Bioplastické, ako sa vyskytujú, typy, výhody, nevýhody

Ten Bioplastický Sú to akýkoľvek kladiteľný materiál založený na polyméroch petrochemického alebo biomasového pôvodu, ktoré sú biologicky odbúrateľné. Podobne ako v prípade tradičných plastov syntetizovaných z oleja, ktoré sa môžu formovať tak, aby sa vytvorili rôzne predmety.

Podľa jeho pôvodu je možné bioplastické získať z biomasy (biobasados) alebo z petrochemického pôvodu. Na druhej strane, podľa ich úrovne rozkladu, existujú biologicky odbúrateľné a bioplastické bioplastické odbery.

Zakryté z biologicky rozložiteľného škrobového polyesteru. Zdroj: Scott Bauer [verejná doména]

Vzostup bioplastov vzniká v reakcii na nepríjemnosti generované konvenčnými plastmi. Spomedzi nich je možné poukázať na akumuláciu neto -biologicky odbúrateľných plastov v oceánoch a skládkach.

Na druhej strane, konvenčné plasty majú vysokú uhlíkovú stopu a vysoký obsah toxických prvkov. Na druhej strane, bioplasty majú niekoľko výhod, pretože nevytvárajú toxické prvky a sú vo všeobecnosti biologicky odbúrateľné a recyklovateľné.

Medzi hlavnými nevýhodami bioplastov je možné poukázať na vysoké výrobné náklady a nižší odpor. Okrem toho niektoré z použitých surovín sú potenciálne potraviny, ktoré vyvolávajú ekonomický a etický problém.

Niektoré príklady bioplastických objektov sú biologicky rozložiteľné vrecká, ako aj časti vozidiel a mobilných telefónov.

[TOC]

Bioplastické charakteristiky

Ekonomický a environmentálny význam bioplastov

Rôzne utilitárne objekty vyrobené z bioplastických. Zdroj: Hwaja Götz [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)], cez Wikimedia Commons

Nedávno sa objavil viac vedeckého a priemyselného záujmu o výrobu plastov z obnoviteľných surovín a sú biologicky odbúrateľné.

Je to preto, že svetové zásoby ropy sú vyčerpané a že existuje väčšie povedomie, pokiaľ ide o vážne poškodenie životného prostredia spôsobené petroplastickou.

S rastúcim dopytom po plastoch na svetovom trhu sa zvyšuje aj dopyt po biologicky odbúrateľných plastoch.

Biologicky odložiteľnosť

Biologicky odbúrateľný bioplastický odpad sa môže zaobchádzať ako s organickým odpadom, rýchleho a znevoľňujúcemu degradácii. Napríklad môžu byť použité ako zmeny a doplnenia pôdy pri kompostovaní, pretože sú prirodzene recyklované biologickými procesmi.

Bioplastické s nespočetným komerčným použitím. Zdroj: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/skutok.in), cez Wikimedia Commons

Bioplastické obmedzenia

Výroba biologicky odbúrateľných bioplastov čelí veľkým výzvam, pretože bioplasty majú nižšie vlastnosti a ich uplatňovanie, aj keď rastú, je obmedzená.

Zlepšenie bioplastických vlastností

Na zlepšenie bioplastických vlastností sa vyvíjajú biopolyméry s rôznymi typmi prísad, ako sú uhlíkové nanotrubice a prírodné vlákna modifikované chemickými procesmi.

Všeobecne platí, že prísady aplikované na bioplasty zlepšujú vlastnosti, ako napríklad:

• Tuhosť a mechanický odpor.
• Vlastnosti Gase and Water Barrier.
• Termostabilita a termostabilita.

Tieto vlastnosti môžu byť navrhnuté v bioplastických metódach chemickej prípravy a spracovania.

Ako sa majú bioplasty?

Bioplastická za balenie termoplastického škrobu. Zdroj: Christian Gahle, Nova-institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

-Stručná história

Bioplastické sú pred konvenčnými syntetickými plastmi odvodenými z ropy. Použitie polymérov rastlín alebo živočíšnych látok na výrobu plastového materiálu pochádza z 18. storočia s použitím prírodnej gumy (Hevea latex Brasiliensis).

Prvý bioplastický, hoci tento denominácia nebola podaná, vyvinula v roku 1869 John Wesley Hyatt Jr., ktorý produkoval plast odvodený z bavlnenej celulózy ako náhrada zo slonoviny. Na konci 19. storočia sa použil aj mliečny kazeín pre bioplastickú výrobu.

V 40. rokoch spoločnosť Ford preskúmala alternatívy používania rastlinných surovín na vypracovanie častí svojich automobilov. Táto výskumná línia bola poháňaná obmedzeniami používania ocele vojnou.

V dôsledku toho v roku 1941 spoločnosť vyvinula model automobilu s telom postaveným z derivátov hlavne sójových bôbov. Po skončení vojny však táto iniciatíva pokračovala.

V roku 1947 sa vyskytuje prvý technický bioplastický, polyamid 11 (Rilsan ako komerčná značka). Následne v 90. rokoch sa objavili PLA (kyselina polyaktová), PHA (polyhydroxialcanoats) a plastifikované škroby.

-Surový materiál

Biobasado Bioplasty sú tie, ktoré sú vyrobené z rastlinnej biomasy. Tri základné zdroje surovín biobasov sú nasledujúce.

Prírodné polyméry biomasy

Prírodné polyméry môžu byť použité priamo rastlinami, ako je škrob alebo cukry. Napríklad „Plastický plast“ je biologicky odbúrateľný bioplastický vyrobený z zemiakového škrobu.

Polyméry syntetizované z monomérov biomasy

Druhou alternatívou je syntetizovať polyméry z monomérov extrahovaných z rastlinných alebo zvieracích zdrojov. Rozdiel medzi touto cestou a predchádzajúcou je v tom, že tu je potrebná stredná chemická syntéza.

Môže vám slúžiť: kompost: Materiály, rozpracovanie, typy, použitia

Napríklad bio-PE alebo zelený polyetylén sa vyrába z etanolu získaného z cukrovej trstiny.

Bioplast sa môže vyskytnúť aj zo živočíšnych zdrojov, ako sú glykozaminoglykány (GAG), ktoré sú bielkoviny škrupín vajíčok. Výhodou tohto proteínu je to, že umožňuje získať odolnejšie bioplasty.

Biotechnológia založená na bakteriálnych plodinách

Ďalším spôsobom, ako vyrábať polyméry pre bioplastický, je prostredníctvom biotechnológie prostredníctvom bakteriálnych plodín. V tomto zmysle mnohé baktérie syntetizuje a ukladá polyméry, ktoré je možné extrahovať a spracovať.

Z tohto. Napríklad PHA (polyhydroxialcanoats) sa syntetizuje rôznymi bakteriálnymi žánrami rastúcimi v nadbytočnom uhlíku a bez dusíka alebo fosforu.

Baktérie ukladajú polymér vo forme granúl v cytoplazme, ktoré sa extrahujú spracovaním bakteriálnych hmôt. Ďalším príkladom je PHBV (polyhydroxybutillerate), ktorý sa získa z baktérií kŕmených cukrami získanými z rastlinných pozostatkov.

Najväčšie obmedzenie bioplastického.

Kombinácia prírodného polyméru a biotechnologického polyméru

University of Ohio vyvinula skôr rezistentný bioplastický kombinujúci prírodný gumový gumy s bioplastickým, organickým peroxidom PHBV, organickým peroxidom a trimetylpropánovým trihakrylátom (TMPTA).

-Proces produkcie

Bioplast sa získava rôznymi procesmi v závislosti od suroviny a požadovaných vlastností. Bioplast je možné získať prostredníctvom elementárnych procesov alebo zložitejších priemyselných procesov.

Základný proces

Varenie a formované je možné vyrobiť v prípade používania prírodných polymérov, ako je kukurica alebo zemiakový škrob.

Elementárny recept na výrobu bioplastického je teda zmiešanie kukuričného škrobu alebo zemiakového škrobu s vodou, pridanie glycerínu. Následne je táto zmes vystavená vareniu, až kým sa nezhustne, formuje sa a nechá sa vyschnúť.

Procesy strednej zložitosti

V prípade bioplastických produktov s polymérmi syntetizovanými z monomérov biomasy sú procesy o niečo zložitejšie.

Napríklad bio-peer získaný z etanolu cukrovej trstiny vyžaduje sériu krokov. Prvá vec je extrahovať trstinový cukor na získanie etanolu fermentáciou a destiláciou.

Potom je dehydratovaný etanol a získa sa etylén, ktorý musí byť polymerizovaný. Nakoniec, prostredníctvom strojov na termoformy, sa vyrábajú objekty založené na tomto bioplastickom.

Zložité a drahšie procesy

Pri odkazovaní na bioplastický produkt z polymérov získaných biotechnológiou, zložitosť a nárast nákladov. Je to preto, že bakteriálne kultúry, ktoré vyžadujú špecifické prostriedky kultúry a rastových podmienok, zasahujú.

Tento proces je založený na určitých baktériách, ktoré produkujú prírodné polyméry, ktoré sú schopné uchovávať vo vnútri. Preto sa tieto mikroorganizmy na základe vhodných výživových prvkov pestujú a spracovávajú na extrahovanie polymérov.

Môžete tiež vyrábať bioplastické z niektorých rias, ako napríklad Botryococcus braunii. Táto mikro riana je schopná produkovať a dokonca vylučovať polovičný uhľovodík, z ktorého sa získavajú palivá alebo bioplasty.

-Výroba výrobkov na báze bioplastických

Základným princípom je formovanie objektu vďaka plastovým vlastnostiam tejto zlúčeniny pomocou tlaku a tepla. Spracovanie sa vykonáva extrúziou, injekciou, injekciou a vyfukovaním, fúkaním pred formou a termokonformom a nakoniec podstúpi chladenie.

Chlapci

Balenie vyrobené z octanu celulózy. Zdroj: Christian Gahle, Nova-institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Prístupy k klasifikácii bioplastikov sú rozmanité a nie sú oslobodené od kontroverzie. V každom prípade sú kritériá, ktoré sú založené na definovaní rôznych typov, pôvod a úroveň rozkladu.

-Pôvod

Podľa zovšeobecneného prístupu je možné bioplasty klasifikovať podľa svojho pôvodu v Biobasadose alebo non -biobasadose. V prvom prípade sa polyméry získajú z rastlinnej, zvieracej alebo bakteriálnej biomasy, a preto sú obnoviteľné zdroje obnoviteľných zdrojov.

Pokiaľ ide o bioplastický bioplastický ne -biobasado. Avšak tým, že pochádzajú z neobnoviteľného zdroja, niektorí odborníci sa domnievajú, že by sa s nimi nemali zaobchádzať ako s bioplastickými.

-Úroveň rozkladu

Pokiaľ ide o úroveň rozkladu, bioplasty môžu byť biologicky odbúrateľné alebo nie. Biodegradables sa rozdelia na relatívne krátke časové obdobia (dni niekoľko mesiacov) tým, že sú vystavené primeraným podmienkam.

Na druhej strane, bioplasty, ktoré nie sú bioplasty, sa správajú ako konvenčné plasty petrochemického pôvodu. V tomto prípade sa obdobie rozkladu meria v desaťročiach a až storočí.

Pokiaľ ide o toto kritérium, existuje aj kontroverzia, pretože niektorí vedci sa domnievajú, že skutočný bioplastický musí byť biologicky odbúrateľný.

Môže vám slúžiť: Aký je vplyv ľudskej činnosti na vyhynutie niektorých skupín živých bytostí

-Pôvod a biodegradácia

Ak sa kombinujú dve predchádzajúce kritériá (pôvod a úroveň rozkladu), bioplasty možno rozdeliť do troch skupín:

1. Z obnoviteľných surovín (Biobasado) a biologicky odbúrateľné.
2. Tie získané z obnoviteľných surovín (biobasy), ale nie sú biologicky odbúrateľné.
3. Získané zo surovín petrochemického pôvodu, ale ktoré sú biologicky odbúrateľné.

Je dôležité zdôrazniť, že ak chcete považovať polymér za bioplastické, musí vstúpiť do jednej z týchto troch kombinácií.

Biobasados-biodegradovateľné schopnosti

Medzi biobastovanými a biologicky odbúrateľnými bioplastmi máme kyselinu polylaktickú (PLA) a polyhydroxialcanoát (PHA). PL je jedným z najpoužívanejších bioplastov a získava sa väčšinou z kukurice.

Tento bioplastický má podobné vlastnosti ako tereftalátový polyetylén (PET, konvenčný plast polyesterov), hoci je menej odolný voči vysokým teplotám.

Pokiaľ ide o svoju časť, má PHA premenlivé vlastnosti v závislosti od konkrétneho polyméru, ktorý ho predstavuje. Získava sa z rastlinných alebo biotechnologických buniek z bakteriálnych plodín.

Tieto bioplasty sú veľmi citlivé na podmienky spracovania a ich náklady sú až desaťkrát väčšie ako konvenčné plasty.

Ďalším príkladom tejto kategórie je PHBV (polyhydroxybutillerate), ktorý sa získava z zvyškov rastlín.

Biobasados-nie biologicky odbúrateľný

V tejto skupine máme biologicky politický (Bio-PE), s vlastnosťami podobnými vlastnostiam konvenčného polyetylénu. Bio-Pet má vlastnosti podobné polyetylénovému tereftalátu.

Obe bioplasty sa bežne vyrábajú z cukrovej trstiny a získavajú bioetanol ako medziprodukt.

Bio-polyamid (PA) tiež patrí do tejto kategórie, ktorá je recyklovateľnou bioplastickou s vynikajúcimi tepelnými izolačnými vlastnosťami.

-Nie biobasados-biodegradovateľné veci

Biologická odbúrateľnosť súvisí s chemickou štruktúrou polyméru a nie s použitým typu suroviny. Preto je možné biologicky odbúrateľné plasty získať z ropy s primeraným spracovaním.

Príkladom tohto typu bioplastov sú polykaprolaktóny (PCL), ktoré sa používajú pri výrobe polyuretánov. Toto je bioplast získaný z ropných derivátov, ako aj sanie polybutilénu (PBS).

Výhody

Sladký zábal vyrobený z PLA (Polykatická kyselina). Zdroj: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/skutok.in)]

Sú biologicky odbúrateľné

Aj keď nie všetky bioplastické sú biologicky odbúrateľné, pravdou je, že pre mnohých ľudí je to ich základná charakteristika. V skutočnosti je hľadanie tejto nehnuteľnosti jedným zo základných motorov vzostupu bioplastických.

Tradičné plasty odvodené z ropy a ne -biologicky odbúrateľné trvajú stovky a tisíce rokov rozkladom. Táto situácia predstavuje vážny problém, pretože skládky a oceány sú plné plastov.

Preto je biologická odbúrateľnosť veľmi dôležitou výhodou, pretože tieto materiály sa môžu rozkladať v týždňoch, mesiacoch alebo niekoľkých rokoch.

Neznečisťujú životné prostredie

Pretože sú to biologicky odbúrateľné materiály, bioplasty prestanú zaberať priestor ako odpadky. Okrem toho majú ďalšiu výhodu, že vo väčšine prípadov neobsahujú toxické prvky, ktoré môžu uvoľniť prostredie.

Majú menšiu uhlíkovú stopu

V procese bioplastického výrobného procesu, rovnako ako v jeho rozkladu, sa uvoľňuje menej CO2 ako v prípade konvenčných plastov. V mnohých prípadoch neuvoľňujú metán ani v nízkych množstvách, a preto majú malý výskyt v skleníkovom efekte.

Napríklad bioplasty získané z etanolu cukrovej trstiny sa znižujú až na 75% emisií CO2 v porovnaní s derivátmi ropy.

Bezpečnejšie nosiť jedlo a nápoje

Všeobecne sa nepoužívajú pri vypracovaní a zložení toxických látok bioplastov. Preto predstavujú menšie riziko kontaminácie potravín alebo nápojov obsiahnutých v nich.

Na rozdiel od konvenčných plastov, ktoré môžu produkovať dioxíny a iné znečisťujúce komponenty, biobastované bioplastické sú neškodné.

Nevýhody

Nepratky súvisia hlavne s typom použitého bioplastického. Medzi inými máme nasledujúce.

Nižší odpor

Obmedzenie, ktoré predstavuje väčšina bioplastických pre konvenčné plasty, je ich najmenší odpor. Táto vlastnosť je však spojená s jej schopnosťou biodegradu.

Vyššie náklady

V niektorých prípadoch sú suroviny používané na výrobu bioplastov drahšie ako ropa z ropy.

Na druhej strane výroba niektorých bioplastov znamená väčšie náklady na spracovanie. Najmä tieto výrobné náklady sú vyššie u nákladov produkovaných biotechnologickými procesmi vrátane masívneho pestovania baktérií.

Používať konflikt

Bioplastický vyrobený z potravinových surovín. Preto sú výhodnejšie venovať úrodu výrobe bioplastov, tieto sa odstránia z obvodu výroby potravín.

Môže vám slúžiť: Trofická sieť

Táto nevýhoda sa však nevzťahuje na tie bioplastické získané z neexterného odpadu. Medzi týmito odpadmi máme zvyšky plodín, neobedovateľné riasy, lignín, vaječné škrupiny alebo exoskelety homárov.

Nie je ľahké recyklovať

PLA Bioplast je veľmi podobný konvenčnému plastu PET (polyetyléntereftalát), ale nie je recyklovateľný. Preto, ak sú oba typy plastu zmiešané v recyklačnom nádobe, tento obsah sa nedá recyklovať.

V tomto zmysle sa obáva, že rastúce využívanie PL môže brániť existujúcemu úsiliu o recykláciu plastov.

Príklady a jeho použitie výrobkov vyrábaných s bioplastickými

Balenie vína vyrobené z bioplastického z poľnohospodárskeho odpadu a mycelios. Zdroj: Mycobond [CC BY-SA 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/2.0)]

-Jednorazové alebo jednorazové objekty

Prvky, ktoré vytvárajú viac odpadu, sú balíčky, obaly, riad a príbory spojené s rýchlym občerstvením a nákupnými taškami. Preto v tejto oblasti zohrávajú biologicky odbúrateľné bioplasty relevantnú úlohu.

Preto boli vyvinuté rôzne bioplastické výrobky s cieľom ovplyvniť tvorbu odpadu. Okrem iného máme biologicky odbúrateľnú tašku vyrobenú s basf Ecokovio alebo plastovú fľašu vyrobenú z plazmu získanej z kukurice pomocou spoločnosti Safipiplast v Španielsku.

Vodné kapsuly

Spoločnosť Ooho navrhla biologicky odbúrateľné kapsuly z morských rias s vodou, namiesto tradičných fliaš. Tento návrh bol veľmi inovatívny a úspešný a už bol testovaný v londýnskom maratóne.

poľnohospodárstvo

V niektorých plodinách, ako je jahoda. V tomto zmysle boli vyvinuté bioplastické podložky, ako je agrobiofilm, nahradenie konvenčných plastov.

-Objekty pre trvalé aplikácie

Použitie bioplastov nie je obmedzené na objekty používania a zlikvidovania, ale môže sa použiť v odolnejších objektoch. Napríklad spoločnosť Zoë B Organic Company vyrába plážové hračky.

Komplexné komponenty zariadenia

Toyota USA Bioplastická v niektorých automatických častiach, ako komponenty klimatizačného prístroja a ovládacích panelov. Na tento účel používa bioplastické, ako sú Bio-Pet a PLA.

Pokiaľ ide o jeho časť, Fujitsu používa bioplastický na výrobu počítačových myší a klávesníc. V prípade spoločnosti Samsung majú niektoré mobilné telefóny veľkú časť bioplastického.

-Občianska výstavba a inžinierstvo

Bioplasty škrobu sa používajú ako stavebné materiály a bioplasty posilnené nanovláknami v elektrických inštaláciách.

Okrem toho sa použili pri vypracovaní Bioplastické drevo pre nábytok, ktorý nie je napadnutý xylofágným hmyzom a nehnije sa vlhkosťou.

-Farmaceutické aplikácie

Boli pripravené s bioplastickými kapsulami drog a drogových vozidiel, ktoré sa pomaly uvoľňujú. Biologická dostupnosť liekov je teda v priebehu času regulovaná (dávka, ktorú pacient dostáva v určitom čase).

-Lekárske aplikácie

Bioplastiká celulózy použiteľné v implantátoch, tkanivovom inžinierstve, bioplastickom inžinierstve chitínu a chitosano na ochranu rany, Engineering kostného tkaniva a regeneráciu ľudskej pokožky bolo vyrobené.

Vyrába sa aj bioplasty celulózy pre biosenzory, okrem iného zmesi s hydroxyapatitom na výrobu zubných implantátov, bioplastických vlákien v katétroch.

-Letecká, more a pozemná doprava a priemysel

Použili sa tuhé peny založené na rastlinných olejoch (bioplastické) v priemyselných aj dopravných zariadeniach; autá a letecké časti.

Vyskytli sa tiež z bioplastických elektronických komponentov mobilných telefónov, počítačov, zvukových a video zariadení.

-poľnohospodárstvo

Bioplastické hydrogély, ktoré absorbujú a udržiavajú vodu a môžu ich voľne uvoľňovať, sú užitočné ako ochranné plášť pestovanej pôdy, udržiavajúc svoju vlhkosť a uprednostňujú rast poľnohospodárskych plantáží v suchých oblastiach a v obmedzených zrážkových obdobiach.

Odkazy

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastické: Získanie a aplikácie polyhydroxialcanoats. Farmaceutická fakulta, University of Seville. Lekár. 36 P.
2. Bezirhan-Arikan E a H Duygu-Ozsoy (2015). Prehľad: Výskum bioplastov. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. Z Almeida A, JA Ruiz, Nor López a MJ Pettinari (2004). Bioplastická: ekologická alternatíva. Live Chemistry, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Bioplastická výroba z rozšírených zdrojov. ISBN 9783639263725; VDM Verlag DR. Müller Publishing, Berlín, Nemecko. 145 P.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Biologicky odbúrateľné polyméry. Dôležitosť a potenciálne aplikácie. Národná univerzita dištančného vzdelávania. Fakulta vied, Katedra anorganickej chémie a chemického inžinierstva. Univerzitný magister v odbore vedy a chemická technológia. 50 p.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia a AK Mohanty (2013). Biobased Plastice a Bionanocompozity: Aktuálny stav a budúcnosť. Progovať. Polym. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satis K (2017). Bioplasty - Klasifikácia, výroba a ich potenciálne aplikácie potravín. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.