Bioplastmasu īpašības, veidi, ražošana un izmantošana



The bioplastmasas tie ir plastmasas polimēru materiāli, kas iegūti no bioloģiskas izcelsmes izejvielām, proti, no atjaunojamiem dabas resursiem, piemēram, cietes, celulozes, pienskābes, tauku, augu un dzīvnieku olbaltumvielu biomasa, cita starpā.

Termins "bioplastmass" tiek izmantots, lai nošķirtu šos bioloģiskās izcelsmes materiālus no petroplastikas, kas tiek sintezēts no naftas atvasinājumiem..

Plastmasas ir viegli veidojami materiāli, kas var deformēties, nesalaužoties vairāk vai mazāk dažādos apstākļos; tieši šī iemesla dēļ tie ir ļoti daudzpusīgi materiāli.

Lielākā daļa plastmasas tiek ražotas no izejvielām, kas iegūtas no naftas. Šie petroplastiskie materiāli ir iegūti no naftas ieguves un rafinēšanas, kas ir neatjaunojams, ierobežots un izsmeļošs dabas resurss..

Turklāt petroplastmasas nav bioloģiski noārdāmas un rada nopietnas vides problēmas, piemēram, tā saucamās "plastmasas salas un zupas" okeānos. Tas izraisa zivju un jūras putnu masveida nāves gadījumus sakarā ar jūras un gaisa piesārņojumu ar plastmasas mikrodaļiņām suspensijā no to fiziskās degradācijas..

Turklāt petroplastisko vielu sadedzināšana rada ļoti toksiskas emisijas.

Atšķirībā no petroplastikas, lielākā daļa bioplastmasu var būt pilnīgi bioloģiski noārdāmas un nepiesārņojošas. Tie var pat veicināt ekosistēmu dinamiku.

Indekss

  • 1 Bioplastmasu raksturojums
    • 1.1 Bioplastmasu ekonomiskā un vides nozīme
    • 1.2 Biodegradācija
    • 1.3 Bioplastmasu ierobežojumi
    • 1.4. Bioplastmasu īpašību uzlabošana
  • 2 veidi (klasifikācija)
    • 2.1 Klasifikācija atbilstoši tās sagatavošanai
    • 2.2 Klasifikācija pēc izejmateriāliem
  • 3 Bioplastmasu rūpnieciskā ražošana
  • 4 Bioplastmasu izmantošana
    • 4.1 Vienreizlietojamie izstrādājumi
    • 4.2. Būvniecības un inženierbūvniecība
    • 4.3 Farmaceitiskā lietošana
    • 4.4 Medicīniskā lietošana
    • 4.5. Gaisa, jūras un sauszemes transports un rūpniecība
    • 4.6 Lauksaimniecība
  • 5 Atsauces

Bioplastmasu raksturojums

Bioplastmasu ekonomiskā un vides nozīme

Nesen ir radusies lielāka zinātniskā un rūpnieciskā interese, lai ražotu plastmasu no atjaunojamām izejvielām un bioloģiski noārdās.

Tas ir saistīts ar to, ka pasaules naftas rezerves ir beigušās un ka ir lielāka izpratne par nopietnajiem kaitējumiem videi, ko izraisa petroplastmasas..

Pieaugot pieprasījumam pēc plastmasas pasaules tirgū, pieaug arī pieprasījums pēc bioloģiski noārdāmām plastmasām.

Bioloģiskā noārdīšanās

Bioloģiski noārdāmo bioplastmasu atkritumus var uzskatīt par organiskiem atkritumiem, kas ātri un bez piesārņojuma. Piemēram, tos var izmantot kā augsnes grozījumus kompostēšanā, jo tos bioloģiski pārstrādā dabiski.

Bioplastmasu ierobežojumi

Bioloģiski noārdāmo bioplastmasu izgatavošana saskaras ar lielām problēmām, jo ​​bioplastmasām ir zemākas īpašības kā petroplastikai, un tās izmantošana, lai gan pieaug, ir ierobežota..

Bioplastmasu īpašību uzlabošana

Lai uzlabotu bioplastmasu īpašības, tiek izstrādāti biopolimēru maisījumi ar dažādu veidu piedevām, piemēram, oglekļa nanocaurulēm un dabiskām šķiedrām, kas modificētas ar ķīmiskiem procesiem..

Kopumā bioplastmasas piedevas uzlabo tādas īpašības kā:

  • Cietība un mehāniskā izturība.
  • Barjeras īpašības pret gāzēm un ūdeni.
  • Termoizturība un termostabilitāte.

Šīs īpašības var tikt izstrādātas bioplastikā, izmantojot ķīmiskās sagatavošanas un apstrādes metodes.

Veidi (klasifikācija)

Klasifikācija atbilstoši jūsu sagatavojumam

Bioplastmasas var klasificēt pēc to sagatavošanas veida:

  • Bioplastmasas, kuru sintēze ir izgatavota no polimēru izejvielām, kas iegūtas tieši no biomasas.
  • Bioplastmasas, kas iegūtas, izmantojot sintēzi biotehnoloģiskos ceļos (izmantojot dabiskus vai ģenētiski modificētus mikroorganismus) \ t.
  • Bioplastmasas, kas iegūtas, izmantojot klasisko ķīmisko sintēzi, sākot no bioloģiskajiem monomēriem (kas būtu to būvniecībai izmantotie ķieģeļi).

Klasifikācija atbilstoši tās izejvielām

Arī bioplastmasas var klasificēt pēc to izejvielu izcelsmes:

Bioplastmasas uz cietes bāzes

Ciete ir biopolimērs, kas spēj absorbēt ūdeni, un attiecībā uz šīm bioplastvielām ir pievienoti plastifikatori, kas nodrošina elastību (piemēram, sorbitolu vai glicerīnu)..

Turklāt tie ir sajaukti ar bioloģiski noārdāmiem poliesteriem, polilaktīnskābi, polikaprolaktoniem, lai uzlabotu to mehāniskās īpašības un izturību pret noārdīšanos ūdenī..

Bioplásticos, kas izgatavoti no cietes, piemēram, ekonomiskas izejvielas, bagātīgs un atjaunojams, sauc par "termoplastiku no cietes".

Tie ir deformējami materiāli istabas temperatūrā, kūstot, karsējot un sacietējot stiklveida dzesēšanas laikā. Tos var uzsildīt un pārveidot, taču ar šīm procedūrām tie mainās to fizikālajās un ķīmiskās īpašībās.

Tie ir visbiežāk izmantotie bioplastikas veidi un veido 50% no tirgū esošajām bioplastmasām.

Bioplastmasas uz celulozes bāzes

Celuloze ir visbiežāk sastopamais organiskais savienojums sauszemes biomasā, augu šūnu sienu strukturālā sastāvdaļa. Tas nešķīst ūdenī, etanolā un ēterī.

Bioplastmasas, kuru pamatā ir celuloze, parasti ir celulozes esteri (celulozes acetāts un nitroceluloze) un to atvasinājumi (celulīdi). Izmantojot celulozes ķīmiskās modifikācijas, tas var kļūt par termoplastisku.

Celuloze, kas ir daudz mazāk hidrofila (līdzīga ūdenim) nekā cietei, ražo bioplastmasas ar uzlabotām mehāniskās izturības īpašībām, zemāku gāzes caurlaidību un lielāku izturību pret ūdens degradāciju..

Bioplastmasas uz proteīniem

Bioplastmasas ir iespējams izgatavot, izmantojot tādas olbaltumvielas kā piena kazeīns, kviešu lipeklis, sojas proteīns.

Īpaši bioplastmasa no sojas olbaltumvielām ir ļoti jutīga pret ūdens noārdīšanos un ir ekonomiski dārga ražot. Izstrādājot lētākus un izturīgākus maisījumus, patlaban rodas izaicinājums.

Bioplasti, kas iegūti no lipīdiem

Bioplastmasas (poliuretāni, poliesteri un epoksīdsveķi) ir sintezēti no augu un dzīvnieku taukiem, kuru īpašības ir līdzīgas petroplastikas īpašībām..

Augu eļļu un zemu izmaksu eļļu ražošana no mikroaļģēm varētu būt ļoti labvēlīgs faktors šāda veida bioplastmasu ražošanā..

Piemēram, bioplastmasa poliamīds 410 (PA 410), tas tiek ražots ar 70% eļļu, kas iegūta no rīcineļa augļiem (\ tRicinus comunis). Šai bioplastikai ir augsts kušanas punkts (250 ° C). \ ToC), zema ūdens absorbcija un izturība pret dažādiem ķīmiskiem līdzekļiem.

Vēl viens piemērs ir poliamīds 11 (PA 11), kas ražots no augu eļļām, bet nav bioloģiski noārdāms.

Polihidroksialkanoāti (PHA)

Plaša baktēriju sugu daudzveidība rada cukurus un lipīdus, veidojot kā blakusproduktus, ko sauc par savienojumiem polihidroksialkanoāti (PHAs), kas uzglabā kā oglekļa un enerģijas avotu.

PHA nav ūdenī nešķīstoši, bioloģiski noārdāmi un netoksiski.

PHA tipa bioplastmasa ražo diezgan cietas plastmasas šķiedras, kas ir bioloģiski noārdāmas. Tās ir ļoti daudzsološa alternatīva attiecībā uz petropolimēru izmantošanu medicīnas ierīču ražošanā.

Poliķskābe (PLA)

Poliķskābe (PLA) ir caurspīdīga bioplastika, kas tiek ražota no kukurūzas vai dekstrozes kā izejviela..

Lai to ražotu, cieti vispirms ir jāiegūst no kukurūzas vai cita augu izcelsmes avota; pēc tam pienskābe tiek iegūta, pateicoties mikroorganismu iedarbībai, un, visbeidzot, tiek izmantots ķīmisks process (pienskābes polimerizācija), lai iegūtu bioplastiku..

PLA bioplastmasa ir caurspīdīga, ar zemu izturību pret triecieniem, piemīt termorezistīvas un barjeras īpašības, bloķējot gaisa iekļūšanu. Turklāt tie ir bioloģiski noārdāmi.

Bioplastmasas uz poli-3-hidroksibutirāta (PHB) bāzes

Poli-3-hidroksibutirāts (PHB) ir ķīmiskā savienojuma poliestera veids, ko ražo dažas baktērijas, kas metabolizē glikozi un kukurūzas cieti.

PHB piemīt tādas pašas īpašības kā petroplastiskajam polipropilenam (plaši izmantots komerciāli), bet tā ražošanas izmaksas ir deviņas reizes lielākas, jo tajā ietilpst biomasas ražošana ar dārgiem oglekļa avotiem.

Šī bioplastika var radīt caurspīdīgas plēves, tās kušanas temperatūra ir 130 ° CoC ir pilnīgi bioloģiski noārdāms.

Bioizvadīts polietilēns

Polietilēnam ir etilēna monomērs kā struktūrvienība; ko var iegūt ar ķīmisko sintēzi, sākot no etanola kā izejvielu.

Etanols tiek ražots alkoholiskā fermentācijā ar mikroorganismiem, kas metabolizē cukurniedru, kukurūzu vai citu.

Tādā veidā, apvienojot alkoholisko fermentāciju un etilēna un polietilēna ķīmisko sintēzi, var iegūt bioplastisko polietilēnu..

Šis bioplastiskais polietilēns ir ķīmiski un fizikāli identisks petroplastiskajam. Tas nav bioloģiski noārdāms, bet to var pārstrādāt.

Polihidroksi uretāni

Nesen ir bijusi liela interese par bioplastisko poliuretānu ražošanu, kas nesatur ļoti toksisku savienojumu izocianāts.

Izocianāts tiek plaši izmantots sintētisko polimēru rūpnieciskajos ražošanas procesos (poliuretāni, kas tiek pielietoti porainām plastmasām, cietām putām, lakām, insekticīdiem, līmes, sprāgstvielas) gan lauksaimniecībā, gan medicīnā..

Ir izveidota ķīmiskā metode Polihidroksuretānu krusteniskā polimerizācija, kas ražo pilnīgi pārstrādājamu un bezmaksas bioplastmasu izocianāts.

Bioplastmasu rūpnieciskā ražošana

Bioplastmasu rūpnieciskajā ražošanā ir 4 pamatpasākumi:

  1. Izejvielas iegūšana (biomasa).
  2. Polimēru sintēze.
  3. Polimēra modifikācija, lai iegūtu vēlamās īpašības saskaņā ar izstrādājamo galaproduktu.
  4. Izgatavoti no bioplastmasas ar augstu vai zemu spiediena metodi, lai iegūtu vajadzīgo galīgo formu.

Bioplastmasu izmantošana

Pašlaik bioplastmasu izmanto maz komerciālu pielietojumu, jo to ražošanas ekonomiskās izmaksas un to īpašību uzlabošana joprojām rada problēmas, lai atrisinātu.

Vienreizlietojamie priekšmeti

Tomēr bioplastmasas jau tiek izmantotas daudzu vienreiz lietojamu priekšmetu, piemēram, plastmasas maisiņu, iepakojuma konteineru un pārtikas iesaiņojumu, galda piederumu, glāžu un ēdamo plastmasas ēdienu ražošanā..

Celtniecība un civilā inženierija

Cietes bioplastmasas tiek izmantotas kā būvmateriāli un bioplastmasas, kas elektrisko iekārtu sastāvā ir nostiprinātas ar nanoplēvēm.

Turklāt tie ir izmantoti, lai sagatavotu bioplastmasas mēbelēm, kuras nav uzbrukušas ksilofāgu kukaiņi un kas nav puve ar mitrumu.

Farmaceitiskie lietojumi

Tie ir izgatavoti ar bioplastmasas kapsulām, kas satur zāles un narkotikas, kas izdalās lēni. Tādējādi zāļu biopieejamība tiek regulēta laika gaitā (deva, ko pacients saņēmis noteiktā laikā).

Medicīniskās lietojumprogrammas

Celulozes bioplastmasas, kas izmantojamas implantos, audu inženierijā, kitīna bioplastmasā un hitozānā, ir ražotas brūču, kaulu audu inženierijas un cilvēka ādas atjaunošanai..

Celulozes bioplastmasas ir ražotas arī biosensoriem, maisījumiem ar hidroksilapatītu zobu implantu, bioplastisko šķiedru ražošanai katetros, cita starpā..

Gaisa, jūras un sauszemes transports un rūpniecība

Ir izmantotas cietas putas, kas balstītas uz augu eļļām (bioplastmasām) gan rūpnieciskajās, gan transporta ierīcēs; auto detaļas un kosmosa daļas.

Mobilo tālruņu, datoru, audio un video ierīču elektroniskās sastāvdaļas ir ražotas arī no bioplastmasām.

Lauksaimniecība

Bioplastiskie hidrogēli, kas absorbē un saglabā ūdeni un var to atbrīvot lēni, ir noderīgi kā kultivētās augsnes aizsargpārklājumi, saglabājot tā mitrumu un veicinot lauksaimniecības stādījumu augšanu sausos reģionos un vāji lietainos gadalaikos..

Atsauces

  1. Chen, G. un Patel, M. (2012). Plastmasas, kas iegūtas no bioloģiskajiem resursiem: tagadne un nākotne. Tehniskais un vides pārskats. Ķīmiskie pārskati. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Bioplastmasu un biokompozītu rokasgrāmata. (2011). Srikanth Pilla redaktors. Salem, ASV: Scrivener Publishing LLC. Kopija John Wiley un dēli.
  3. Lampinen, J. (2010). Bioplastmasu un biokompozītu tendences. VTT pētījumi. Somijas Tehnisko pētījumu centrs. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. un Doane, W. (1993). Plastmasas cietes izstrāde: izvēlēto polimēru sistēmu atkārtota izpēte vēsturiskā perspektīvā. Ciete 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Terminoloģija biorelētiem polimēriem un lietojumiem (IUPAC ieteikumi). Tīra un lietišķā ķīmija. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04