Биопластик и биологически разрушаемые материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

В тяжелой экологической ситуации, сложившейся в мире, использование биологически разрушаемых материалов для получения изделий массового потребления является основным направлением сокращения твердого мусора, так как будет обеспечивать их быстрое разложение под действием климатических фактором и микроорганизмов. Поэтому огромное число исследователей ставят на биоразлагаемые пластики, полученные из растительного сырья, -- собственно, они составляют 80% всего рынка биопластиков. Биоразлагаемых пластиков на рынке довольно много, причем спектр их технологических свойств уже почти перекрыл традиционные полимеры. Условно их можно разделить на следующие большие группы: полилактиды (ПЛА), то есть полимеры на основе молочной кислоты, образующейся после молочнокислого брожения сахаристых веществ; полигидроксиалконоаты (ПГА) -- продукты переработки растительного сахара микроорганизмами; и материалы на основе крахмала. Существуют также материалы, сделанные на основе лигнина, целлюлозы, поливинилового спирта, капролактона и других.

Крахмал -- пожалуй, самое распространенное сырье для биоразлагаемых материалов, с ним работают более 30% специализированных предприятий. Конечно, сам он довольно хрупкий, но если в него добавить растительные пластификаторы (глицерин, сорбитол), волокна льна, конопли или полимер молочной кислоты, полученный из кукурузы или свеклы, то это увеличит механическую прочность и пластичность. Модификация гидрофильных ОН-групп сделает его устойчивым к влаге. Таким образом, крахмал используют не только в качестве наполнителя, но и модифицируют его, после чего получается полимер, который разлагается в окружающей среде, но при этом обладает свойствами коммерчески полезного продукта. Изделия из модифицированного крахмала производят на том же оборудовании, что и обыкновенную пластмассу, его можно красить. Правда, его технологические свойства пока уступают полиэтилену и полипропилену, которые он мог бы заменить. И все-таки из крахмала уже делают поддоны для пищевых продуктов, сельскохозяйственные пленки, упаковочные материалы, столовые приборы, сеточки для хранения овощей и фруктов и многое другое.

Полилактиды, или полимеры молочной кислоты (ПЛА), которые получают после ферментации сахаров кукурузы или другой биомассы, также используют довольно широко. Из 80 организаций, производящих в различных странах биоразлагаемые пластики или их смеси, полимеры на основе ПЛА делают около 20% компаний. На самом деле ПЛА часто смешивают с крахмалом для лучшего биологического разложения и рентабельности производства. Полилактиды -- яркие и прозрачные, поэтому они могут составить конкуренцию полистиролу и полиэтилентерефталату. Из них производят изделия с коротким сроком службы: упаковки для фруктов и овощей, яиц, деликатесных продуктов и выпечки, а также хирургические нити, используют их как средство доставки лекарств. В полилактидные пленки упаковывают сандвичи, леденцы и цветы. Существуют ПЛА-бутылки для воды, соков, молочных продуктов.

биоразлагаемый пластик полимер

Одно из преимуществ биопластиков, которое подчеркивают все их производители, -- они существенно уменьшают выбросы диоксида углерода в окружающую среду. По приблизительным подсчетам, только пластики на основе крахмала могут сэкономить от 0,8 до 3,2 т CO₂ на тонну продукции по сравнению с полиэтиленом, полученным из органического топлива.[1]

Биопластики на основе полилактидов, крахмала и целлюлозы

Все производимые материалы запатентованы.

Например, композиция, основными компонентами которой являются отходы полиэтилена и рисовая лузга. Также для однородности цвета добавляется олигомерный краситель. А для снижения светостойкости двуокись титана, что дает возможность регулировать срок биоразложения. Оптимальное соотношение рисовая лузга - отходы полиэтилена составляет (20-30%)-(67-76,5%) соответственно. Данная композиция обладает реологическими характеристиками, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для переработки на традиционном для пластмасс оборудовании. Срок разрушения после эксплуатации 18 месяцев.[2]

Композиции получают на основе сополимеров полиэтилена. В их состав входят мас.%: полиэтилен 63,5-86,4; сополимер этилена и винилацетата 3-5; ПАВ 0,1-0,5; крахмал картофельный 10-30; шунгит 0,5-1. В данном случае добавляется картофельный крахмал, однако может использоваться и крахмал другой природы: кукурузный, рисовый, пшеничный. Картофельный крахмал легче поддается переработке благодаря форме, размерам и структуре зерна. Модификатор (шунгит - олигоэпоксиэфир) добавляется для максимального введения в композицию добавки путем гомогенизации ингредиентов смеси, ПАВ - для инициирования биоразложения.[3]

Также вместе с крахмалом могут вводится фрагменты простых эфиров и сложноэфирных групп на основе фосфорной кислоты различной степени замещенности. Улучшают термостойкость и используется в качестве пластификатора. Это способствует улучшению реологических и термостабилизационных свойств, обеспечению хорошей разлагаемости и получения изделия с декоративной глянцевой поверхностью.[4]

Композиция на основе диацетата целлюлозы (25 мас.ч) с содержание ацетатных групп не менее 56,4%, биоразлагаемый наполнитель - крахмал(40-45 мас.ч.), гидролизный лигнин (5-10 мас.ч.) и пластификатор (смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров 25 мас.ч.).[5]

Каждый полимерный материал требует различные по количеству и состав добавки для образования биоразлагаемых материалов. Однако существуют универсальные добавки, инициирующие разложение. В состав добавки входит матрица (окисленный полиэтиленовый воск) 15-25 масс%, природный полисахарид (крахмал) 82-45 масс%, связующие (желатин, белкозин) 1-10 масс%, термостабилизатор 1-10 масс%, питательная среда (фосфолипиды) 1-10%. С помощью введения добавки улучшается биоразлагаемость, возможно регулировать водопоглощение материала, увеличивается термостабилизационные свойства, уменьшается гетерогенность получаемого полимера.[6]

Эксперты и считают, что производство биопластиков к 2020 году будет составлять 3,5-5 миллионов тонн, или примерно 2% (по некоторым оценкам, 5%) от общего производства пластиков, говорить о массовом выпуске пока не приходится. Правда, есть и оптимистичные подсчеты, согласно которым к 2020 году пятая часть мирового рынка пластмасс будет занята биопластиками (примерно 30 миллионов тонн).

Размещено на Allbest.ru