Учёные Сибирского федерального университета и Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН разработали технологию модификации древесного лигнина для создания полимеров, которые могут использоваться в органических светодиодах, как носители лекарственных средств в медицине, а также в солнцезащитных кремах. С помощью новой технологии получена линейка красителей, которые могут применяться, в том числе, для окрашивания тканей и различных покрытий.
Основой для новых полимерных соединений стал лигнин — распространённый компонент растительной биомассы. Большое количество лигнина хранится на территории деревообрабатывающих предприятий, он считается одним из отходов лесохимической промышленности и потенциально пожароопасен. Предложенная химиками технология глубокой переработки лигнина интересна тем, что позволяет использовать эти отходы, изготавливая перспективные продукты, пользующиеся высоким спросом на рынке.
«Мы разработали методы последовательной модификации лигнина с помощью реакций азосочетания и сульфатирования. Считающиеся отходами и практически не перерабатывающиеся в настоящее время залежи этого природного материала можно превращать в ценные продукты — например, светочувствительные молекулы, которые могут меняться под действием света. Их можно использовать в хайтек-изделиях, как платформу для производства органических светодиодов, OLED-дисплеев и экранов телевизоров. Кроме того, эти молекулы могут стать носителями лекарств для их адресной доставки в очаги заболевания. Под действием света они будут высвобождать действующее вещество. А в солнцезащитных кремах наши полимеры улавливают вредный для кожи ультрафиолет, предотвращая солнечные ожоги», — рассказал соавтор исследования, младший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Виктор Голубков.
По словам учёного, лигнин, его препараты и модификации обладают противомикробной, противоопухолевой и антивирусной активностью и могут использоваться как основа для противомикробных и антисептических препаратов. Молекулы получаемых из лигнина полимеров достаточно крупные, они не преодолевают эпидермальный барьер человеческой кожи и не попадают в кровь.
Ещё одной сферой применения новых полимеров, полученных из лигнина, может стать производство удобрений и гербицидов — тут полимерные гранулы сработают сразу как вещества для пролонгированного действия удобрения и как протекторы, защищающие действующее вещество от разрушения ультрафиолетом, поступающим с солнечными лучами (принцип действия несколько схож с работой этих частиц в составе солнцезащитного крема).
«Сейчас мы исследуем свойства полученных полимеров и их возможное применение в нефтяной отрасли (для буровых растворов), в сельском хозяйстве и т. д. Очевидно, они могут пригодиться в составе эластомеров — различных резин, как компонент, повышающий износоустойчивость. Сейчас для этих целей используют техническую сажу, но производные лигнина в целом более экологичны и могут стать хорошей заменой», — подчеркнул руководитель исследования, доцент кафедры органической и аналитической химии СФУ, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Юрий Маляр.
Действительно, лигнин используется как компонент буровых растворов, применяющихся для нефтедобычи. В этом случае применяется технический лигнин, однако его тоже можно модифицировать с помощью реакций азосочетания и сульфатирования, улучшая эксплуатационные свойства. По мнению авторов технологии, это поможет очищать буровые растворы от ионов кальция и магния, которые изменяют свойства бурых растворов, отрицательно влияя на их вязкость и усложняя технологические процессы.