Биопластични характеристики, видове, производство и употреба



на биопластмаса те са пластмасови полимерни материали, получени от суровини от биологичен произход, т.е. от възобновяеми природни ресурси, като например биомасата на скорбяла, целулоза, млечна киселина, мазнини, растителни и животински протеини, и др..

Терминът биопластика се използва за разграничаване на тези материали от биологичен произход, от петропласти, които се синтезират от нефтопродукти..

Пластмасите са лесно формовани материали, които могат да се деформират, без да проникват в повече или по-малко широк диапазон от условия; поради тази причина те са материали с голяма гъвкавост.

Повечето пластмаси се произвеждат от суровини, извлечени от нефт. Тези петропластики идват от добива и рафинирането на нефт, който е невъзобновяем, ограничен и изчерпаем природен ресурс.

Освен това, нефтепластиците не са биоразградими и пораждат сериозни екологични проблеми, като т.нар. "Пластмасови острови и супи" в океаните. Те причиняват масови смъртни случаи на риби и морски птици, дължащи се на замърсяването на морето и въздуха от пластмасови микрочастици в суспензия, от тяхното физическо разграждане..

Освен това, изгарянето на петропласти създава силно токсични емисии.

За разлика от petroplastics, повечето биопластмаси могат да бъдат напълно биоразградими и да не замърсяват околната среда. Те дори могат да благоприятстват динамиката на екосистемите.

индекс

  • 1 Характеристики на биопластмасите
    • 1.1 Икономическо и екологично значение на биопластмасите
    • 1.2 Биоразградимост
    • 1.3 Ограничения на биопластмасите
    • 1.4 Подобряване на свойствата на биопластмасите
  • 2 вида (класификация)
    • 2.1 Класификация според нейната подготовка
    • 2.2 Класификация според суровината
  • 3 Промишлено производство на биопластмаси
  • 4 Използване на биопластмаси
    • 4.1 Изделия за еднократна употреба
    • 4.2 Строителство и строителство
    • 4.3 Фармацевтични приложения
    • 4.4 Медицински приложения
    • 4.5 Въздушен, морски и сухопътен транспорт и промишленост
    • 4.6 Земеделие
  • 5 Препратки

Характеристики на биопластмасите

Икономическо и екологично значение на биопластмасите

Напоследък се появяват повече научни и промишлени интереси за производство на пластмаси от възобновяеми суровини и биоразградими.

Това се дължи на факта, че световните петролни запаси свършват и че има по-голяма осведоменост за сериозните екологични щети, причинени от петропластиката..

С нарастващото търсене на пластмаси на световния пазар, търсенето на биоразградими пластмаси също се увеличава.

биоразградимост

Отпадъците от биоразградими биопластмаси могат да бъдат третирани като органични отпадъци, с бързо и незамърсяващо разграждане. Например, те могат да се използват като почвени изменения в компостирането, тъй като те се рециклират естествено чрез биологични процеси.

Ограничения на биопластмасите

Производството на биоразградими биопластмаси е изправено пред големи предизвикателства, тъй като биопластмасите имат по-лоши свойства за петропластиката и прилагането му, въпреки че расте, е ограничено.

Подобряване на свойствата на биопластмасите

За подобряване на свойствата на биопластмасите се разработват смеси от биополимери с различни видове добавки като въглеродни нанотръби и естествени влакна, модифицирани чрез химични процеси.

Като цяло, добавките, приложени към биопластмасите, подобряват свойствата като:

  • Твърдост и механична устойчивост.
  • Бариерни свойства срещу газове и вода.
  • Термоустойчивост и термоустойчивост.

Тези свойства могат да бъдат проектирани в биопластиката чрез химични методи за получаване и обработка.

Видове (класификация)

Класификация според вашата подготовка

Биопластиката може да се класифицира според техния начин на приготвяне в:

  • Биопластмаси, чийто синтез е направен от полимерна суровина, извлечена директно от биомаса.
  • Биопластика, получена чрез синтез по биотехнологични пътища (с използване на естествени или генетично модифицирани микроорганизми).
  • Биопластика, получена чрез класически химически синтез, като се започне от биологични мономери (които биха били тухли, използвани за тяхното изграждане).

Класификация според суровината

Също така биопластмасите могат да се класифицират според произхода на суровината им:

Биопластика на базата на нишесте

Нишестето е биополимер, способен да абсорбира вода и за тези биопластмаси са функционални, те се добавят пластификатори, които осигуряват гъвкавост (като сорбитол или глицерин).

В допълнение, те се смесват с биоразградими полиестери, полимлечна киселина, поликапролактони, между другото, за подобряване на техните механични свойства и устойчивост на разграждане с вода..

Биопластиките, произведени от нишесте като икономическа суровина, обилно и възобновяемо, наричат ​​"термопластична нишесте".

Те са деформируеми материали при стайна температура, стопяват се при нагряване и втвърдяват в състояние стъкловиден при охлаждане. Те могат да бъдат повторно нагрявани и премоделирани, но те се подлагат на промени в техните физични и химични свойства с тези процедури.

Те са най-използваният биопластичен тип и съставляват 50% от биопластмасите на пазара.

Биопластика на база целулоза

Целулозата е най-разпространеното органично съединение в земната биомаса, структурна съставна част на стените на растителните клетки. Той е неразтворим във вода, етанол и етер.

Биопластмасите на базата на целулоза обикновено са целулозни естери (целулозен ацетат и нитроцелулоза) и техните производни (целулоиди). Чрез химически модификации на целулозата, тя може да стане термопластична.

Целулозата, която е много по-малко хидрофилна (подобна на вода), отколкото скорбялата, произвежда биопластмаси с подобрени свойства на механична якост, по-ниска пропускливост на газ и по-голяма устойчивост на разграждане на водата..

Биопластика на базата на протеин

Възможно е биопластмасите да се използват като протеини като млечен казеин, пшеничен глутен, соев протеин и др.

По-специално, биопластмасата от соев протеин е много податлива на разграждане с вода и е икономически скъпа за производство. Разработването на смеси, които са по-евтини и по-устойчиви, в момента представлява предизвикателство.

Биопласти, получени от липиди

Биопластиките (полиуретани, полиестери и епоксидни смоли) са синтезирани от растителни и животински мазнини със свойства, подобни на тези на петропластиката.

Производството на растителни масла и евтини масла от микроводорасли може да бъде много благоприятен фактор за производството на този вид биопластмаси..

Например, биопластмасата полиамид 410 (PA 410), той се произвежда със 70% масло от плодовете на растението рициново (Ricinus comunis). Тази биопластмаса има висока точка на топене (250%)илиC), ниска абсорбция на вода и устойчивост на различни химически агенти.

Друг пример е полиамид 11 (PA 11), който се произвежда от растителни масла, но не е биоразградим.

Полихидроксиалканоати (PHA)

Голямо разнообразие от бактериални видове ферментира захари и липиди, произвеждайки като странични продукти, наречени съединения полихидроксиалканоати (PHAs), които се съхраняват като източник на въглерод и енергия.

PHAs са неразтворими във вода, биоразградими и нетоксични.

Биопластмасите от типа PHAs, произвеждат доста твърди пластмасови влакна, които са биоразградими. Те представляват многообещаваща алтернатива, що се отнася до използването на петрополимери, за производството на медицински изделия.

Полимолочна киселина (PLA)

Полилактичната киселина (PLA) е прозрачна биопластика, която се произвежда от царевица или декстроза като суровина.

За производството му нишестето първо трябва да бъде извлечено от царевица или друг растителен източник; впоследствие млечна киселина се получава от това благодарение на действието на микроорганизми и накрая се прилага химичен процес (полимеризация на млечна киселина) за получаване на биопластика.

PLA биопластмасите са прозрачни, имат ниска устойчивост на удари, притежават термосъпротивителни и бариерни свойства, блокирайки навлизането на въздух. Освен това те са биоразградими.

Биопластика на базата на поли-3-хидроксибутират (PHB)

Поли-3-хидроксибутират (PHB) е химически състав от тип полиестер, произведен от някои бактерии, които метаболизират глюкозата и царевичното нишесте.

PHB има свойства, подобни на петропластичния полипропилен (широко използван в търговската мрежа), но производствените му разходи са девет пъти по-високи, тъй като включват производството на биомаса със скъпи източници на въглерод..

Тази биопластмаса може да произвежда прозрачни филми, има точка на топене 130 ° СилиC и е напълно биоразградим.

Биополиетилен

Полиетиленът има етиленов мономер като структурна единица; които могат да бъдат получени чрез химичен синтез, започвайки от етанол като суровина.

Етанолът се произвежда при алкохолна ферментация от микроорганизми, които метаболизират захарната тръстика, царевицата или други.

По този начин, комбинирайки алкохолна ферментация и химичен синтез на етилен и полиетилен, може да се получи биопластмаса, наречена полиетилен, получен от биологично производство..

Биопластичният полиетилен е химически и физически идентичен с петропластика. Той не е биоразградим, но може да бъде рециклиран.

Полихидроксиуретани

Напоследък има голям интерес към производството на биопластични полиуретани, които не съдържат високо токсично съединение, наречено изоцианат.

Изоцианатът се използва широко в процесите на промишлено производство на синтетични полимери (полиуретани, прилагани върху порести пластмаси, твърди пени, лакове, инсектициди, лепила, взривни вещества), както в селското стопанство, така и в медицината.

Нарича се химически метод Кръстосана полимеризация на полихидроксиуретани, която произвежда напълно рециклируеми и свободни биопластмаси изоцианат.

Промишлено производство на биопластмаси

Промишленото производство на биопластмаси включва 4 основни стъпки:

  1. Получаване на суровината (биомаса).
  2. Синтез на полимери.
  3. Модифициране на полимера в зависимост от желаните свойства съгласно крайния продукт, който трябва да бъде разработен.
  4. Формовани от биопластика чрез методи с високо или ниско налягане, за да се получи необходимата окончателна форма.

Използване на биопластмаси

Понастоящем има малко търговски приложения на биопластмаси, тъй като икономическите разходи за тяхното производство и подобряването на техните свойства все още представляват проблеми за решаването им..

Елементи за еднократна употреба

Въпреки това, биопластмасите вече се използват в производството на много продукти за еднократна употреба, като например найлонови торби, опаковъчни съдове и опаковки за храна, прибори за хранене, чаши и ядливи пластмасови съдове..

Строителство и строителство

Биопластмасите от нишесте се използват като строителни материали и биопластмаси, подсилени с нановолокни в електрически инсталации.

В допълнение, те са били използвани при приготвянето на биопластични гори за мебели, които не са атакувани от ксилофаги и не се гние с влага.

Фармацевтични приложения

Те са направени с биопластични капсули, съдържащи лекарства и лекарствени средства, които се освобождават бавно. Така, бионаличността на лекарствата се регулира с течение на времето (дозата, получена от пациента за определено време).

Медицински приложения

Бяха произведени целулозни биопластмаси, приложими в импланти, тъканно инженерство, хитин биопластика и хитозан, за защита на рани, инженеринг на костна тъкан и регенерация на човешката кожа..

Бяха произведени и биопластмаси от целулоза за биосензори, смеси с хидроксиапатит за производство на зъбни импланти, биопластични влакна в катетри и др..

Въздушен, морски и сухопътен транспорт и промишленост

Използвани са твърди пенопласти на основата на растителни масла (биопластмаси), както в промишлени, така и в транспортни средства; авточасти и части за космическата индустрия.

Електронни компоненти на клетъчни телефони, компютри, аудио и видео устройства също са произведени от биопластмаси.

селското стопанство

Биопластичните хидрогелове, които абсорбират и задържат водата и могат да я освобождават бавно, са полезни като защитни покрития на култивираната почва, поддържайки влажността и благоприятстващи растежа на земеделските насаждения в сухите райони и в оскъдни дъждовни сезони..

препратки

  1. Chen, G. and Patel, M. (2012). Пластмаси, получени от биологични ресурси: настояще и бъдеще. Технически и екологичен преглед. Химически прегледи. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Наръчник по биопластика и биокомпозит. (2011 г.). Редактор на Srikanth Pilla. Салем, САЩ: Scrivener Publishing LLC. Описани от Джон Уайли и синове.
  3. Lampinen, J. (2010). Тенденции в биопластиката и биокомпозитите. VTT Research Notes. Център за технически изследвания във Финландия. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. and Doane, W. (1993). Разработване на пластмаси на основата на нишесте: преразглеждане на избрани полимерни системи в историческа перспектива. Нишесте. 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Терминология за биологични полимери и приложения (препоръки по IUPAC). Чиста и приложна химия. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04