Bioplastiko savybės, rūšys, gamyba ir naudojimas



The bioplastikai jos yra plastikinės polimerinės medžiagos, gautos iš biologinės kilmės žaliavų, t. y. iš atsinaujinančių gamtinių išteklių, tokių kaip krakmolo, celiuliozės, pieno rūgšties, riebalų, augalinių ir gyvūninių baltymų biomasė..

Terminas „bioplastika“ naudojamas atskirti šias biologinės kilmės medžiagas iš petroplastikų, kurios yra sintezuojamos iš naftos darinių.

Plastikai yra lengvai formuojamos medžiagos, kurios gali deformuotis, nesulaužant į daugiau ar mažiau įvairias sąlygas; dėl šios priežasties jos yra labai įvairialypės medžiagos.

Dauguma plastikų gaminami iš žaliavų, gautų iš naftos. Šie petroplastikai gaunami iš naftos gavybos ir rafinavimo, kuris yra neatsinaujinantis, baigtinis ir išnaudojamas gamtinis išteklius..

Be to, petroplastikai nėra biologiškai skaidomi ir sukelia rimtų aplinkos problemų, pvz., Vadinamųjų „plastikinių salų ir sriubų“ vandenynuose. Tai sukelia didžiulę žuvų ir jūros paukščių mirtį dėl jūros ir oro užteršimo plastikinėmis mikrodalelėmis suspensijoje, nuo jų fizinio degradacijos..

Be to, deginant petroplastines medžiagas susidaro labai toksiškos emisijos.

Skirtingai nuo petroplastikų, dauguma bioplastikų gali būti visiškai biologiškai skaidomos ir neteršiančios. Jie gali netgi skatinti ekosistemų dinamiką.

Indeksas

  • 1 Bioplastiko savybės
    • 1.1 Bioplastiko ekonominė ir aplinkosauginė svarba
    • 1.2 Biologinis skaidomumas
    • 1.3 Bioplastiko apribojimai
    • 1.4 Bioplastiko savybių gerinimas
  • 2 tipai (klasifikacija)
    • 2.1 Klasifikavimas pagal jo paruošimą
    • 2.2 Klasifikavimas pagal žaliavą
  • 3 Pramoninė bioplastiko gamyba
  • 4 Bioplastiko naudojimas
    • 4.1 Vienkartiniai gaminiai
    • 4.2 Statybos ir civilinė inžinerija
    • 4.3 Farmacinės paskirties
    • 4.4. Medicinos taikymas
    • 4.5 Oro, jūrų ir sausumos transportas bei pramonė
    • 4.6 Žemės ūkis
  • 5 Nuorodos

Bioplastiko savybės

Bioplastiko ekonominė ir aplinkosauginė svarba

Pastaruoju metu atsirado daugiau mokslinių ir pramoninių interesų gaminant plastikus iš atsinaujinančių žaliavų, kurie yra biologiškai skaidomi.

Taip yra dėl to, kad pasaulio naftos atsargos yra baigtos ir kad yra daugiau informuotumo apie sunkius aplinkosaugos padarinius, kuriuos sukelia petroplastikai..

Didėjant plastikų paklausai pasaulio rinkoje, taip pat didėja biologiškai skaidžių plastikų paklausa.

Biologinis skaidomumas

Biologiškai skaidžių bioplastikų atliekos gali būti traktuojamos kaip organinės atliekos, kurios greitai ir neteršia. Pavyzdžiui, jie gali būti naudojami kaip dirvožemio pakeitimai kompostuojant, nes jie natūraliai perdirbami biologiniais procesais.

Bioplastiko apribojimai

Biologiškai skaidžių bioplastikų gamyba susiduria su dideliais iššūkiais, nes bioplastikai yra mažesnės savybės nei petroplastikai, tačiau jos naudojimas, nors ir augantis, yra ribotas.

Bioplastiko savybių gerinimas

Siekiant pagerinti bioplastikų savybes, biopolimerų mišiniai kuriami su įvairių tipų priedais, pvz., Anglies nanovamzdeliais ir natūraliais pluoštais, modifikuotais cheminiais procesais..

Apskritai bioplastikams taikomi priedai pagerina tokias savybes kaip:

  • Tvirtumas ir mechaninis atsparumas.
  • Kliūčių savybės nuo dujų ir vandens.
  • Termostabilumas ir termostabilumas.

Šios savybės gali būti sukurtos bioplastikoje, naudojant cheminius paruošimo ir apdorojimo metodus.

Tipai (klasifikacija)

Klasifikavimas pagal jūsų paruošimą

Bioplastikai galima klasifikuoti pagal jų paruošimo būdą:

  • Bioplastikai, kurių sintezė yra pagaminta iš polimerinės žaliavos, išgautos tiesiogiai iš biomasės.
  • Bioplastikai, gaunami sintezuojant biotechnologiniais būdais (naudojant vietinius arba genetiškai modifikuotus mikroorganizmus).
  • Klasikinės cheminės sintezės būdu gautos bioplastikai, pradedant biologiniais monomerais (kurie būtų jų statybai naudojamos plytos).

Klasifikavimas pagal žaliavą

Taip pat bioplastikai gali būti klasifikuojami pagal jų žaliavos kilmę:

Bioplastikai, pagaminti iš krakmolo

Krakmolas yra biopolimeras, galintis sugerti vandenį, ir šioms bioplastikoms yra funkcionalios, jos yra pridedamos prie plastifikatorių, kurie užtikrina lankstumą (pvz., Sorbitolį arba gliceriną)..

Be to, jie yra sumaišyti su biologiškai skaidriais poliesteriais, poliakto rūgštimi, polikaprolaktonais, siekiant pagerinti jų mechanines savybes ir atsparumą skilimui vandenyje..

Bioplásticos, pagamintos iš krakmolo, pvz., Ekonomiškos žaliavos, gausios ir atsinaujinančios, vadinamos „termoplastiniu krakmolu“..

Jie yra deformuojamos medžiagos kambario temperatūroje, ištirpindamos ir sukietėjusios valstybėje stiklinis aušinimo metu. Jie gali būti pašildyti ir pertvarkyti, tačiau dėl šių procedūrų jie keičia savo fizines ir chemines savybes.

Jie yra dažniausiai naudojamas bioplastinis tipas ir sudaro 50% bioplastiko rinkoje.

Celiuliozės bioplastikai

Celiuliozė yra didžiausias organinis junginys sausumos biomasėje, augalų ląstelių sienelių struktūrinėje sudėtyje. Jis netirpsta vandenyje, etanolyje ir eteryje.

Celiuliozės pagrindu pagamintos bioplastinės medžiagos paprastai yra celiuliozės esteriai (celiuliozės acetatas ir nitroceliuliozė) ir jų dariniai (celiuloidai). Per chemines celiuliozės modifikacijas jis gali tapti termoplastiniu.

Celiuliozė, kuri yra daug mažiau hidrofilinė (panaši į vandenį) nei krakmolas, gamina bioplastikas, turinčias geresnes mechaninio stiprumo savybes, mažesnį dujų pralaidumą ir didesnį atsparumą vandens degradacijai..

Baltymų pagrindu pagamintos bioplastikai

Galima gaminti bioplastikas, naudojant baltymus, tokius kaip pieno kazeinas, kviečių glitimas, sojos baltymas.

Ypač bioplastikas iš sojų baltymų yra labai jautrus skilimui vandenyje ir yra ekonomiškai brangus. Kuriant pigesnius ir atsparesnius mišinius, šiuo metu kyla iššūkis.

Bioplastai, gauti iš lipidų

Bioplastikai (poliuretanai, poliesteriai ir epoksidinės dervos) buvo sintetinti iš augalinių ir gyvūninių riebalų, kurių savybės panašios į petroplastikų savybes..

Augalinių aliejų ir mažų sąnaudų alyvų gamyba iš mikrodumblių gali būti labai palankus šio tipo bioplastikų gamybai..

Pavyzdžiui, bioplastika poliamidas 410 (PA 410), jis gaminamas iš 70% aliejaus iš ricinos augalų vaisių (Ricinus comunis). Šis bioplastikas turi aukštą lydymosi temperatūrą (250 ° C). \ ToC) mažas vandens įsisavinimas ir atsparumas įvairiems cheminiams veiksniams.

Kitas pavyzdys yra poliamidas 11 (PA 11), kuris gaminamas iš augalinių aliejų, bet nėra biologiškai skaidomas.

Polihidroksialkanoatai (PHA)

Plati bakterijų rūšių įvairovė sukelia cukrų ir lipidus, gamindama juos kaip šalutinius produktus, vadinamus junginiais polihidroksialkanoatai (PHA), kurie saugo kaip anglies ir energijos šaltinį.

PHA yra netirpūs vandenyje, biologiškai skaidomi ir netoksiški.

PHA tipo bioplastikai gamina gana standžius plastikinius pluoštus, kurie yra biologiškai skaidūs. Jie yra labai perspektyvi alternatyva petropolimerų naudojimui medicinos prietaisų gamyboje.

Polilaktinė rūgštis (PLA)

Poliaktinė rūgštis (PLA) - tai skaidrios bioplastinės medžiagos, pagamintos iš kukurūzų arba dekstrozės kaip žaliava.

Gaminant krakmolas pirmiausia turi būti išgautas iš kukurūzų ar kito augalinio šaltinio; vėliau pieno rūgštis gaunama dėl mikroorganizmų veikimo, ir galiausiai naudojamas cheminis procesas (pieno rūgšties polimerizacija), kad gautų bioplastiką..

PLA bioplastikai yra permatomi, turi mažą atsparumą smūgiams, pasižymi termorezistuojančiomis ir barjerinėmis savybėmis, blokuoja orą. Be to, jie yra biologiškai skaidūs.

Bioplastikai, pagaminti iš poli-3-hidroksibutirato (PHB)

Poli-3-hidroksibutiratas (PHB) yra cheminio junginio poliesterio tipas, kurį gamina kai kurios bakterijos, kurios metabolizuoja gliukozę ir kukurūzų krakmolą..

PHB turi panašias savybes, panašias į petroplastinį polipropileną (parduodamas plačiai), tačiau jo gamybos sąnaudos yra 9 kartus didesnės, nes tai apima biomasės gamybą su brangiais anglies šaltiniais.

Ši bioplastika gali pagaminti skaidrią plėvelę, kurios lydymosi temperatūra yra 130 ° CoC ir visiškai biologiškai skaidomas.

Bioetano polietilenas

Polietilenas turi etileno monomerą kaip struktūrinį vienetą; kurios gali būti gautos cheminės sintezės būdu, pradedant etanoliu kaip žaliava.

Etanolis gaminamas alkoholiu fermentuojant mikroorganizmus, kurie metabolizuoja cukranendrių, kukurūzus ar kitus.

Tokiu būdu, derinant alkoholio fermentaciją ir etileno bei polietileno cheminę sintezę, galima gauti bioplastinį polietileną, vadinamą biologiniu būdu..

Šis bioplastinis polietilenas yra chemiškai ir fiziškai identiškas petroplastikai. Jis nėra biologiškai skaidomas, bet gali būti perdirbamas.

Polihidroksi uretanai

Pastaruoju metu daug dėmesio buvo skiriama bioplastinių poliuretanų, kurių sudėtyje nėra labai toksiško junginio, gamybai izocianatas.

Izocianatas yra plačiai naudojamas sintetinių polimerų pramoniniuose gamybos procesuose (poliuretanai, naudojami kitiems plastikams, kietoms putoms, lakams, insekticidams, klijams, sprogmenims), tiek žemės ūkyje, tiek medicinoje..

Vadinamas cheminis metodas Polihidroksuretanų kryžminė polimerizacija, gamina visiškai perdirbamas ir laisvas bioplastikas izocianatas.

Bioplastiko pramoninė gamyba

Pramoninė bioplastiko gamyba apima 4 pagrindinius žingsnius:

  1. Žaliavos (biomasės) gavimas.
  2. Polimerų sintezė.
  3. Polimero modifikavimas, turintis norimas savybes pagal galutinį gaminį.
  4. Iš aukšto arba žemo slėgio metodų formuojami bioplastikai, kad gautų galutinę formą.

Bioplastiko naudojimas

Šiuo metu bioplastikoje yra nedaug komercinės paskirties, nes jų gamybos sąnaudos ir jų savybių gerinimas vis dar kelia problemų sprendžiant.

Vienkartiniai daiktai

Tačiau bioplastikai jau naudojami daugeliui vienkartinių gaminių, pvz., Plastikinių maišelių, pakavimo konteinerių ir maisto pakuočių, stalo įrankių, stiklų ir valgomųjų plastikinių indų gamyboje..

Statybos ir civilinė inžinerija

Krakmolo bioplastikai buvo naudojami kaip statybinės medžiagos ir bioplastikai, sustiprinti nanopluoštais elektros įrenginiuose.

Be to, jie buvo naudojami ruošiant bioplastinės medienos baldams, kurie nėra užpultyti ksilofaginiais vabzdžiais ir ne puvinio drėgme.

Farmacijos taikymas

Jie pagaminti naudojant bioplastikines kapsules, kurių sudėtyje yra vaistų ir vaistų, paleidžiamų lėtai. Taigi vaistų biologinis prieinamumas reguliuojamas laikui bėgant (dozė, kurią pacientas gauna per tam tikrą laiką).

Medicinos taikymas

Celiuliozės bioplastikai, naudojami implantuose, audinių inžinerijoje, kitino bioplastikose ir kitozane, gaminami žaizdų, kaulų audinių inžinerijos ir žmogaus odos regeneracijai apsaugoti..

Celiuliozės bioplastikai taip pat gaminami biosensoriams, mišiniams su hidroksilapatitu dantų implantams, bioplastiniams pluoštams kateteriuose gaminti..

Oro, jūrų ir sausumos transportas bei pramonė

Buvo naudojamos kietos putos, pagrįstos augaliniu aliejumi (bioplastikai) tiek pramoniniuose, tiek transporto įrenginiuose; automobilių dalys ir kosmoso dalys.

Elektroniniai mobiliųjų telefonų, kompiuterių, garso ir vaizdo prietaisų komponentai taip pat gaminami iš bioplastiko.

Žemės ūkis

Bioplastiniai hidrogeliai, kurie sugeria ir išlaiko vandenį ir gali jį palaipsniui išsiskirti, yra naudingi kaip dirbtinio dirvožemio apsauginė danga, palaikanti jos drėgmę ir skatinant žemės ūkio plantacijų augimą sausuose regionuose ir nedideliais lietaus sezonais..

Nuorodos

  1. Chen, G. ir Patel, M. (2012). Iš biologinių išteklių pagaminti plastikai: dabartis ir ateitis. Techninė ir aplinkosauginė apžvalga. Cheminės apžvalgos. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Bioplastiko ir biokompozitų vadovas. (2011). Srikanth Pilla redaktorius. Salem, JAV: „Scrivener Publishing LLC“. Kopijuoja John Wiley ir sūnūs.
  3. Lampinen, J. (2010). Bioplastiko ir biokompozitų tendencijos. VTT tyrimų pastabos. Suomijos technikos tyrimų centras. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. ir Doane, W. (1993). Celiuliozės pagrindu pagamintų plastikų kūrimas: pasirinktų polimerinių sistemų pakartotinis tyrimas istorinėje perspektyvoje. Krakmolas 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Biorelatinių polimerų ir panaudojimo terminai (IUPAC rekomendacijos). Grynoji ir taikomoji chemija. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04