Биоразлагаемый пластик: варианты его производства, применения

Биоразлагаемый пластик – это материал, который наносит меньший ущерб окружающей среде, когда подвергается переработке и утилизации. Он полностью или частично разлагается микроорганизмами, чьи ферменты разрушают полимерные цепи материала на мелкие части и за меньшее время.

Вред обычного пластика

Пластик – самый популярный материал на планете, который образует значительный объем неперерабатываемого мусора.

Существует несколько способов решения этой проблемы:

• повторное использования;
• переработка;
• производство биоразлагаемых пластиков.

Что такое биоразлагаемый пластик

Биоразлагаемые столовые приборы

Биоразлагаемость – это свойство, связанное с химической структурой материала, которое не зависит от происхождения полимера. Процесс биодеградации включает разложение материала воздействием микроорганизмов (например, бактерии, грибы), что приводит к образованию воды, диоксида углерода, метана и не представляет опасности для окружающей среды.

. Такими продуктами могут быть:

• кукуруза;
• картофель;
• пшеница.

Такие материалы сами по себе могут выполнять процесс биодеградации, становиться природными веществами, реинтегрировать естественный цикл углерода.

Технология производства

Производство биоразлагаемого пластика использует органическое сырье, которое получают из возобновляемых источников или ежедневных отходов, например, бананов, целлюлозы, бобовых, полисахаридов, соевого масла или картофельного крахмала. Эти материалы могут разрушаться микроорганизмами.

.

Технология производства предполагает привлечение диоксида углерода (CO2) в качестве источника углерода. Углеродные «кирпичи» для создания полимерной цепи берутся непосредственно из одного из газов, которые составляют атмосферу.

В этом процессе также используются:

• свекольная патока;
• сахарный тростник;
• отходы фруктов;
• отходы картофеля;
• глицерин.

Синтетические полимеры с катализаторами

Существуют такие виды полимеров:

• эпоксидные смолы – это одна из самых успешных групп пластика, которая существует более 50 лет. Их физическое состояние может изменятся с жидкости с низкой вязкостью на твердые вещества с высокой температурой плавления;
  

  Эпоксидная смола под микроскопом

• пенопласт (пенополистирол) – один из наиболее широко используемых товарных полимеров;
• фторполимеры – это семейство высокоэффективных пластиков. Самый известный член этого семейства – политетрафторэтилен, инертен практически ко всем химическим веществам;
• полиолефины – это семейство полиэтиленовых и полипропиленовых термопластов. Они в основном изготавливаются из нефти и газа в процессе полимеризации этилена и пропилена;
• полистирол – это синтетический ароматический полимер, который состоит из мономерного стирола, жидкого нефтяного химиката;
• полиуретан – это прочный, гибкий и долговечный обрабатываемый материал;
• поливинилхлорид (ПВХ) – один из первых открытых и самых популярных видов пластика;
• термопласты определяются как полимеры, которые плавятся и формируются практически до бесконечности;
• термореактивный, или закаленный пластик – это синтетический материал, который подвергается химическому изменению при обработке.

Натуральные полимеры

Разработка биопластичных материалов

Производство биоразлагаемого пластика может использовать такие натуральные полимеры:

Полимолочная кислота (PLA, полилактид) химическая структура

• крахмал – относится к углеводам, встречается в виде гранул крахмала на многих растениях. Из-за их доступности и цены, полимеры на основе крахмала лидируют в производстве;
• целлюлоза – также относится к углеводам, составляет основу клеточных стенок растений. Это доступное, наиболее распространенное органическое соединение. Целлюлоза в основном используется в бумажной промышленности;
• молочная кислота – промежуточный продукт, полученный путем ферментации патоки или ферментации сахара и крахмала. Биополимер, полученный из молочной кислоты, характеризуется прочностью, устойчивостью к ультрафиолетовому излучению;
• полигидроксиалканоаты – образуются как резерв бактерий в процессе ферментации сахара или жиров. Они деформируемые, эластичные, устойчивые к ультрафиолетовому излучению.

Основные производители

Основные производители биоразлагаемого пластика:

• Bio-on SpA – итальянская компания, которая работает в международном масштабе. Компания Bio-on лицензирует и производит самые инновационные материалы благодаря деятельности в области прикладных исследований, разработок технологий био-ферментации;
• Plantic. Основное сырье, которое использует Plantic Technology Ltd – это натуральный крахмал с высоким содержанием амилозы, полученный из кукурузы;
• Rodenburg предлагает биоразлагаемые полимеры для замены пластика на нефтяной основе. Их продукция производится на основе картофельного крахмала;
• NatureWorks производят новый пластиковый материал из волокон с уникальными свойствами, которые начинаются с парниковых газов. Компания использует растения для превращения парниковых газов в сахара, которые можно ферментировать;
• Cereplast производит био-смолы, которые можно использовать в качестве заменителей пластиков на нефтяной основе.

Преимущества и недостатки

Экологический интерес

Преимущество использования этого материала перед полиэтиленом – улучшение влияния продукта на окружающую среду. Другие его преимущества:

• сокращение выбросов парниковых газов;
• экономия ископаемых ресурсов;
• возможность использовать локальный ресурс;
• валоризация побочных продуктов.

Технические преимущества

Биоразлагаемый пластик имеет такие технические преимущества:

• внутренние свойства: полиэтиленфураноат (ПЭФ) – пример преимуществ, которые достигаются с использованием биопластика. Это новый полимер, который появится на рынке в 2020 году;
• биологический распад: это свойство позволяет привнести новые функции.
  Основной пример – мульчирующая пленка для сельского хозяйства: ее функция – регулирование температуры почвы при поддержании относительной влажности, что способствует лучшему росту растительности;
• новые функции: отпугивание вредителей и насекомых, питание растений.

Маркетинговые и коммуникационные преимущества

Биоразлагаемый пластик:

• отвечает на потребительский спрос;
• создает позитивный имидж компании;
• делает продукт более привлекательным.

Недостатки материала сосредоточены вокруг нескольких ключевых наблюдений:

• опасность: не существует юридически обязывающего или общепринятого определения биоразлагаемости, которое точно определяет период, условия или степень деградации;
• термин «компостируемый», как правило, относится только к промышленной компостируемости.
  Не рекомендуется домашнее компостирование биопластика, поскольку необходимые условия не выполняются;
• биоразлагаемому пластику нет места в окружающей среде.
  Мельчайшие остатки пластика – микропластик – почти всегда остаются и накапливаются в окружающей среде.

Сферы применения

Материал может использоваться в таких сферах:

• в сельском хозяйстве – его можно смешивать в почве со слоями мульчи и семян;
• в медицине – может быть полезен для изготовления рассасывающихся швов, микроустройств или капсул, которые разлагаются внутри тела.
• для изготовления биопластичной упаковки – эта упаковка может быть разложена раньше, чем обычная;

Они востребованы в секторах, где это свойство разлагаемости может быть их техническим преимуществом, например:

• в сельском хозяйстве;
• в садоводстве;
• в лесном хозяйстве.

Маркировка биоразлагаемой продукции

Cимволы переработки пластика

Биоразлагаемая продукция может иметь такую маркировку:

• биоразлагаемые, компостируемые этикетки. Эти прозрачные этикетки наклеиваются на бутылки или банки с пищевыми продуктами и косметикой;
• белые биоразлагаемые пленочные этикетки, устраняющие прозрачность продукта. Ими обычно маркируют свежие фруктовые соки в бутылках;
• бумажные этикетки с биоразлагаемым, компостируемым биоадгезивом. Эта клейкая бумага содержит 95% сахарного тростника, льна и конопли.

Методы утилизации

Биоразлагаемые пластики могут подвергаться тем же процессам трансформации и утилизации, которые позволяют создавать широкий спектр предметов, например:

• жесткие предметы небольшой толщины, из которых изготавливаются лотки, подносы, блистеры перерабатывают с помощью технологии термоформования плит;
• листы из пеноматериала, которые можно разрезать до нужных форм и размеров;
• вспененные наполнители для одноразовой упаковки, которые обладают амортизирующими свойствами, способностью адаптироваться к различным формам, полностью аналогичные пенополистиролу;
• объекты, отформованные с помощью литьевых прессов: расплавленный материал при температуре, позволяющей ему скользить, подается в пресс-форму под высоким давлением.

Процесс и скорость разложения полимеров

Сильные стороны полимеров, такие как стабильность, стойкость, инерция, представляют опасность для экосистемы, загрязненной пластиковыми отходами.

При преобразовании более крупных деталей в макроскопические они распадаются, часто под механическим воздействием, на большее число мелких частиц. Различия фрагментации (механической), разложения (химической), выветривания (физической) и биотической деградации полимеров:

• в случае фрагментации часть размером 1 см³ распадается на 1000 фрагментов размером 1 мм, а затем в 1 миллион частиц размером 100 мкм. Процесс происходит до тех пор, пока исходный пластик не станет невидимым для человеческого глаза;
• физическое выветривание также описывает распад на более мелкие фрагменты без существенных изменений. В процессе присутствуют такие факторы, как температура, давление, которые разрушают материал;
• в случае химического разложения полимеры реагируют в зависимости от pH, солености или ультрафиолетового излучения, с другими веществами или, если они полностью разложены, с конечными продуктами, такими как CO², нитраты, вода;
• биотическую деградацию стимулирует энергетический обмен организмов – источник углерода. Метаболизм приводит к полной деградации органических молекул.