Разработка теоретических основ получения биомодифицированных композиционных материалов на основе биополимеров лубоволокнистого и лекарственного растительного сырья

О группе:

Основные направления исследований: 

  •  обоснование методов получения пектинсодержащих функциональных материалов из дикорастущих и лекарственных растений; выявление взаимосвязи между особенностями химического и надмолекулярного строения полиуронидов и физико-химическими свойствами гидрогелей и пленок пектина и создаваемых на их основе гибридных полимер-неорганических материалов, в том числе:

- энтеросорбенты и средства профилактики микотоксикоза для выведения из организма тяжелых металлов, радионуклеидов, микотоксинов;

- переносчики лекарственных препаратов с высокой сорбционной емкостью и рН-регулируемым высвобождением действующего вещества;

  • выявление закономерностей развития мезопоровой структуры и хемосорбционной способности льняной костры и волокнистых угаров с учетом размера глобулы и адсорбционных свойств ферментных препаратов, а также с использованием продуктов ферментации в качестве реагентов для регулируемых редокс-превращений лигнина;
  • обоснование подходов к математическому описанию изменений внешне- и внутридиффузионного лимитирования в процессах сорбции, кинетики и сорбционного равновесия с участием модифицированных биополимерных материалов;
  • разработка методов получения, структурных исследований и функционализации органосольвентных препаратов нанолигнина во взаимосвязи с оценкой их фотохимической и адсорбционной  способности.

 

Объекты исследований: полиурониды и биомасса дикорастущих и лекарственных растений; вторичные продукты переработки лубоволокнистого сырья; органосольвентные препараты нанолигнина; промышленные ферменты; процессы наноструктурной биохимической модификации и функционализации биополимеров и создаваемых фитокомпозитов.

В настоящее время проводятся исследования, направленные на выявление особенностей химического строения пектиновых веществ из дикорастущих и лекарственных растений, из лубяной и древесной частей льняного стебля, а также из пищевого растительного сырья во взаимосвязи с дифференцированной оценкой вклада различных механизмов сорбционного связывания ионогенных поллютантов. В рамках этого направления развиваются методы биохимической модификации биомассы растительного сырья для рационального сочетания вклада физической и химической адсорбции, проектирования сорбционной емкости и прочности сорбционного связывания активного вещества. Разработаны подходы к моделированию молекулярного строения полимерной цепи и пространственного взаимодействия между макромолекулами в структуре сорбирующего зерна. Влияние структурных параметров на межфазный массоперенос исследуется с использованием диффузионных моделей Бойда, Морриса-Вебера и гелевой диффузии, кинетических моделей Лагергрена, Хо и Маккея, а также классических моделей описания сорбционного равновесия.

Результаты исследований находят практическое применение при разработке методов получения полифункциональных высокопротеиновых кормовых добавок для животноводства, обеспечивающих высокое содержание «транзитного» белка и оптимизацию протеинового питания жвачных животных, а также профилактику пищеварительных дисфункций и микотоксикоза многочисленными видами азагетероциклических микотоксинов.

Параллельно проводятся исследования, направленные на получение технических сорбентов на основе льняных материалов, бимодификация которых осуществляется с учетом сферы их практического использования. Новизна реализуемых методов предусматривает подбор ферментных препаратов не только по характеристикам субстратной специфичности их действия, но и с учетом размера молекулы и прочности сорбционного связывания биокатализатора на твердофазном субстрате. Это позволяет осуществлять целенаправленное пространственно локализованное воздействие на определенные биополимерные компоненты льняного сырья в определенных структурных зонах. Ранее эти подходы с успехом реализованы в процессах переработки льняных волокнистых материалов в текстильном производстве. В привязке к новым задачам определены условия биохимической модификации при получении специализированных материалов для связывания водорастворимых ионогенных поллютантов, летучих органических соединений, низко- или высоковязких нефтепродуктов. 

Перспективно развиваемое направление биохимической модификации лигноцеллюлозного сырья с использованием разработанного ноу-хау для целенаправленной модификации препаратов нанолигнина. По результатам комплексного исследования состояния лигнина методами Фурье-ИК спектроскопии и дифференциальной УФ-спектроскопии определены условия модификации для 4-кратного повышения фотозащитных свойств полимера при обеспечении абсолютной прозрачности в видимом диапазоне спектра, что имеет принципиальное значение, например, в производстве солнцезащитной косметической продукции.

 

 

Изобретательская и патентно-лицензионная работа:

1. Патент RU 2366770 Способ ферментативно-пероксидной подготовки льняной ровницы к прядению / Кокшаров С.А., Алеева С.В., Чистякова Г.В., Захаров А.Г. Заявка № 2008119528 от 19.05.2008; Опубл. 10.09.2009. Б.И. № 25.

2. Патент RU 2366771 Способ ферментативно-пероксидной подготовки к прядению высоколигнифицированной льняной ровницы / Кокшаров С.А., Алеева С.В., Лепилова О.В. Заявка № 2008119531 от 19.05.2008 Опубл. 10.09.2009. БИ № 25.

3. Патент RU 2366769 Совмещенный способ подготовки к прядению и крашения льняного волокна / Кокшаров С.А., Алеева С.В., Лепилова О.В., Забываева О.А. Заявка № 2008119532 от 19.05.2008. Опубл. 10.09.2009. БИ № 25.

4. Патент RU 2372430  Способ ферментативно-пероксидного беления льносодержащих тканей / Кокшаров С.А., Алеева С.В., Забываева О.А. Заявка № 2008119533 от 19.05.2008. Опубл. 10.11.2009. БИ № 31.

5. Патент RU 2372429 Ферментативный способ заключительной умягчающей отделки льняных тканей / Кокшаров С.А., Алеева С.В. Заявка № 2008119533 от 19.05.2008. Опубл. 10.11.2009. БИ № 31.

6. Патент RU 2666769 Способ получения кормового средства из растительного сырья с высоким содержанием одревесневшей клетчатки / Петухова Н.Е., Петухов Р.В., Кокшаров С.А, Алеева С.В., Лепилова О.В. Заявка № 2017114939 от 27.04.2017. Опубл. 12.09.2018. Бюлл. 26.

Проекты, гранты лаборатории:
  • ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы"; проект № 2007-3-1.3-26-04-008 «Разработка научно-технологических основ производства гибридных органо-неорганических функциональных полимерных и волокнистых нанокомпозиционных материалов»;
  • ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы"; проект № 2013-1.3-14-513-0088 «Разработка научно-технологических основ процесса создания безосновного самоклеящегося пленочного материала для изготовления швейных изделий специального назначения»;
  • ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы"; проект № 14.577.21.0019 «Разработка технологии управления микроструктурой натуральных материалов легкой промышленности для отраслей экономики Российской Федерации (энергетического, строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплекса)»;
  • проектная часть гос. задания Минобрнауки РФ в сфере научной деятельности,  проект №11.1898.2014/К «Разработка научно-технологических основ технологии наноструктурной модификации полимерно-неорганических композиционных материалов для легкой промышленности и строительной индустрии».
  • гранты РФФИ после 2015 г.:

- №15-43-03075р_центр_а (2015-2017 гг.);

- №20-43-370007р_а (2020-2021 гг.).

  • инновационные проекты по реализации разработок совместно с предприятиями:

- ООО «Инжиниринговый центр текстильной и легкой промышленности», Иваново, программа Минобрнауки РФ по созданию инжиниринговых центров России;

- ООО «Ивановское технологическое бюро «Наука», Иваново, программа СТАРТ Фонда содействия инновациям;

- ООО «ПолимерТекс», Иваново, программа СТАРТ Фонда содействия инновациям;

- ООО «Белпротект», Владимир, программа СТАРТ Фонда содействия инновациям;

- ООО «Лидертекс», Иваново, программа СТАРТ Фонда содействия инновациям;

- ООО «Неосорб», Иваново, программа СТАРТ Фонда содействия инновациям;

- ООО «НПО «Текстильпрогресс», Москва, программа РАЗВИТИЕ Фонда содействия инновациям (по заказу ООО «Колетекс», Москва - ведущего отечественного производителя лечебных перевязочных материалов и покрытий).

Ведущий научный сотрудник
Доктор технических наук
доцент
Главный научный сотрудник
Доктор технических наук
профессор
Научный сотрудник
Кандидат технических наук

Статьи с 2015 г.:

1. Koksharov S.A., Aleeva S.V, Lepilova O.V. Nanostructural biochemical modification of flax fiber in the process of its preparation for spinning // AUTEX Res. J. 2015. V. 15. № 3. P. 215-225. https://doi.org/10.1515/aut-2015-0003

2. Koksharov S.A., Bazanov A.V., Fedosov S.V., Akulova M.V., Slizneva T.E. Condition of the mechanoaktivated calcium chloride solution and its influence on structural and mechanical characteristics of cement stone // Eurasian Chemico-Technol. J. 2015. V. 17. N 4. P. 327-333. https://doi.org/10.18321/ectj277

3. Koksharov S.A., Kornilova N.L., Fedosov S.V. Development of reinforced composite materials with a nanoporous textile substrate and a brush-structured polymer interfacial layer. // Russ. J. Gen. Chem. 2017. V. 87. N 6. Р. 1428-1438. https://doi.org/10.1134/S1070363217060469

4. Lepilova О., Spigno G., Aleeva S., Koksharov S. Study of the ability of reducing saccharides to chemically transform lignin // Eurasian Chemical-Technological J. 2017. V. 19. N1. P. 31-40. http://dx.doi.org/10.18321/ectj500

5. Lepilova O.V., Aleeva S.V., Koksharov S.A. Role of Pectin Substances in the Structural Organization of the Flax Fiber–Montmorillonite Hybrid Sorbent // Russ. J. Appl. Chem. 2018. V. 91. N1. P. 90-95. http://dx.doi.org/10.1134/S1070427218010147

6. Aleeva S.V., Chistyakova G.V., Lepilova O.V., Koksharov S.A. Effect of the state of carboxyl groups of pectin on the sorption binding of copper ions // Russ. J. Phys. Chem. A, 2018, V. 92, N 8, P. 1583-1589. http://dx.doi.org/10.1134/S0036024418080022

7. Koksharov S.A., Aleeva S.V, Lepilova O.V. Description of adsorption interactions of lead ions with functional groups of pectin-containing substances // Journal of Molecular Liquids. 2019. V. 283. P. 606-616. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.109

8. Aleeva S.V., Koksharov S.A., Kornilova N.L., Gorelova A.E. Interactions in Mechanoactivated Hydrosols of Colloidal Silica and Oligoacrylates // Russ. J. Phys. Chem. A, 2020. V. 94, N. 6. Р. 1268–1271. https://doi.org/10.1134/S0036024420060035

9. Aleeva S.V., Lepilova O.V., Koksharov S.A. Study of Reducing Destruction of Lignin by FT-IR Spectroscopy // J. Appl. Spectr. 2020. V.‏ 87. N‏ 5. P. 779-783. https://doi.org/10.1007/s10812-020-01069-0

10. Koksharov S.A., Aleeva S.V, Lepilova O.V. Biomodification of flax fibrous materials for increase of sorption to organic compounds // International Journal of Chemical Engineering, 2019. ID 4137593. P. 1-11. https://doi.org/10.1155/2019/4137593

11. Koksharov S.A., Aleeva S.V, Lepilova O.V. Preparation of hybrid polymer-inorganic chelators based on pectin and montmorillonite // Key Engineering Materials, 2019. V. 816. P. 333-338.  https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.816.333

12. Koksharov S.A., Kornilova N.L., Shammut J.A., Radchenko O.V. Synthesis of a highly chained polymeric connecting in the structure of a multilayered package for garments // Key Engineering Materials, 2019. V. 816. P. 219-227. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.816.219

13. Ershov S.V., Kalinin E.N., Kuznetsov V.B., Koksharov S.A., Baranov A.V. Numerical Model of the Mass Transfer Transition States in the Vacuum Infusion Process of the Polymer Matrix and the Reinforcing Filler Structure // Key Engineering Materials. 2020, V. 869. P. 196-201. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.869.196

14. Kornilova N.L., Koksharov S.A., Shammut U.A., Radchenco O.V., Nikiforova E.N. Influence of dispersity of reinforcing polymer to the polymerfiber composite materials’ rigidity // Journal of Physics: Conference Series, 2020. V. 1451. No 012012. P. 1-8. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1451/1/012012

15. Koksharov S.A., Kornilova N.L., Nikiforova E.N. Increasing the uniformity of nanodis-persed SiO2 distribution in polymeric binder of composite material // Solid State Phenomena, 2021, V. 316. P. 68-74. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.68

16. Koksharov S.A., Lepilova O.V., Aleeva S.V. Technology for preparation of hybrid sorbents based on plant raw materi-als and montmorillonite // Solid State Phenomena. 2021. V. 316. P. 142-146. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.142

17. Aleeva S.V., Lepilova O.V., Koksharov S.A. Revealing the Regularities of Sorption Binding of Cadmium Ions by Pectin Substances from Aqueous Solutions // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. N 1. P. 37-44. https://doi.org/10.1134/S2070205121010032

18. Kornilova N., Bikbulatova A., Koksharov S., Aleeva S., Radchenko O., Nikiforova E. Multifunctional polymer coatings of fusible interlinings for sewing products // Coating. 2021. V. 11. N 616. P. 1-22. https://doi.org/10.3390/coatings11060616

19. Кокшаров С.А., Алеева С.В., Лепилова О.В., Матрохин А.Ю. Задачи и эффективность биомодифицирования отходов льнопереработки для производства кормовых добавок // Известия вузов. Технология текст. промышленности. 2021. № 2. С 54-60. https://doi.org/10.47367/0021-3497_2021_2_54