Биоразлагаемую пленку из масла чайного дерева разработали в России
Ученые Института элементоорганических соединений РАН им. А.Н. Несмеянова вместе с коллегами Московского физико-технического института (МФТИ) создали биоразлагаемую пленку на базе растительных полимеров и с добавлением масла чайного дерева, которая защищает продукты от ультрафиолетового излучения, влаги и микробов и при этом позволяет продления сроков годности продуктов, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
«Благодаря использованию возобновляемого сырья такая упаковка поможет решить глобальные экологические проблемы, связанные с чрезмерным потреблением синтетических пластиков. В дальнейшем мы планируем совершенствовать механические и водоустойчивые свойства разработанных нами материалов», — считает заведующий кафедрой МФТИ в Долгопрудном Валентин Новиков.
По словам разработчиков, материал представляет собой композит на базе пористых структур, которые химики называют металл-органическими каркасами (МОК), они похожи на пчелиные соты из ионов металлов и органических соединений. Благодаря подобному устройству конструкции отличаются высокой прочностью.
Для того чтобы добиться от материала антибактериальных свойств, ученые решили использовать масло чайного дерева, которое служит природным средством борьбы с микробами. Однако это вещество очень сложно ввести в состав пленочной матричной основы из полимера (например, в тот же полиэтилен), так как компоненты масла очень летучи и несовместимы с элементами пленки. Поэтому ученые поместили его в специальные наноконтейнеры. Масло постепенно высвобождается из них и уничтожает бактерии.
В качестве мельчайших капсул взяли металлоорганические каркасы — пористый кристаллический материал с регулируемыми свойствами. Его получают экологически безопасным способом из солей железа и органической кислоты. В вакууме при температуре +85 ℃ ученые поместили масло в наноконтейнеры, а их, в свою очередь, ввели в матрицу на основе двух растительных полимеров, которые широко используются в пищевой промышленности в качестве загустителей и влагоудерживающих агентов. И получили таким образом новую пленку.
Эксперименты указали на то, что добавление небольших количеств частиц МОК, около 2% от общей массы полимера, не сказалось на механических свойствах материалов, но при этом значительно улучшило бактерицидные свойства пленок, а также повысило их способность противодействовать ультрафиолетовому излучению. Кроме того, у предложенных материалов выявили хорошие показатели износостойкости, прочности и влагонепроницаемости.
Авторы экспериментально исследовали механические свойства полученных пленок. Лучшие результаты показали образцы, в которых концентрация наночастиц не превышала 2% от массы. Результаты испытаний показали, что пленки обладают антибактериальной активностью и при этом блокируют ультрафиолетовое излучение. У них выявили хорошие показатели износостойкости, прочности и влагонепроницаемости.
По мнению инженера Национально-образовательного центра биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Анны Зиминой, разработка биоразлагаемой упаковки из растительного возобновляемого сырья отвечает современным тенденциям, включая заботу об экологии, сокращение использования природных ресурсов и сохранение здоровья населения. Она стимулирует развитие зеленой экономики. Материал не содержит вредных или токсичных веществ, что делает его безопасным для использования в пищевой промышленности.
В работе также принимали участие исследователи из Научно-исследовательского института по изысканию новых антибиотиков имени Г. Ф. Гаузе (Москва), НОЦ «Композиты России» Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва) и Университета Сириус (Сочи).
По оценкам разработчиков, на данный момент себестоимость пленки превышает затраты на производство полиэтилена примерно в 10 раз. Однако если материал действительно обладает всеми заявленными преимуществами, потребители будут готовы платить за него больше, полагают эксперты. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nanomaterials.