Существуют следующие физические методы модификации: термическое воздействие, облучение, вакуумно-компрессионная обработка, деформирование, воздействие электромагнитных полей. Основная проблема этого способа модификации – энергоемкость процесса – при длительном расплаве полимера при высоких температурах и давлении, создаётся необходимость в механическом (прокатка) или химическом воздействии на новый полимер для управления процессами его испарения либо осаждения. Продуктом такого метода всегда являются композиционные материалы с четкой фазовой границей между компонентами. Это происходит в результате “наполнения” полимеров твёрдыми, жидкими или газообразными веществами, равномерно распределяющимися по поверхности.

Самый простой метод физической модификации – это смешение полимеров, несмотря на то что механические свойства ухудшаются, он используется довольно часто. Ориентация-приведение макромолекул в выпрямленную конформацию, часто используемый способ для улучшения прочностных свойств.

Пластификация -введение веществ повышающих подвижность макромолекул кристаллических решеток, в результате чего возрастают эластичность и пластичность материалов.

Термическая обработка (отжиг), используется для улучшения деформационных свойств (снятие внутренних напряжений).

Облучение, например, резины, приводит к образованию кислородсодержащих групп в слое толщиной 0.5 мкм. Это происходит за счёт образования свободных радикалов, которые в отсутствии акцепторов рекомбинируют, сшивание таким методом двух компонентов приводит к ухудшению физических свойств полимера, поэтому используется излучение с малой интенсивностью. Перспективным методом является обработка полимеров в плазме тлеющего разряда. Под действием УФ излучения плазмы может происходить как разрыв связей с уменьшением молекулярной массы и кристалличности, так и сшивка полимеров. Причём от вида плазмы зависит образующийся продукт, так кислородсодержащая плазма способствует образованию гидроксогрупп на эластомере (высокоэластичный полимер), с помощью аргона и кислорода образуются парамагнитные центры, способствующие адгезии с металлом. Методы, повышающие стойкость материалы к старению – это сшивка со стабилизаторами, или более надежный метод- метод диффузной стабилизации, т. е. диффундированние стабилизатора внутрь эластомера, это защищает полимер от окисления и трения. [1]

Особенность химической модификации заключается в сопровождении её побочными реакциями, в результате чего образуется химически разнородный полимер с разными звеньями.  Метод заключается в проведении реакции полимера с функциональным соединением с образованием регулярно или случайно распределённых по длине цепи функциональных групп. В “стабильные” полимеры входят группы типа -СН2-СН2-(полиэтилен),-О-(полиэфиры). Большей реакционной способностью характеризуются полимеры с группами ОН, СООН, СОNH.

Реакции модификации можно разделить на несколько типов: замещение функциональных групп, деструкция полимера с последующим присоединением функциональных групп, отщепление функциональных групп, изомеризация, реакция обмена. Как видно, что в результате этих реакций не изменяется структура полимера, а только поверхностный слой.

Есть также комбинированные методы модификации, известными физико- химическим методам являются: термохимическая обработка, воздействие низкотемпературной плазмой разных газов, поверхностная полимеризация при активации мономера в паровой фазе, действие физических полей в кислородной среде. [1]

Плазмохимический метод

Он заключается в создании на поверхности полимера тонких сплошных антиадгезионных слоёв, предотвращающих трение резины. Это достигается путём прививки фторсодержащих мономеров, имеющих низкую поверхностную энергию и малую адгезионную активность. В подобной плазме могут поляризоваться любые полимеры, но есть один минус – это низкое адгезионное взаимодействие нанесенного слоя и полимера. [1]

Карбодиимидный метод

Очень немногие химические группы обеспечивают конъюгирование карбоновых кислот (-СООН) с белками. Реагенты диазометана и диазоуксусной были использованы для получения производных для анализа с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии или для флуоресцентного мечения. Карбонилдиимидазол (CDI), может быть использован в безводных условиях для активации конъюгации карбоновых кислот с первичными аминами (-NH2) через амидные связи. Наиболее легко доступны и широко используются карбодиимиды: водорастворимый EDC и нерастворимый в воде DCC.

EDC вступает в реакцию с карбоксильными группами с образованием активной O-ацилизомочевины, которая легко вытесняется нуклеофильной атакой из первичных аминогрупп в реакционной смеси. Первичный амин образует амидную связь с исходной карбоксильной группой. O-ацилизомочевина подвергается гидролизу: регенерируются карбоксилы, и высвобождается N-незамещенная мочевина (рис.1). EDC сшивание наиболее эффективно в кислой среде (рН 4,5) и должно быть выполнено в буферах, лишенных посторонних карбоксилов и аминов. EDC пара с NHS (N-гидроксисукцинимид) карбоксилами, образуя сложный эфир, который значительно более стабилен, чем O-ацилизомочевина позволяет конъюгацию с первичными аминами при физиологическом значении рН. EDC также способен активировать фосфатные группы, в присутствии имидазола для конъюгации с первичными аминами. Способность сшивать первичные амины с карбоновыми кислотами с использованием EDC является мощным и универсальным инструментом для сшивания пептидов и белков, подготовка биомолекулярных зондов и иммобилизации макромолекулы для применения в многочисленных методах обнаружения и анализа белка в клеточной биологии. [2]

Рис.1 Конъюгация карбоксильной кислоты с аминами

Бензохиноновый метод

Этот метод заключается в использовании п-бензохинона в сцепке с полимером для иммобилизации на поверхности окислительных ферментов. Процесс иммобилизации состоит просто из набухания активированной пленки в соответствующем соединительном (содержащем фосфат) буфере в течение нескольких минут, фильтрации, а затем добавления белка для соединения и несколько часов инкубации. Происходит ковалентное связывание ферментов с полигидроксильной поверхностью пленок, активированных путем обработки избытком п-бензохинона. П-бензахинон соединяется с аминогруппами, SH-группами, а также гидроксогруппами белка (рис.2). Минус этого метода заключается в том, что не весь бензохинон восстанавливается до п-бензохинона и бензохинон так же является субстратом для лакказы (окислительного фермента), поэтому модифицированный полимер сложно сохранить. [3]

Рис.2 Сцепление белка с полимерной пленкой, активированной бензохиноновым методом.

Бромциановый метод

Одним из наиболее распространенных носителей для ковалентного присоединения к нему белков является сефароза, представляющая собой сферические частицы геля агарозы — полисахарида, выделяемого из водорослей агар-агар. Для реализации образования ковалентной связи между гидроксильными группами сефарозы и функциональными группами белковой макромолекулы используется бромциановый метод (рис.3). [4]

Рис.3 Бромциановый метод иммобилизации белка

Пластиковое загрязнение стало одной из важнейших экологических угроз XXI века. Согласно оценкам ООН, ежегодно в окружающую среду попадает более 300 миллионов тонн пластиковых отходов, значительная часть которых накапливается в почвах и грунтах [1]. В отличие от водных систем, где пластик визуализируется, почвенное загрязнение менее заметно, но гораздо опаснее для агроэкосистем. Микропластик оказывает влияние на биологические, химические и физические свойства почвы, нарушая её способность к самоочищению, снижая активность ферментов и нарушая круговорот питательных веществ.

Биоразлагаемые материалы представляют собой полимеры, способные к полному разложению под действием ферментативной активности микроорганизмов. В процессе разложения образуются углекислый газ, вода, метан и биомасса, при этом не происходит накопления токсичных остатков. Наиболее распространёнными биополимерами являются полимеры натурального происхождения, такие как крахмал, хитозан и целлюлоза, а также синтетические — полимолочная кислота (PLA), полигидроксибутират (PHB), поликапролактон (PCL). Существуют и комбинированные составы, содержащие оба типа полимеров. Благодаря своей универсальности и совместимости с технологиями переработки, такие материалы находят применение в упаковке, агропромышленности, медицине и пищевой промышленности [2].

После попадания биоразлагаемых материалов в почвенную среду запускаются целые каскады биохимических и микробиологических процессов [3]. Эти материалы стимулируют микробную активность за счёт наличия легкоусвояемого углерода, активируют определённые ферменты и приводят к изменению состава почвенной микробиоты. Исследования показывают, что в процессе разложения возрастает доля микроорганизмов родов Pseudomonas, Bacillus, Streptomyces, что отражает адаптивный ответ биоты на новый субстрат [4]. Наблюдается повышение активности дегидрогеназ, фосфатаз, целлюлаз. Однако при избыточном внесении или при недостаточном контроле за условиями разложения возможны побочные эффекты: локальное закисление среды, снижение аэрации, изменение процессов нитрификации и минерализации азота. Таким образом, даже «экологически чистые» материалы требуют обоснованного и дозированного применения.

В последние годы биоразлагаемые материалы стали активно использоваться в качестве мульчирующих покрытий в органическом земледелии. В отличие от полиэтиленовых плёнок, они не нуждаются в утилизации после окончания сезона, так как разлагаются в почве. Преимущества включают снижение испарения влаги, стабилизацию микроклимата в корневой зоне, улучшение структуры почвы и сокращение количества сорняков. Однако остаются определённые ограничения: высокая стоимость, неоднородность свойств, а также необходимость специфических условий для разложения — температур выше 50–60 °C и повышенной влажности. Некоторые виды биоразлагаемых плёнок требуют компостирования в промышленных условиях, что снижает их применимость в условиях мелкого фермерского хозяйства [5].

Для эффективного внедрения биоразлагаемых материалов в агротехнологии требуется комплексный подход. Это включает проведение долговременных полевых экспериментов, разработку системы биотестирования и стандартизации (например, на основе ГОСТ ISO 17088), а также обязательную оценку жизненного цикла (LCA). Кроме того, важно учитывать не только разложение основной полимерной матрицы, но и возможное воздействие на почву компонентов, используемых при производстве: пластификаторов, красителей и других добавок.

Таблица 1. Сравнение характеристик биоразлагаемых и традиционных полимеров

Биоразлагаемые полимеры — не панацея, а один из инструментов устойчивого перехода к экосбалансированной экономике. Их экологическая безопасность возможна лишь при грамотном применении, чётком нормативном регулировании и опоре на результаты комплексных исследований. Важно не просто заменить пластиковые изделия, а выстроить логистику, производство и утилизацию таким образом, чтобы минимизировать след для окружающей среды.