморазлагается от 6 до 36 недель как в аэробных, так и в анаэробных условиях.
Уже проводились эксперименты для определения эффективности биодеструкции полистирола с добавлением полисахаридов. Плёнки выдерживали во влажной лесной почве, разложение проходило за 118 суток [5] .
Для экотуризма удобно использовать полимерные материалы из природного сырья не только в качестве упаковки, их можно сжигать с получением тепла и электроэнергии. А также можно повторно перерабатывать в другие изделия бытового и промышленного значения.
Следующий полимер, широко известный в Европе, - это Бланозе. Эти плёнки, изготовленные на основе высокоочищенной натриевой карбоксиметилцеллюлозы. Их используют для упаковки хлебобулочных изделий, соусов, напитков, а также лекарств.
Водорастворимые полимеры, такие как Vinex, делают на основе поливинилого спирта, а также сополимеров ПВС и винилацетата.
Биоразлагаемый полимер на основе гидрокси-карбоновой кислоты или её лиактида - Novon (производство США). Этот полимер разлагается в присутствии влаги, как на воздухе, так и в бескислородной среде. Поскольку Novon построен из остатков молочной кислоты, его метаболизируют не только микроорганизмы, но и насекомые.
Таким образом, приведённый анализ различных полимерных упаковочных материалов позволяет отобрать наиболее эффективные экологически чистые полимерные плёнки. Установлено, что полимерные пленки для упаковки продуктов и товаров могут разлагаться в окружающей среде за максимально короткий срок, а продукты их разложения безопасны для окружающей среды.
К экологически чистым упаковочным материалам для употребления человеком как в повседневной жизни, так и в путешествиях можно рекомендовать полимерные пленки марок Biopol, Novon, Polyclean и Бланозе. Следующим этапом будет создание полимерных упаковочных материалов на основе метилцеллюлозы и белковых комплексов, они разлагаются в почве под действием микроорганизмов в течение двух недель и не загрязняют окружающую среду.
стр. 120 из 121
Литература
1. Власов С.Н., Ольхов А.А. Биоразлагаемые материалы [Текст] // Полимерные материалы. - 2006. - № 8. - С. 35.
2. Любешкина Е. Обратная сторона упаковки. [Электронный ресурс]: URL: www.solidwaste.ru/publ/view/105.html (дата обращения: 14.10.2013).
3. Гоготов И. Н. Влияние ультрафиолетового света и температуры на деградацию композитного полипропилена [Текст] / И.Н. Гоготов, С.Х. Баразов. // Пластические массы. - 2012. - № 12.- С. 55-58.
4. Бойко В.В. Как придать пластику экосвойства? [Текст] / В.В. Бойко, С.В. Рябов, Л.В. Кобрина // Вопросы химии и химической технологии. - 2004. -№ 6.
5. Садриева А.Д. Исследование возможных модификаций полистирола полисахаридами с целью получения биоразлагаемых марок [Текст] / А.Д. Садриева, Н.П. Борейко, О.М. Трифонова, М.К. Гарифутдинов // Пластические массы. - 2013. - № 4.
APPLYING INNOVATIVE THINKING TO ECOLOGICALLY-CLEAN PACKAGING
MATERIAL DEVELOPMENT
Ermakova Ekaterina Aleksandrovna, post-graduate student, [email protected] Russian State University of Tourism and Service, Moscow, Russian Federation
The article addresses the issue of packaging material usage for household purposes, for consumer goods and food products, in the sphere of tourism etc. The author carries out a comparative analysis of properties of different polymer films routinely used as packaging for products and hygiene items. The article also claims self-destroying and biodegradable films to be the most acceptable from the waste packaging disposal perspective.
Key words: polymer films Biopol, Novon, Blanose, Polyclean, Ecostar, and Ampacet, Biodem, self-destruction, photodegradation, biodegradation.
References
1. Vlasov, S.N., and Ol’khov, A.A. Biorazlagaemye materialy [Biodegradable materials]. Polimernye materialy [Polymer materials]. - 2006. - № 8. - p. 35.
2. Liubeshkina, E. Obratnaia storona upakovki [The reverse side of packaging]. Retrieved on October 14, 2013, from: www.solidwaste.ru/publ/view/105.html.
3. Gogotov, I.N. Vliianie ul’trafioletovogo tsveta i temperatury na degradatsiiu kompozitnogo polypropilena [The affect of UV light and temperature on the degradation of composite polypropylene]. Plasticheskie massy [Plastic masses]. - 2012. - № 12.- pp. 55-58.
стр. 121 из 121
4. Boiko, V.V. Kak pridat’ plastiku ekosvoistva? [How to endow plastic with ecoproperties?]. Voprosy khimii i khimicheskoi promyshlennosti [Issues of chemistry and chemical industry]. - 2004. -№ 6.
5. Sadrieva, A.D. Issledovanie vozmozhnykh modifikatsii polistirola polisakharidami c tsel’iu polucheniia biorazlagaevykh marok [Research into the possible polystyrene modifications by poly saccharose to produce biodegradable stamps]. Plasticheskie massy [Plastic masses]. -2013. - № 4.
