Ученым удалось выяснить, что арабиногалактан способствует разложению синтетических полимеров. Выкинутая упаковка, содержащая в себе этот растительный полисахарид, будет разлагаться без вреда для окружающей среды. Разработка позволит сократить карбоновый след и приблизит переход России к низкоуглеродной экономике.

«Нами было обнаружено, что арабиногалактан, введенный в синтетические полимеры, придает им свойство биоразлагаемости. Вещество «открывает двери» микробам, которые находятся в почве, для того, чтобы они «проходили» в пластик и способствовали его разложению», — рассказывает один из авторов технологии, профессор Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД Эдуард Аким.

В основе лежит биорефайнинг лиственницы – прорывная технология переработки древесины для получения из нее ценных химических веществ и их использования в производстве новой востребованной продукции. Для получения арабиногалактана ученые научились извлекать его из лиственницы. Далее выделенный арабиногалактан вводится в синтетический полимер, из которого создается пластиковый слой для упаковки.

«Полимерная крошка засыпается в специальную машину — экструдер, где пластик нагревается и переходит в другое фазовое состояние,становится текучим. Далее слой наносится на бумагу. Нанесенное покрытие выполняет также защитную и влагостойкую функцию упаковки», — рассказывает о технологии производства заведующая лабораторией физико-механических методов исследования композиционных материалов СПбГУПТД Ольга Ерохина.

Разработка входит в стратегический проект СПбГУПТД «Создание новых видов биоразлагаемой упаковки» в рамках реализации вузом программы «Приоритет 2030».

В ее производстве не используются импортные химикаты для отбеливания целлюлозы, что делает продукт экологичным и упрощает переработку. Новая эко-бумага была реализована в качестве бланков для ЕГЭ и ОГЭ и уже продается в магазинах. Кроме того, ее появление на рынке привело к изменениям в государственных стандартах – сейчас специалисты работают над дополнениями к ГОСТу по бумаге для офисной техники.

В марте этого года Финляндия прекратила поставки химического реагента, с добавлением которого получается беленая целлюлоза. Тогда функционирование целлюлозно-бумажного комбината в Светогорске, важнейшего системообразующего предприятия региона, было под угрозой, а цены на бумагу выросли в 5 раз. Но ЦБК не остановил работу. В кратчайшие сроки комбинат перешел на изготовление совершенно новой экологической бумаги бежевого цвета. Совместно с учеными кафедры технологии целлюлозы и композиционных материалов ВШТЭ СПбГУПТД технологи комбината занимаются проблемами дальнейшего уменьшения углеродного следа продукции.

«За две недели сотрудниками комбината была разработана технология новой офисной бумаги. Она заключается в грамотном соотношении частично беленой целлюлозы, наполнителя и беленой химико-термомеханической древесной массы. Результата сотрудники комбината добились экспериментальным путем. Благодаря тому, что они отказались от использования химиката на основе хлора, они способствуют импортозамещению и сокращают углеродный след. Чрезмерное отбеливание целлюлозы при производстве офисной бумаги — это неоправданное загрязнение окружающей среды», — рассказал много лет работающий с ЦБК профессор Эдуард Аким, заведующий кафедрой технологии целлюлозы и композиционных материалов Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД.

Перед учеными и сотрудниками ЦБК стоит не только технологический, но и маркетинговый вопрос: удастся ли вывести на рынок совершенно новую марку экологичной офисной бумаги. Риск, на который пошел Светогорский комбинат, оказался оправданным. Бумагу уже использовали во время проведения ЕГЭ и ОГЭ для создания бланков с заданиями. Сейчас продукция под маркой SvetoCopy ECO уже лежит на прилавках в магазинах, стоит она значительно дешевле бумаги из беленой целлюлозы.

«В ходе испытаний мы пришли к выводу, что все необходимые показатели, такие как гладкость, прочность, непрозрачность, пылимость и другие, соответствуют стандартам. Белизна действительно ниже традиционной, новая бумага имеет бежевый оттенок, но на качестве печати и на восприятии текста и картинки это не сказывается», — прокомментировала заведующая лабораторией кафедры технологии целлюлозы и композиционных материалов Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД Юлия Юрьева.

Сейчас специалисты работают над изменениями в едином ГОСТе по бумаге для офисной техники, где указано, что в качестве сырья должна быть использована беленая целлюлоза. Соответствие новой бумаги SvetoCopy ECO государственному стандарту позволит рекомендовать ее для государственных закупок.

Заведующий кафедрой технологии целлюлозы и композиционных материалов Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД Эдуард Аким отметил роль выпускников вуза в разработке новой технологии: «Кислородная отбелка, которая лежит в основе новой технологии, была открыта в 1956 году моим братом, выпускником нашего вуза Гарри Акимом, совместно с его научным руководителем профессором Виктором Никитиным. И сегодня, когда с использованием кислорода отбеливается свыше 90% производимой в мире беленой целлюлозы, их авторство признается во всем мире. Исполнительный директор ЦБК Олег Рыбников также закончил наш вуз, дипломную работу он выполнял под руководством профессора Александра Гаузе, а аспирантуру заканчивал на нашей кафедре под моим руководством».

Задача такого гидрогеля – увлажнять рану и убивать даже устойчивые к антибиотикам бактерии. В отличие от синтетических аналогов новый гидрогель исключает содержание токсичных веществ, опасных для человека, так как полностью состоит из природных компонентов. Ученые предполагают применять технологию не только в качестве повязок для лечения ран и ожогов, но и в производстве умных капсул для доставки активных веществ в таргетированной лекарственной терапии, имплантов и патчей для глаз.

«Большинство доступных сегодня гидрогелей являются синтетическими и имеют серьезные недостатки. В них могут содержаться токсичные вещества, и, в основном, они производятся из невозобновляемого сырья – нефтепродуктов. Наши экологичные гидрогели обладают свойством биосовместимости, они безопасны для человека. Для создания таких гидрогелей мы используем полностью биоразлагаемую целлюлозу из отходов аграрных предприятий. Мы не берем целлюлозу из древесины, чтобы снизить экологическую нагрузку. В этом уникальность и преимущество нашей разработки»,— комментирует один из авторов технологии, доцент кафедры технологии полиграфического производства ВШПМ СПбГУПТД Александра Михаилиди.

Технология ученых СПбГУПТД достаточно простая и не требует много ресурсов или времени. Порошок целлюлозы помещается в специальный растворитель. За семь дней молекулы целлюлозы самоорганизуются в гидрогель, который затем тщательно промывают водой. Органический растворитель уходит, остается чистый прозрачный гидрогель на основе воды. В нем на 100 мл жидкости приходится всего 0,3 г целлюлозы. Гидрогель создает для раны естественную влажную среду, которая способствует заживлению и оказывает охлаждающий эффект, снимающий боль.

Антибактериального эффекта помогает добиться добавление в гидрогель из растительного сырья наночастиц серебра, которые предотвращают заражение. Это решает проблему осложнения лечения инфицированных ран антибиотиками из-за снижения их эффективности по всему миру вследствие выработки привыкания у бактерий. Кроме того, сама целлюлоза поглощает загрязнения, которые могут находиться в ране, где они питают бактерии и способствуют их размножению.

«Для создания гидрогелей из растительной целлюлозы могут быть использованы отходы сельскохозяйственной промышленности, в качестве которых выступает, например, костра льна. Сейчас мы исследуем и другие виды растительных отходов. Благодаря тому, что технология не требует дополнительного оборудования и сырья, наши экологичные гидрогели могут производиться прямо на аграрных предприятиях, которые также применяют гидрогели для сохранения влаги в почве и доставки удобрений в корни растений»,— дополняет Александра Михаилиди.

Технология апробирована в лаборатории качества компании «Новбытхим» при подготовке новой рецептуры фасадной краски на водной основе и позволит импортозаместить лакокрасочные товары зарубежных производителей, покидающих сегодня российский рынок. Разработка велась в рамках гранта предприятия «Новбытхим» для молодых ученых СПбГУПТД.

«Краска обладает множеством характеристик, но раньше из всего этого набора на соответствие норме проверялась лишь одна, наиболее важная для того или иного вида краски. Например, для фасадных красок — это износостойкость. При этом, добиваясь хорошей износостойкости, мы теряли эластичность. Второстепенные показатели в комплексе влияют на качество продукта, на срок службы фасадного покрытия. Наш метод оценки свойств красок направлен на увеличение срока эксплуатации лакокрасочного материала, продление срока службы покрытия без необходимости регулярного обновления», — комментирует Анастасия Ходжаева.

По новой методике оценивается более десяти свойств краски: удобство нанесения, кроющая способность, время высыхания, эластичность, водостойкость, износостойкость, цветовые характеристики.

«Мы не просто проверяем эти характеристики на соответствие норме, как это делается при традиционном подходе, для нас важно, чтобы они превышали норму. Готовую к выпуску краску с улучшенной рецептурой мы сравниваем с продуктом, выпущенным нами ранее или с конкурентным продуктом. В результате оценки мы получаем индекс качества каждой характеристики в цифрах, а не только информацию о соответствии или несоответствии стандарту. Это позволяет управлять процессом непрерывного совершенствования рецептуры. Качество всегда должно расти. Но управлять этим процессом можно только тогда, когда результат измеряется», — объясняет заведующий лабораторией качества компании «Новбытхим» Игорь Кочуров.

В условиях изменений рынка, когда крупнейшие финские и датские производители лакокрасочных материалов уходят из России, новый подход позволяет занять нишу качественных лакокрасочных компонентов.

Анастасия Ходжаева занимается разработкой нового метода оценки качества товара в рамках гранта предприятия «Новбытхим», который она выигрывает второй год подряд. Грант позволяет Анастасии заниматься наукой и проводить исследования на уникальном научном производственном оборудовании «Новбытхим», не имеющего аналогов в России и за рубежом.

Генеральный директор компании «Новбытхим» Юрий Зевацкий: «Более 10 лет наше предприятие выделяет гранты молодым ученым Института прикладной химии и экологии Университета промышленных технологий и дизайна. Заявки претендентов на грант рассматривает комиссия, куда входит главный технолог предприятия, руководитель лаборатории качества и ведущий инженер-исследователь. Студент, включившись в работу, становится частью коллектива. Стипендия позволяет ему одновременно получать образование и опыт работы на предприятии, овладевать специальностью и заниматься наукой, а компании это дает уникальные разработки, которые могут предложить молодые ученые».