Новости химической науки > Экологически чистая замена токсичным металлам в красках

Исследователи из Австрии продемонстрировали, что безопасный для природных систем фермент, лакказа, может использоваться для замены токсических осушителей в красках.

В настоящее время водоэмульсионные краски содержат ионы тяжелых металлов, которые используются для ускорения высыхания пленок алкидных смол. Этот процесс основан на том, что переходные металлы катализируют кросс-сочетание остатков ненасыщенных жирных кислот в пленке. Эти ионы тяжелых металлов отличаются токсичностью, и, как было показано недавно, наиболее часто применяющиеся катализаторы на основе кобальта проявляют канцерогенные свойства. Поэтому многие исследователи пытаются подобрать новые агенты, позволяющие обеспечивать эффективную сушку красок и не обладающие при этом нежелательными свойствами.

Энрике Херреро Асеро (Enrique Herrero Acero) решил заменить катализаторы на основе тяжелых металлов ферментом лакказой – нетоксичным биологическим катализатором. Лакказы, которые можно обнаружить в грибках, бактериях и растениях, катализируют окисление фенольных соединений, и это свойство ферментов уже применяется во многих практических областях, включая пищевую, целлюлозно-бумажную и текстильную промышленность.

Ферментативная система может стать экологически безопасной заменой токсическим осушителям алкидных красок на основе ионов тяжелых металлов. (Рисунок из Green Chem., 2013, DOI: 10.1039/c2gc36666e)

Медиаторы представляют собой низкомолекулярные соединения, позволяющие увеличить круг субстратов фермента, действуя как «электронные челноки», перемещающиеся от фермента к субстрату. Херреро Асеро столкнулся с проблемой выбора наиболее эффективного медиатора, для чего он воспользовался помощью новой методики скрининга, разработанной исследователями. Для измерения концентрации кислорода, расходующегося по мере протекания окислительно-восстановительной реакции кросс-сочетания, в пленке исследователи использовали флуоресцентную сенсорную систему. Сенсор представляет собой иммобилизованный в полистирольной матрице краситель-индикатор, люминесценция которого гасится кислородом, что позволяет следить протеканием реакции, как в эмульсии, так и в сохнущей пленке.

Было обнаружено, что самым эффективным медиатором для лакказы в процессе окисления алкидной смолы является 1-гидроксибензотриазол, а измерение расхода кислорода в процессе реакции показало, что она протекает как двухфазный радикальный процесс. Херреро Асеро надеется, что новая методика позволит подобрать новые медиаторы этого процесса, использовав в качестве сырья вещества природного происхождения, отличающиеся большей, чем у 1-гидроксибензотриазола, производительностью.

Эндрю Лос (Andrew Laws), специалист по механизмам ферментативных и биоорганических реакций из Университета Хаддерсфилда отмечает, что фермент проявляет исключительную активность, особенно если принимать во внимание условия, в которых ему приходится работать. Он приветствует планы австрийских исследователей на дальнейшее изучение механизма отверждения алкидных смол, который пока еще уступает по скорости с отверждением красок с помощью ионов кобальта. И Лос и Херреро Асеро ожидают дальнейших исследований, которые позволят увеличить стабильность и активность лакказы в процессе сушки красок.

Источник: Green Chem., 2013, DOI: 10.1039/c2gc36666e

метки статьи: #биохимия, #вопросы экологии, #кинетика и катализ, #новые материалы, #химическая технология