Биопластик и биологически разрушаемые материалы
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).
Похожие статьи
-
Золь-гель технология - Получение композиционных материалов
Наиболее изученные системы в золь-гель химии, безусловно, системы на основе кремния, которые также явились исторический началом химии золь-гель...
-
Полимеры с волокнистыми наполнителями - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
Главная цель наполнения полимеров волокнами - это получение сверхпрочных и легких материалов. Удельная прочность (отношение разрывной прочности к...
-
Получение нанокомпозитов через аэрогели - Получение композиционных материалов
Композитные материалы получают путем объединения двух различных материалов. В общем, создание композитов используется для того, чтобы использовать...
-
Основной метод снижения скорости гидролиза - затруднение доставки агрессивной среды (вода, основания, кислоты, соли) в полимерную матрицу....
-
Здесь следует подчеркнуть, что вторичной переработке могут быть подвергнуты только ТПО из термопластичных синтетических материалов, т. е. материалов,...
-
Композиции с дисперсными наполнителями - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
Сочетание полимеров с наполнителями позволяет получать материалы с совершенно новыми эксплуатационными свойствами. Наполнители способны оказывать...
-
Пожар в салоне пассажирского самолета может привести к очень печальным последствиям и большим жертвам. Не лучше ситуация и при пожаре в салоне...
-
Введение - Изменение физико-химических свойств материалов путем диффузии
Медь (лат. Cuprum) - химический элемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным - медь была хорошо...
-
Газонаполненные полимеры (пенопласты) - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
В настоящее время трудно найти полимер, на основе которого невозможно было бы получить пенопласт. Самые различные виды пенопластов получают на основе...
-
Материалы, получаемые на основе полимеров - Полимеры и материалы на их основе
На основе полимеров получают волокна, пленки, резины, лаки, клеи, пластмассы и композиционные материалы (композиты). Волокна получают путем продавливания...
-
Смеси полимеров - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
Полимеры смешивают для получения полимерных материалов с новыми улучшенными свойствами и расширения ассортимента полимерных материалов. Благодаря...
-
История создания композиционных материалов - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
Общепризнанно, что уровень развития техники в значительной степени определяется наличием необходимых материалов. Наиболее наглядно это можно проследить...
-
Резиновые материалы - Магний и его сплавы. Резиновые материалы. Быстрорежущая сталь
Резиновые материалы представляют собой сложную смесь разнообразных компонентов, основным из которых является продукт вулканизации каучука. Резиновые...
-
В настоящее время из всех полупроводниковых материалов наибольшее применение для изготовления полупроводниковых ИМС получил кремний. Кремний - элемент IV...
-
Применение - Получение композиционных материалов
Очень широкая область применения связана с созданием различных покрытий на основе гибридных материалов, которые могут обладать повышенной механической...
-
Вывод - Деструкция полимерных материалов
Стабилизации структуры, повышения стойкости полимеров к деструкции и старению достигают различными технологическими и эксплуатационными мероприятиями...
-
В 1999 исследователи из Университета Вены продемонстрировали применимость корпускулярно-волнового дуализма к таким молекулам как фуллерен Гидратированный...
-
Способ решения основной проблемы химии - проблемы происхождения свойств веществ - стал выражаться посредством схемы: СОСТАВ > СВОЙСТВА Этот способ...
-
Введение - Деструкция полимерных материалов
Деструкция полимерный строительный химический Проблема старения полимерных строительных материалов и их стабилизации составляет большой раздел...
-
Синтез полимеров - Полимеры и материалы на их основе
Полимеры получают методами полимеризации или поликонденсации. Полимеризация (полиприсоединение). Это реакция образования полимеров путем...
-
Классификация электротехнических материалов Электротехнические материалы представляют собой совокупность проводниковых, электроизоляционных, магнитных и...
-
Современная техника не может обойтись без узлов трения, в которых необходимы низкая сила трения и высокая устойчивость к истиранию. К таким узлам...
-
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН - Полимеры в мембранах
Основными материалами для изготовления плоских полимерных мембран являются: ацетаты целлюлозы, ароматические полиамиды, полисульфонамид, полиэфирсульфон,...
-
Технология получения стекла Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов. Цикл технологии стекломассы включает операции: А)...
-
Способы защиты полимеров от огня: А) обработка, пропитка полимера неорганической солью - инертный способ, соль не гасит огонь, а лишь препятствует его...
-
Заключение, Список литературы - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
Таким образом, современная наука о полимерах позволяет конструировать на их основе материалы с заданными свойствами, отличающимися на несколько порядков....
-
Существует несколько видов классификации полимерных композиционных материалов, в основу которых положены различные признаки. Однако из-за многообразия...
-
Для того чтобы рассуждать о полимерных композиционных материалах, прежде всего, необходимо определить, что понимается под этим термином. Однако точного и...
-
Защита полимерных строительных материалов от старения - Деструкция полимерных материалов
Проблема защиты полимерных строительных материалов от старения является комплексной и должна учитывать все перечисленные факторы, приводящие к потере...
-
Неконструкционное применение магния - Магний и его сплавы. Резиновые материалы. Быстрорежущая сталь
Благодаря большому химическому сродству к кислороду магний способен отнимать его у многих оксидов, также как и хлор у хлоридов. На этом свойстве магния...
-
Формы связи влаги с материалом - Физико-химические основы горения
Химическая связь. (вода связывается с материалом в строгих соотношениях). Она бывает ионная (в гидрооксидах) и молекулярная (в кристаллогидратах). В...
-
Наноматериалы - Получение композиционных материалов
Наноматериалы - материалы, созданные с использованием наночастиц и / или посредством нанотехнологий, обладающие какими-либо уникальными свойствами,...
-
Материалы с гигантской магнитострикцией - Металлы и сплавы в химии и технике
Металлы ТЬ, Dу и ферриты-гранаты этих металлов при низких температурах имеют гигантские магнитострикции, на 2--3 порядка большие, чем магнитострикции в...
-
В человеческом организме количество магния составляет всего несколько десятых или сотых долей процента, однако он играет немаловажную роль в процессах...
-
Элементы теории магнетизма. Доменная структура и петля гистерезиса (ферро, ферри-, антиферромагнетики). Важнейшие типы магнитомягких и магнитожестких...
-
Химический высокомолекулярный пластмасса Пластическими массами называют материалы, основу которых составляют полимеры, находящиеся в период формирования...
-
Области применения готовой продукции Хлористый калий должен быть изготовлен в соответствии с требованиями существующих стандартов по технологическому...
-
Важнейшие строительные материалы и их соединения - Химия в строительстве
Большинство строительных материалов представляют собой смеси разнообразных химических соединений, которые, в свою очередь, состоят из химических...
-
Эффективная и высококачественная поддержка e-learning инфраструктуры и пользователей системы является одним из основных факторов успешной реализации...
-
Конструкционное применение магния - Магний и его сплавы. Резиновые материалы. Быстрорежущая сталь
Основное преимущество металлического магния - его легкость (магний - самый легкий из конструкционных металлов). Технически чистый магний обладает...
Биопластик и биологически разрушаемые материалы