Прогнозирование времени биодеструкции лигноуглеводных материалов на основе недревесного растительного сырья
Authors: Артёмов А.В. , Ершова А.С. , Бурындин В.Г. 
Published: February 2025

Введение. Материалы и изделия на основе растительного сырья из-за особенности своего химического строения подвержены деструкции в естественных условиях. Такая особенность позволяет получать данные материалы с возможностью и способностью к биоразложению. Однако для убедительного доказательства возможности отнесения данных материалов к биоразлагаемым необходимо проведение дополнительных исследований по определению продолжительности сроков деструкции. Цель исследования – прогнозирование сроков биодеструкции пластика без добавления связующего (ПБС) на основе растительного (недревесного) сырья. Объекты и методы исследования. Объектом исследования выбран ПБС на основе шелухи пшеницы, полученный методом плоского горячего прессования в закрытых пресс-формах. Прогнозирование осуществлялось с помощью экстраполяции скорости изменения свойств материала (прочности при изгибе) при естественной (20 °С) и повышенной (50 °С) температуре. Оценка биоразлагаемости осуществлялась по изменению массы исследуемого пластика при экспозиции в почво-грунте. Результаты и обсуждение. Установлены зависимости изменения прочности при изгибе ПБС при нормальных (комнатной температуре) и экстремальных (повышенной температуре) условиях испытаний на биоразложение. По экспериментальным данным определена энергия активации процесса биодеструкции исследуемого материала. Предположено на основании значений энергии активации, что деструкция ПБС происходит за счёт протекания гидролиза и разложения химических соединений исходного лигноцеллюлозосодержащего сырья, преимущественно гемицеллюлоз. Спрогнозированы возможные сроки биоразлагаемости изучаемого ПБС. Заключение. Прогнозируемые сроки биоразлагаемости в реальных условиях при минимальной среднегодовой температуре составят до 3,8 года и при максимальной среднегодовой температуре до 0,03 года. С учётом среднегодовой температуры по России средние сроки биоразлагаемости ПБС составили 1,7 года. Полученные прогнозируемые сроки биодеструкции ПБС на основе растительного (недревесного) сырья не учитывают природные явления (активность ультрафиолета, вид и количество осадков, влажность воздуха), сезонные циклы (тёплые и холодные периоды), а также происхождение, тип почв и период их биологической активности.

Introduction. Materials and products based on plant raw materials are subject to destruction under natural conditions due to the peculiarities of their chemical structure. This feature allows obtaining the materials with the potential and capacity for biodegradation. However, in order to convincingly prove the possibility of classifying these materials as biodegradable, additional studies are needed to determine the timeframes for destruction. The goal of the study is to predict the timescales for biodestruction of plastics without resins (PWR) based on vegetable (non-wood) raw materials. Objects and methods. The object of the study was wheat husk based PWR obtained by the method of flat hot pressing in closed molds. Prediction was performed through extrapolation of the rate of change in the properties of the material (bending strength) at a natural temperature (20°C) and an elevated temperature (50°C). Biodegradability was assessed by the mass loss of the studied plastic samples during their in-soil exposure. Results and discussion. Dependences in PWR bending strength changes under normal (room temperature) and extreme (elevated temperature) conditions of the biodegradation tests were found. According to the experimental data, the activation energy of the biodegradation process of the studied material was determined. Based on the activation energy values, the study suggests that PWR destruction occurs due to hydrolysis and decomposition of existing bonds of the lignocellulose-based raw materials, mainly hemicelluloses. Probable biodegradation timeframes for PWR under study were predicted. Conclusion. In real conditions, the predicted biodegradation times will be up to 3.8 years at the minimum average annual temperature and up to 0.03 years at the maximum average annual temperature. Given the average annual temperature in Russia, the average biodegradability timeframe of PWR was 1.7 years. The obtained predicted biodegradation times for PBS based on plant (non-wood) raw materials do not take into account natural phenomena (ultraviolet activity, type and amount of precipitation, air humidity), seasonal cycles (warm and cold periods), as well as the origin and type of soil and the period of their biological activity.