В ПГУ ученые разработали базу данных, в которой описаны свойства нетоксичного пищевого пластика
Ученые Пензенского государственного университета создали уникальную базу данных, направленную на поиск нетоксичной и безопасной пластмассы. Кроме того, ноу-хау будет полезно экологам при проведении мониторинга и найдет широкое применения в образовательном процессе. Об этом сообщило Министерство науки и высшего образования РФ.
Изделия из пластмассы в современном мире окружают всюду. Мы охотно их используем в быту: кухонные принадлежности, детали интерьера, мебель и даже одежда.
Споры о пользе и вреде пластиковых изделий, изготовленных из полимеров, идут не один десяток лет. Технологии и подходы к производству пластиковых изделий модернизируются, что делает пластмассу более безопасной и экологичной.
Стоит отметить, проблемы с пластиком возникают не только из-за его «коварного» состава, включающего полимеры, наполнители, пластификаторы и добавки. Зачастую опасным его делает сам человек, используя не по назначению и нарушая правила эксплуатации и утилизации.
Один из разработчиков базы данных — канд. биол. наук, доцент, заведующий кафедрой «Химия и методика обучения химии» ПГУ Наталия Волкова рассказала, что существуют много видов пластика, отличающихся химическими и физическими свойствами, структурой и способом получения. Поэтому один вид нельзя использовать, например в качестве пищевой тары, но он идеально подойдет для изготовления строительных материалов и медицинского оборудования.
«К сожалению, очень часто люди используют пластмассу не по назначению. Самый простой и бытовой пример, когда пластиковую тару без специальной маркировки, позволяющей разогревать в ней пищу в микроволновке, подвергают СВЧ-излучению. Нерациональное использование пластика несет определенные опасности», — поделилась Наталия Волкова.
Пластмасса — искусственно созданный материал на основе природных или синтетических полимеров. Его название происходит от слова «пластичный»: при нагревании или под давлением он может принимать любые формы и сохранять их после охлаждения. Простота работы с ним и доступность впустили пластмассовую массу практически во все сферы промышленности.
Как и упоминалось выше, пластик в своем составе содержит различные добавки. Они и изменяют его свойства.
«Вещества, содержащиеся в пластике, — наполнители, пластификаторы и добавки, — могут „выходить” в окружающую среду. Происходит выпотевание, вымывание: токсические вещества мигрируют. А все это случается из-за неправильной эксплуатации пластмассовой тары», — поделилась ученый.
Исследователи из Пензенского госуниверситета — канд. биол. наук, доцент, заведующий кафедрой «Химия и методика обучения химии» Наталия Волкова, ассистент Кирилл Рожков, магистранты Ольга Балдина и Карина Низова — предлагают уникальную базу данных, описывающую миграцию органических соединений из полистирола. В ней содержатся 66 различных наименований. Их могут использовать производители пластиковых материалов в экспериментальных моделях. Так, можно будет подобрать самый оптимальный состав будущего изделия.
Отметим, полистирол был выбран, потому что именно из него производят пластмассовую тару для пищевой промышленности. Баночки для йогуртов, сметаны, творожков, лотки для мяса, рыбы, яиц — все это полистирол. Этот полимер не передает пищевым продуктам вредных веществ, не меняет вкус и запах продуктов, кроме того устойчив к перепадам температур.
В ПГУ провели эксперимент. Ученые выбрали пять видов растворителей: воду, этиловый, пропиловый, бутиловый спирты и четыреххлористый углерод.
Из полистирола путем экстракции выделяли токсичное вещество — бензальдегид. Поясним. Экстракция — это извлечение вещества с помощью растворителя (экстрагента). Измельченный пластик опускался в растворители и на протяжении нескольких часов нагревался в специальном аппарате — экстракторе Сокслета. Эксперимент показал, что длительное нагревание «высвобождает» бензальдегид, который вбирают в себя растворители.
«Мы получили убедительные результаты: нагревание такого пластика в органических растворителях приводит к тому, что токсические вещества переходят в экстрагент», — поделилась Волкова.
Больше всего токсических веществ перешли в этиловый и пропиловый спирты. Она отметила, мало эффективным растворителем оказалась вода: в ней не были обнаружены токсические вещества после экстракции.
«Бензальдегид больше выделялся теми экстрагентами, полярность которых больше совпадала с его», — добавила исследователь.
Ученый пояснила, выбор растворителей был обусловлен тем, что они близки к веществам, которые могут содержаться в пище и также выступать растворителями. Например, четыреххлористый углерод — близкий к жирам по полярности экстрагент.
«Наш эксперимент позволяет предположить, что в жиры, содержащиеся в пище, после нагревания будут мигрировать токсические вещества из пластика. Разумеется, при неправильной эксплуатации тары», — поделилась Наталия Волкова.
Определение концентрации бензальдегида в полистироле осуществлялось спектрофотометрическим методом. Отметим, методика разработана на кафедре «Химия и методика обучения химии» ПГУ. Она заключалась в том, что экстракты обрабатывались специальным реагентом (2,4-динитрофенилгидразином) и анализировались на спектрофотометре. По полученным спектрам определялись низкие концентрации бензальдегида в составе экстрактов.
Последовательность, условия, порядок смешивания и количество реагентов, время их взаимодействия ученые впервые подобрали для полистирола. Результаты анализа 66 проб вошли в базу данных.
Такой подход экономичный и не требует использования дорогостоящего оборудования и реагентов.
По словам Наталии Волковой, базу данных могут использовать производители пластика для пищевой промышленности. Это позволит моделировать разные составы для пластмассы и выбрать самый безопасный и нетоксичный.
«Разумеется, любое изделие из пластика необходимо использовать по назначению. Однако часто этим пренебрегают, поэтому необходимо стремиться создавать пластмассу с меньшими ограничениями по условиям эксплуатации и низким содержанием добавок, легко мигрирующих в окружающую среду», — добавила она.
Кроме того, ноу-хау будет полезен химикам, занимающимся исследованием свойств полимеров, экологам при проведении мониторинга и найдет широкое применения в образовательном процессе.
База данных запатентована и уже используется в обучении будущих химиков Пензенского государственного университета.