Bioplasztikai jellemzők, típusok, termelés és felhasználás



az bioműanyagból ezek műanyag polimer anyagok, amelyek biológiai eredetű nyersanyagokból, azaz megújuló természeti erőforrásokból, például keményítő, cellulóz, tejsav, zsírok, növényi és állati fehérjék biomasszájából származnak..

A bioplasztikát arra használják, hogy megkülönböztessük ezeket a biológiai eredetű anyagokat a petroplasztikától, amelyeket kőolajszármazékokból állítanak elő..

A műanyagok könnyen formázható anyagok, amelyek deformálódhatnak anélkül, hogy többé-kevésbé széleskörű körülmények között behatolnának; emiatt nagyon sokoldalú anyagok.

A legtöbb műanyag a kőolajból nyert alapanyagokból készül. Ezek a petroplasztikumok az olaj kitermeléséből és finomításából származnak, ami egy megújíthatatlan, véges és kimeríthető természeti erőforrás..

Továbbá a petroplasztika nem biológiailag lebontható, és komoly környezeti problémákat okoz, mint például az óceánokban az úgynevezett „műanyag szigetek és levesek”. Ezek a halak és a tengeri madarak tömeges halálát okozzák, mivel a tenger és a levegő szennyezett műanyag mikrorészecskékkel szennyezett, fizikai lebomlásuk miatt..

Ezenkívül a petroplasztika égetése nagyon mérgező kibocsátást eredményez.

A petroplasztikával ellentétben a legtöbb bioplasztika teljesen biológiailag lebontható és nem szennyező lehet. Még az ökoszisztémák dinamikáját is kedvezhetik.

index

  • 1 A bioplasztika jellemzői
    • 1.1 A bioplasztika gazdasági és környezeti jelentősége
    • 1.2 Biológiai lebonthatóság
    • 1.3 A bioplasztika korlátozása
    • 1.4 A bioplasztika tulajdonságainak javítása
  • 2 típus (osztályozás)
    • 2.1 Osztályozás a készítmény előkészítése szerint
    • 2.2 Osztályozás a nyersanyag szerint
  • 3 Bioplasztika ipari termelése
  • 4 A bioplasztika felhasználása
    • 4.1 Eldobható cikkek
    • 4.2 Építőipar és építkezés
    • 4.3 Gyógyszerészeti alkalmazások
    • 4.4 Orvosi alkalmazások
    • 4.5 Légi, tengeri és szárazföldi közlekedés és ipar
    • 4.6 Mezőgazdaság
  • 5 Referenciák

A bioplasztika jellemzői

A bioplasztika gazdasági és környezeti jelentősége

A közelmúltban egyre több tudományos és ipari érdeklődés merült fel a megújuló nyersanyagokból származó, biológiailag lebontható műanyagok előállítására.

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a világ olajkészletei kifogynak, és hogy a petroplasztika által okozott komoly környezeti károkról nagyobb tudatosság áll fenn..

A világpiacon a műanyag iránti növekvő kereslet mellett a biológiailag lebomló műanyag iránti kereslet is növekszik.

A biológiai lebonthatóság

A biológiailag lebomló bioplasztika hulladékai szerves hulladékként kezelhetők, gyors és nem szennyező lebomlásnak. Például talajmódosításként használhatók fel a komposztálás során, mivel ezeket biológiai eljárásokkal természetesen újrahasznosítják.

A bioplasztika korlátozása

A biológiailag lebomló bioplasztika gyártása nagy kihívásokkal szembesül, mivel a bioplasztika kevésbé jellemző a petroplasztikával szemben, és alkalmazása, bár növekszik, korlátozott..

A bioplasztika tulajdonságainak javítása

A bioplasztika tulajdonságainak javítása érdekében a biopolimerek keverékét különböző adalékanyagokkal, például szén nanocsövekkel és kémiai eljárásokkal módosított természetes szálakkal fejlesztik ki..

Általában a bioplasztikára alkalmazott adalékanyagok javítják az olyan tulajdonságokat, mint:

  • Merevség és mechanikai ellenállás.
  • Gáz- és vízgátló tulajdonságok.
  • Hőállóság és hőállóság.

Ezeket a tulajdonságokat a bioplasztikában az előkészítés és a feldolgozás kémiai módszereivel lehet kialakítani.

Típusok (osztályozás)

Az előkészítés szerinti osztályozás

A bioplasztikákat az előkészítésük módja szerint lehet besorolni:

  • Bioplasztikai anyagok, amelyek szintézise közvetlenül a biomasszából kivont polimer nyersanyagból készül.
  • Biotechnológiai úton előállított biotechnológiai anyagok (natív vagy genetikailag módosított mikroorganizmusok felhasználásával) \ t.
  • Klasszikus kémiai szintézissel nyert bioplasztika, biológiai monomerekből kiindulva (amelyek az építésükhöz használt téglák).

A nyersanyag szerinti osztályozás

Szintén a bioplasztika a nyersanyag eredetének megfelelően osztályozható:

A keményítőn alapuló bioplasztika

A keményítő egy olyan biopolimer, amely képes a víz elnyelésére, és ezeknek a bioplasztikumoknak funkcionálisak, ezekhez olyan lágyítószereket adnak, amelyek rugalmasságot biztosítanak (például szorbit vagy glicerin)..

Ezenkívül biológiailag lebontható poliészterekkel, polilaktinsavval, polikaprolaktonokkal, többek között mechanikai tulajdonságaik és vízzel szembeni lebomlásukkal szembeni ellenállóképességük javítása céljából..

A keményítőből, mint a gazdasági nyersanyagból, bőséges és megújuló bioplásticosok „termoplasztikus keményítőnek” neveznek..

Ezek szobahőmérsékleten deformálódó anyagok, olvadás közben olvadnak meg és keményednek üvegszerű hűtéskor. Ezeket újra lehet melegíteni és átalakítani, de fizikai és kémiai tulajdonságaikban változások következnek be ezen eljárásokkal.

Ezek a legelterjedtebb bioplasztikus típusok, és a bioplasztika 50% -át alkotják a piacon.

Cellulóz alapú bioplasztika

A cellulóz a legnagyobb mennyiségű szerves vegyület a szárazföldi biomasszában, a növényi sejtek falainak szerkezeti összetevőjében. Vízben, etanolban és éterben oldhatatlan.

A cellulóz alapú bioplasztika általában a cellulóz-észterek (cellulóz-acetát és nitrocellulóz) és származékai (celluloidok). A cellulóz kémiai módosításai révén hőre lágyulóvá válhat.

A cellulóz, amely sokkal kevésbé hidrofil (vízhez hasonlít), mint a keményítő, olyan bioplasztikus anyagokat állít elő, amelyek javított tulajdonságokkal rendelkeznek a mechanikai szilárdsággal, az alacsonyabb gázáteresztő képességgel és nagyobb vízállósággal szemben..

Fehérje alapú bioplasztika

Lehetőség van bioplasztikus anyagok előállítására olyan fehérjék, mint a tej kazein, búza glutén, szójafehérje, felhasználásával.

Különösen a szójafehérje bioplasztikája nagyon érzékeny a víz lebomlására, és gazdaságilag költséges. Az olcsóbb és ellenállóbb keverékek kidolgozása jelenleg kihívást jelent.

A lipidekből származó bioplasztok

A bioplasztikákat (poliuretánokat, poliésztereket és epoxigyantákat) növényi és állati zsírokból szintetizálták, a petroplasztikához hasonló tulajdonságokkal..

A növényi olajok és a mikroalgákból származó olcsó olajok előállítása nagyon kedvező tényező lehet az ilyen típusú bioplasztikumok előállításában..

Például a bioplast 410 poliamid (PA 410), 70% -os olajjal állítják elő a ricinus növényi gyümölcsből (Ricinus comunis). Ennek a bioplasztnak magas olvadáspontja van (250 ° C)vagyC) az alacsony vízfelvétel és a különböző kémiai szerekkel szembeni ellenállás.

Egy másik példa a poliamid 11 (PA 11), amelyet növényi olajokból állítanak elő, de nem biológiailag lebontható.

Polihidroxi-alkanoátok (PHA-k)

A baktériumfajok sokféle változata cukrokat és lipideket termel, és melléktermékként nevezik a vegyületeknek polihidroxialkanoátokat, (PHA), amely szén- és energiaforrásként tárolja.

A PHA-k vízben oldhatatlanok, biológiailag lebonthatók és nem toxikusak.

A PHA-k bioplasztikái igen merev műanyagrostokat termelnek, amelyek biológiailag lebomlanak. Ezek nagyon ígéretes alternatívát jelentenek a petropolimerek használatával kapcsolatban az orvostechnikai eszközök gyártásában.

Polilaktinsav (PLA)

Polylactic (PLA) egy átlátszó bioplasztika, amelyet nyersanyagként kukoricából vagy dextrózból állítanak elő..

Előállításához a keményítőt először kukoricából vagy más növényi forrásból kell kivonni; ezután a tejsavat a mikroorganizmusok hatásának köszönhetően nyerik ki, és végül kémiai eljárást (tejsav polimerizációját) alkalmazzuk a bioplasztikus anyag előállításához..

A PLA bioplasztikus anyagok átlátszóak, alacsony ellenállással rendelkeznek az ellenállással szemben, termoszállósággal és gátló tulajdonságokkal rendelkeznek, blokkolva a levegő belépését. Emellett biológiailag lebonthatóak.

Poli-3-hidroxi-butirát (PHB) alapú bioplasztika

A poli-3-hidroxi-butirát (PHB) egy olyan vegyi anyagú poliészter típusú, amelyet néhány baktérium termel, amely a glükózt és a kukoricakeményítőt metabolizálja.

A PHB tulajdonságai hasonlóak a petroplasztikus polipropilénhez (kereskedelmi forgalomban széles körben használtak), de a gyártási költsége 9-szer nagyobb, mivel költséges szénforrásokkal rendelkezik biomasszával..

Ez a bioplasztikus anyag átlátszó fóliákat képezhet, olvadáspontja 130 ° CvagyC és teljesen biológiailag lebontható.

Bio-eredetű polietilén

A polietilén szerkezeti egységként etilén monomert tartalmaz; amely kémiai szintézissel nyerhető etanolból nyersanyagként.

Az etanolt alkoholtartalmú fermentációban állítják elő a cukornádot, kukoricát vagy más anyagot metabolizáló mikroorganizmusok által.

Így kombinálható az alkoholos erjesztés és az etilén és a polietilén kémiai szintézise, ​​a bioplasztikus biotermékből származó polietilén..

Ez a bioplasztikus polietilén kémiailag és fizikailag azonos a petroplasztikával. Nem biológiailag lebontható, hanem újrahasznosítható.

Polihidroxi-uretánok

A közelmúltban nagy érdeklődés mutatkozott a bioplasztikus poliuretánok előállítására, amelyek nem tartalmaznak nagy toxicitású vegyületet izocianát.

Az izocianátot széles körben használják szintetikus polimerek ipari gyártási folyamataiban (poliuretánok, amelyeket pelyhes műanyagokra, merev habokra, lakkokra, rovarölő szerekre, ragasztókra, robbanóanyagokra használnak), mind a mezőgazdaságban, mind a gyógyászatban..

Van egy kémiai módszer Polihidroxi-uretánok keresztpolimerizációja, amely teljesen újrahasznosítható és szabad bioplasztikus anyagokat állít elő izocianát.

Bioplasztika ipari termelése

A bioplasztika ipari termelése 4 alapvető lépést tartalmaz:

  1. A nyersanyag (biomassza) beszerzése.
  2. Polimer szintézis.
  3. A polimer módosítása a kívánt tulajdonságoknak megfelelően, a kidolgozandó végterméknek megfelelően.
  4. A bioplasztikát nagy vagy alacsony nyomású módszerekkel formázzuk, hogy megkapjuk a szükséges végső formát.

A bioplasztika felhasználása

Jelenleg kevés a bioplasztikus kereskedelmi alkalmazás, mivel a termelésük költségei és tulajdonságaik javítása továbbra is problémákat jelentenek..

Eldobható elemek

A bioplasztikákat azonban sok eldobható cikk, például műanyag zacskók, csomagolóedények és élelmiszer-csomagolóanyagok, evőeszközök, poharak és ehető műanyag edények gyártásához használják..

Építőipar és építőipar

A keményítő bioplasztikai anyagokat építőanyagként és nanoszálakkal erősített bioplasztikus anyagként használták elektromos berendezésekben.

Ezenkívül felhasználásra kerültek bioplasztikus erdők olyan bútorok esetében, amelyeket a xilofág rovarok nem támadnak meg, és nem nedvesednek.

Gyógyszerészeti alkalmazások

Ezeket bioplasztikus kapszulákkal készítették, amelyek gyógyszereket és gyógyszerjárműveket tartalmaznak, amelyek lassan szabadulnak fel. Így a gyógyszerek biohasznosulását az idő függvényében szabályozzák (a beteg által meghatározott idő alatt kapott dózis).

Orvosi alkalmazások

Az implantátumokban, szövetfeldolgozásban, kitin bioplasztikában és kitozánban alkalmazható cellulóz bioplasztikákat gyártották a sebek, a csontszövet-tervezés és az emberi bőr regenerálása érdekében..

A cellulóz bioplasztikai anyagokat bioszenzorokhoz, hidroxi-apatittal való keverékekhez is gyártják fogászati ​​implantátumok gyártásához, bioplasztikus szálakat katéterekben, többek között..

Légi, tengeri és szárazföldi közlekedés és ipar

Növényi olajokon alapuló merev habokat (bioplasztikus anyagokat) használtak mind ipari, mind szállítóeszközökben; autóalkatrészek és repülőgépalkatrészek.

A mobiltelefonok, a számítógépek, az audio- és videoeszközök elektronikus alkatrészeit bioplasztikából is gyártották.

mezőgazdaság

A bioplasztikus hidrogélek, amelyek vizet abszorbeálnak és megtartanak és lassan felszabadítják, hasznosak a termesztett talaj védőburkolataként, megtartva a nedvességtartalmat és elősegítve a mezőgazdasági ültetvények növekedését száraz területeken és szűkös esős évszakokban..

referenciák

  1. Chen, G. és Patel, M. (2012). Biológiai erőforrásokból származó műanyagok: Jelen és jövő. Technikai és környezetvédelmi felülvizsgálat. Vegyi vélemények. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Bioplasztikumok és biokompozitok kézikönyve. (2011). Srikanth Pilla Editor. Salem, USA: Scrivener Publishing LLC. Megjelent John Wiley és fiai.
  3. Lampinen, J. (2010). A bioplasztika és a biokompozitok trendjei. VTT Kutatási Megjegyzések. Finn Műszaki Kutatóközpont. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. és Doane, W. (1993). Keményítőalapú műanyagok fejlesztése: A kiválasztott polimer rendszerek újragondolása történelmi szempontból. Keményítő. 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). A biorelated polimerek és alkalmazások terminológiája (IUPAC ajánlások). Tiszta és alkalmazott kémia. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04