13.01.2026 г.
Биодеградация полимеров – это сложный многоступенчатый процесс, который в общем виде можно охарактеризовать как разрушение органических материалов под действием живых организмов, в частности микроорганизмов, таких как бактерии и грибы, сопровождающееся снижением молекулярной массой.
Ученые из Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук (ИБХФ РАН) совместно с коллегами из РЭУ им. Г.В. Плеханова, НИТУ МИСИС и МГУ им. М.В. Ломоносова, с привлечением к участию коллеги из Университета Кашиас-ду-Сул (Бразилия), опубликовали в журнале Polymers результаты, полученные после 5 лет выдержки в модельном почвенном грунте композитов на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и демонстрирующие принципиальную возможность запустить процесс деградации полимерной матрицы.
Проблема биодеградации полиэтилена в течение многих лет остается актуальной исследовательской областью полимерной химии, так как молекулярная масса ПЭНП может оставаться неизменной в течение многих лет даже после попадания в почвенным грунт. Эта особенность полиэтилена и изделий из него стала причиной экспоненциального роста объемов полимерного мусора, который накапливается на свалках, полигонах и оказывается непригодным для вторичного использования. Существующие решения проблемы деградации ПЭНП основаны на применении различных инициаторов биодеградации, которые запускают деструкцию полимера и делают его менее стойким для воздействия всей совокупности микроорганизмов почвы в окружающей среде. Однако, крайне важно учитывать ряд факторов при выборе инициаторов деградации таких как безопасность для окружающей среды, сохранение высоких эксплуатационных свойств полимерного материала в течение всего жизненного цикла изделия, предотвращение преждевременной деградации до момента утилизации.
С учетом всех этих требований авторами исследования был предложен натуральный каучук (НК) в качестве инициатора деградации ПЭНП. Полученные системы ПЭНП/НК отличались приемлемыми физическими и механическими свойствами и, особенно важно, что эти свойства оставались стабильными у контрольных образцов, которые на 5 лет помещались на хранение в конверты в стандартных условиях (в лаборатории). Аналогично изготовленные серии образцов ПЭНП/НК помещались одновременно на 5 лет в почвенный грунт. Авторы установили, что в почвенном грунте образцы с содержанием НК более 20% начинают интенсивно терять массу, причем значительно превышающую долю НК в материале. Так образец с 50% НК теряет за 5 лет не менее 70% массы, но гораздо важнее, что потеря массы сопровождается снижением молекулярной массы. Установлено снижение молекулярной массы полиэтилена в композитах ПЭНП/НК после выдержки в почвенном грунте. Предварительная оценка доли деструктированного полиэтилена в композиции состава 50/50 с учетом уменьшения толщины образцов после почвы в 2,25 раза и доли олигомерной фракции ПЭНП по данным гель-проникающей хроматографии (~ 30%) показала, что эта доля близка к 38%. Исследуемым материалам не свойственна фрагментаризация, что исключает загрязнения окружающей среды мелкими частицами пластика.
«Выявлен и объяснён эффект сохранения макроцелостности образцов при глубокой биодеструкции за счёт формирования гифовой сетки микромицетов. Пятилетние испытания показали, что такой механизм разрушения предотвращает образование микропластика и обеспечивает переход к стадии полной биоминерализации полимерной матрицы. Полученный результат представляет интерес с экологической точки зрения», - отмечает Варьян Иветта Арамовна.
«Мы обнаружили ряд интересных особенностей систем ПЭНП/НК, которые имеют большое значение для развития представлений о получение композитов на основе полимеров с низкой термодинамической совместимостью», - рассказывает о работе к.х.н.Тюбаева Полина Михайловна.
Результаты исследования открывают перспективы создания новых экологически безопасных материалов с контролируемым временем разложения после попадания в почвенный грунт и стабильностью свойств при хранении и эксплуатации за счет варьирования содержания НК в матрице полимера.
Ivetta Varyan, Polina Tyubaeva, Matheus Poletto, Egor S. Morokov, Anastasia V. Bolshakova, Svetlana G. Karpova, Evgeny A. Kolesnikov, and Anatoly Popov. The Use of Natural Rubber as an Initiator of LDPE Biodegradation in Soil. Polymers 2025, 17(21), 2885. DOI: 10.3390/polym17212885
О работе рассказано также на сайтах Минобрнауки РФ , Наука Mail и Indicator.ru
