Биополимеры

Направление биоразрушающихся пластиков на основе природных ингредиентов интересно, прежде всего, полной воспроизводимостью и неограниченностью сырья. Основной задачей исследователей биополимерных материалов является обеспечение необходимого уровня технологических и эксплуатационных свойств, соответствующих традиционным синтетическим полимерам.

В настоящее время потребность в разлагаемых материалах достаточно велика. В экономически развитых странах, например, большая часть одноразовой упаковки производится из биоразрушающихся пластмасс.

2. 2. Свойства биоразлагаемых полимеров

Хотя биоразлагаемые полимеры в основе своей сходны с традиционными полимерами – полиэтиленом (ПЭ), полипропиленом (ПП) и полистиролом (ПС), особая химическая структура наделяет их новыми техническими характеристиками и возможностями. Например, некоторые биоразлагаемые полимеры обладают намного большей пропускной способностью к воде, что, безусловно, можно выгодно использовать при определенной обработке. Например, барьерные свойства полимолочной кислоты используются при создании упаковки для кулинарии и выпечки, которая позволяет дольше сохранять свежими эти продукты. Что касается пленок из пшеничной смеси, то она используется для упаковки фруктов и овощей, так как идеально обеспечивает нужный уровень влажности при хранении.

В отличие от большинства пластмасс биоразлагаемые полимеры могут расщепляться в условиях окружающей среды с помощью микроорганизмов, таких, как бактерии или грибки. Полимер, как правило, считается биоразлагаемым, если вся его масса разлагается в почве или воде за 6 месяцев. Во многих случаях продуктами распада являются углекислый газ и вода. Любые другие продукты разложения или остатки должны исследоваться на наличие токсичных веществ и безопасность.

Биоразлагаемые полимеры могут производиться из возобновляемых источников, таких, как извлеченные из кукурузы сахара, или же их можно получать из нефтехимических сырьевых материалов. Они могут использоваться сами по себе или же в сочетании с другими пластмассовыми смолами и добавками. Биоразлагаемые полимеры можно перерабатывать с помощью большинства стандартных технологий производства пластмасс, включая горячее формование, экструзию, литьевое и выдувное формование.

Термо- и механические свойства многих биопластиков обеспечивают аналогичные, а иногда даже более высокие, потребительские характеристики по сравнению с продуктами, полученными из традиционных термопластических материалов. Вот некоторые из отличительных признаков биополимера ПЛA как материала, нашедшего наиболее широкое применение:

- высокий модуль упругости при растяжении;

- способность сохранять приданную форму;

- устойчивость к воздействию масел;

- высокая прозрачность и глянец;

- устойчивость к воздействию УФ-излучения.

С начала 2009 г. с успехом идет внедрение одного из видов ПЛA, который устойчив к воздействию температуры до 200°С, при этом у него практически не изменяются глянец, прозрачность и жесткость. Но еще более важно, что материал можно использовать в микроволновых печах, по утверждению изготовителей, он без деформаций выдерживает температуру 205°С в течение 30 мин.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Всевозрастающий пресс на окружающую среду отходами синтетических полимеров и пластика, использование технологий их переработки, а самое главное - отсутствие культуры природопользования-основные стимулы внедрения производства биополимеров.

Сегодня стоит обратить пристальное внимание на биополимеры. Учитывая экологическую чистоту таких материалов, производители могут формировать свой позитивный образ на рынке, а также демонстрировать абсолютно новый уровень развития биополимеров. Многообразие способов переработки новых полимеров создает идеальные условия для распространения их во всем мире.

Биополимеры представляют собой продукты синтеза на основе сахара, крахмала, целлюлозы, лигнина и растительных масел. По имеющимся расчетам, в течение жизненного цикла биополимеров (от получения до полного перегнивания на свалке или сжигания в качестве топлива) образуется значительно меньше углекислого газа, чем у пластиков из нефтехимического сырья.

Биоразлагаемость означает, что продукт "способен подвергаться разложению на углекислый газ, метан, воду, неорганические биомассы, при котором преобладающим механизмом является энзимное действие микроорганизмов, которое можно измерить с помощью стандартизированных испытаний в течение определенного времени с отражением имеющихся условий утилизации". Многие, так называемые биоразлагаемые полимеры являются на самом деле био-эродируемыми, гидробиоразлагаемыми или же фотобиоразлагаемыми. Все биополимеры включены в более широкую категорию «экологически разлагаемых» полимеров.

Способность полимерных материалов разлагаться под действием бактерий и грибов зависит от химических и физических свойств. Для всякого вида полимеров биологическое разложение протекает в два этапа:

На первом – под действием химических, биохимических и иных агентов происходит разрушение кристаллической макромолекулярной структуры, которая в ряде случаев протекает вплоть до образования мономеров;

На втором – происходит усвоение остатков макромолекул биологическими организмами (бактерии, грибы и т. д.), которые разрушают вещество до воды, углекислого газа, метана (при анаэробном брожении).

Биополимеры могут производиться по различным технологиям: как из сырья на основе животного или растительного материала (возобновляемые ресурсы), так и на основе нефтехимических продуктов. Некоторые биополимеры растительного происхождения уже появились на рынке. Примером перерабатываемого полимера могут служить полиэстеры, т. е. полимолочная кислота и полигидроксиалканы.

Разработка, уточнение и применение эффективной маркетинговой стратегии является самым важным этапом для любой компании, планирующей вложение значительных средств в биополимеры. Несмотря на гарантированное развитие и рост биополимерной промышленности, существуют определенные факторы, которые нельзя не учитывать. Маркетинговые стратегии биополимеров, их производства и научно-исследовательской деятельности в этой области определяются:

– Уровнем поддержки со стороны государственной политики и законодательной среды в целом: переработанные пластики в определенной степени составляют конкуренцию биоразлагаемым полимерам. Правительственные постановления и законодательные акты, относящиеся к окружающей среде и переработке отходов, могут оказать положительное влияние на увеличение продаж пластиков для различных полимеров. Выполнение обязательств Киотского протокола, вероятно, повысит спрос на определенные материалы на биологической основе.

– Развитием цепи поставок в фрагментированной индустрии биополимеров и коммерческий эффект от экономии за счет масштаба в сравнении с усовершенствованием свойств продукции, при котором она может быть реализована по повышенным ценам.

– Выбором сегмента рынка (упаковка, сельское хозяйство, автомобильная промышленность, строительство, целевые рынки).

– Базовыми технологиями: технологии ферментации, растениеводство, молекулярная наука, производство сырья для исходных материалов, источников энергии или того и другого, использование генетически измененных или неизмененных организмов в процессе ферментации и производства биомассы.

Преимуществами развития рынка биоразлагаемых полимеров, являются:

- развитие высоких технологий для будущего;

- уменьшение выбросов СО2;

- независимость от нефтехимического сырья;

- сохранение рабочих мест в сельскохозяйственном секторе;

- культивирование восстанавливаемых ресурсов;

- новые возможности по переработке пластиков.

 

Список использованной литературы:

 

1. Бландов А. Н. Химия. Органическая химия. Учебное пособие [электронный ресурс]. - Санкт-Петербург: Российский государственный гидрометеорологический университет, 2013. – 76 с. – Url: http://www.iprbookshop.ru/ximiya.-organicheskaya-ximiya.-uchebnoe-posobie.html (17.06.2013)

2.Боровлев И. В. Органическая химия. Термины и основные реакции. Учебное пособие [электронный ресурс]. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 360 с. Url: http://www.iprbookshop.ru/organicheskaya-ximiya.-terminyi-i-osnovnyie-reakczii.-uchebnoe-posobie.html (17.06.2013)

3. Ким А. М. Органическая химия. Учебное пособие для вузов [электронный ресурс]. - Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2004. – 844 с. Url: http://www.iprbookshop.ru/organicheskaya-ximiya.-uchebnoe-posobie-dlya-vuzov.html (17.06.2013)

4.Кудинов В.И., Сучков Б.М. Новые технологии повышения добычи нефти. – Самара, 1998. – 368 с.

5. Кери Ф. Углубленный курс органической химии / Ф. Кери, Р. Сандберг. – М.: Химия, 1981. – 287 с.

6. Кукин В.В., Соляков Ю.В. Применение водорастворимых полимеров для повышения нефтеотдачи пластов. – М.: ВНИИОЭНГ, 1982. – 44 с.

7. Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. Органическая химия. Часть 1. Учебник [электронный ресурс]. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. 
– 568 с. Url: http://www.iprbookshop.ru/organicheskaya-himiya-chast-1.html (17.06.2013)

8. Педерсен Ч. Дж. Химия за рубежом / Ч. Дж. Педерсен. – М.: 1989.– 280 с.

9. Уильям Д. Каллистер, Дэвид Дж. Ретвич, ред. Малкин А. Я. Материаловедение. От технологии к применению. Металлы, керамика, полимеры. Учебник [электронный ресурс]. - CПб.: Научные основы и технологии, 2011. – 896 с. Url: http://www.iprbookshop.ru/materialovedenie.-ot-texnologii-k-primeneniyu.-metallyi,-keramika,-polimeryi.-uchebnik.html (17.06.2013)

10. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C1%E8%EE%EF%EE%EB%E8%EC%E5%F0%FB

11. http://www.xumuk.ru/bse/354.html

12.