Возобновляемые полимеры для устойчивого будущего

Полимеры стали неотъемлемой частью повседневной жизни, начиная от упаковки и посуды и заканчивая медицинскими инструментами и строительными материалами. С ростом потребления пластиковых изделий возникает необходимость в поиске устойчивых альтернатив, способных минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Обзорная статья заведующего лабораторией химической конверсии возобновляемой биомассы и органического синтеза ТулГУ, кандидата химических наук Богдана Карлинского описывает новейшие достижения в разработке возобновляемых полимеров нового поколения. Полученные автором результаты придают новый импульс экспериментальным работам по созданию полибензоксазинов — инновационных материалов, которые могут изменить подход к использованию полимеров.

Полимеры могут быть как природного (например, белки и целлюлоза), так и синтетического происхождения (пластик, резина). Несмотря на их важность, использование традиционных полимеров вызывает опасения из-за проблем с утилизацией пластиковых отходов и зависимости от невозобновляемых ресурсов, таких как нефть и природный газ.

Молодые ученые ТулГУ активно исследуют возможность использования растительной биомассы в качестве источника для производства экологически чистых полимеров. Растения, улавливающие углекислый газ и преобразующие его в органические соединения, могут стать основой для создания новых материалов. Эти исследования особенно актуальны для регионов с высокой долей лесистых земель и аграрной активностью, таких как Тульская область. Целлюлозосодержащие отходы сельского хозяйства могут не только сжигаться или захораниваться, но и использоваться для получения ценных соединений и биотоплива.

Одним из перспективных направлений является использование соединений фуранового ряда, таких как фурфуриламин. Это производное фурфурола привлекает внимание ученых как возможный субстрат для создания нового класса полимеров — полибензоксазинов. Эти материалы обладают уникальными свойствами, включая низкую термическую усадку, высокую термическую стабильность и устойчивость к воспламенению.

Богдан Карлинский подчеркивает: «Несмотря на значительный прогресс в разработке возобновляемых полимеров нового поколения с регулируемыми свойствами и разнообразием возможных областей применения, эта область сталкивается со значительными трудностями, поскольку сразу несколько факторов препятствуют внедрению этих разработок в повседневную жизнь и практику. Наиболее значимым фактором, конечно же, является стоимость сырья. Возобновляемые фенолы вряд ли в ближайшем будущем сравняются по стоимости с привычными альтернативами, получаемыми из нефти, а цена анилина — крупнотоннажного продукта нефтехимической переработки — на порядки ниже, чем у фурфуриламина. Несмотря на то что текущие разработки в области получения возобновляемых полибензоксазинов носят скорее фундаментальный характер, невозможно не отметить высокую важность этих исследований в настоящее время, ведь истощение природных ресурсов, изменение климата и связанные с ним экологические катастрофы все больше влияют на жизнь людей во всем мире. Разработка новых возобновляемых полимеров позволяет нам постепенно закладывать основы будущих подходов в материаловедении, где растительная биомасса станет естественной и неизбежной альтернативой невозобновляемому сырью для производства различных классов полимеров».

Продолжающиеся исследования показывают, что использование целлюлозосодержащих отходов сельского хозяйства может привести к созданию ценных соединений и биотоплива, открывая новые горизонты для устойчивого развития.

Обзорная статья Богдана Карлинского опубликована в журнале ChemSusChem — одном из ведущих научных изданий в области исследования возобновляемого сырья и зеленой химии (Q1 WoS, Impact Factor = 7.5). Работа вошла сразу в две подборки лучших статей издательства Wiley, которые формируются по решению редакционного совета: коллекцию избранных обзоров Европейского химического сообщества и подборку самых горячих статей в области конверсии биомассы, что подтверждает высокую оценку результатов проведенной работы мировым научным сообществом.

Исследование было выполнено в рамках государственного задания, выделенного на создание в ТулГУ новых молодежных лабораторий при реализации федеральных проектов «Наука и университеты», «Приоритет 2030» и развитии научно-образовательного центра мирового уровня «ТулаТЕХ».

Подготовлено при поддержке Минобрнауки