Исследование физических свойств микополимеров на основе ксилотрофных агарикомицетов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Использование возобновляемых ресурсов в создании полимерных материалов – один из способов достижения целей устойчивого развития. Повсеместно применяемые в настоящее время пластики на основе углеводородного сырья деградируют в течение длительного времени, накапливаясь и вызывая загрязнение окружающей среды. Одним из способов решения проблемы пластиковых отходов является разработка полимеров на основе растительного сырья. Микополимеры – полностью биоразлагаемые полимеры, состоящие из лигноцеллюлозных частиц, связующим компонентом в которых выступает мицелий ксилотрофных базидиальных грибов. Получаемый материал может быть использован в качестве утеплителя и в создании биоразлагаемой упаковки – ложементов для хрупких изделий (электроники, стекла), создания предметов интерьера и мебели. В работе исследованы виды ксилотрофных агарикомицетов Pleurotus eryngii, P. ostreatus, Trametes hirsuta, T. versicolor, T. pubescens, T. ochracea, Phellinus igniarius, Fomitopsis pinicola, F. betulina, Ganoderma lucidum, G. applanatum, Fomes fomentarius и два вида субстратов на основе древесных отходов Populus tremula и Betula pendula. Наиболее прочные микополимеры получены на основе Ganoderma applanatum и Fomes fomentarius.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. В. Попыванов

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого; Вятский государственный агротехнологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: 1fast@mail.ru
Россия, 610007, Киров; 610007, Киров

Список литературы

  1. Abhijith R., Ashok A., Rejeesh C.R. Sustainable packaging applications from mycelium to substitute polystyrene: a review. Mater. Today Proc. 2018. V. 5 (1) P. 2139–2145. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.09.211
  2. Alemu D., Tafesse M., Mondal A.K. Mycelium‐based composite: the future sustainable biomaterial. Int. J. Biomaterials. 2022. V. 2022. № . 1. С. 8401528. https://doi.org/10.1155/2022/8401528
  3. Alves R.M.E., Alves M.L., Campos M.J. Morphology and thermal behaviour of new mycelium-based composites with different types of substrates. In: International Conference of progress in digital and physical manufacturing. Springer, Cham, 2019, pp. 189–197.
  4. Appels F.V., Camere S., Montalti M. et al. Fabrication factors influencing mechanical, moisture-and water-related properties of mycelium-based composites. Materials and Design. 2019. V. 161. С. 64–71. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.11.027
  5. Bruscato C., Malvessi E., Brandalise R.N. et al. High performance of macrofungi in the production of mycelium-based biofoams using sawdust-sustainable technology for waste reduction. J. Cleaner Production. 2019. V. 234. P. 225–232. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.06.150
  6. Burova L.G. Ecology of macromycete fungi. Nauka, Moscow, 1986. (In Russ.)
  7. Chan C.M., Vandi L.J., Pratt S. et al. Composites of wood and biodegradable thermoplastics: A review. Polymer Rev. 2018. V. 58 (3). P. 444–494. https://doi.org/10.1080/15583724.2017.1380039
  8. Dias P.P., Jayasinghe L.B., Waldmann D. Investigation of mycelium-miscanthus composites as building insulation material. Results in Materials. 2021. V. 10. P. 100189. https://doi.org/10.1016/j.rinma.2021.100189
  9. Du Y.L., Cao Y., Lu F. et al. Biodegradation behaviors of thermoplastic starch (TPS) and thermoplastic dialdehyde starch (TPDAS) under controlled composting conditions Polymer Testing. 2008. V. 27. № 8. P. 924–930. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2008.08.002
  10. Elsacker E., Søndergaard A., Van Wylick A. et al. Growing living and multifunctional mycelium composites for large-scale formwork applications using robotic abrasive wire-cutting. Construction and Building Materials. 2021. Т. 283. P. 122732. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122732
  11. Girometta C., Picco A.M., Baiguera R.M. et al. Physico-mechanical and thermodynamic properties of mycelium-based biocomposites: a review. Sustainability. 2019. V. 11 (1). P. 281. https://doi.org/10.3390/su11010281
  12. Haneef M., Ceseracciu L., Canale C. et al. Advanced materials from fungal mycelium: fabrication and tuning of physical properties Scientific reports. 2017. V. 7 (1). P. 1–11. https://doi.org/10.1038/srep41292
  13. Holt G.A., Mcintyre G., Flagg D. et al. Fungal mycelium and cotton plant materials in the manufacture of biodegradable molded packaging material: Evaluation study of select blends of cotton byproducts J. Biobased Materials and Bioenergy. 2012. V. 6 (4). С. 431–439. https://doi.org/10.1166/jbmb.2012.1241
  14. Islam M.R., Tudryn G., Bucinell R. et al. Stochastic continuum model for mycelium-based bio-foam. Materials AND Design. 2018. V. 160. P. 549–556. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.09.046
  15. Jones M., Huynh T., Dekiwadia C. et al. Mycelium composites: a review of engineering characteristics and growth kinetics. J. Bionanosci. 2017. V. 11. P. 241–257. https://doi.org/10.1166/jbns.2017.1440
  16. Kolpakova V.V., Usachev I.S., Sardzhveladze A.S. et al. Improvement of the technology of using thermoplastic starch for biodegradable polymer film. Pishchevaya promyshlennost. 2017. N8. P. 34–38. (In Russ.)
  17. Krutko E.T., Prokopchuk N.R., Globa A.I. Technology of biodegradable polymer materials. Minsk, 2014. (In Russ.)
  18. Lelivelt R.J.J., Lindner G., Teuffel P. et al. The production process and compressive strength of mycelium-based materials. In: First International Conference on bio-based building materials. 22–25 June 2015, Clermont-Ferrand, 2015, pp. 1–6.
  19. López Nava J.A., Méndez González J., Ruelas Chacón X. et al. Assessment of edible fungi and films bio-based material simulating expanded polystyrene. Materials and Manufacturing Processes. 2016. V. 31 (8). P. 1085–1090. https://doi.org/10.1080/10426914.2015.1070420
  20. Pavlovskaya N.E., Gagarina I.N., Gorkova I.V. et al. Optimization of the composition of polymer-starch compositions for the creation of packaging material and containers. Pishchevaya promyshlennost. 2019. N7. P. 8–11. (In Russ.) https://doi.org/10.24411/0235-2486-2019-10098
  21. Pelletier M.G., Holt G.A., Wanjura J.D. et al. An evaluation study of mycelium based acoustic absorbers grown on agricultural by-product substrates. Industrial Crops and Products. 2013. V. 51. P. 480–485. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.09.008
  22. Potoroko I. Yu., Malinin A.V., Tsaturov A.V. et al. Biodegradable materials based on plant polysaccharides for food packaging. Part 2: Process management of disposal Vestnik Yuzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Pishchevye i biotekhnologii. 2020. V. 8 (4). P. 30–37. (In Russ.) https://doi.org/10.14529/food200404
  23. Soh E., Chew Z.Y., Saeidi N. et al. Development of an extrudable paste to build mycelium-bound composites Materials and Design. 2020. V. 195. V. 109058. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109058
  24. Sun W., Tajvidi M., Howell C. et al. Functionality of surface mycelium interfaces in wood bonding. ACS Applied Materials and Interfaces. 2020. V. 12 (51). P. 57431–57440. https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c18165
  25. Sysuev V.A., Shirokikh I.G., Shirokikh A.A. et al. Fungi as a culture of agricultural production Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2018. V. 62 (1). P. 4–10. (In Russ.) https://doi.org/10.30766/2072-9081.2018.62.1.04-10
  26. Tacer-Caba Z., Varis J.J., Lankinen P. et al. Comparison of novel fungal mycelia strains and sustainable growth substrates to produce humidity-resistant biocomposites. Materials and Design. 2020. V. 192. P. 108728. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108728
  27. Yang Z., Zhang F., Still B. et al. Physical and mechanical properties of fungal mycelium-based biofoam J. Materials Civil Engineering. 2017. V. 29 (7). С. 04017030. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001866
  28. Бурова Л.Г. (Burova) Экология грибов макромицетов. М.: Наука, 1986. 224 с.
  29. Колпакова В.В., Усачев И.С., Сарджвеладзе А.С. и др. (Kolpakova et al.) Совершенствование технологии применения термопластичного крахмала для биоразлагаемой полимерной пленки // Пищевая промышленность. 2017. № 8. С. 34–38.
  30. Крутько Э.Т., Прокопчук Н.Р., Глоба А.И. (Krutko et al.) Технология биоразлагаемых полимерных материалов. Минск: Изд-во БГТУ, 2014. 105 с.
  31. Павловская Н.Е., Гагарина И.Н., Горькова И.В. и др. (Pavlovskaya et al.) Оптимизация состава полимер-крахмальных композиций для создания упаковочного материала и тары // Пищевая промышленность. 2019. № 7. С. 8–11.
  32. Потороко И.Ю., Малинин А.В., Цатуров А.В. и др. (Potoroko et al.) Биоразлагаемые материалы на основе растительных полисахаридов для упаковки пищевых продуктов. Часть 2: Управление процессами утилизации // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2020. Т. 8. № 4. С. 30–37. https://doi.org/10.14529/food200404
  33. Сысуев В.А., Широких И.Г., Широких А.А. и др. (Sysuev et al.) Грибы как культура сельскохозяйственного производства // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2018. Т. 62. № 1. С. 4–10.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Инокулированные жидким мицелием агарикомицетов полипропиленовые пакеты с субстратом на основе опила осины и березы.

Скачать (291KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Повторное зарастание мицелием субстрата в необходимых формах: a – извлечение обросшего субстрата из полипропиленового пакета; б – повторно заросший мицелием субстрат необходимой формы.

Скачать (149KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Опытные образцы микополимеров, полученные на двух различных по составу субстратах.

Скачать (586KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Теплопроводность микополимеров и некоторых традиционно используемых полимерных материалов.

Скачать (65KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Плотность микополимеров и некоторых традиционно используемых строительных материалов.

Скачать (100KB)
Метаданные
7. Рис. 6. График динамики зависимости сжатия микополимеров от давления: 1 – микополимер из субстрата на основе опила осины; 2 – микополимер из субстрата на основе опила березы. Длина линий соответствует достижению 10%-й линейной деформации.

Скачать (229KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Прочность на сжатие при 10%-й линейной деформации микополимеров и синтетических строительных материалов: 1 – микополимер из субстрата на основе опила осины; 2 – микополимер из субстрата на основе опила березы.

Скачать (114KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025