Экологически безопасные пластики из отходов древесины

   Биодеградация древесины резко повышала выход лигнина при экстракции диоксаном. Причем, на березовых опилках эффект был значительно выше (табл.2). По мере увеличения длительности культивирования повышался и выход лигнина, несмотря на снижение его суммарного количества, вызванного действием лигнолитических ферментов. Это обусловлено тем, что гриб воздействует на полимерные компоненты древесины, расщепляя лигнин-углеводные связи. В результате, лигнин становится более доступным для экстракции диоксаном. Этот процесс в древесине березы начинается раньше и проходит интенсивнее. Подтверждением тому служит и анализ спектров в УФ-области, показавший, что снижение оптической плотности при длине волны 280 нм, характеризующее содержание ароматических колец [4], вызванное воздействием гриба, в лигнине березы начинается раньше и идет с большей скоростью.

   Ранее, методом ИК-спектроскопии нами было показано, что P.tigrinus вызывает изменения в относительном содержании отдельных функциональных групп в лигнине березы и сосны. Эти изменения в основном касались полос, обусловленных свободными и фенольными гидроксильными, карбонильными, карбоксильными группами, ароматическим скелетом.
   Исследование количественных изменений в содержании функциональных групп показало, что биодеградация действительно сопровождается увеличением количества карбоксильных и фенольных гидроксильных групп в обеих породах древесины (табл.3).

   При изготовлении пластиков из опилок обнаружено, что их физико-химические свойства зависят от длительности обработки грибом и изменений, происходящих в лигнине (табл. 4). Более высокую прочность имели пластики, изготовленные из опилок, обработанных грибом в течение 3 суток. Увеличение длительности обработки снижает качество плит. Это связано с тем, что после 3 суток значительно уменьшается доля лигнина, происходят глубокие изменения в его структуре и вследствие этого ухудшаются пластифицирующие свойства полимера. Прессованные материалы из опилок березовой древесины по прочности уступали пластикам из сосновых опилок. Это связано с тем, что твердые породы древесины менее пригодны для изготовления прессованных материалов. Еще одна причина может заключаться в том, что биодеградация древесины березы идет более интенсивно и к 3 суткам значительно нарушается полимерная матрица субстрата.

   Исходя из вышеприведенных результатов, дальнейшие опыты проводили только с сосновыми опилками, обработанными 3-суточным инокулятом. Лигнины, выделенные из опилок до и после прессования, имели сходные спектры в УФ- и видимой областях, с различиями в интенсивности поглощения при длине волны 280 нм, что указывает на изменение суммарного количества ароматических структур. У лигнинов, выделенных из прессованных материалов, интенсивность поглощения при 280 нм значительно выше, чем у лигнинов, выделенных из непрессованных опилок.
   Предварительная биообработка опилок еще больше увеличивает величину оптической плотности выделенных лигнинов после прессования. Вероятно, при этих условиях прессования преобладают процессы конденсации, с образованием a-5-связей, характерных для хвойных пород древесины, в результате чего увеличивается количество ароматических структур.
   Выше нами было показано, что биообработка опилок приводит к увеличению количества свободных фенольных гидроксильных групп. После прессования их количество в выделенном лигнине снизилось на 90% по отношению к контролю (табл.2).
   Это свидетельствует о том, что при горячем прессовании происходят процессы конденсации с участием фенольных гидроксильных групп, с образованием новых химических связей, вероятно, сложноэфирных. За счет этого, очевидно, повышается молекулярная масса лигнинов, и, следовательно, улучшаются физико-механические характеристики прессованных материалов. Кроме того, определенный вклад в образование связей между частицами древесины вносят биомакромолекулы клеток микроорганизма.
   Таким образом, на определенных стадиях биодеградации лигнин и древесина приобретают пластичность, что позволяет использовать гриб P.tigrinus в производстве экологически безопасных пластиков – биопластиков – из отходов древесины без применения синтетических смол. Отсутствие токсичных связующих полностью исключает выделение формальдегида в окружающую среду. Сырьем для производства пластиков по такой технологии могут служить отходы не только древесины, но и любого растительного сырья.

Библиографический список:
   1. Соломатов В.И., Черкасов В.Д. //Изв.вузов.Строительство. 1997. №1. С.27–32.
   2. Ревин В.В., Прыткова Т.Н., Лияськина Е.В., Черкасов В.Д., Соломатов В.И. Свидетельство о депонировании икроорганизма Panus (Lentinus) tigrinus (Bulliard: Fries) Fries, 317. Регистрационный номер BKM F3616D присвоен 5 марта 1998 г.
   3. Закис Г.Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных.– Рига.: Знатне. 1987. 230 с.
   4. Stevanovich Janezic T., Bujonovic B., Gelineo A.//J.Serb.ChemSoc. №10. 1993. р.751–758. Работа выполнена при поддержке гранта Минобразования РФ №E02-6.0-112.