БИОЫДЫРАЙТЫН ПОЛИМЕРЛЕР

Қарар Меруерт Ержанқызы – Полимер өндірісі технологиясы мамандығының оқытушысы

Ең алғаш биоыдырайтын полимерлер Рим дәуірінде қолданылған. Алғашқы медициналық қолдану ретінде биоыдырайтын катгут тігісті полимерлерден жасалған. Тігістің бір маңызды қасиеті – жара жазыла бастаған кезде оның баяу ыдырауы. Римдіктер катгутты қолданды, алайда ол қабыну реакциясын тудырды. Teскo компаниясы 2012 жылдан бастап биоыдырайтын қаптамаларды қолдана бастады.

Соңғы жылдары био-негізделген және биоыдырайтын өнімдерге үлкен қызығушылық пайда болды, себебі тұрақты даму саясатының аясында қазба отындарының қорларының азаюы және қоршаған ортаға қатысты алаңдаушылық артып келеді. Бұл полимерлер экологиялық әсері төмен түрлі шығару жолдарымен тұрақты дамуға маңызды үлес қосады. Нәтижесінде, экологиялық таза материалдардың нарығы жыл сайын 10-20%-ға өсу үстінде. Осыған байланысты, биоыдырайтын полимерлер ғылыми зерттеулердің маңызды тақырыбына айналды. Биоыдырайтын полимерлер негізінен агрополимерлерге (крахмал, хитин, ақуыз) және биоыдырайтын полиэфирлерге (поли(гидроксиалканоаттар), поли(лактик қышқылы)) бөлінеді. Соңғылары, сондай-ақ биополиефирлер деп аталады, қазба ресурстарынан синтезделуі мүмкін, бірақ олардың негізгі өндірісі жаңартылатын ресурстардан алынған. Бұл тарау полимерлерді синтездеу, құрылымы, қасиеттері және қолданылуы тұрғысынан қарастыруды мақсат етеді.

Биоыдырайтын полимерлердің қолданылуы

Биоыдырайтын полимерлердің қолданылуы көптеген салаларды қамтиды, соның ішінде тігістер, дәрі-дәрмектерді бақылаулы түрде шығару және тіндерді инженериялау. Биоыдырайтын полимерлер дәрі-дәрмектерді шығару үшін де қолданыла алады. Полимер баяу ыдырап, табиғи өнімді шығара отырып, дәрі-дәрмектің шығуын бақылайды. Осы сияқты полимерлер стенттерді жабу үшін қолданылып, дәрі-дәрмектердің бақылаулы түрде шығарылуын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, биоыдырайтын полимерлердің жаңа қолдану салалары ретінде мүшелерді жасау – мысалы, бүйрек сияқты мүшелерді негізгі компоненттерден құруды көздейді. Бұл процесс үшін құрылым қажет, ол мүшенің функциясын атқару үшін өсірілуі тиіс, ал бұл құрылым ыдырап, биосәйкестікке ие болуы керек.

Биоыдырайтын полимерлердің талаптары

Биоыдырайтын полимерлердің бірнеше талаптары бар:

1. Олар токсикалық болмауы керек.

2. Ыдырағанша жақсы механикалық қасиеттерін сақтай алуы тиіс.

3. Ыдырау жылдамдығын бақылау мүмкіндігі болуы қажет.

Сонымен қатар, ыдырау жылдамдығын бақылау үшін полимерге су қалай енуі бақылауға алынуы тиіс. Ыдырау жылдамдығына әсер ететін факторлар: кристалдылық деңгейі, молекулалық масса, гидрофобтылық. Полимердің ыдырау жылдамдығы денедегі орналасқан орнына байланысты болады, өйткені әртүрлі дене бөліктерінде орта әр түрлі.

Биоыдырайтын полимерлердің артықшылықтары мен кемшіліктері

Артықшылықтары:

1. Жаңа түрдегі қаптама материалдарының экономикалық құндылығы айқындала бастады.

2. Биоыдырайтын қаптамаларды жинау, сақтау және компосттау үшін арнайы бағдарламалар жүзеге асырылуы мүмкін.

Кемшіліктері:

1. Қазіргі биоыдырайтын полимерлер өте қымбат. Бірақ, халық қалдықтарды жоюдың маңыздылығын түсінеді және басқа қаптамалармен салыстырғанда зиянсыз болатын пакеттер үшін қосымша ақы төлеуге дайын.

Кейбір шетелдерде (Жапония, АҚШ) биоыдырайтын материалдардан жасалған қаптамалар қазірдің өзінде маңызды бөлік болып табылады. Біздің елімізде де биопластиктердің экономикаға тиімді өніміне қол жеткізу қажеттілігі байқалуда.

Бұл мәтін синтетикалық биоыдырайтын полимерлердің құрылымы, олардың биологиялық жүйелерде ыдырауы, сондай-ақ биоыдыраудың әртүрлі аспектілері туралы баяндайды. Мұнда полимерлердің гидролиз және оксидация арқылы ыдырау процесі талқыланады, сондай-ақ биологиялық ыдырауға әсер ететін бірнеше факторлар атап көрсетіледі. Мәтіннің негізгі тұжырымдарына тоқталатын болсақ:

Гидролиз және оксидация: Табиғи макромолекулалар, мысалы, протеиндер, целлюлоза және крахмал биологиялық жүйелерде гидролиз және оксидация арқылы ыдырайды. Сондықтан синтетикалық биоыдырайтын полимерлердің көпшілігінде гидролизделетін байланыстар бар, бұл олардың микроорганизмдер мен гидролитикалық ферменттер арқылы ыдырауына мүмкіндік береді.

Полимердің гидрофильді-гидрофобты сипаты: Полимердің суға тартылғыштығы немесе суға тартылмайтындығы оның биоыдырау жылдамдығына айтарлықтай әсер етеді. Гидрофильді және гидрофобты сегменттерді қамтитын полимерлер гидрофобты немесе гидрофильді құрылымдары бар полимерлерге қарағанда көбірек биоыдырайтын болып табылады.

Полимер морфологиясы: Протеиндер мен синтетикалық полимерлер арасындағы негізгі айырмашылық – полипептид тізбектеріндегі қайталанатын бірліктердің болмауы. Бұл ерекшелік, әсіресе, протеиндердің ыдырауға бейім болуына ықпал етеді. Синтетикалық полимерлерде қайталанатын бірліктер көп, бұл кристалдану процесін күшейтеді, сондықтан гидролизге түсетін топтар ферменттер үшін қолжетімді болмайды.

Радиациялық және химиялық өңдеулер: Ультракүлгін сәулемен немесе γ-сәулеленумен өңдеу полимерлерде радикалдар мен иондар тудырып, оларды кесуге немесе қос байланыстардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Бұл өзгерістер полимерлердің биоыдырауына әсер етуі мүмкін.

Молекулалық салмақ: Полимердің молекулалық салмағы оның биоыдырауына үлкен әсер етеді. Үлкен молекулалық салмақты полимерлер микроорганизмдермен нашар ыдырайды, бірақ химиялық немесе фотодеградация арқылы молекулалық салмағы төмендетілген полимерлер жеңіл ыдырайды.

Болашақ стратегиясы: Синтетикалық полимерлер табиғи ресурстардан алынған биоыдырайтын материалдармен біртіндеп алмастырылуда. Биопластиктердің даму үрдісі енді ғана басталып жатыр және олар түрлі салаларда, оның ішінде медициналық қолданбалар мен экологиялық таза орау материалдары ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Мұндай зерттеулер синтетикалық және табиғи полимерлердің биоыдырауын түсіну үшін маңызды және болашақта экологиялық таза пакеттер мен басқа да өнімдер әзірлеуге көмектеседі.

Литература

1. Narayan R (2001) Drivers for biodegradable/compostable plastics and role of composting in waste management and sustainable agriculture. Orbit J 1(1):1–9

2. Steinbuchel A (2003) Biopolymers, general aspects and special applications, vol 10. Wiley-VCH, Weinheim

3. Van Tuil R, Fowler P, Lawther M, Weber CJ (2000) Properties of biobased packaging materials, biobased packaging materials for the food industry: status and perspectives. KVL, Frederiksberg

4. Karlsson S, Albertsson A-C (1998) Biodegradable polymers and environmental interaction. Polym Eng Sci 38(8):1251–1253

5. Kaplan DL, Mayer JM, Ball D, McCassie J, Allen AL, Stenhouse P (1993) Fundamentals of biodegradable polymers. In: Ching C, Kaplan DL, Thomas EL (eds) Biodegradable polymers and packaging. Technomic Pub Co, Lancaster, pp 1–42