ЭлБиб

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

6/2009

123456

УПАКОВКА И ЛОГИСТИКА

ТЕМА НОМЕРА

Упаковочные материалы

из биоразлагаемых материалов

на основе полилактида и крахмала

Ключевые слова:

биоразлагаемая

упаковка; полилактид; сополимер;

крахмал.

В предыдущих тематических номе*

рах журнала «Пищевая промышлен*

ность» (№ 6, 2007 г. и № 8, 2008 г.)

был проанализирован рынок биораз*

лагаемых материалов для пищевой

промышленности в целом и детально

рассмотрены вопросы биотехнологии

получения и разложения полигидрок*

сиалканоатов. Настало время уделить

внимание упаковочным материалам на

основе полилактида и его сополиме*

ров, а также материалам на основе

крахмала.

Полилактид (PLA) вырабатывается

путем полимеризации молочной кис*

лоты, получаемой ферментативным

способом из продуктов сельскохозяй*

ственного или пищевого производства,

содержащих углеводороды. Таким об*

разом, полилактид и его сополимеры

являются как биотехнологическими

продуктами, так и продуктами техно*

логии химического синтеза.

Стадия полимеризации L*молочной

кислоты может быть проведена дегид*

ратацией при повышенных температу*

УДК 621.798.188

О.А. Легонькова

, канд. техн. наук, доц.

Московский государственный университет прикладной биотехнологии

рах. Однако процесс требует больших

энергетических затрат, при этом полу*

чаемый продукт обладает низкой мо*

лекулярной массой. Либо путем поли*

меризации с раскрытием цикла диме*

ра молочной кислоты в присутствии

катализаторов (при этом методе PLLA

обладает высокой молекулярной мас*

сой и удовлетворительными техноло*

гическими свойствами). Механизм ре*

акции может быть самым различным:

анионный, катионный, координацион*

ный. В качестве катализаторов наибо*

лее часто используют кислоты Льюиса

в виде солей алюминия, олова, титана,

цинка, редко щелочноземельных ме*

таллов, алкоголятов щелочных метал*

лов.

Полилактид, полученный из L*мо*

лочной кислоты, представляет собой

хрупкий материал, является частично

кристаллическим полимером (степень

кристалличности 45–70 %) с темпера*

турой плавления 180…184

С, темпера*

турой стеклования 60

С, температурой

кристаллизации 100…105

С. Зависи*

мость некоторых свойств от содержа*

ния L*молочной кислоты в полимере

представлена в табл. 1.

Его сополимер с D*молочной кисло*

той характеризуется пониженной тем*

пературой плавления, улучшенными

технологическими свойствами, поэто*

му более перспективен с экономичес*

кой точки зрения. Сополимер из раце*

мата D*/L*молочных кислот (50/50) не

проявляет кристаллических свойств.

Таким образом, всего лишь варьируя

соотношением оптических изомеров,

можно получать PLA с различными

свойствами.

Сополимер молочной кислоты с гли*

колиевой впервые был представлен

как биоразлагаемый материал в 1970 г.

Сополимеры молочной кислоты с эфи*

рами (алифатическими, циклически*

ми), ангидридами – это наиболее изу*

ченный класс биоразлагаемых полиме*

ров. На сегодня интересны сополиме*

ры L*молочной кислоты и

*капролак*

тона, диметилсилоксана, этиленглико*

ля, полученных с использованием са*

мых различных катализаторов.

Хорошо изучены смеси PLA с низко*

молекулярными поли (пропиленглико*

лем), поли (этиленсукцинатом),

*кап*

ролактоном, служащими прекрасными

пластификаторами для полилактида.

Изучение процессов биодеградации

полилактидов – предмет особого инте*

реса, этот вопрос до конца все*таки не

решенный. Отмечается, что аморфная

часть PLA подвергается биодеструкции

при помощи протеиназы К (EC

3.4.21.64). Микробиальное поврежде*

ние имеет место быть, однако опреде*

ляющая стадия разложения PLA – гид*

ролиз. В сухих условиях чистый PLA

может пролежать более 10 лет. Степень

гидролиза зависит от различных пара*

метров (табл. 2).

Степень гидролиза увеличивается в

ряду: PLLA<поли (D,L*лактид)<PDLA<

сополимер лактида и гликолида.

Судя по всему, полилактид и сополи*

меры молочной кислоты представляют

собой полимеры будущего. Исследова*

ния по изучению свойств линейного

PLA, как наиболее перспективного

крупнотоннажного биоразлагаемого

пластика, продолжаются.

Источниками получения крахмала в

промышленном масштабе служат зер*

новые культуры (кукуруза, рожь, пше*

ница), картофель, тапиока. Благодаря

низкой стоимости и экологически бе*

зопасной технологии получения, крах*

мал за последние годы обращает на

себя внимание в качестве альтернати*

вы полимерам, вырабатываемым хи*

мическим синтезом.

Последние достижения в этой облас*

ти связаны с получением термоплас*

тичных полимеров путем химической,

термической и механической обработ*

ки нативного крахмала, его сополиме*

ризацией с другими мономерами. Ма*

териал характеризуется широким спек*

тром свойств, сравнимых с полиэтиле*

нами и полистиролами.

Крахмал – уникальный углеводород.

Короткие ответвления цепей амило*

пектина образовывают геликоидаль*

ные структуры, которые могут кристал*

лизоваться. Гранулы крахмала прояв*

ляют гидрофильные свойства, форми*

руют прочные ассоциаты благодаря

проявлению водородных связей между

гидроксильными группами на поверх*

ности гранул. Для придания термопла*

стичности материалу кристаллическая

структура должна быть разрушена пу*

тем воздействия давления, тепла, ме*

Таблица 1

Зависимость температуры плавления и стеклования

от содержания L!молочной кислоты в PLA

еинажредоC

*сикйончолом*L

%,ALPвытол

*утарепмеТ

*олкетсар

С°,яинав

*утарепмеТ

*елвалпар

С°,яин

*толП

,ьтсон

мс/г

001

481

–

5,16

2,671

7752,1

2,29

3,06

5,851

1062,1

5,78

йынфромА

–

5,75

йынфромА

4162,1

2,94

йынфромА

1562,1

Таблица 2

Изменение некоторых свойств PLA

при гидролизе (рН=7,4; Т=37

С)

ьнеД

яретоП

,ыссам

nМ wM

*арепмеТ

арут

*аволкетс

С°,яин

*епмеТ

арутар

*елвалп

С°,яин

00056

00008

8,551

00041

00053

1,65

7,451

0002

0004

7,941

0011

0022

7,84

3,641

0001

0002

9,15

8,241

0001

0002

9,15

4,341

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека