Značilnosti, vrste, proizvodnja in uporaba bioplastike



The bioplastiko so plastični polimerni materiali, pridobljeni iz surovin biološkega izvora, to je iz obnovljivih naravnih virov, kot so biomasa škroba, celuloze, mlečne kisline, maščob, rastlinskih in živalskih beljakovin, med drugim.

Izraz bioplastika se uporablja za razlikovanje teh materialov biološkega izvora, od petroplastike, ki se sintetizirajo iz naftnih derivatov.

Plastika je material, ki se enostavno oblikuje in se lahko deformira, ne da bi se prelomil v bolj ali manj širok razpon pogojev; zato so materiali velike vsestranskosti.

Večina plastike se proizvaja iz surovin, pridobljenih iz nafte. Te petroplastike prihajajo iz ekstrakcije in rafiniranja nafte, ki je neobnovljiv, končni in izčrpen naravni vir..

Poleg tega petroplastika ni biorazgradljiva in povzroča resne okoljske probleme, kot so tako imenovani "plastični otoki in juhe" v oceanih. To povzroča množične smrti rib in morskih ptic zaradi onesnaženja morja in zraka s plastičnimi mikrodelci v suspenziji, zaradi njihove fizične razgradnje..

Poleg tega sežiganje petroplastikov ustvarja zelo strupene emisije.

Za razliko od petroplastike je večina bioplastike lahko popolnoma biorazgradljiva in ne onesnažuje. Lahko celo dajejo prednost dinamiki ekosistemov.

Indeks

  • 1 Značilnosti bioplastike
    • 1.1 Gospodarski in okoljski pomen bioplastike
    • 1.2 Biorazgradljivost
    • 1.3 Omejitve bioplastike
    • 1.4 Izboljšanje lastnosti bioplastike
  • 2 vrste (razvrstitev)
    • 2.1 Razvrstitev glede na njeno pripravo
    • 2.2 Razvrstitev glede na surovine
  • 3 Industrijska proizvodnja bioplastike
  • 4 Uporaba bioplastike
    • 4.1 Izdelki za enkratno uporabo
    • 4.2 Gradbeništvo in nizke gradnje
    • 4.3 Farmacevtske aplikacije
    • 4.4 Uporaba v medicini
    • 4.5 Zračni, pomorski in kopenski promet ter industrija
    • 4.6 Kmetijstvo
  • 5 Reference

Značilnosti bioplastike

Ekonomski in okoljski pomen bioplastike

V zadnjem času se je pojavilo več znanstvenih in industrijskih interesov za proizvodnjo plastike iz obnovljivih surovin, ki so biorazgradljivi.

To je posledica dejstva, da se svetovne rezerve nafte iztekajo in da je večja ozaveščenost glede resne okoljske škode, ki jo povzroča petroplastika..

Ob naraščajočem povpraševanju po plastiki na svetovnem trgu se povečuje tudi povpraševanje po biorazgradljivi plastiki.

Biorazgradljivost

Odpadke biološko razgradljive bioplastike je mogoče obravnavati kot organske odpadke, hitro razgradnjo in ne onesnažujejo. Na primer, lahko jih uporabimo kot spremembe v tleh pri kompostiranju, saj se jih naravno reciklira z biološkimi procesi.

Omejitve bioplastike

Izdelava biološko razgradljive bioplastike se sooča z velikimi izzivi, saj imajo bioplastike slabše lastnosti za petroplastiko in njegova uporaba, čeprav raste, je omejena.

Izboljšanje lastnosti bioplastike

Za izboljšanje lastnosti bioplastike se razvijajo mešanice biopolimerov z različnimi vrstami dodatkov, kot so ogljikove nanocevke in naravna vlakna, spremenjena s kemijskimi postopki..

Na splošno dodatki za bioplastiko izboljšajo lastnosti, kot so: \ t

  • Trdnost in mehanska odpornost.
  • Lastnosti pregrad proti plinom in vodi.
  • Termorezistentnost in termostabilnost.

Te lastnosti se lahko oblikujejo v bioplastiki s kemičnimi postopki priprave in predelave.

Vrste (razvrstitev)

Razvrstitev glede na vašo pripravo

Bioplastiko lahko razvrstimo glede na način priprave v:

  • Bioplastika, katere sinteza je narejena iz polimerne surovine, pridobljene neposredno iz biomase.
  • Bioplastika, pridobljena s sintezo po biotehnoloških poteh (z uporabo naravnih ali gensko spremenjenih mikroorganizmov).
  • Bioplastika, pridobljena s klasično kemično sintezo, začenši z biološkimi monomeri (ki bi bila opeka, uporabljena za njihovo izdelavo).

Razvrstitev glede na surovine

Tudi bioplastiko lahko razvrstimo glede na izvor njihove surovine:

Bioplastika na osnovi škroba

Škrob je biopolimer, ki je sposoben absorbirati vodo in je za te bioplastike funkcionalen, dodajajo se plastifikatorji, ki zagotavljajo fleksibilnost (kot sorbitol ali glicerin)..

Poleg tega se mešajo z biološko razgradljivimi poliestri, polilaktično kislino, polikaprolaktoni, med drugim za izboljšanje njihovih mehanskih lastnosti in odpornosti proti razgradnji z vodo..

Bioplásticos, izdelan iz škrobne gospodarske surovine, bogate in obnovljive, imenujemo "termoplast iz škroba"..

So deformabilni materiali pri sobni temperaturi, topijo se pri segrevanju in strdi v stanju steklovino pri hlajenju. Lahko se ponovno segrejejo in predelajo, vendar s temi postopki spreminjajo svoje fizikalne in kemijske lastnosti.

So najpogosteje uporabljeni bioplastični tip in predstavljajo 50% bioplastike na trgu.

Bioplastika na osnovi celuloze

Celuloza je najpogostejša organska spojina v zemeljski biomasi, strukturna sestavina sten rastlinskih celic. Netopen je v vodi, etanolu in etru.

Bioplastike na osnovi celuloze so na splošno celulozni estri (celulozni acetat in nitroceluloza) in njihovi derivati ​​(celuloidi). S kemičnimi modifikacijami celuloze lahko postane termoplast.

Celuloza, ki je veliko manj hidrofilna (podobna vodi) kot škrob, proizvaja bioplastiko z izboljšanimi lastnostmi mehanske trdnosti, manjšo prepustnostjo za plin in večjo odpornostjo na razgradnjo vode..

Bioplastika na osnovi beljakovin

Bioplastiko je mogoče izdelati z beljakovinami, kot je mlečni kazein, pšenični gluten, sojin protein, med drugim.

Zlasti bioplastika iz sojinega proteina je zelo občutljiva za razgradnjo z vodo in je ekonomsko draga za proizvodnjo. Izdelava mešanic, ki so cenejše in bolj odporne, zdaj predstavlja izziv.

Bioplasti, pridobljeni iz lipidov

Bioplastiki (poliuretani, poliestri in epoksi smole) so sintetizirani iz rastlinskih in živalskih maščob, z lastnostmi, podobnimi tistim iz petroplastike.

Proizvodnja rastlinskih olj in poceni olja iz mikroalg je lahko zelo ugoden dejavnik za proizvodnjo te vrste bioplastike..

Na primer, bioplastika poliamid 410 (PA 410), se proizvaja z 70% olja iz sadja ricinusove tovarne (Ricinus comunis). Ta bioplastika ima visoko tališče (250 ° C)oC), nizka absorpcija vode in odpornost na različne kemične snovi.

Drug primer je poliamid 11 (PA 11), ki je proizveden iz rastlinskih olj, vendar ni biorazgradljiv.

Polihidroksialkanoati (PHA)

Obsežna vrsta bakterijskih vrst fermentira sladkorje in lipide, ki proizvajajo kot stranske proizvode, imenovane spojine polihidroksialkanoati (PHA), ki se hranijo kot vir ogljika in energije.

PHAs so netopne v vodi, biorazgradljive in nestrupene.

Bioplastika tipa PHAs proizvaja zelo trdna plastična vlakna, ki so biorazgradljiva. Predstavljajo zelo obetavno alternativo pri uporabi petropolimerjev za proizvodnjo medicinskih pripomočkov.

Polilaktična kislina (PLA)

Polilaktična kislina (PLA) je prozorna bioplastika, ki se proizvaja iz koruze ali dekstroze kot surovine.

Za njegovo proizvodnjo je treba škrob najprej pridobiti iz koruze ali drugega rastlinskega vira; iz tega se pridobi mlečna kislina, zahvaljujoč delovanju mikroorganizmov, in končno se uporabi kemijski proces (polimerizacija mlečne kisline) za pridobitev bioplastike.

PLA bioplastika je transparentna, ima majhno odpornost na udarce, ima termorezistentnost in pregradne lastnosti, kar preprečuje vstop zraka. Poleg tega so biorazgradljivi.

Bioplastika na osnovi poli-3-hidroksibutirata (PHB)

Poli-3-hidroksibutirat (PHB) je kemijsko sestavljen poliester, ki ga proizvajajo nekatere bakterije, ki presnavljajo glukozo in koruzni škrob.

PHB ima lastnosti, podobne petroplastičnemu polipropilenu (komercialno široko uporabljen), vendar je njegov strošek proizvodnje devetkrat večji, saj vključuje proizvodnjo biomase z dragimi viri ogljika..

Ta bioplastika lahko proizvaja prozorne folije, ima tališče 130 ° CoC in je popolnoma biorazgradljiv.

Biološki polietilen

Polietilen ima kot strukturno enoto etilenski monomer; ki jih lahko dobimo s kemično sintezo iz etanola kot surovine.

Etanol nastaja pri alkoholnem vrenju z mikroorganizmi, ki presnavljajo sladkorni trs, koruzo ali drugo.

Tako se lahko z združevanjem alkoholne fermentacije in kemične sinteze etilena in polietilena pridobi bioplastika, imenovana polietilen, pridobljen iz biološkega izvora..

Bioplastični polietilen je kemično in fizikalno enak petroplastični. Ni biorazgradljiva, vendar se lahko reciklira.

Polihidroksi uretani

V zadnjem času je bilo veliko zanimanja za proizvodnjo bioplastnih poliuretanov, brez visoko strupene snovi, imenovane izocianata.

Izocianat se pogosto uporablja v industrijskih proizvodnih procesih sintetičnih polimerov (poliuretani, ki se uporabljajo za gobasto plastiko, trde pene, laki, insekticide, lepila, eksplozivi, med drugim), tako v kmetijstvu kot v medicini..

Imenuje se kemijska metoda Navzkrižna polimerizacija polihidroksiuretanov, ki proizvaja popolnoma reciklabilno in prosto bioplastiko izocianata.

Industrijska proizvodnja bioplastike

Industrijska proizvodnja bioplastike obsega štiri temeljne korake:

  1. Pridobivanje surovin (biomasa).
  2. Sinteza polimerov.
  3. Modifikacija polimera v funkciji, da ima želene lastnosti v skladu s končnim izdelkom.
  4. Oblikovan iz bioplastike z visokotlačnimi ali nizkotlačnimi metodami, da se pridobi končna oblika.

Uporaba bioplastike

Trenutno obstaja malo komercialnih aplikacij bioplastike, saj so ekonomski stroški njihove proizvodnje in izboljšanje njihovih lastnosti še vedno problem za reševanje..

Izdelki za enkratno uporabo

Vendar se bioplastika že uporablja pri izdelavi številnih izdelkov za enkratno uporabo, kot so plastične vrečke, embalaža in embalaža za živila, jedilni pribor, kozarci in jedilne plastične posode..

Gradbeništvo in nizke gradnje

Bioplastiko škroba uporabljamo kot gradbeni material in bioplastiko, ojačano z nanovlakni v električnih instalacijah.

Poleg tega so bili uporabljeni pri pripravi bioplastični les za pohištvo, ki ga ne napadajo ksilofagne žuželke in ne gnijo z vlago.

Farmacevtske aplikacije

Izdelani so bili z bioplastičnimi kapsulami, ki vsebujejo droge in zdravila, ki se sproščajo počasi. Tako se biološka uporabnost zdravil regulira skozi čas (odmerek, ki ga bolnik prejme v določenem času)..

Medicinske aplikacije

Za zaščito ran, inženiring kostnega tkiva in regeneracijo človeške kože smo izdelali bioplastiko celuloze, ki se uporablja v vsadkih, tkivni inženiring, hitin bioplastiko in hitosan..

Izdelana je bila tudi bioplastika iz celuloze za biosenzorje, zmesi s hidroksiapatitom za izdelavo zobnih vsadkov, bioplastnih vlaken v kateterih, med drugim..

Zračni, pomorski in kopenski promet ter industrija

Uporabljene so bile trde pene na osnovi rastlinskih olj (bioplastike) v industrijskih in transportnih napravah; avtomobilski deli in deli za vesoljsko industrijo.

Elektronske komponente mobilnih telefonov, računalnikov, avdio in video naprav so bile izdelane tudi iz bioplastike.

Kmetijstvo

Bioplastični hidrogeli, ki absorbirajo in zadržujejo vodo in jo lahko počasi izpuščajo, so koristni kot zaščitne obloge gojene zemlje, ohranjajo njeno vlažnost in spodbujajo rast kmetijskih nasadov v suhih regijah in v redkih deževnih sezonah..

Reference

  1. Chen, G. in Patel, M. (2012). Plastika, pridobljena iz bioloških virov: sedanjost in prihodnost. Tehnični in okoljski pregled. Kemijske ocene. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Priročnik za bioplastiko in biokompozite. (2011). Urednik Srikantha Pilla. Salem, ZDA: Scrivener Publishing LLC. Izkazalo jo je John Wiley in sinovi.
  3. Lampinen, J. (2010). Trendi v bioplastiki in biokompozitih. VTT raziskovalne opombe. Tehnično raziskovalno središče Finske. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. in Doane, W. (1993). Razvoj plastike na osnovi škroba: ponovna preučitev izbranih polimernih sistemov v zgodovinski perspektivi. Škrob 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Terminologija za biološke polimere in aplikacije (priporočila IUPAC). Čista in uporabna kemija. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04