Karakteristike, vrste, proizvodnja i uporaba bioplastike



bioplastika to su plastični polimerni materijali, dobiveni iz sirovina biološkog podrijetla, odnosno iz obnovljivih prirodnih resursa, kao što su biomasa škroba, celuloze, mliječne kiseline, masti, biljnih i životinjskih bjelančevina,.

Izraz bioplastika koristi se za razlikovanje tih materijala biološkog podrijetla, od petroplastike, koja se sintetizira iz naftnih derivata.

Plastika je lako oblikovani materijal koji se može deformirati bez prodiranja u više ili manje širok raspon uvjeta; zbog toga su materijali velike svestranosti.

Većina plastike se proizvodi od sirovina dobivenih iz nafte. Ove petroplastike dolaze iz ekstrakcije i rafiniranja nafte, koja je neobnovljiv, konačan i iscrpljujući prirodni resurs.

Nadalje, petroplastics nisu biorazgradivi i stvaraju ozbiljne ekološke probleme kao što su takozvani "plastični otoci i juhe" u oceanima. To uzrokuje masovne smrti riba i morskih ptica, zbog onečišćenja mora i zraka plastičnim mikročesticama u suspenziji, od njihove fizičke degradacije.

Osim toga, spaljivanje petroplastike stvara vrlo toksične emisije.

Za razliku od petroplastike, većina bioplastika može biti potpuno biorazgradiva i ne zagađuje okoliš. Oni čak mogu pogodovati dinamici ekosustava.

indeks

  • 1 Značajke bioplastike
    • 1.1 Ekonomska i ekološka važnost bioplastike
    • 1.2 Biorazgradivost
    • 1.3 Ograničenja bioplastike
    • 1.4 Poboljšanje svojstava bioplastike
  • 2 vrste (klasifikacija)
    • 2.1 Razvrstavanje prema njegovoj pripremi
    • 2.2 Klasifikacija prema sirovini
  • 3 Industrijska proizvodnja bioplastike
  • 4 Primjena bioplastike
    • 4.1 Jednokratni artikli
    • 4.2 Građevinarstvo i niskogradnja
    • 4.3 Farmaceutske primjene
    • 4.4 Medicinske primjene
    • 4.5 Zračni, pomorski i kopneni promet i industrija
    • 4.6 Poljoprivreda
  • 5 Reference

Značajke bioplastike

Ekonomska i ekološka važnost bioplastike

Nedavno se pojavio veći znanstveni i industrijski interes za proizvodnju plastike iz obnovljivih sirovina i biorazgradivih.

To je zbog činjenice da svjetske rezerve nafte istječu i da postoji veća svijest o ozbiljnim štetama okoliša koje uzrokuje petroplastika..

Uz rastuću potražnju za plastikom na svjetskom tržištu, potražnja za biorazgradivom plastikom također se povećava.

biorazgradivost

Otpad biorazgradive bioplastike može se tretirati kao organski otpad, brza i ne zagađujuća razgradnja. Na primjer, mogu se koristiti kao izmjene tla u kompostiranju, jer se prirodno recikliraju biološkim procesima.

Ograničenja bioplastike

Proizvodnja biorazgradive bioplastike suočava se s velikim izazovima, jer bioplastika ima slabije osobine od petroplastike i njena primjena, iako raste, je ograničena.

Poboljšanje svojstava bioplastike

Kako bi se poboljšala svojstva bioplastike, razvijaju se mješavine biopolimera s različitim vrstama aditiva, kao što su ugljikove nanocijevi i prirodna vlakna modificirana kemijskim procesima.

Općenito, aditivi koji se primjenjuju na bioplastiku poboljšavaju svojstva kao što su:

  • Krutost i mehanička otpornost.
  • Svojstva barijera protiv plinova i vode.
  • Termorezistentnost i termostabilnost.

Ta svojstva mogu se oblikovati u bioplastici putem kemijskih metoda pripreme i obrade.

Vrste (klasifikacija)

Klasifikacija prema Vašoj pripremi

Bioplastika se može klasificirati prema načinu pripreme u:

  • Bioplastika čija se sinteza izrađuje od polimerne sirovine koja se ekstrahira izravno iz biomase.
  • Bioplastika dobivena sintezom biotehnološkim putevima (upotrebom prirodnih ili genetski modificiranih mikroorganizama).
  • Bioplastika dobivena klasičnom kemijskom sintezom, počevši od bioloških monomera (koji bi bili opeke za njihovu konstrukciju).

Razvrstavanje prema sirovini

Također, bioplastika se može klasificirati prema podrijetlu sirovine:

Bioplastika na bazi škroba

Škrob je biopolimer sposoban za apsorpciju vode i za ove bioplastike su funkcionalni, dodaju se plastifikatori koji osiguravaju fleksibilnost (kao što je sorbitol ili glicerin).

Osim toga, pomiješani su s biorazgradivim poliesterima, polilaktičnom kiselinom, polikaprolaktonima, među ostalim, radi poboljšanja njihovih mehaničkih svojstava i njihove otpornosti na razgradnju vodom..

Bioplásticos izrađen od škroba kao što je ekonomska sirovina, bogat i obnovljiv, nazivaju "termoplast od škroba".

Oni su deformabilni materijali na sobnoj temperaturi, rastali se pri zagrijavanju i stvrdnjavaju u stanju staklast tijekom hlađenja. One se mogu ponovno zagrijati i preoblikovati, ali se ovim postupcima mijenjaju njihova fizička i kemijska svojstva.

Oni su najčešće korišteni bioplastični tip i čine 50% bioplastike na tržištu.

Bioplastika na bazi celuloze

Celuloza je najzastupljeniji organski spoj unutar kopnene biomase, strukturni sastojak zidova biljnih stanica. Ne topiva u vodi, etanolu i eteru.

Bioplastika na bazi celuloze su uglavnom celulozni esteri (celulozni acetat i nitroceluloza) i njihovi derivati ​​(celuloidi). Kroz kemijske modifikacije celuloze može postati termoplast.

Celuloza, koja je mnogo manje hidrofilna (slična vodi) od škroba, proizvodi bioplastiku s poboljšanim svojstvima mehaničke čvrstoće, nižom propusnošću plina i većom otpornošću na razgradnju vode..

Bioplastika na bazi proteina

Moguće je napraviti bioplastiku pomoću proteina kao što je mliječni kazein, pšenični gluten, sojin protein, među ostalima.

Osobito, bioplastika iz sojinog proteina je vrlo osjetljiva na razgradnju vodom i ekonomski je skupa za proizvodnju. Izrada mješavina koje su jeftinije i otpornije, predstavlja izazov.

Bioplasti dobiveni iz lipida

Bioplastika (poliuretani, poliesteri i epoksidne smole) sintetizirani su iz biljnih i životinjskih masti, a svojstva su slična onima u petroplastici.

Proizvodnja biljnih ulja i jeftinih ulja iz mikroalgi mogla bi biti vrlo povoljan faktor za proizvodnju ove vrste bioplastike.

Na primjer, bioplastika poliamid 410 (PA 410), proizvodi se sa 70% ulja iz plodova biljke ricinusa (Ricinus comunis). Ova bioplastika ima visoku točku taljenja (250 ° C)iliC), niska apsorpcija vode i otpornost na različite kemijske tvari.

Drugi primjer je poliamid 11 (PA 11), koji se proizvodi od biljnih ulja, ali nije biorazgradiv.

Polihidroksialkanoati (PHA)

Široka raznolikost bakterijskih vrsta fermentira šećere i lipide, proizvodeći kao nusproizvode nazvane spojevi polihidroksialkanoata (PHA), koji se pohranjuju kao izvor ugljika i energije.

PHA su netopljivi u vodi, biorazgradivi i netoksični.

Bioplastika tipa PHAs proizvodi vrlo kruta plastična vlakna koja su biorazgradiva. One predstavljaju vrlo obećavajuću alternativu u pogledu uporabe petropolimera za proizvodnju medicinskih proizvoda.

Polilaktička kiselina (PLA)

Polilaktička kiselina (PLA) je prozirna bioplastika koja se proizvodi od kukuruza ili dekstroze kao sirovina.

Za njegovu proizvodnju, škrob se prvo mora izlučiti iz kukuruza ili drugog biljnog izvora; iz toga se dobiva mliječna kiselina, zahvaljujući djelovanju mikroorganizama, te se na kraju primjenjuje kemijski proces (polimerizacija mliječne kiseline) za dobivanje bioplastike.

PLA bioplastike su transparentne, imaju malu otpornost na udarce, posjeduju termorezistentnost i barijerna svojstva, blokirajući ulazak zraka. Osim toga, oni su biorazgradivi.

Bioplastika na bazi poli-3-hidroksibutirata (PHB)

Poli-3-hidroksibutirat (PHB) je kemijski spoj poliestera, kojeg proizvode neke bakterije koje metaboliziraju glukozu i kukuruzni škrob.

PHB ima svojstva slična petroplastičnom polipropilenu (komercijalno široko korištena), ali je njegov trošak proizvodnje devet puta veći, budući da uključuje proizvodnju biomase sa skupim izvorima ugljika..

Ova bioplastika može proizvesti prozirne filmove, ima točku taljenja 130 ° CiliC i potpuno je biorazgradiv.

Bio-dobiveni polietilen

Polietilen ima etilenski monomer kao strukturnu jedinicu; koji se mogu dobiti kemijskom sintezom polazeći od etanola kao sirovine.

Etanol se proizvodi u alkoholnom vrenju mikroorganizmima koji metaboliziraju šećernu trsku, kukuruz ili drugo.

Tako se kombiniranjem alkoholne fermentacije i kemijske sinteze etilena i polietilena može dobiti bioplastika nazvana bio-polietilen..

Bioplastični polietilen je kemijski i fizikalno identičan petroplastičnom. Nije biorazgradiv, ali se može reciklirati.

Polihidroksi uretani

U posljednje vrijeme postoji veliki interes za proizvodnju bioplastičnih poliuretana, bez visoko toksičnog spoja izocijanata.

Izocijanat se široko koristi u procesima industrijske proizvodnje sintetičkih polimera (poliuretani koji se primjenjuju na spužvastu plastiku, krute pjene, lakove, insekticide, ljepila, eksplozive, između ostalih), kako u poljoprivredi tako iu medicini.

Postoji kemijska metoda Unakrsna polimerizacija polihidroksiuretana, koja proizvodi potpuno reciklabilnu i slobodnu bioplastiku izocijanata.

Industrijska proizvodnja bioplastike

Industrijska proizvodnja bioplastike uključuje 4 temeljna koraka:

  1. Dobivanje sirovine (biomasa).
  2. Sinteza polimera.
  3. Modifikacija polimera u funkciji dobivanja željenih svojstava prema konačnom proizvodu koji se elaborira.
  4. Oblikovani od bioplastike metodama visokog ili niskog tlaka, kako bi se dobio konačni oblik koji je potreban.

Upotreba bioplastike

Trenutno postoji nekoliko komercijalnih primjena bioplastike, budući da ekonomski troškovi njihove proizvodnje i poboljšanja njihovih svojstava još uvijek predstavljaju probleme za rješavanje.

Jednokratne stavke

Međutim, bioplastika se već koristi u proizvodnji mnogih predmeta za jednokratnu upotrebu, kao što su plastične vrećice, ambalažni kontejneri i omoti za hranu, pribor za jelo, čaše i jestiva plastična jela..

Građevinarstvo i niskogradnja

Bioplastika škroba korištena je kao građevinski materijal i bioplastika ojačana nano-vlaknima u električnim instalacijama.

Osim toga, oni su korišteni u pripremi bioplastične šume za namještaj koji nisu napadnuti od strane ksilofagnih insekata i ne trunu s vlagom.

Farmaceutske primjene

Napravljene su s bioplastičnim kapsulama koje sadrže lijekove i lijekove koji se polako oslobađaju. Stoga se bioraspoloživost lijekova regulira tijekom vremena (doza koju pacijent primi u određenom vremenu).

Medicinske primjene

Bioplastika celuloze koja se primjenjuje u implantatima, tkivnom inženjerstvu, hitinskoj bioplastici i hitosanu proizvedena je za zaštitu rana, inženjerstvo koštanog tkiva i regeneraciju ljudske kože..

Bioplastike celuloze su također proizvedene za biosenzore, smjese s hidroksiapatitom za proizvodnju zubnih implantata, bioplastičnih vlakana u kateterima, između ostalih..

Zračni, pomorski i kopneni promet i industrija

Koriste se krute pjene na bazi biljnih ulja (bioplastika) u industrijskim i transportnim uređajima; auto-dijelovi i dijelovi zrakoplovne industrije.

Elektronske komponente mobitela, računala, audio i video uređaja također su proizvedene iz bioplastike.

poljoprivreda

Bioplastični hidrogelovi, koji apsorbiraju i zadržavaju vodu i polagano ga oslobađaju, korisni su kao zaštitne obloge kultiviranog tla, održavajući njegovu vlažnost i favorizirajući rast poljoprivrednih plantaža u suhim regijama iu oskudnim kišnim sezonama..

reference

  1. Chen, G. i Patel, M. (2012). Plastika dobivena iz bioloških izvora: sadašnjost i budućnost. Tehnički i okolišni pregled. Kemijski osvrti. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Priručnik o bioplastici i biokompozitima. (2011). Urednik Srikantha Pilla. Salem, SAD: Scrivener Publishing LLC. Izrekao ju je John Wiley i sinovi.
  3. Lampinen, J. (2010). Trendovi u bioplastičnim i biokompozitima. VTT Research Notes. Tehnički istraživački centar Finske. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. i Doane, W. (1993). Razvoj plastike na bazi škroba: Ponovno ispitivanje odabranih polimernih sustava u povijesnom smislu. Škrob. 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Terminologija za biološke polimere i primjene (IUPAC preporuke). Čista i primijenjena kemija. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04