Bioplastyczne sposób, w jaki występują, typy, zalety, wady

Bioplastyczne Są to każdy plastyczny materiał oparty na polimerach pochodzenia petrochemicznego lub biomasy, które są biodegradowalne. Podobnie jak tradycyjne tworzywa sztuczne zsyntetyzowane z oleju, można je uformować, aby wytworzyć różne obiekty.

Zgodnie z jego pochodzeniem, bioplastyczne można uzyskać z biomasy (biobasados) lub pochodzenia petrochemicznego. Z drugiej strony, zgodnie z ich poziomem rozkładu, istnieją biodegradowalne i nieodgradowalne bioplastyczne.

Pokryte wykonane z biodegradowalnego poliestru skrobi. Źródło: Scott Bauer [domena publiczna]

Wzrost bioplastii powstaje w odpowiedzi na niedogodności generowane przez konwencjonalne tworzywa sztuczne. Wśród nich można zwrócić uwagę na gromadzenie się nie -biodegradowalnych tworzyw sztucznych w oceanach i składowiskach.

Z drugiej strony konwencjonalne tworzywa sztuczne mają wysoki ślad węglowy i wysoką zawartość elementów toksycznych. Z drugiej strony, bioplastiki mają kilka zalet, ponieważ nie wytwarzają toksycznych elementów i są ogólnie biodegradowalne i recyklingowe.

Wśród głównych wad bioplastii można wskazać jego wysokie koszty produkcji i niższy opór. Ponadto niektóre z zastosowanych surowców to potencjalna żywność, która rodzi problem ekonomiczny i etyczny.

Niektóre przykłady obiektów bioplastycznych to worki biodegradowalne, a także części pojazdów i telefonów komórkowych.

[TOC]

Charakterystyka bioplastyczna

Znaczenie ekonomiczne i środowiskowe bioplastyki

Różne obiekty utylitarne wykonane z bioplastycznych. Źródło: Hwaja Götz [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)], przez Wikimedia Commons

Ostatnio pojawiło się bardziej zainteresowanie naukowe i przemysłowe w produkcji tworzyw sztucznych z odnawialnych surowców i są biodegradowalni.

Wynika to z faktu, że światowe rezerwy ropy naftowej są wyczerpane i że istnieje większa świadomość w odniesieniu do poważnych szkód środowiskowych spowodowanych przez petroplastyczne.

Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na tworzywa sztuczne na rynku światowym popyt na tworzywa sztuczne biodegradowalne również rośnie.

Biodegradowalność

Biodegradowalne odpady bioplastyczne mogą być traktowane jako odpady organiczne, szybka i niezakładająca degradacja. Na przykład mogą być stosowane jako zmiany gleby w kompostowaniu, ponieważ są one naturalnie poddane recyklingowi procesami biologicznymi.

Bioplastyczne z niezliczonymi zastosowaniami komercyjnymi. Źródło: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/czyn.in)], przez wikimedia Commons

Ograniczenia bioplastyczne

Produkcja biodegradowalnych bioplastów staje w obliczu wielkich wyzwań, ponieważ bioplastiki mają niższe właściwości i ich zastosowanie, chociaż rośnie, jest ograniczona.

Poprawa właściwości bioplastycznych

Aby poprawić właściwości bioplastyczne, opracowywane są biopolimery z różnymi rodzajami dodatków, takich jak nanorurki węglowe i naturalne włókna zmodyfikowane przez procesy chemiczne.

Ogólnie rzecz biorąc, dodatki zastosowane do bioplastii poprawiają właściwości, takie jak:

• Sztywność i odporność mechaniczna.
• Gaza i właściwości bariery wodnej.
• Ustawność termosła i termostabilność.

Właściwości te można zaprojektować w bioplastycznych metodach przygotowania i przetwarzania chemicznego.

Jak wyglądają bioplastiki?

Bioplastyczne do pakowania termoplastycznej skrobi. Źródło: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

-Krótka historia

Bioplastyczne są przed konwencjonalnymi syntetycznymi tworzywami sztucznymi pochodzącymi z oleju. Zastosowanie polimerów materii roślinnej lub zwierząt do produkcji materiału z tworzywa sztucznego z XVIII wieku przy użyciu gumy naturalnej (Hevea Latex Brasiliensis).

Pierwszy bioplastyczny, chociaż nie podano tej nominału, został opracowany w 1869 roku przez Johna Wesleya Hyatta Jr., który wyprodukował plastik pochodzący z cellozy bawełnianej jako substytut kości słoniowej. Ponadto pod koniec XIX wieku zastosowano kazeinę mleczną do produkcji bioplastycznej.

W latach 40. firma Ford badała alternatywy dla wykorzystania surowców roślinnych do opracowania części swoich samochodów. Ta linia badawcza była spowodowana ograniczeniami dotyczącymi stosowania stali przez wojnę.

W wyniku tego w 1941 r. Firma opracowała model samochodowy z nadwoziem zbudowanym z pochodnych głównie soi. Jednak po zakończeniu wojny inicjatywa ta nie była kontynuowana.

Do 1947 r. Następnie, w latach 90., PLA (kwas poliaktyczny), PHA (polihydroksykalowe) i plastyczne skrobie pojawiły się.

-Surowiec

Bioplastyczne bioplastyki to te, które są wytwarzane z biomasy roślinnej. Trzy podstawowe źródła surowców biobasów to następujące.

Naturalne polimery biomasy

Naturalne polimery mogą być stosowane bezpośrednio przez rośliny, takie jak skrobia lub cukry. Na przykład „Plastik ziemniaczany” to biodegradowalny bioplastyka wykonana ze skrobi ziemniaczanej.

Polimery zsyntetyzowane z monomerów biomasy

Drugą alternatywą jest syntetyzacja polimerów z monomerów ekstrahowanych ze źródeł roślinnych lub zwierząt. Różnica między tą drogą a poprzednią polega na tym, że tutaj wymagana jest pośrednia synteza chemiczna.

Może ci służyć: kompost: materiały, opracowanie, typy, użycia

Na przykład Bio-PE lub zielony polietylen jest wytwarzany z etanolu uzyskany z trzciny cukrowej.

Bioplastyczne mogą również wystąpić ze źródeł zwierząt, takich jak glikozaminoglikany (GAG), które są białkami skorupkowatymi. Zaletą tego białka jest to, że pozwala ono uzyskać bardziej odporne bioplastyki.

Biotechnologia oparta na uprawach bakteryjnych

Innym sposobem produkcji polimerów do bioplastycznej jest biotechnologia przez uprawy bakteryjne. W tym sensie wiele bakterii syntetyzuje i przechowuje polimery, które można wyodrębnić i przetwarzać.

W tym celu bakterie w odpowiednich pożywkach hodowlanych są masowo uprawiane, a następnie przetwarzane w celu oczyszczenia określonego polimeru. Na przykład, PHA (polihydroksykalcaniaty) jest syntetyzowany przez różne gatunki bakteryjne rosnące w nadmiaru węgla i bez azotu lub fosforu.

Bakterie przechowują polimer w postaci granulek w cytoplazmie, które są ekstrahowane przez przetwarzanie mas bakteryjnych. Innym przykładem jest PHBV (polihydroksybutilwarefer), który jest uzyskiwany z bakterii karmionych cukrami uzyskanymi z szczątków roślinnych.

Największe ograniczenie bioplastii.

Połączenie naturalnego polimeru i polimeru biotechnologicznego

University of Ohio opracował raczej odporną bioplastyczną łączącą naturalną gumę z bioplastycznym, organicznym nadtlenkiem i trihakrylanem trimetylopropanowym (TMPTA).

-Proces produkcji

Bioplastyczne są uzyskiwane przez różne procesy, w zależności od surowca i pożądanych właściwości. Bioplastyczne można uzyskać za pomocą procesów podstawowych lub bardziej złożonych procesów przemysłowych.

Podstawowy proces

Gotowanie i formowane można wykonać w przypadku zastosowania naturalnych polimerów, takich jak kukurydza lub skrobia ziemniaczana.

Zatem elementarnym przepisem do wytworzenia bioplastycznej jest mieszanie skrobi kukurydzianej lub skrobi ziemniaka z wodą, dodając glicerynę. Następnie ta mieszanina jest poddawana gotowaniu, aż zagęszcza, jest formowana i pozwala wyschnąć.

Procesy średniej złożoności

W przypadku bioplastycznych wytwarzanych z polimerami syntetyzowanymi z monomerów biomasy, procesy są nieco bardziej złożone.

Na przykład bio-peer uzyskany z etanolu trzciny cukrowej wymaga serii kroków. Pierwszą rzeczą jest wydobycie cukru trzcinowego w celu uzyskania etanolu przez fermentację i destylacja.

Następnie etanol jest odwodniony i uzyskuje się etylen, które należy polimeryzować. Wreszcie, poprzez maszyny termoformingowe, wytwarzane są obiekty oparte na tym bioplastyce.

Złożone i droższe procesy

Odnosząc się do bioplastycznej wytwarzanej z polimerów uzyskanych przez biotechnologię, złożoność i koszty rosną. Wynika to z faktu, że kultury bakteryjne, które wymagają określonych środków kultury i warunków wzrostu.

Proces ten opiera się na niektórych bakteriach wytwarzających naturalne polimery, które są zdolne do przechowywania w środku. Dlatego, w oparciu o odpowiednie pierwiastki żywieniowe, te mikroorganizmy są uprawiane i przetwarzane w celu wydobycia polimerów.

Możesz także wyprodukować bioplastyczne z niektórych glonów, takich jak Botryococcus Braunii. Te mikroalgi są w stanie wytwarzać, a nawet wydalić pół węglowodorów, z których otrzymuje się paliwa lub bioplastyki.

-Produkcja produktów na bazie bioplastycznej

Podstawową zasadą jest formowanie obiektu, dzięki plastikowym właściwościom tego związku za pomocą ciśnienia i ciepła. Przetwarzanie odbywa się przez wytłaczanie, wstrzyknięcie, wtrysk i dmuchanie, cios przed formą.

Chłopaki

Opakowanie wykonane z octanu celulozy. Źródło: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Podejścia do klasyfikacji bioplastycznych jest zróżnicowane i nie są zwolnione z kontrowersji. W każdym razie kryteria oparte na zdefiniowaniu różnych typów są pochodzenie i poziom rozkładu.

-Pochodzenie

Zgodnie z uogólnionym podejściem, bioplastiki można klasyfikować według ich pochodzenia w biobazadach lub nie -biobazadach. W pierwszym przypadku polimery są uzyskiwane z biomasy roślinnej, zwierzęcej lub bakteryjnej, a zatem są zasobami odnawialnymi.

Ze swojej strony, bioplastyczne bez biopasado są produkowane z polimerami syntetyzowanymi z oleju. Jednak, pochodząc z zasobu niezrównanego, niektórzy specjaliści uważają, że nie należy ich traktować jako bioplastyczne.

-Poziom rozkładu

Jeśli chodzi o poziom rozkładu, bioplastyczne mogą być biodegradowalne lub nie. Biodegradabables są podzielone na stosunkowo krótkie okresy (dni kilka miesięcy), podlegając odpowiednim warunkom.

Z drugiej strony, nie -biodegradowalne bioplastyki zachowują się jako konwencjonalne tworzywa sztuczne pochodzenia petrochemicznego. W takim przypadku okres rozkładu mierzy się od dziesięcioleci i do stuleci.

Jeśli chodzi o to kryterium, istnieją również kontrowersje, ponieważ niektórzy uczeni uważają, że prawdziwa bioplastyczna musi być biodegradowalna.

Może ci służyć: jaki jest wpływ działalności człowieka na wyginięcie niektórych grupy żywych istot

-Pochodzenie i biodegradacja

Kiedy dwa poprzednie kryteria (pochodzenie i poziom rozkładu) są łączone, bioplastiki można podzielić na trzy grupy:

1. Z odnawialnych surowców (biobasado) i biodegradowalnych.
2. Te uzyskane z odnawialnych surowców (biobasy), ale nie są biodegradowalni.
3. Uzyskane z surowców pochodzenia petrochemicznego, ale które są biodegradowalne.

Ważne jest, aby podkreślić, że rozważenie polimeru jako bioplastycznego musi wejść do jednej z tych trzech kombinacji.

Biobasados-biodegradables

Wśród biopastowych i biodegradowalnych bioplastów mamy kwas polilaktyczny (PLA) i polihydroknojanonian (PHA). PL jest jedną z najczęściej używanych bioplastii i jest uzyskiwana głównie z kukurydzy.

Ten bioplastyczny ma podobne właściwości do tereftalanu polietylenu (PET, konwencjonalny plastik poliesterów), chociaż jest mniej odporny na wysokie temperatury.

Ze swojej strony PHA ma właściwości zmienne w zależności od konkretnego polimeru, który. Jest uzyskiwany z komórek roślinnych lub biotechnologii z upraw bakteryjnych.

Te bioplastiki są bardzo wrażliwe na warunki przetwarzania, a ich koszty są nawet dziesięć razy większe niż konwencjonalne tworzywa sztuczne.

Innym przykładem tej kategorii jest PHBV (polihydroksybutilwalerate), który jest uzyskiwany z szczątków roślinnych.

Biodegradowalne biodegradowalne

W tej grupie mamy bio-polityczny (Bio-PE), z właściwościami podobnymi do konwencjonalnego polietylenu. Ze swojej strony Bio-Pet ma charakterystykę podobną do tereftalanu polietylenowego.

Obie bioplastyki są powszechnie wytwarzane z trzciny cukrowej, uzyskując bioetanol jako produkt pośredni.

Bio-poliamid (PA) należy również do tej kategorii, która jest bioplastą podlegającą recyklingu o doskonałych właściwościach izolacji termicznej.

-Nie biobasados-biodegradables

Biodegradowalność ma związek ze strukturą chemiczną polimeru, a nie z rodzajem używanego surowca. Dlatego biodegradowalne tworzywa sztuczne można uzyskać z oleju z odpowiednim przetwarzaniem.

Przykładem tego typu bioplastików są polikaprolaktonas (PCL), które są stosowane w produkcji poliuretanów. Jest to bioplastyczne uzyskane z pochodnych ropopochodnych, a także ssanie polibutilenu (PBS).

Zalety

Słodki owinę wykonany z PLA (kwas polikatyczny). Źródło: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/czyn.W)]

Są biodegradowalne

Chociaż nie wszystkie bioplastyczne są biodegradowalne, prawda jest taka, że ​​dla wielu ludzi jest to ich podstawowa cecha. W rzeczywistości poszukiwanie tej nieruchomości jest jednym z podstawowych silników wzrostu bioplastii.

Konwencjonalne tworzywa sztuczne pochodzące z ropy i nie -biodegradowalne setki i do tysięcy lat rozkładają. Ta sytuacja stanowi poważny problem, ponieważ składowiska i oceany są wypełnione plastikami.

Dlatego biodegradowalność jest bardzo istotną zaletą, ponieważ materiały te mogą rozkładać się w tygodniach, miesiącach lub kilku latach.

Nie zanieczyszczają środowiska

Ponieważ są to materiały biodegradowalne, bioplastyki przestają zajmować przestrzeń jako śmieci. Ponadto mają dodatkową zaletę, że w większości przypadków nie zawierają one toksycznych elementów, które mogą uwolnić środowisko.

Mają niewielki ślad węglowy

Zarówno w procesie produkcji bioplastycznej, podobnie jak w jego rozkładaniu, uwalnia się mniej CO2 niż w przypadku konwencjonalnych tworzyw sztucznych. W wielu przypadkach nie uwalniają metanu ani nie robią tego w niskich ilościach, a zatem mają niewielką częstotliwość w efekcie cieplarnianym.

Na przykład bioplastiki uzyskane z etanolu trzciny cukrowej zmniejszają do 75% emisji CO2 w porównaniu z pochodnymi oleju.

Bezpieczniejsze do noszenia jedzenia i napojów

Zasadniczo w opracowywaniu i składaniu substancji toksycznych bioplastyki nie są używane. Dlatego stanowią mniejsze ryzyko zanieczyszczenia żywności lub napojów zawartych w nich.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych tworzyw sztucznych, które mogą wytwarzać dioksyny i inne komponenty zanieczyszczające, biopastowane bioplastyczne są nieszkodliwe.

Niedogodności

Niedogodności są głównie związane z rodzajem użytej bioplastycznej. Między innymi mamy następujące.

Niższy opór

Ograniczeniem najbardziej bioplastycznym dla konwencjonalnych tworzyw sztucznych jest ich najmniejszym opornością. Jednak ta właściwość jest związana z jej zdolnością do biodegrada.

Wyższy koszt

W niektórych przypadkach surowce stosowane do produkcji bioplastii są droższe niż olej z oleju.

Z drugiej strony produkcja niektórych bioplastii oznacza większe koszty przetwarzania. W szczególności te koszty produkcji są wyższe w kosztach wytwarzanych przez procesy biotechnologiczne, w tym masywną uprawę bakterii.

Użyj konfliktu

Bioplastyczne wytwarzane z surowców spożywczych konkurują z potrzebami żywności ludzkiej. Dlatego, będąc bardziej opłacalnym w dedykowaniu zbiorów na produkcję bioplastii, są one usuwane z obwodu produkcji żywności.

Może ci służyć: Trofic Network

Jednak ta wada nie dotyczy tych bioplastycznych uzyskanych z nieoprawnych odpadów. Wśród tych odpadów mamy resztki upraw, nieopisane glony, ligninę, skorupy jaj lub egzoszkielety homara.

Nie są łatwe do recyklingu

PLA BIOPLASTic jest bardzo podobny do konwencjonalnego tworzywa sztucznego (tereftalan polietylenowy), ale nie podlega recyklingu. Dlatego jeśli oba rodzaje tworzywa sztucznego są mieszane w pojemniku recyklingu, treści tej nie można poddać recyklingowi.

W tym sensie istnieje obawa, że ​​rosnące użycie PL może utrudniać istniejące wysiłki na recykling tworzyw sztucznych.

Przykłady i jego zastosowania produktów wytwarzanych z bioplastycznym

Opakowanie wina wykonane z bioplastycznych z odpadów rolniczych i grzybni. Źródło: Mycobond [CC BY-SA 2.0 (https: // creativeCommons.ORG/Licencje/BY-SA/2.0)]

-Obiekty jednorazowe lub jednorazowe

Elementy, które wytwarzają więcej odpadów, to pakiety, opakowania, naczynia i sztućce połączone z fast foodami i torbami na zakupy. Dlatego w tym polu biodegradowalne bioplastyki odgrywają istotną rolę.

Dlatego opracowano różne produkty bioplastyczne, aby wpłynąć na wytwarzanie odpadów. Między innymi biodegradowalna torba wyprodukowana z BASF Ecovio lub plastikową butelkę wykonaną z Plaz uzyskana z kukurydzy przez Safipiplast w Hiszpanii.

Kapsułki wodne

Firma Ooho opracowała biodegradowalne kapsułki z wodorostów z wodą, zamiast tradycyjnych butelek. Ta propozycja była bardzo innowacyjna i odnosząca sukcesy i została już przetestowana w londyńskim maratonie.

Rolnictwo

W niektórych uprawach, takich jak truskawki, powszechną praktyką jest pokrycie ziemi plastikową arkuszem, aby kontrolować chwasty i uniknąć zamarzania. W tym sensie opracowano podkładki bioplastyczne, takie jak agrobiofilm w celu zastąpienia konwencjonalnych tworzyw sztucznych.

-Obiekty dla trwałych aplikacji

Zastosowanie bioplastyki nie jest ograniczone do obiektów użycia i odrzucania, ale może być używane w bardziej trwałych obiektach. Na przykład Zoë B Organic Company produkuje zabawki plażowe.

Złożone elementy sprzętu

Toyota USA Bioplastic w niektórych częściach samochodowych, jako elementy aparatu klimatyzacji i paneli kontrolnych. W tym celu używa bioplastii, takich jak Bio-Pet i PLA.

Ze swojej strony Fujitsu używa bioplastycznych do tworzenia myszy komputerowych i klawiatur. W przypadku firmy Samsung niektóre telefony komórkowe mają dużą część bioplastycznej.

-Budowa cywilna i inżynieria

Bioplastyka skrobi zastosowano jako materiały budowlane i bioplastiki wzmocnione nanowłókienami w instalacjach elektrycznych.

Ponadto zostały użyte w opracowaniu Drewno bioplastyczne w przypadku mebli, które nie są atakowane przez owady ksylofagiczne i nie gniją z wilgocią.

-Zastosowania farmaceutyczne

Zostały przygotowane z bioplastycznych kapsułek pojemników na leki i pojazdy lekarskie, które są powoli uwalniane. Zatem biodostępność leków jest regulowana z czasem (dawka, którą pacjent otrzymuje w określonym czasie).

-Zastosowania medyczne

BIOPLASY CELULOZE WŁAŚCIWE W Implantach, inżynierii tkankowej, chitynie i bioplastycznej inżynierii ochrony ran, inżynierii tkanki kostnej i regeneracji ludzkiej skóry.

Produkowano również bioplastykę celulozową dla bioczujników, mieszanki z hydroksyapatytem do produkcji implantów dentystycznych, włókien bioplastycznych w cewnikach, między innymi.

-Transport powietrza, morski i lądowy i przemysł

Zastosowano sztywne piany oparte na olejkach roślinnych (bioplastycznych), zarówno w urządzeniach przemysłowych, jak i transportowych; samochody i części lotnicze.

Wystąpiły również z bioplastycznych elementów elektronicznych telefonów komórkowych, komputerów, urządzeń audio i wideo.

-Rolnictwo

Hydrożele bioplastyczne, które wchłaniają i zatrzymują wodę i mogą je swobodnie uwalniać, są przydatne jako płaszcze ochronne gleby uprawnej, utrzymując wilgoć i faworyzując wzrost plantacji rolniczych w suchych regionach i w rzadkich porach opadów deszczu.

Bibliografia

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastyczne: uzyskiwanie i zastosowanie polihydroksencanioat. Wydział Pharmacy, University of Seville. Stopień apteki. 36 p.
2. Bezirhan-Arikan E i H Duygu-Ono-Ono-Onthoy (2015). Przegląd: badania bioplastii. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. Z Almeida A, Ja Ruiz, Nor López i MJ Pettinari (2004). Bioplastyczne: alternatywa ekologiczna. Live Chemistry, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Produkcja bioplastyczna z rozszerzonych źródeł. ISBN 9783639263725; VDM VERLAG DR. Müller Publishing, Berlin, Niemcy. 145 p.
4. LaBeagega-Viteri A (2018). Biodegradowalne polimery. Znaczenie i potencjalne zastosowania. National University of Dystans Education. Wydział Nauk, Departament Chemii Nieorganicznej i Inżynierii chemicznej. Master University in Science and Chemical Technology. 50 p.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia i Ak Mohanty (2013). BIOBADED PLASTIKI I BIONANOCOMPOZYTY: Obecny status i przyszłość. WAŁÓWKA. Polim. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satis K (2017). Bioplastics - Klasyfikacja, produkcja i ich potencjalne zastosowania żywnościowe. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.