ikbguИзвестия Кабардино-Балкарского государственного университетаProceedings of the Kabardino-Balkarian State University2221-7789Kabardino-Balkarian State University named after Kh. M. Berbekovikbgu-302Research ArticleХимияChemistryФОТОДЕГРАДАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОЛИЛАКТИД – НАТУРАЛЬНЫЙ КАУЧУКPHOTODEGRADATION OF COMPOSITE MATERIALS POLYLACTIDE – NATURAL RUBBERПодзороваМария ВикторовнаPodzorovaMaria Viktorovnamariapdz@mail.ruТертышнаяЮлия ВикторовнаTertyshnayaJulia ViktorovnaМосковскийМаксим НиколаевичMoskovskyMaxim NikolaevichРоссийский экономический университет им. Г.В. ПлехановаРоссияPlekhanov Russian University of EconomicsRussian FederationИнститут биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАНРоссияEmanuel Institute of Biochemical Physics Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Research Agro-Engineering Center VIMRussian Federation202230082022124Том 12, № 4 (2026)113117Copyright © Подзорова М.В., Тертышная Ю.В., Московский М.Н., 20222022Подзорова М.В., Тертышная Ю.В., Московский М.Н.Podzorova M.V., Tertyshnaya J.V., Moskovsky M.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izvestiakbsu.ru/jour/article/view/302

В настоящее время полилактид (ПЛА) и ПЛА-композиты вызывают растущий интерес как новые перспективные материалы для использования в промышленности и сельском хозяйстве. Основным процессом, который происходит во время фотодеградации ПЛА, является случайное расщепление цепи по меха-низму Норриша II. Фотодеградация вызывает изменения механических свойств, теплофизических характеристик. Температура плавления ПЛА после воздействия УФ-излучения (λ = 254 нм) в течение 50 ч снижается на 5 °C, а степень кристалличности снижается на 3–4 %. Распад материала ПЛА/НК подтверждается ИК-спектроскопией.

Currently, polylactide (PLA) and PLA composites are of growing interest as new promising materials for the industry and agriculture using. The main process that occurs during the PLA photodegradation is the accidental splitting of the chain by the Norrish II mechanism. Photodegradation causes changes in mechanical properties, thermophysical characteristics. The melting point of PLA after exposure to UV radiation (λ = 254 nm) for 50 hours decreases by 5 °C, and the degree of crystallinity decreases by 3–4 %. The disintegration of the PLA/NR material is confirmed by IR spectroscopy.

 

полилактиднатуральный каучукполимерные композицииструктурафотодеградацияpolylactidenatural rubberpolymer compositionsstructurephotodegradationРезультаты исследования получены в рамках гранта Президента Российской Федерации на государственную поддержку молодых российских ученых – кандидатов наук № МК-2082.2022.1.3 «Функциональные экоматериалы на основе полилактида и натурального каучука для промышленности и «зеленых» технологий выращивания сельскохозяйственных культур». Авторы выражают благодарность Центру коллективного пользования РЭУ им. Г.В. Плеханова за предоставленное оборудование.ReferencesЧон Х.Дж., Ким М.Н. Биодеградация поли(L-лактида) (PLA) при воздействии ультрафиолетового излучения мезофильной бактерией // Int. Биологический ущерб. Биодеградация. 2013. Т. 85. С. 289-293.Jeon H.J., Kim M.N. Biodegradation of poly(L-lactide) (PLA) exposed to UV irradiation by a mesophilic bacterium // Int. Biodeterior. Biodegrad. 2013. V. 85. P. 289–293.Гарлотта Д. Обзор литературы о полилактидной кислоте // J. Polym. Окружающая среда. 2001. Т. 9. С. 63-84.Garlotta D. A literature review of polylactid acid // J. Polym. Environ. 2001. V. 9. P. 63–84.Терио Г., Цзин Ф., Питет Л.М., Хиллмайер М.А. Жесткие полилактидные привитые сополимеры // Макромолекулы. 2010. Т. 43. С. 7394-7397.Theryo G., Jing F., Pitet L.M., Hillmyer M.A. Tough polylactide graft copolymers // Macromolecules. 2010. V. 43. P. 7394–7397.Мурариу М., Феррейра А.Д.С., Александр М., Дюбуа П. Полилактид (PLA), разработанный с требуемыми свойствами для конечного использования: 1. Композиции PLA с низкомолекулярными сложноэфирными пластификаторами и соответствующими характеристиками // Полим. Adv. Технология. 2008. Т. 19. С. 636-646.Murariu M., Ferreira A.D.S., Alexandre M., Dubois P. Polylactide (PLA) designed with desired end-use properties: 1. PLA compositions with low molecular weight ester-like plasticizers and related performances // Polym. Adv. Technol. 2008. V. 19. P. 636–646.Леммучи Ю., Мурариу М., Сантос А., Амасс А., Шахт Э., Дюбуа П. Пластификация полилактида смесями трибутилцитрата и низкомолекулярных сополимеров поли(D,L-лактид)-b-поли (этиленгликоля) // Eur. Polym. J. 2009. V. 45. С. 2839-2848.Lemmouchi Y., Murariu M., Santos A.M.D., Amass A.J., Schacht E., Dubois P. Plasticization of poly(lactide) with blends of tributyl citrate and low molecular weight poly(D,L-lactide)-b-poly-(ethylene glycol) copolymers // Eur. Polym. J. 2009. V. 45. P. 2839–2848.Андерсон К.С., Хиллмайер М.А. Влияние микроструктуры блок-сополимера на вязкость совместимых смесей полилактида и полиэтилена // Полимер. 2004. Т. 45. С. 8809-8823.Anderson K.S., Hillmyer M.A. The influence of block copolymer microstructure on the toughness of compatibilized polylactide/ polyethylene blends // Polymer. 2004. V. 45. P. 8809–8823.Подзорова М. В., Тертышная Ю. В. Композиционные материалы на основе "зеленых" полимеров: полилактида и поли-3-гидроксибутирата // ЖПХ. 2018. Т. 91, № 3. С. 377–384.Podzorova M. V., Tertyshnaya Yu. V. Composite Materials Based on Green Polymers: Polylactide and Poly-3-Hydroxybutyrate // ZhPKh. 2018. Vol. 91, No. 3. Pp. 377–384.Цзян Л., Чжан Дж., Уолкотт М.П. Сравнение композитов из полилактида/наноразмерного карбоната кальция и полилактида/монтмориллонита: усиливающие эффекты и механизмы упрочнения // Полимер. 2007. Т. 48. С. 7632-7644.Jiang L., Zhang J., Wolcott M.P. Comparison of polylactide/nanosized calcium carbonate and polylactide/ montmorillonite composites: reinforcing effects and toughening mechanisms // Polymer. 2007. V. 48. P. 7632–7644.Роговина С.З., Алексанян К.В., Косарев А.А., Иванушкина Н.Е., Прут Э.В., Берлин А.А. Биоразлагаемые полимерные композиции на основе полилактида и целлюлозы // Высок. соед. Б. 2016. Т. 58, № 1. С. 43–52.Rogovina S.Z., Aleksanyan K.V., Kosarev A.A., Ivanshchina N.E., Prut E.V., Berlin A.A. Biodegradable Polymer Compositions Based on Polylactide and Cellulose // Vysok. soed. B. 2016. Vol. 58, No. 1. Pp. 43–52.Хан Дж.Дж., Хуан Х.Х. Получение и характеристика биоразлагаемых смесей полилактида/термопластичного полиуретанового эластомера // J. Appl. Полим. наука. 2011. Т. 120. С. 3217-3223.Han J.J., Huang H.X. Preparation and characterization of biodegradable polylactide/thermoplastic polyurethane elastomer blends // J. Appl. Polym. Sci. 2011. V. 120. P. 3217–3223.Чжан У., Чен Л., Чжан Ю. Удивительный эффект памяти формы полилактида, полученный в результате упрочнения полиамидным эластомером // Полимер. 2009. Т. 50. С. 1311-1315.Zhang W., Chen L., Zhang Y. Surprising shape-memory effect of polylactide resulted from toughening by polyamide elastomer // Polymer. 2009. V. 50. P. 1311–1315.Битинис Н., Вердехо Р., Кассаньяу П., Лопес-Манчадо М.А. Структура и свойства смесей полилактид/натуральный каучук // Матер. Хим.. Физика. 2011. Т. 129. С. 823-831.Bitinis N., Verdejo R., Cassagnau P., Lopez-Manchado M.A. Structure and properties of polylactide/natural rubber blends // Mater. Chem. Phys. 2011. V. 129. P. 823–831.Битинис Н., Санс А., Ногалес А., Вердехо Р., Лопес-Манчадо М.А., Эскерра Т.А. Механизмы деформации в бионанокомпозитах полимолочная кислота/натуральный каучук/органоглина, выявленные методом синхротронного рентгеновского рассеяния // Мягкая материя. 2012. Т. 8. С. 8990-8997.Bitinis N., Sanz A., Nogales A., Verdejo R., Lopez-Manchado M.A., Ezquerra T.A. Deformation mechanisms in polylactic acid/natural rubber/organoclay bionanocomposites as revealed by synchrotron X-ray scattering // Soft Matter. 2012. V. 8. P. 8990–8997.Тертышная Ю., Карпова С., Московский М., Дорохов А. Электропрядильные волокна из полилактида/натурального каучука: влияние содержания натурального каучука на морфологию и свойства волокон // Полимеры. 2021. Т. 13. С. 2232.Tertyshnaya Y., Karpova S., Moskovskiy M., Dorokhov A. Electrospun polylactide/natural rubber fibers: effect natural rubber content on fiber morphology and properties // Polymers. 2021. V. 13. P. 2232.Понгтанают К., Тонгпин С., Сантавити О. Влияние каучука на морфологию, теплофизические и механические свойства смесей PLA/NR и PLA/ENR // Energy Procedia. 2013, Номер 34. С. 888-897.Pongtanayut K., Thongpin C., Santawitee O. The effect of rubber on morphology, thermal properties and mechanical properties of PLA/NR and PLA/ENR blends // Energy Procedia. 2013, N 34. P. 888–897.Сюй С., Юань Д., Фу Л., Чен Ю. Физическая смесь PLA/NR с непрерывной фазовой структурой: получение, реологические свойства, механические свойства и морфология // Полим. Тест. 2014. № 37. С. 94-101.Xu C., Yuan D., Fu L., Chen Y. Physical blend of PLA/NR with co-continuous phase structure: Preparation, rheology property, mechanical properties and morphology // Polym. Test. 2014. N 37. P. 94–101.Пьемонт В., Джирони Ф. Кинетика гидролитической деградации PLA // J. Polym. Environmental. 2013. V. 21. С. 313-318.Piemonte V., Gironi F. Kinetics of hydrolytic degradation of PLA // J. Polym. Environ. 2013. V. 21.Чжоу К., Ксантос М. Влияние наноглины и кристалличности на гидролитическую деградацию полилактида // Полим. Degrad. Stab. 2008. Т. 93. С. 1450-1459.P. 313–318.Тертышная Ю.В., Подзорова М.В. Разрушение полимерных смесей полилактид-полиэтилен в водной среде // ЖПХ. 2021. Т. 94, N 5. P. 638–645.Zhou Q., Xanthos M. Nanoclay and crystallinity effects on the hydrolytic degradation of polylactide // Polym. Degrad. Stab. 2008. V. 93. P. 1450–1459.Банг Г., Ву Ким С. Биоразлагаемые гибридные покрытия на основе поли (молочной кислоты) для пищевых упаковочных пленок с газобарьерными свойствами // J. Ind. Eng. Химия, 2012, Номер 18. С. 1063-1068.Tertyshnaya Yu.V., Podzorova M.V. Destruction of Polylactide-Polyethylene Polymer Mixtures in an Aqueous Environment // ZhPKh. 2021. Vol. 94, No. 5. Pp. 638–645.Токива Ю., Калабия Б. Биоразлагаемость и биодеградация полилактида // Приложение. Микробиол. Биотехнология. 2006. N 72. С. 244-251.Bang G., Woo Kim S. Biodegradable poly(lactic acid)-based hybrid coating materials for food packaging films with gas barrier properties // J. Ind. Eng. Chem. 2012, N 18. P. 1063–1068.Токива Ю., Калабия Б. Биоразлагаемость и биодеградация сложных полиэфиров // J. Polym. Окружающая среда. 2007. № 15. С. 259-267.Tokiwa Y., Calabia B.P. Biodegradability and biodegradation of poly(lactide) // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2006. N 72. P. 244–251.Подзорова М.В., Тертышная Ю.В., Пантюхов П.В., Карпова С.Г., Попов А.А., Николаева С.Г. Фотодеградация пленок на основе смесей полилактид-полиэтилен // Материалы конференции AIP. 2018. V. 2051. P. 020241.Tokiwa Y., Calabia B.P. Biodegradability and biodegradation of polyesters // J. Polym. Environ. 2007. N 15. P. 259–267.Santonja-Бласко л., Рибес-Greus А., Аламо Р. Г. сравнительный тепловое, биологическое и фотостарение Кинетика полилактида и влияние на уровень кристаллизации // Polym. Degrad. Stab. 2013. Номер 98. С. 771-784.Podzorova M.V., Tertyshnaya Yu.V., Pantyukhov P.V., Karpova S.G., Popov A.A., Nikolaeva S.G. Photodegradation of films based on polylactide-polyethylene blends // AIP Conference Proceedings. 2018. V. 2051. P. 020241.Олевник-Крушковска Э., Котер И., Скопинска-Вишневска Дж., Ричерт Дж. Деградация полилактидных композитов при УФ-облучении при 254 нм // J. Photochem. Фотобиол. А., 2015. Номер 311. С. 144-153.Santonja-Blasco L., Ribes-Greus A., Alamo R.G. Comparative thermal, biological and photodegradation kinetics of polylactide and effect on crystallization rates // Polym. Degrad. Stab. 2013. N 98. P. 771–784.Лим Л-Т. Аврора Р. Рубин М. Технологии переработки поли (молочной кислоты) // Prog. Полим. Sci. 2008. V. 33. P. 820-852.Olewnik-Kruszkowska E., Koter I., Skopinska-Wisniewskab J., Richert J. Degradation of polylactide composites under UV irradiation at 254 nm // J. Photochem. Photobiol. A. 2015. N 311. P. 144–153.Кайнак С., Сары Б. Ускоренная стойкость к атмосферным воздействиям полилактида и его нанокомпозита монтмориллонита // Прикладная наука о глине. 2016. Т. 121-122. С. 86-94.Lim L-T., Auras R., Rubino M. Processing technologies for poly(lactic acid) // Prog. Polym. Sci. 2008. V. 33. P. 820-852.Сакаи У., Киношита М., Нагата М., Цуцуми Н. ЭПР-исследования фотосенсибилизированной деградации поли(L-молочной кислоты) посредством фотоионизации легирующей примеси // J. Polym. Sci., Часть A: Polym. Химия. 2001. Т. 39. С. 706-714.Kaynak C., Sarı B. Accelerated weathering performance of polylactide and its montmorillonite nanocomposite // Applied Clay Science. 2016. V. 121–122. P. 86–94.Тертышная Ю., Подзорова М., Московский М. Воздействие воды и УФ-излучения на нетканое волокно из полилактида/натурального каучука // Полимеры. 2021. Т. 13. С. 461.Sakai W., Kinoshita M., Nagata M., Tsutsumi N. ESR studies of photosensitized degradation of poly(L-lactic acid) via photoionization of dopant // J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2001. V. 39. P. 706–714.Цудзи Х., Эчизен Ю., Нисимура Ю. Фотодеградация биоразлагаемых сложных полиэфиров: комплексное исследование поли (L-лактида) и поли (е-капролактона) // Полим. Деградация. Stab. 2006. V. 91. С. 1128-1137.Tertyshnaya Y., Podzorova M., Moskovskiy M. Impact of water and UV irradiation on nonwoven polylactide/natural rubber fiber // Polymers. 2021. V. 13. P. 461.Мартин Дж.У., Чин Дж.У., Нгуен Т. Эксперименты с законом взаимности при фотодеградации полимеров: критический обзор // Prog. Org. Coat. 2003. Т.47. С. 292-311.Tsuji H., Echizen Y., Nishimura Y. Photodegradation of biodegradable polyesters: a comprehensive study on poly(L-lactide) and poly(e-caprolactone) // Polym. Degrad. Stab. 2006. V. 91. P. 1128–1137.Тертышная Ю.В., Подзорова М.В. Влияние ультрафиолетового излучения на структурно-динамические характеристики полилактида и его смесей с полиэтиленом // Хим. физ. 2020. Т. 39, № 1. С. 57–65.Martin J.W., Chin J.W., Nguyen T. Reciprocity law experiments in polymeric photodegradation: a critical review // Prog. Org. Coat. 2003. V.47. P. 292–311.Tertyshnaya Yu.V., Podzorova M.V. Influence of Ultraviolet Radiation on the Structural and Dynamic Characteristics of Polylactide and Its Mixtures with Polyethylene // Chemical Physics. 2020. Vol. 39, No. 1. Pp. 57–65.Tertyshnaya Yu.V., Podzorova M.V. Influence of Ultraviolet Radiation on the Structural and Dynamic Characteristics of Polylactide and Its Mixtures with Polyethylene // Chemical Physics. 2020. Vol. 39, No. 1. Pp. 57–65.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.