2.Классификация сырья и биоразлагаемых полимеров из них.

На смену классическому полимеру, как предрекают многие специалисты, придут биополимеры. Но какими бы революционными не были характеристики и свойства биополимеров, все начинается с рассмотрения процесса совместимости, поиска нового продукта как производного от исходного полимера. Биоразлагаемые полимеры обычно получают при производстве композиционных материалов (биокомпозитов) (смесь полимера с наполнителем) или с помощью полимеризации сырьевых материалов на биологической основе. Такие сырьевые материалы либо выделяют из растений и животных, либо синтезируются с использованием современных промышленных технологий (таблица2).

Таблица 2. Виды сырья для получения биоразлагаемых полимеров.

Сырье	Биоразлагаемые полимеры
Возобновляемое, животного происхождения
Белки	Кератин, фиброин, коллаген, эластин
Жиры	Эмульсии, воски, ацетологлицериды
Грибы	Пуллулан, эльсинан
Полисахариды (получаемые с помощью бактерий)	Алифатические полиэфиры (природного происхождения: PHA, PHB, PHH, PHV, сополиэфиры; синтетические: PLA)
Полисахариды (получаемые из представителей животного мира)	Хитин, хитозан
Возобновляемое, растительного происхождения	Крахмал, целлюлоза, агар, пектин
Невозобновляемое, нефтехимического происхождения	Полиуретаны, полиэстрамиды полиэфирамиды, AAC, ароматические полиэфиры (PCL, PBC, mPET, PEC)
Смешанное	Полиэфиры

Примечание. Сокращенные международные обозначения материалов, не имеющие устоявшихся русскоязычных аналогов, приводятся в англоязычной транскрипции; AAC – алифатическо-ароматический сополиэфир; PHA – полигидроксмалканоаты; PHB – полигидроксимасляная кислота; PHH – полигексановая кислота; PHV – полигидроксивалериановая кислота; PLA – полимолочная кислота (иначе – полилактид); PCL – поликапролактам; PBC – полиянтарный бутил; mPET – модифицированный полиэтилентерефталат; PEC - полиэтилкарбонат.

Сырьем для получения биополимера являются: картофель, свекла, тапиока, зерновые и бобовые культуры, целлюлоза (древесина, хлопчатник, лигнин) и др. Значительное место в производстве упаковочных материалов отводится сополимеру этилена и винилацетата, в качестве которого используется биоразлагаемый компонент – крахмал. Он хорошо разлагается под действием воды и микроорганизмов, не загрязняя при этом почвы. Для разрушения этого материала были предложены эффективные микроорганизмы – биодеструкторы.

Рис. Цикл углерода при производстве и использовании биоразлагаемых полимеров. (БП – биоразлагаемые полимеры, PLA – полимолочная кислота, TPA – полиаспарагиновая кислота, PHA – полигидроксилалканы).]

Важным фактором, который определяет стойкость полимера к биоразложению, является величина его молекул. В то время как мономеры или олигомеры могут быть использованы микроорганизмами в качестве источника углерода, полимеры с большой молекулярной массой устойчивы к действию микроорганизмов. Биодеструкцию большинства технических полимеров, как правило, инициируют процессами небиологического характера (термическое и фотоокисление, термолиз, механическая деградация и т. п.).

Например, полиэтилен, цепи которого образованы атомами углерода при степени полимеризации более n = 20 – 30, не подвергается расщеплению ферментами и не используется в пищу микроорганизмами. В то же время известно, что короткие цепи полиэтилена с n < 20 в действительности служат пищей (субстратами) для определенной группы микроорганизмов. В результате биохимических превращений возможно образование уксусной кислоты, которая используется микроорганизмами как источник энергии и исходный строительный материал.

Если осуществить разрушение высокомолекулярного полиэтилена, используемого для получения разнообразных материалов и имеющего степень полимеризации n > 1000, на более короткие фрагменты с n = 20, то дальнейшее расщепление его могут осуществлять микроорганизмы, обитающие в природной среде.

Для того чтобы длинная цепь полиэтилена в природных условиях могла расщепляться на относительно короткие фрагменты, в нее при синтезе полимера вводят «слабые связи», которые под действием солнечного света, в частности ультрафиолета, в присутствии кислорода и влаги атмосферы способны разрушаться с определенной скоростью. Образующиеся в результате химического разрушения фрагменты способны, в свою очередь, подвергаться биодеструкции.

Разработаны и другие приемы, позволяющие получать биодеградируемые полимерные материалы, не требующие вмешательства в процесс синтеза макромолекул. Например, получение смесей из устойчивых полимеров – полиэтилена и крахмала. Если ввести в такую смесь на стадии переработки полиэтилена в изделия достаточное количество крахмала, то он будет разлагаться микроорганизмами при попадании материала в почву. При этом в изделии (пленке) будет оставаться полиэтилен, который диспергируется на мелкие частицы и исчезает .