Plik biotworzywa Są to dowolne plastyczne materiały na bazie polimerów pochodzenia petrochemicznego lub biomasy, które ulegają biodegradacji. Podobnie jak w przypadku tradycyjnych tworzyw sztucznych syntetyzowanych z ropy naftowej, można z nich formować różne przedmioty.
W zależności od pochodzenia biotworzywa mogą być pozyskiwane z biomasy (na bazie biopochodnej) lub pochodzenia petrochemicznego. Z drugiej strony w zależności od stopnia ich rozkładu występują biodegradowalne i niebiodegradowalne biotworzywa..
Powstanie biotworzyw jest odpowiedzią na niedogodności generowane przez konwencjonalne tworzywa sztuczne. Obejmuje to gromadzenie się nieulegających biodegradacji tworzyw sztucznych w oceanach i na wysypiskach..
Z drugiej strony konwencjonalne tworzywa sztuczne mają duży ślad węglowy i wysoką zawartość toksycznych pierwiastków. Z drugiej strony biotworzywa mają kilka zalet, ponieważ nie wytwarzają toksycznych pierwiastków i ogólnie są biodegradowalne i nadają się do recyklingu..
Do głównych wad biotworzyw to ich wysoki koszt produkcji i mniejsza odporność. Ponadto niektóre z używanych surowców to potencjalne środki spożywcze, co stanowi problem ekonomiczny i etyczny..
Niektóre przykłady obiektów z bioplastiku to biodegradowalne torby, a także części samochodowe i telefony komórkowe..
Indeks artykułów
Ostatnio wzrosło zainteresowanie nauki i przemysłu produkcją tworzyw sztucznych z surowców odnawialnych, które są biodegradowalne.
Wynika to z wyczerpywania się światowych zasobów ropy naftowej i coraz większej świadomości na temat poważnych szkód środowiskowych powodowanych przez tworzywa sztuczne..
Wraz z rosnącym popytem na tworzywa sztuczne na rynku światowym, rośnie również popyt na tworzywa biodegradowalne.
Odpady biotworzyw biodegradowalnych można traktować jako odpady organiczne, szybko rozkładające się i niezanieczyszczające. Na przykład mogą być stosowane jako dodatki do gleby w kompostowaniu, ponieważ są naturalnie poddawane recyklingowi w procesach biologicznych.
Produkcja biodegradowalnych biotworzyw stoi przed dużymi wyzwaniami, ponieważ biotworzywa mają gorsze właściwości niż petroplasty, a ich zastosowanie, chociaż rośnie, jest ograniczone.
Aby poprawić właściwości biotworzyw, opracowywane są mieszanki biopolimerów z różnego rodzaju dodatkami, takimi jak nanorurki węglowe i włókna naturalne modyfikowane procesami chemicznymi..
Ogólnie dodatki stosowane do biotworzyw poprawiają takie właściwości, jak:
Właściwości te można wprowadzić do bioplastiku poprzez przygotowanie chemiczne i metody przetwarzania..
Biotworzywa są starsze od konwencjonalnych syntetycznych tworzyw sztucznych pochodzących z ropy naftowej. Stosowanie polimerów pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego do produkcji tworzyw sztucznych sięga XVIII wieku przy użyciu naturalnego kauczuku (lateks z Hevea brasiliensis).
Pierwszy bioplastik, chociaż nie otrzymał takiej nazwy, został opracowany w 1869 roku przez Johna Wesleya Hyatta Jr., który wyprodukował plastik pochodzący z celulozy bawełnianej jako substytut kości słoniowej. Podobnie pod koniec XIX wieku do produkcji biotworzyw używano kazeiny mlecznej..
W latach czterdziestych firma Ford badała alternatywy dla wykorzystania surowców roślinnych do produkcji części do swoich samochodów. Ten kierunek badań był napędzany przez ograniczenia w używaniu stali przez wojnę.
W rezultacie w 1941 roku firma opracowała model samochodu z nadwoziem zbudowanym głównie z pochodnych soi. Jednak po zakończeniu wojny inicjatywa ta nie była kontynuowana..
Do 1947 roku wyprodukowano pierwszy techniczny bioplastik, Poliamid 11 (znak towarowy Rilsan). Później, w latach 90-tych, pojawiły się PLA (polikwas mlekowy), PHA (polihydroksyalkaniany) i plastyfikowane skrobie..
Biotworzywa biologiczne to te, które są wytwarzane z biomasy roślinnej. Trzy podstawowe źródła surowca dla biopochodnych są następujące.
Możesz użyć naturalnych polimerów wytwarzanych bezpośrednio przez rośliny, takich jak skrobia lub cukry. Na przykład „plastik ziemniaczany” jest biodegradowalnym bioplastikiem wytwarzanym ze skrobi ziemniaczanej..
Drugą alternatywą jest synteza polimerów z monomerów ekstrahowanych ze źródeł roślinnych lub zwierzęcych. Różnica między tą drogą a poprzednią polega na tym, że wymagana jest tutaj pośrednia synteza chemiczna..
Na przykład Bio-PE lub zielony polietylen jest produkowany z etanolu otrzymywanego z trzciny cukrowej..
Biotworzywa można również wytwarzać ze źródeł zwierzęcych, takich jak glikozoaminoglikany (GAG), które są białkami skorupek jaj. Zaletą tego białka jest to, że pozwala na uzyskanie bardziej odpornych biotworzyw.
Innym sposobem wytwarzania polimerów do biotworzyw jest biotechnologia poprzez kultury bakteryjne. W tym sensie wiele bakterii syntetyzuje i przechowuje polimery, które można ekstrahować i przetwarzać..
W tym celu bakterie są masowo hodowane w odpowiednich pożywkach hodowlanych, a następnie przetwarzane w celu oczyszczenia określonego polimeru. Na przykład PHA (polihydroksyalkaniany) są syntetyzowane przez różne rodzaje bakterii rosnące w pożywce z nadmiarem węgla i bez azotu i fosforu..
Bakterie przechowują polimer w postaci granulek w cytoplazmie, które są ekstrahowane poprzez przetwarzanie mas bakteryjnych. Innym przykładem jest PHBV (PolyhydroxyButylValerate), który jest pozyskiwany z bakterii karmionych cukrami pozyskiwanymi z resztek roślinnych..
Największym ograniczeniem uzyskanych w ten sposób biotworzyw jest koszt produkcji, głównie ze względu na wymagane pożywki hodowlane..
Ohio University opracował dość mocny bioplastik poprzez połączenie naturalnego kauczuku z bioplastikiem PHBV, organicznym nadtlenkiem i triakrylanem trimetylolopropanu (TMPTA).
Biotworzywa pozyskiwane są różnymi procesami, w zależności od surowca i pożądanych właściwości. Biotworzywa można uzyskać poprzez podstawowe procesy lub bardziej złożone procesy przemysłowe.
Można to zrobić poprzez gotowanie i formowanie w przypadku stosowania naturalnych polimerów, takich jak skrobia lub kukurydza lub skrobia ziemniaczana.
Tak więc podstawowym przepisem na produkcję bioplastiku jest zmieszanie skrobi kukurydzianej lub ziemniaczanej z wodą z dodatkiem gliceryny. Następnie tę mieszaninę gotuje się, aż zgęstnieje, uformuje i pozostawi do wyschnięcia..
W przypadku biotworzyw wytwarzanych z polimerów syntetyzowanych z monomerów biomasy procesy są nieco bardziej złożone.
Na przykład Bio-PE otrzymany z etanolu z trzciny cukrowej wymaga szeregu etapów. Pierwszą rzeczą jest ekstrakcja cukru z trzciny cukrowej w celu uzyskania etanolu poprzez fermentację i destylację..
Następnie etanol odwadnia się i otrzymuje się etylen, który należy spolimeryzować. Ostatecznie za pomocą maszyn do termoformowania wytwarza się przedmioty na bazie tego bioplastiku.
Odnosząc się do biotworzyw wytwarzanych z polimerów otrzymywanych w wyniku biotechnologii, wzrasta złożoność i koszty. Dzieje się tak, ponieważ zaangażowane są kultury bakteryjne, które wymagają określonych pożywek i warunków wzrostu..
Proces ten opiera się na fakcie, że niektóre bakterie wytwarzają naturalne polimery, które są w stanie przechowywać w środku. Dlatego też, wychodząc z odpowiednich składników odżywczych, te mikroorganizmy są hodowane i przetwarzane w celu ekstrakcji polimerów..
Biotworzywa można również wytwarzać z niektórych alg, takich jak Botryococcus braunii. Te mikroalgi mogą wytwarzać, a nawet wydalać węglowodory do środowiska, z którego pozyskuje się paliwa lub biotworzywa..
Podstawową zasadą jest formowanie przedmiotu, dzięki plastycznym właściwościom tej mieszanki przy użyciu ciśnienia i ciepła. Przetwarzanie odbywa się poprzez wytłaczanie, wtryskiwanie, wtryskiwanie i rozdmuchiwanie, rozdmuchiwanie preform i termoformowanie, a na koniec poddawane jest chłodzeniu.
Podejścia do klasyfikacji biotworzyw są różnorodne i nie pozbawione kontrowersji. W każdym razie kryteria używane do definiowania różnych typów to pochodzenie i poziom rozkładu..
Zgodnie z uogólnionym podejściem biotworzywa można sklasyfikować ze względu na ich pochodzenie jako biopochodne lub nie oparte na biotechnologii. W pierwszym przypadku polimery pozyskiwane są z biomasy roślinnej, zwierzęcej lub bakteryjnej, a zatem są zasobami odnawialnymi.
Z drugiej strony biotworzywa nie na bazie biologicznej to te produkowane z polimerów syntetyzowanych z ropy naftowej. Ponieważ jednak pochodzą z nieodnawialnego surowca, niektórzy specjaliści uważają, że nie należy ich traktować jako biotworzywa.
Jeśli chodzi o poziom rozkładu, biotworzywa mogą ulegać biodegradacji lub nie. Te ulegające biodegradacji ulegają rozkładowi w stosunkowo krótkim czasie (od kilku dni do kilku miesięcy) w odpowiednich warunkach.
Ze swojej strony nieulegające biodegradacji biotworzywa zachowują się jak konwencjonalne tworzywa sztuczne pochodzenia petrochemicznego. W tym przypadku okres rozkładu mierzy się w dziesięcioleciach, a nawet stuleciach..
Kryterium to budzi również kontrowersje, ponieważ niektórzy uczeni uważają, że prawdziwy bioplastik musi ulegać biodegradacji..
Po połączeniu dwóch poprzednich kryteriów (pochodzenie i poziom rozkładu) biotworzywa można podzielić na trzy grupy:
Należy zauważyć, że aby uznać polimer za bioplastik, należy wprowadzić jedną z tych trzech kombinacji.
Wśród bioplastików na bazie biologicznej i biodegradowalnych mamy kwas polimlekowy (PLA) i polihydroksyalkanian (PHA). PLA jest jednym z najczęściej używanych bioplastików i jest pozyskiwany głównie z kukurydzy.
Ten bioplastik ma podobne właściwości do politereftalanu etylenu (PET, konwencjonalne tworzywo poliestrowe), chociaż jest mniej odporny na wysokie temperatury.
Ze swojej strony PHA ma zmienne właściwości w zależności od konkretnego polimeru, z którego się składa. Otrzymywany jest z komórek roślinnych lub biotechnologicznie z kultur bakteryjnych.
Te biotworzywa są bardzo wrażliwe na warunki przetwarzania, a ich koszt jest nawet dziesięciokrotnie wyższy niż w przypadku konwencjonalnych tworzyw sztucznych.
Innym przykładem tej kategorii jest PHBV (PolyhydroxyButylValerate), który pozyskiwany jest z resztek roślinnych..
W tej grupie mamy bio-polietylen (BIO-PE), o właściwościach zbliżonych do tradycyjnego polietylenu. Ze swojej strony Bio-PET ma właściwości podobne do politereftalanu etylenu.
Oba biotworzywa są zwykle wytwarzane z trzciny cukrowej, uzyskując bioetanol jako produkt pośredni..
Do tej kategorii należy również bio-poliamid (PA), który jest bioplastikiem nadającym się do recyklingu i posiadającym doskonałe właściwości termoizolacyjne..
Biodegradowalność ma związek ze strukturą chemiczną polimeru, a nie z rodzajem użytego surowca. Dlatego biodegradowalne tworzywa sztuczne można uzyskać z ropy naftowej po odpowiednim przetworzeniu..
Przykładem tego typu biotworzyw są polikaprolaktony (PCL), które są wykorzystywane do produkcji poliuretanów. Jest to bioplastik otrzymywany z pochodnych ropy naftowej, takich jak bursztynian polibutylenu (PBS).
Chociaż nie wszystkie biotworzywa ulegają biodegradacji, prawda jest taka, że dla wielu ludzi jest to ich podstawowa cecha. W rzeczywistości poszukiwanie tej nieruchomości jest jednym z fundamentalnych motorów boomu biotworzyw.
Konwencjonalne tworzywa ropopochodne i nieulegające biodegradacji rozkładają się setki, a nawet tysiące lat. Sytuacja ta stanowi poważny problem, ponieważ wysypiska śmieci i oceany wypełniają się tworzywami sztucznymi..
Z tego powodu biodegradowalność jest bardzo istotną zaletą, ponieważ materiały te mogą rozkładać się w ciągu tygodni, miesięcy lub kilku lat..
Ponieważ są to materiały biodegradowalne, biotworzywa przestają zajmować przestrzeń jako śmieci. Ponadto mają tę dodatkową zaletę, że w większości przypadków nie zawierają toksycznych pierwiastków, które mogą być uwalniane do środowiska..
Zarówno w procesie produkcji biotworzyw, jak i podczas ich rozkładu, uwalnia się mniej CO2 niż w przypadku tradycyjnych tworzyw sztucznych. W wielu przypadkach nie wydzielają metanu lub robią to w niewielkich ilościach, przez co mają niewielki wpływ na efekt cieplarniany..
Na przykład biotworzywa otrzymywane z etanolu z trzciny cukrowej zmniejszają emisję CO2 nawet o 75% w porównaniu z produktami ropopochodnymi.
Generalnie do produkcji i składu biotworzyw nie używa się substancji toksycznych. W związku z tym stanowią mniejsze ryzyko zanieczyszczenia zawartej w nich żywności lub napojów..
W przeciwieństwie do konwencjonalnych tworzyw sztucznych, które mogą wytwarzać dioksyny i inne zanieczyszczające składniki, biotworzywa pochodzenia biologicznego są nieszkodliwe.
Wady są głównie związane z rodzajem zastosowanego bioplastiku. Między innymi mamy następujące.
Jednym z ograniczeń, które większość biotworzyw ma w porównaniu z konwencjonalnymi tworzywami sztucznymi, jest ich mniejsza odporność. Jednak ta właściwość jest związana z jego zdolnością do biodegradacji..
W niektórych przypadkach surowce używane do produkcji biotworzyw są droższe niż te z ropy naftowej.
Z drugiej strony produkcja niektórych biotworzyw wiąże się z wyższymi kosztami przetwarzania. W szczególności te koszty produkcji są wyższe w przypadku produktów wytwarzanych w procesach biotechnologicznych, w tym masowej hodowli bakterii..
Biotworzywa produkowane z surowców spożywczych konkurują z potrzebami człowieka. Dlatego, ponieważ bardziej opłaca się przeznaczać uprawy na produkcję biotworzyw, są one wycofywane z obiegu produkcji żywności..
Jednak ta wada nie dotyczy biotworzyw otrzymywanych z niejadalnych odpadów. Wśród tych odpadów mamy resztki pożniwne, niejadalne algi, ligninę, skorupki jaj czy egzoszkielety homara..
Bioplastik PLA jest bardzo podobny do konwencjonalnego plastiku PET (politereftalan etylenu), ale nie nadaje się do recyklingu. Dlatego jeśli oba rodzaje tworzyw sztucznych są mieszane w pojemniku do recyklingu, zawartość ta nie może zostać poddana recyklingowi..
W związku z tym istnieją obawy, że rosnące wykorzystanie PLA może utrudnić obecne wysiłki na rzecz recyklingu tworzyw sztucznych..
Przedmioty, które generują najwięcej odpadów, to pojemniki, owijki, talerze i sztućce połączone z fast foodami i torby na zakupy. Dlatego w tej dziedzinie biodegradowalne biotworzywa odgrywają istotną rolę.
Z tego powodu opracowano różne produkty oparte na biotworzywach, aby wpłynąć na ograniczenie wytwarzania odpadów. Mamy między innymi biodegradowalną torbę wykonaną z Ecovio firmy BASF lub plastikową butelkę wykonaną z PLA uzyskanego z kukurydzy przez Safiplast w Hiszpanii..
Firma Ooho zamiast tradycyjnych butelek stworzyła biodegradowalne kapsułki z wodorostów z wodą. Ta propozycja była bardzo innowacyjna i udana i została już przetestowana w maratonie w Londynie.
W przypadku niektórych upraw, takich jak truskawki, powszechną praktyką jest przykrywanie gleby folią w celu zwalczania chwastów i zapobiegania zamarzaniu. W tym sensie wyściółka bioplastyczna, taka jak Agrobiofilm, została opracowana w celu zastąpienia konwencjonalnych tworzyw sztucznych.
Stosowanie biotworzyw nie ogranicza się do przedmiotów użytkowych i unieszkodliwiania, ale można je stosować w bardziej trwałych przedmiotach. Na przykład firma Zoë b Organic produkuje zabawki plażowe.
Toyota wykorzystuje bioplastiki w niektórych częściach samochodowych, takich jak komponenty klimatyzatorów i panele kontrolne. W tym celu wykorzystuje biotworzywa, takie jak Bio-PET i PLA.
Ze swojej strony Fujitsu używa biotworzyw do produkcji myszy komputerowych i części klawiatury. W przypadku firmy Samsung niektóre telefony komórkowe mają obudowy wykonane w większości z bioplastiku.
Biotworzywa skrobiowe są stosowane jako materiały konstrukcyjne oraz bioplastiki wzmocnione nanowłóknami w instalacjach elektrycznych.
Ponadto zostały wykorzystane w opracowaniu drewno bioplastyczne do mebli, które nie są atakowane przez ksylofagi i nie gniją pod wpływem wilgoci.
Zostały wykonane z bioplastycznych kapsułek zawierających leki i nośniki leków, które są powoli uwalniane. Tym samym biodostępność leków jest regulowana w czasie (dawka jaką pacjent otrzymuje w danym czasie).
Biotworzywa celulozowe stosowane w implantach, inżynierii tkankowej, bioplastiki chitynowe i chitozanowe zostały wyprodukowane do ochrony ran, inżynierii tkanki kostnej i regeneracji skóry ludzkiej.
Wytwarzano również biotworzywa celulozowe do biosensorów, mieszanki z hydroksyapatytem do produkcji implantów dentystycznych, włókna bioplastyczne w cewnikach..
Sztywne pianki na bazie olejów roślinnych (biotworzywa) znalazły zastosowanie zarówno w urządzeniach przemysłowych, jak i transportowych; części samochodowe i części lotnicze.
Elektroniczne komponenty telefonów komórkowych, komputerów, urządzeń audio i wideo również zostały wyprodukowane z biotworzyw..
Hydrożele bioplastyczne, które pochłaniają i zatrzymują wodę oraz mogą ją powoli uwalniać, są przydatne jako osłony ochronne dla uprawianej gleby, utrzymując jej wilgotność i sprzyjając wzrostowi plantacji rolniczych w regionach suchych i o niskich porach deszczowych..
Jeszcze bez komentarzy