Карактеристике, врсте, производња и употреба биопластике



Тхе биопластика то су пластични полимерни материјали, добијени из сировина биолошког порекла, односно из обновљивих природних ресурса, као што су биомаса скроба, целулозе, млечне киселине, масти, биљних и животињских протеина, између осталог.

Израз биопластика користи се за разликовање ових материјала биолошког поријекла, од петропластике, која се синтетизира из нафтних деривата.

Пластични материјали су лако обликовани материјали који се могу деформисати без продирања у више или мање широк опсег услова; због тога су материјали велике разноврсности.

Већина пластике се производи од сировина добијених из нафте. Ове петропластике долазе из екстракције и рафинације нафте, која је необновљив, коначан и исцрпљујући природни ресурс.

Штавише, петропластике нису биоразградиве и стварају озбиљне еколошке проблеме као што су такозвана "пластична острва и супе" у океанима. Ово узрокује масовне смрти риба и морских птица, због загађења мора и зрака пластичним микрочестицама у суспензији, од њихове физичке деградације.

Поред тога, спаљивање петропластике генерише високо токсичне емисије.

За разлику од петропластике, већина биопластика може бити потпуно биоразградива и не загађује околину. Они чак могу фаворизовати динамику екосистема.

Индек

  • 1 Карактеристике биопластике
    • 1.1 Економски и еколошки значај биопластике
    • 1.2 Биоразградљивост
    • 1.3 Ограничења биопластике
    • 1.4 Побољшање својстава биопластике
  • 2 врсте (класификација)
    • 2.1 Класификација према припреми
    • 2.2 Класификација према сировини
  • 3 Индустријска производња биопластике
  • 4 Употреба биопластике
    • 4.1 Једнократни артикли
    • 4.2 Грађевинарство и нискоградња
    • 4.3 Фармацеутске примене
    • 4.4 Медицинске апликације
    • 4.5 Ваздушни, поморски и копнени транспорт и индустрија
    • 4.6 Пољопривреда
  • 5 Референце

Карактеристике биопластике

Економски и еколошки значај биопластике

Недавно се појавио већи број научних и индустријских интереса за производњу пластике из обновљивих сировина и биоразградивих.

То је због чињенице да светске резерве нафте истичу и да постоји већа свест о озбиљним штетама по животну средину које проузрокује петропластика..

Уз растућу потражњу за пластиком на свјетском тржишту, потражња за биоразградивом пластиком се такођер повећава.

Биодеградабилити

Отпад биоразградиве биопластике може се третирати као органски отпад, брза и не загађујућа деградација. На примјер, могу се користити као измјене тла у компостирању, јер се природно рециклирају биолошким процесима.

Ограничења биопластике

Производња биоразградиве биопластике се суочава са великим изазовима, јер биопластика има слабије особине од петропластике и њена примена, иако расте, је ограничена.

Побољшање својстава биопластике

Да би се побољшала својства биопластике, развијају се смеше биополимера са различитим врстама адитива, као што су угљеничне наноцеви и природна влакна модификована хемијским процесима.

Генерално, адитиви који се примењују на биопластику побољшавају својства као што су:

  • Чврстоћа и механичка отпорност.
  • Својства баријера против гасова и воде.
  • Терморезистентност и термостабилност.

Ова својства се могу пројектовати у биопластици путем хемијских метода припреме и обраде.

Типови (класификација)

Класификација према Вашој припреми

Биопластика се може класификовати према начину припреме у:

  • Биопластика чија синтеза је направљена од полимерне сировине која се добија директно из биомасе.
  • Биопластика добијена синтезом биотехнолошким путевима (коришћењем природних или генетски модификованих микроорганизама).
  • Биопластика добијена класичном хемијском синтезом, полазећи од биолошких мономера (који би били цигле за њихову изградњу).

Класификација према сировини

Такође, биопластика се може класификовати према пореклу сировине:

Биопластика на бази скроба

Скроб је биополимер способан да апсорбује воду и за ове биопластике су функционалне, додају се пластификатори који обезбеђују флексибилност (као што је сорбитол или глицерин).

Поред тога, мешају се са биоразградивим полиестерима, полилактичном киселином, поликапролактонима, између осталог, ради побољшања њихових механичких својстава и отпорности на разградњу водом..

Биопластични производи израђени од шкроба као што су економска сировина, богати и обновљиви, називају "термопластом од скроба".

Они су деформабилни материјали на собној температури, растапају се при загревању и стврдњавају у стању стакласто када се хлади. Они се могу поново загријати и преобликовати, али се овим процедурама мијењају њихова физичка и кемијска својства.

Они су најчешће коришћени биопластични тип и чине 50% биопластике на тржишту.

Биопластика на бази целулозе

Целулоза је најраспрострањеније органско једињење унутар земаљске биомасе, структурни састојак зидова биљних ћелија. Не топива у води, етанолу и етру.

Биопластике на бази целулозе су углавном естери целулозе (целулоза ацетат и нитроцелулоза) и њихови деривати (целулоиди). Кроз хемијске модификације целулозе, може постати термопласт.

Целулоза, која је много мање хидрофилна (сродна води) од шкроба, производи биопластику са побољшаним својствима механичке чврстоће, нижом пропусношћу гаса и већом отпорношћу на разградњу воде..

Биопластика на бази протеина

Могуће је направити биопластику користећи протеине као што су млечни казеин, пшенични глутен, сојин протеин, између осталих.

Посебно, биопластика из сојиног протеина је веома осјетљива на разградњу водом и економски је скупа за производњу. Развијање смеша које су јефтиније и отпорније, представља изазов у ​​овом тренутку.

Биопласти изведени из липида

Биопластика (полиуретани, полиестери и епоксидне смоле) синтетисани су из биљних и животињских масти, са својствима сличним онима у петропластици.

Производња биљних уља и јефтиних уља из микроалги могла би бити веома повољан фактор за производњу ове врсте биопластике.

На пример, биопластика полиамид 410 (ПА 410), производи се са 70% уља из плодова биљке рицинуса (Рицинус цомунис). Ова биопластика има високу тачку топљења (250оЦ), ниска апсорпција воде и отпорност на различите хемијске агенсе.

Други пример је полиамид 11 (ПА 11), који се производи од биљних уља, али није биоразградив.

Полихидроксиалканоати (ПХА)

Широк спектар бактеријских врста ферментира шећере и липиде, производећи као нуспроизводе назване једињења полихидрокиалканоатес (ПХА), који се складиште као извор угљеника и енергије.

ПХА су нерастворљиви у води, биоразградиви и нетоксични.

Биопластика типа ПХАс производи веома крута пластична влакна која су биоразградива. Оне представљају веома обећавајућу алтернативу у погледу употребе петрополимера за производњу медицинских средстава.

Полилактичка киселина (ПЛА)

Полилактичка киселина (ПЛА) је прозирна биопластика која се производи од кукуруза или декстрозе као сировина.

За његову производњу, скроб се прво мора извадити из кукуруза или другог биљног извора; из тога се добија млечна киселина, захваљујући дејству микроорганизама, и на крају се примењује хемијски процес (полимеризација млечне киселине) за добијање биопластике.

ПЛА биопластике су транспарентне, имају малу отпорност на ударце, поседују терморезистентност и баријерна својства, блокирајући улазак ваздуха. Поред тога, они су биоразградиви.

Биопластика на бази поли-3-хидроксибутирата (ПХБ)

Поли-3-хидроксибутират (ПХБ) је хемијски спој полиестера, који производе неке бактерије које метаболишу глукозу и кукурузни скроб.

ПХБ има својства слична петропластичном полипропилену (комерцијално широко распрострањена), али трошкови производње су девет пута већи, јер укључује производњу биомасе са скупим изворима угљеника..

Ова биопластика може произвести прозирне фолије, има тачку топљења од 130 ° ЦоЦ и потпуно је биоразградив.

Био-полиетилен

Полиетилен има етиленски мономер као структурну јединицу; који се могу добити хемијском синтезом полазећи од етанола као сировине.

Етанол се производи у алкохолној ферментацији микроорганизмима који метаболишу шећерну трску, кукуруз или друго.

Тако се комбинацијом алкохолне ферментације и хемијске синтезе етилена и полиетилена може добити биопластика названа био-полиетилен..

Овај биопластични полиетилен је хемијски и физички идентичан петропластичном. Није биоразградив, али се може рециклирати.

Полихидрокси уретани

Недавно је дошло до великог интересовања за производњу биопластичних полиуретана, без високотоксичног једињења изоцијанат.

Изоцијанат се широко користи у процесима индустријске производње синтетичких полимера (полиуретани који се примењују на спужвасту пластику, круте пене, лакове, инсектициде, лепкове, експлозиве, између осталог), како у пољопривреди тако иу медицини.

Постоји хемијска метода Цросс-полимеризатион оф полихидрокиуретханес, који производи потпуно рециклабилну и слободну биопластику изоцијанат.

Индустријска производња биопластике

Индустријска производња биопластике обухвата 4 основна корака:

  1. Добијање сировине (биомаса).
  2. Синтеза полимера.
  3. Модификација полимера у функцији добијања жељених својстава у складу са коначним производом који се елаборира.
  4. Обликовани од биопластике методама високог или ниског притиска, да би се добио коначни захтевани облик.

Користи биопластику

Тренутно постоји неколико комерцијалних примјена биопластике, будући да економски трошкови њихове производње и побољшања њихових својстава још увијек представљају проблеме за рјешавање..

Једнократни предмети

Међутим, биопластика се већ користи у производњи многих предмета за једнократну употребу, као што су пластичне кесе, амбалажни контејнери и омоти за храну, прибор за јело, чаше и јестива пластична јела..

Грађевинарство и нискоградња

Биопластике скроба користе се као грађевински материјали и биопластике ојачане нано-влакнима у електричним инсталацијама.

Поред тога, они су коришћени у припреми биопластиц воодс за намештај који није нападнут од стране ксилофагних инсеката и не труну са влагом.

Пхармацеутицал апплицатионс

Направљене су са биопластичним капсулама које садрже дроге и возила која се полако ослобађају. Према томе, биорасположивост лекова је регулисана током времена (доза коју је пацијент примио у одређеном времену).

Медицинске апликације

Биопластика целулозе која се примењује у имплантатима, ткивном инжењерингу, хитинској биопластици и хитосану произведена је за заштиту рана, инжењерство коштаног ткива и регенерацију људске коже..

Биопластике целулозе су такође произведене за биосензоре, смеше са хидроксиапатитом за производњу денталних имплантата, биопластичних влакана у катетерима, између осталих..

Ваздушни, поморски и копнени транспорт и индустрија

Коришћене су круте пене на бази биљних уља (биопластике), како у индустријским тако иу транспортним уређајима; ауто-делови и авио-делови.

Електронске компоненте мобилних телефона, рачунара, аудио и видео уређаја су такође произведене из биопластике.

Пољопривреда

Биопластични хидрогелови, који апсорбују и задржавају воду и могу полако да га ослобађају, корисни су као заштитне облоге култивисаног тла, одржавајући његову влажност и фаворизујући раст пољопривредних плантажа у сувим регионима иу оскудним кишним сезонама..

Референце

  1. Цхен, Г. и Пател, М. (2012). Пластика изведена из биолошких ресурса: садашњост и будућност. Технички и еколошки преглед. Цхемицал Ревиевс. 112 (4): 2082-2099. дои: 10.1021 / цр.20162д
  2. Приручник о биопластици и биокомпозитима. (2011). Срикантх Пилла Едитор. Салем, США: Сцривенер Публисхинг ЛЛЦ. Дописивали су га Јохн Вилеи и синови.
  3. Лампинен, Ј. (2010). Трендови у биопластичним и биокомпозитима. ВТТ Ресеарцх Нотес. Центар за техничка истраживања Финске. 2558: 12-20.
  4. Схогрен, Р.Л., Фанта, Г. и Доане, В. (1993). Развој пластика на бази скроба: Поновно испитивање одабраних полимерних система у историјској перспективи. Старцх 45 (8): 276-280. дои: 10.1002 / стар.19930450806
  5. Верт, М. (2012). Терминологија за биолошке полимере и апликације (ИУПАЦ препоруке). Чиста и примењена хемија. 84 (2): 377-410. дои: 10.1351 / ПАЦ-РЕЦ-10-12-04