Bioplastični, kako se pojavljajo, vrste, prednosti, slabosti

The Bioplastična So kateri koli material, ki temelji na polimerih petrokemičnega ali biomasnega izvora, ki so biološko razgradljivi. Podobno kot tradicionalne plastike, sintetizirane iz olja.

Po njegovem izvoru lahko bioplastiko dobimo iz biomase (biobasados) ali pa je petrokemičnega izvora. Po drugi strani pa glede na njihovo stopnjo razgradnje obstajajo biološko razgradljivi in ​​ne -biodegradivni bioplastiki.

Pokrito iz biorazgradljivega škroba poliester. Vir: Scott Bauer [javna domena]

Porast bioplastike nastane kot odgovor na neprijetnosti, ki jih povzroča običajna plastika. Med njimi je mogoče opozoriti na kopičenje ne -biodegradne plastike v oceanih in odlagališčih.

Po drugi strani imajo običajna plastika visok ogljični odtis in visoko vsebnost strupenih elementov. Po drugi strani imajo bioplastika več prednosti, saj ne proizvajajo strupenih elementov in so na splošno biološko razgradljivi in ​​reciklirani.

Med glavnimi pomanjkljivostmi bioplastike je mogoče opozoriti na visoke proizvodne stroške in nižjo odpornost. Poleg tega so nekatere uporabljene surovine potencialna hrana, ki odpira ekonomski in etični problem.

Nekaj ​​primerov bioplastičnih predmetov so biološko razgradljive vrečke, pa tudi deli vozil in mobilnih telefonov.

[TOC]

Bioplastične značilnosti

Ekonomski in okoljski pomen bioplastike

Različni utilitarni predmeti, narejeni z bioplastiko. Vir: Hwaja Götz [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)], prek Wikimedia Commons

V zadnjem času se je pojavilo več znanstvenega in industrijskega interesa pri proizvodnji plastike iz obnovljivih surovin in so biorazgradljive.

To je zato, ker so svetovne rezerve nafte izčrpane in da je večja ozaveščena glede na resno okoljsko škodo, ki jo povzroča petroplastična.

Z naraščajočim povpraševanjem po plastiki na svetovnem trgu se tudi povpraševanje po biološko razgradljivi plastiki povečuje.

Biološka razgradnja

Biološko razgradljive bioplastične odpadke lahko obravnavamo kot organske odpadke, hitre in ne -škodljive degradacije. Na primer, lahko jih uporabimo kot spremembe tal pri kompostiranju, saj jih biološki procesi seveda reciklirajo.

Bioplastična z nešteto komercialnih uporabe. Vir: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/Deed.v)], prek Wikimedia Commons

Bioplastične omejitve

Proizvodnja biorazgradljive bioplastike se sooča z velikimi izzivi, saj ima bioplastika nižje lastnosti in njihovo uporabo, čeprav se povečuje, je omejena.

Izboljšanje bioplastičnih lastnosti

Za izboljšanje bioplastičnih lastnosti se razvijajo biopolimeri z različnimi vrstami aditivov, kot so ogljikove nanocevke in naravna vlakna, spremenjena s kemičnimi procesi.

Na splošno dodatki, ki se uporabljajo za bioplastiko, izboljšujejo lastnosti, kot so:

• Togost in mehanska odpornost.
• Lastnosti plinov in vodne pregrade.
• Termorestabilnost in termostabilnost.

Te lastnosti so lahko zasnovane v bioplastiku z metodami kemičnih priprav in obdelave.

Kako so bioplastika?

Bioplastika za pakiranje termoplastičnega škroba. Vir: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

-Kratka zgodovina

Bioplastika je pred konvencionalno sintetično plastiko, ki izhaja iz olja. Uporaba polimerov rastlinske ali živalske snovi za proizvodnjo plastičnega materiala iz 18. stoletja z uporabo naravnega guma (Hevea lateks brasiliensis).

Prvo bioplastiko, čeprav tega poimenovanja ni bilo dano, je leta 1869 razvil John Wesley Hyatt Jr., ki je proizvajal plastiko, pridobljeno iz bombažne celuloze kot nadomestek slonovine. Tudi ob koncu 19. stoletja je bil uporabljen mlečni kazein za bioplastično proizvodnjo.

Ford Company je v 40. letih raziskal alternative za uporabo rastlinskih surovin za izdelavo delov svojih avtomobilov. To raziskovalno linijo so vodile z omejitvami uporabe jekla z vojno.

Kot rezultat tega je podjetje leta 1941 razvilo avtomobilski model s karoserijo, zgrajenim iz derivatov, predvsem iz soje. Vendar po koncu vojne te pobude ni bilo nadaljevanje.

Do leta 1947 se pojavi prvi tehnični bioplastični, Poliamid 11 (Rilsan kot komercialna blagovna znamka). Kasneje so se v 90. letih PLA (poliaktična kislina), PHA (polihidroksialcanoati) in plastizirani škrobi.

-Surovina

Biobasado bioplastika je tista, ki so narejena iz rastlinske biomase. Trije osnovni viri surovin biobasi so naslednji.

Naravni polimeri biomase

Naravne polimere lahko uporabljajo neposredno izdelane rastline, na primer škrob ali sladkorja. Na primer, "krompirjeva plastika" je biološko razgradljiva bioplastika, narejena iz krompirjevega škroba.

Polimeri, sintetizirani iz monomerov biomase

Druga alternativa je sinteza polimerov iz monomerov, pridobljenih iz rastlinskih ali živalskih virov. Razlika med to potjo in prejšnjo je, da je tu potrebna vmesna kemična sinteza.

Vam lahko služi: kompost: materiali, izdelava, vrste, uporabe

Na primer, bio-PE ali zeleni polietilen nastane iz etanola, pridobljenega iz sladkornega trsa.

Bioplastika se lahko pojavi tudi iz živalskih virov, kot so glikozaminoglikani (GAG), ki so beljakovine jajčne lupine. Prednost tega proteina je, da omogoča pridobivanje bolj odporne bioplastike.

Biotehnologija, ki temelji na bakterijskih pridelkih

Drug način za proizvodnjo polimerov za bioplastiko je z biotehnologijo z bakterijskimi pridelki. V tem smislu veliko bakterij sintetizira in shranjuje polimere, ki jih je mogoče izvleči in predelati.

Za to se bakterije v ustreznih kulturnih medijih množično gojijo in nato predelajo za čiščenje specifičnega polimera. Na primer, PHA (polihidroksialkanoati) sintetizirajo različni bakterijski žanri, ki rastejo v presežku ogljika in brez dušika ali fosforja.

Bakterije shranjujejo polimer v obliki zrnc v citoplazmi, ki se ekstrahirajo s predelavo bakterijskih mas. Drug primer je PHBV (polihidroksibutilvalerat), ki ga dobimo iz bakterij, ki se hranijo s sladkorji, pridobljenimi iz rastlinskih ostankov.

Največja omejitev bioplastike.

Kombinacija naravnega polimera in biotehnološkega polimera

Univerza v Ohiu je razvila precej odporno bioplastično, ki je združevala naravno kavčuk z bioplastičnim PHBV, organskim peroksidom in trimetilpropanom trihakrilatom (TMPTA).

-Proces produkcije

Bioplastiko dobimo z različnimi procesi, odvisno od surovin in želenih lastnosti. Bioplastiko lahko dobimo z osnovnimi procesi ali bolj zapletenimi industrijskimi procesi.

Osnovni postopek

Kuhanje in oblikovanje je mogoče narediti v primeru uporabe naravnih polimerov, kot sta koruza ali krompirjev škrob.

Tako je osnovni recept za izdelavo bioplastike mešanje koruznega škroba ali krompirjevega škroba z vodo, dodajanje glicerina. Nato je ta mešanica podvržena kuhanju, dokler se ne zgosti, se oblikuje in pusti, da se posuši.

Procesi srednje kompleksnosti

V primeru bioplastike, ki nastanejo s polimeri, sintetiziranimi iz monomerov biomase, so procesi nekoliko bolj zapleteni.

Na primer, bio-peer, pridobljen iz etanola sladkornega trsa, zahteva vrsto korakov. Prva stvar je, da s fermentacijo in destilacijo izvlečete trsni sladkor za pridobitev etanola.

Nato se etanol dehidrira in dobimo etilen, ki ga je treba polimerizirati. Nazadnje se s stroji za termoformirajo predmeti, ki temeljijo na tej bioplastiki.

Zapleteni in dražji procesi

Ko se sklicujemo na bioplastiko, ki nastane iz polimerov, pridobljenih z biotehnologijo, se zapletenost in stroški povečajo. To je zato, ker bakterijske kulture, ki zahtevajo posebna sredstva za kulturo in rasti.

Ta postopek temelji na nekaterih bakterijah, ki proizvajajo naravne polimere, ki so sposobni shraniti znotraj. Zato se na podlagi ustreznih prehranskih elementov ti mikroorganizmi gojijo in predelajo za pridobivanje polimerov.

Iz nekaterih alg, kot je lahko izdelate tudi bioplastiko Botryococcus Braunii. Ta mikroalga lahko proizvede in celo izloči polovico ogljikovodika, iz katerega dobimo goriva ali bioplastika.

-Izdelava izdelkov na osnovi bioplastike

Osnovno načelo je oblikovanje predmeta, zahvaljujoč plastičnim lastnostim te spojine z uporabo tlaka in toplote. Obdelava poteka z ekstrudiranjem, injiciranjem, injiciranjem in pihanjem, predoblikovanjem in udarcem termokonform in na koncu se ohladi.

Fantje

Embalaža iz celuloznega acetata. Vir: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Pristopi k klasifikaciji bioplastik so raznoliki in niso izvzeti iz polemike. Vsekakor so merila, ki temeljijo na definiranju različnih vrst, izvor in stopnja razgradnje.

-Izvor

Po splošnem pristopu lahko bioplastiko razvrstijo po izvoru iz biobasadosa ali ne -bibasados. V prvem primeru se polimeri pridobijo iz rastlinske, živalske ali bakterijske biomase in so zato obnovljivi viri.

Bioplastični bioplastiki, ki niso v Biobasadu, so tisti, ki nastanejo s polimeri, sintetiziranimi iz olja. Vendar pa nekateri strokovnjaki, ko prihajajo iz neobnovljivega vira, menijo, da jih ne bi smeli obravnavati kot bioplastiko.

-Raven razgradnje

Glede stopnje razgradnje je bioplastika lahko biološko razgradljiva ali ne. Biodegradiranja se razdelijo na razmeroma kratka obdobja (dnevi nekaj mesecev), saj so podvrženi ustreznim pogojem.

Po drugi strani se ne -biodegradna bioplastika obnaša kot običajna plastika petrokemičnega izvora. V tem primeru se obdobje razgradnje meri v desetletjih in do stoletjih.

Glede tega kriterija obstaja tudi polemika, saj nekateri učenjaki menijo, da mora biti resnična bioplastična biorazgradljiva.

Lahko vam služi: kakšen je vpliv človeške dejavnosti na izumrtje nekaterih skupin živih bitij

-Izvor in biološka razgradnja

Ko se dva predhodna merila (izvor in stopnja razgradnje) združita, lahko bioplastiko razvrstimo v tri skupine:

1. Iz obnovljivih surovin (Biobasado) in biološko razgradljivosti.
2. Tiste, pridobljene iz obnovljivih surovin (biobase), vendar niso biološko razgradljive.
3. Pridobljeno iz surovin petrokemičnega izvora, ki so biološko razgradljive.

Pomembno je poudariti, da mora biti polimer obravnavati kot bioplastiko.

Biobasados-BioDogradiables

Med biobastirano in biorazgradljivo bioplastiko imamo polilaktično kislino (PLA) in polihidroksialkanoat (PHA). PL je ena najbolj uporabljenih bioplastik in ga dobimo večinoma iz koruze.

Ta bioplastika ima podobne lastnosti kot tereftalatni polietilen (PET, običajna plastika poliesterjev), čeprav je manj odporna na visoke temperature.

PHA ima spremenljive lastnosti, odvisno od specifičnega polimera, ki ga predstavlja. Dobimo ga iz rastlinskih ali biotehnoloških celic iz bakterijskih pridelkov.

Te bioplastike so zelo občutljive na pogoje obdelave in njihovi stroški so do desetkrat večji od običajne plastike.

Drug primer te kategorije je PHBV (polihidroksibutilvalerat), ki ga dobimo iz rastlinskih ostankov.

Biobasados-ne biološko razgradljivo

V tej skupini imamo biopolitično (Bio-PE), z lastnostmi, podobnimi lastnosti običajnega polietilena. Bio-Pet ima značilnosti, podobne polietilen tereftalatu.

Obe bioplastiki sta običajno izdelani iz sladkornega trsa, ki dobiva bioetanol kot vmesni izdelek.

V to kategorijo spada tudi bio-poliamid (PA), ki je reciklirana bioplastika z odličnimi lastnostmi toplotne izolacije.

-Ne Biobasados-BioDogradiables

Biodegradibility je povezana s kemijsko strukturo polimera in ne z vrsto uporabljene surovine. Zato lahko biološko razgradljivo plastiko dobimo iz olja z ustrezno predelavo.

Primer te vrste bioplastike so polikaprolaktonas (PCL), ki se uporabljajo pri proizvodnji poliuretanov. To je bioplastika, pridobljena iz naftnih derivatov, pa tudi sesanje polibutilena (PBS).

Prednosti

Sladki ovoj iz PLA (polikatna kislina). Vir: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/Deed.v)]

So biološko razgradljivi

Čeprav niso vsi bioplastiki biološko razgradljivi, je resnica, da je za mnoge to njihova temeljna značilnost. Pravzaprav je iskanje te nepremičnine eden temeljnih motorjev porasta bioplastike.

Običajna plastika, ki izhaja iz nafte in ne -biodegradne, traja sto in do tisoč let v razpadu. Ta situacija predstavlja resen problem, saj so odlagališča in oceani napolnjeni s plastiko.

Zato je biološka razgradljivost zelo pomembna prednost, saj se lahko ti materiali razgradijo v tednih, mesecih ali nekaj letih.

Ne onesnažujejo okolja

Ker so biološko razgradljivi materiali, bioplastika ustavi prostor kot smeti. Poleg tega imajo dodatno prednost, da v večini primerov ne vsebujejo strupenih elementov, ki lahko sprostijo okolje.

Imajo manjši odtis ogljika

Oba v procesu bioplastične proizvodnje, tako kot v razgradnji, se sprosti manj CO2 kot v primeru običajne plastike. V mnogih primerih metana ne sproščajo ali to počnejo v nizkih količinah in imajo zato malo pojavnosti v toplogrednem učinku.

Na primer, bioplastika, pridobljena z etanolom sladkornega trsa, se zmanjšuje do 75% emisij CO2 v primerjavi z naftnimi derivati.

Varneje za nošenje hrane in pijače

Na splošno se v izdelavi in ​​sestavi strupenih snovi bioplastike ne uporabljajo. Zato predstavljajo manjše tveganje za kontaminacijo za hrano ali pijačo, ki jih vsebuje.

Za razliko od običajne plastike, ki lahko proizvajajo dioksine in druge komponente onesnaževanja, so biobastirani bioplastični neškodljivi.

Slabosti

Nevšečnosti so povezane predvsem z vrsto uporabljene bioplastike. Med drugim imamo naslednje.

Nižja odpornost

Omejitev, ki jo predstavlja večina bioplastike za konvencionalno plastiko, je njihov najmanjši odpor. Vendar je ta lastnost tisto, kar je povezano z njegovo sposobnostjo biorazgradnje.

Višji stroški

V nekaterih primerih so surovine, ki se uporabljajo za proizvodnjo bioplastike, dražje od olja iz olja.

Po drugi strani proizvodnja nekaterih bioplastikov pomeni večje stroške obdelave. Zlasti so ti proizvodni stroški višji v strojih, ki jih proizvajajo biotehnološki procesi, vključno z množičnim gojenjem bakterij.

Uporabite konflikt

Bioplastika, proizveden iz živilskih surovin, tekmuje s potrebami človeške hrane. Zato so bolj donosne za posvetitev žetve proizvodnji bioplastike, ki se odstranijo iz vezja za proizvodnjo hrane.

Vam lahko služi: trofično omrežje

Vendar ta pomanjkljivost ne velja za tiste bioplastike, pridobljene iz nežitnih odpadkov. Med temi odpadki imamo ostanke pridelkov, nežitne alge, lignina, jajčne lupine ali jastoga eksoskelete.

Ni jih enostavno reciklirati

PLA bioplastika je zelo podobna običajni plastiki PET (polietilen tereftalat), vendar ga ni mogoče reciklirati. Če torej obe vrsti plastike mešamo v posodi za recikliranje, te vsebine ni mogoče reciklirati.

V tem smislu obstaja strah, da lahko vse večja uporaba PL ovira obstoječa prizadevanja za recikliranje plastike.

Primeri in njegova uporaba izdelkov, proizvedenih z bioplastiko

Embalaža vina, narejena z bioplastiko iz kmetijskih odpadkov in micelijev. Vir: MycoBond [cc by-sa 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/2.0)]

-Predmeti za enkratno uporabo ali za enkratno uporabo

Elementi, ki ustvarjajo več odpadkov, so paketi, ovoji, jedi in jedilni pribor, povezani s hitro hrano in nakupovalno vrečko. Zato ima na tem področju biološko razgradljivo bioplastiko pomembno vlogo.

Zato so bili razviti različni bioplastični proizvodi, da bi vplivali na ustvarjanje odpadkov. Med drugim, ki jo imamo, biološko razgradljiva vrečka, izdelana z BASF Ecovio, ali plastično steklenico iz plaza, ki jo iz koruze dobiva safipiplast v Španiji.

Kapsule vode

Podjetje OOHO je namesto tradicionalnih steklenic zasnovalo biološko razgradljive kapsule iz morskih alg z vodo. Ta predlog je bil zelo inovativen in uspešen in je bil že preizkušen na londonskem maratonu.

Kmetijstvo

V nekaterih pridelkih, kot je Strawberry, je običajna praksa pokrivati ​​tla s plastično pločevino, da bi nadzorovali plevel in se izognili zmrzovanju. V tem smislu so bile razvite bioplastične blazinice, kot je agrobiofilm.

-Predmeti za trajne aplikacije

Uporaba bioplastike ni omejena na predmete uporabe in zavržene, ampak jo je mogoče uporabiti v bolj trajnejših predmetih. Na primer, ekološko podjetje Zoë B proizvaja igrače za plažo.

Kompleksne komponente opreme

Toyota USA Bioplastic v nekaterih samodejnih delih, kot sestavnih delov klimatskih naprav in krmilnih plošč. Za to uporablja bioplastiko, kot sta bio-pet in PLA.

Fujitsu uporablja bioplastiko za izdelavo računalniških miši in tipkovnic. V primeru Samsung Company imajo nekateri mobilni telefoni velik del bioplastike.

-Civilna gradnja in inženiring

Škrobna bioplastika se uporablja kot gradbeni materiali in bioplastika, ojačana z nano vlaknami v električnih instalacijah.

Poleg tega so bili uporabljeni pri izdelavi Bioplastični les za pohištvo, ki ga ksilofagne žuželke ne napadejo in ne gnite z vlago.

-Farmacevtske aplikacije

Pripravljeni so bili z bioplastičnimi kapsulskimi posodami drog in drog, ki se počasi sproščajo. Tako se biološka uporabnost zdravil sčasoma regulira (odmerek, ki ga bolnik prejme v določenem času).

-Medicinske aplikacije

Izdelana je bila bioplastika celuloze, ki se uporablja pri vsadkih, tkivnem inženiringu, kitinu in hitosanu.

Izdelana je bila tudi bioplastika celuloze za biosenzorje, mešanice s hidroksiapatitom za izdelavo zobnih vsadkov, bioplastičnih vlaken v katetrih, med drugim.

-Zračni, morje in kopenski promet in industrija

Uporabljene so toge pene, ki temeljijo na rastlinskih oljih (bioplastični), tako v industrijskih kot v prometnih napravah; avtomobili in vesoljski deli.

Pojavili so se tudi iz bioplastičnih elektronskih komponent mobilnih telefonov, računalnikov, zvočnih in video naprav.

-Kmetijstvo

Bioplastični hidrogeli, ki absorbirajo in zadržujejo vodo in jih lahko prosto sprostijo, so koristni kot zaščitni plašče obdelovane zemlje, ohranjajo njihovo vlago in dajejo prednost rasti kmetijskih nasadov v suhih regijah in v pomanjkljivih sezonah padavin.

Reference

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastika: pridobivanje in uporaba polihidroksialcanoatov. Fakulteta za farmacijo, Univerza v Sevilji. Stopnja lekarne. 36 str.
2. Bezirhan-Arikan E in H Duygu-Ozsoy (2015). Pregled: Raziskave bioplastike. Časopis za gradbeništvo in arhitekturo 9: 188-192. Od Almeide A, Ja Ruiz, niti López in MJ Pettinari (2004). Bioplastika: ekološka alternativa. Kemija v živo, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Bioplastična proizvodnja iz i razširjenih virov. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlin, Nemčija. 145 str.
4. LaBeaga-Viteri A (2018). Biološko razgradljivi polimeri. Pomen in potencialne aplikacije. Nacionalna univerza za izobraževanje na daljavo. Fakulteta za znanost, Oddelek za anorgansko kemijo in kemijsko inženirstvo. Univerzitetni magister znanosti in kemijske tehnologije. 50 p.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia in Ak Mohanty (2013). Biobased Plastics in Bionanocomposites: trenutno stanje in prihodnost. Prog. Polym. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satis K (2017). Bioplastika - klasifikacija, proizvodnja in njihove potencialne aplikacije za hrano. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.