Ученые создали мульчирующую биоразлагаемую бумагу
Пластиковые отходы загрязняют не только океаны, но и сельскохозяйственные угодья. Согласно исследованию, проведенному Университетом Байройта, крупные и мелкие пластиковые частицы могут быть обнаружены на полях. Мульчирующие пленки, которые применяются в растениеводстве и садоводстве, способствуют загрязнению окружающей среды. Они предназначены для продления вегетационного периода и сокращения количества сорняков, а также для уменьшения испарения и улучшения водного баланса почвы.
Пленки, изготовленные из полиэтилена на нефтяной основе (ПЭ), должны быть собраны после сбора урожая. Однако остатки укрывного материала остаются в почве в течение десятилетий и накапливаются там, поскольку микроорганизмы не способны их расщеплять. Фрагменты пленки могут оказывать физическое воздействие на почву и попадать в пищевую цепочку. Хотя биоразлагаемые пленки, изготовленные из полимолочной кислоты, уже доступны, они очень дороги. Группа исследователей из ISC Фраунгофера в Вюрцбурге работает с исследовательскими и промышленными партнерами из Германии, Финляндии и Норвегии над проектом NewHyPe по разработке биоразлагаемых, устойчивых альтернатив. Экологически чистый заменитель больших пленок должен быть недорогим и способным к массовому производству.
Разработчики решили использовать бумагу на основе целлюлозы для производства пленки. «Одним из преимуществ бумаги является то, что она может очень быстро разлагаться, не оставляя никаких следов. Но в настоящее время этот процесс идет слишком быстро. Материала не хватает на весь сельскохозяйственный сезон. Как только несколько раз идет дождь, материал размягчается, и защита больше не эффективна», - говорит доктор Клаус Роуз, научный сотрудник ISC Фраунгофера. Следовательно, для хрупкого материала необходимо функциональное покрытие. Защитное гибридное покрытие изготовлено из ORMOCER. Класс материалов этих неорганико-органических гибридных полимеров был разработан более 30 лет назад в ISC Фраунгофера.
«Покрытие состоит из двух разных компонентов, органического полимера и неорганического силиката, которые обычно несовместимы. Но в сочетании они обеспечивают химическую и механическую стабильность при сохранении способности к разложению», - объясняет исследователь. Заменяющего материала должно хватить на сельскохозяйственный сезон примерно от трех до шести месяцев, а затем он должен полностью разложиться. Первые испытания показали, что покрытие бумаги повышает ее прочность во влажном состоянии, делая ее более стабильной, чем ее аналог без покрытия. Кроме того, тест на компостирование показал, что материал с покрытием разлагается медленнее.
Помимо стабилизирующего функционального покрытия, партнеры по проекту работают над совершенно новой гибридной мульчирующей бумагой, изготовленной как из функционализированной целлюлозы с включенными ORMOCERs, так и из функционализированной наноцеллюлозы, которая характеризуется высокой внутренней стабильностью из-за ее очень высокого отношения длины к толщине. При этом целлюлозные волокна связаны с помощью гибридного полимерного состава словно клеем. Плотность сетки влияет на стабильность. Эта связующая система эффективно действует в качестве покрытия. Следовательно, гибридная бумага не требует дополнительного покрытия.
«Бумага должна быть водоотталкивающей, более устойчивой к разрыву. Механическая стабильность, а также устойчивость к ультрафиолетовому излучению являются важными свойствами», - объясняет химик. Выбор оптимального композита является актуальной задачей. Как только это будет полностью разработано, упаковочная промышленность также сможет извлечь выгоду из нового материала. Биоразлагаемая бумага вместо пластиковых пленок внесла бы значительный вклад в защиту окружающей среды.
Пока еще рано говорить о запуске в производства нового укрывного материала. Необходимо провести многочисленные тесты, например, как покрытие бумажными пленками влияет на рост томатов и других культур.