Bioplastiske egenskaper, typer, produksjon og bruk



den bioplast Plast er polymere materialer, oppnådd fra rå materialer av biologisk opprinnelse, dvs. fornybare, naturlige ressurser som biomasse stivelse, cellulose, melkesyre, fett, vegetabilske og animalske proteiner, inkludert.

Begrepet bioplast brukes til å skille disse materialene av biologisk opprinnelse, fra petroplastics, som syntetiseres fra petroleumderivater.

Plast er lett formbare materialer som kan deformere uten å bryte inn i et mer eller mindre bredt spekter av forhold; Det er av denne grunn at de er materialer med stor allsidighet.

De fleste plastmaterialer er produsert av råmaterialer avledet fra petroleum. Disse petroplastikkene kommer fra utvinning og raffinering av olje, som er en ikke-fornybar, endelig og uttørkelig naturressurs.

Videre er petroplastik ikke biologisk nedbrytbar og genererer alvorlige miljøproblemer som de såkalte "plastøyene og suppene" i havene. Disse forårsaker massiv død av fisk og sjøfugl på grunn av forurensning av havet og luften av plastmikropartikler i suspensjon, fra deres fysiske nedbrytning.

I tillegg genererer forbrenningen av petroplastikk svært giftige utslipp.

I motsetning til petroplastikk, kan de fleste bioplaster være helt biologisk nedbrytbare og ikke-forurensende. De kan til og med favorisere dynamikken i økosystemene.

index

  • 1 Kjennetegn ved bioplast
    • 1.1 Økonomisk og miljømessig betydning av bioplast
    • 1.2 Biologisk nedbrytbarhet
    • 1.3 Begrensninger av bioplast
    • 1.4 Forbedring av egenskapene til bioplast
  • 2 typer (klassifisering)
    • 2.1 Klassifisering i henhold til preparatet
    • 2.2 Klassifisering i henhold til råmaterialet
  • 3 Industriell produksjon av bioplast
  • 4 Bruk av bioplast
    • 4.1 Engangsartikler
    • 4.2 Bygg og anlegg
    • 4.3 Farmasøytiske anvendelser
    • 4.4 Medisinske applikasjoner
    • 4.5 Luft-, maritim og landtransport og industri
    • 4.6 Landbruk
  • 5 referanser

Egenskaper for bioplast

Økonomisk og miljømessig betydning av bioplast

Nylig mer vitenskapelig og industriell interesse har oppstått for å produsere plast fra fornybare råvarer og som er biologisk nedbrytbare.

Dette skyldes at verdens oljereserver går ut og at det er større bevissthet om alvorlige miljøskader forårsaket av petroplastikken..

Med en økende etterspørsel etter plast i verdensmarkedet øker etterspørselen etter bionedbrytbar plast også.

nedbrytbarhet

Avfallet av biologisk nedbrytbar bioplast kan behandles som organisk avfall, med rask og ikke-forurensende nedbrytning. For eksempel kan de brukes som jordendringer i kompostering, da de resirkuleres naturlig av biologiske prosesser.

Begrensninger av bioplast

Fremstillingen av biologisk nedbrytbar bioplast står overfor store utfordringer, fordi bioplaster har dårligere egenskaper til petroplastikk og dets anvendelse, selv om den vokser, er begrenset.

Forbedring av egenskapene til bioplast

For å forbedre egenskapene til bioplast, utvikles blandinger av biopolymerer med forskjellige typer tilsetningsstoffer, for eksempel karbonnanorør og naturlige fibre modifisert ved kjemiske prosesser.

Generelt tilsetter additivene anvendt på bioplastiske egenskaper egenskaper som:

  • Stivhet og mekanisk motstand.
  • Barriereegenskaper mot gasser og vann.
  • Termoresistens og termostabilitet.

Disse egenskapene kan utformes i bioplast gjennom kjemiske metoder for fremstilling og behandling.

Typer (klassifisering)

Klassifisering i henhold til preparatet

Bioplaster kan klassifiseres i henhold til deres fremstillingsmåte i:

  • Bioplaster hvis syntese er laget av polymer råmateriale ekstrahert direkte fra biomasse.
  • Bioplaster oppnådd gjennom syntese ved bioteknologiske veier (ved bruk av innfødte eller genetisk modifiserte mikroorganismer).
  • Bioplaster oppnådd ved klassisk kjemisk syntese, utgående fra biologiske monomerer (som ville være teglene brukt til konstruksjonen).

Klassifisering i henhold til råmaterialet

Også bioplast kan klassifiseres etter opprinnelsen til råmaterialet:

Bioplaster basert på stivelse

Stivelse er en biopolymer som er i stand til å absorbere vann, og for disse bioplastene er funksjonelle, de blir tilsatt myknere som gir fleksibilitet (som sorbitol eller glyserin).

I tillegg blandes de med bionedbrytbare polyestere, polymælkesyre, polykaprolaktoner, blant annet for å forbedre deres mekaniske egenskaper og deres motstand mot nedbrytning av vann..

Bioplásticos utarbeidet av stivelse som økonomisk råmateriale, rikelig og fornybar, kaller "termoplast av stivelse".

De er deformerbare materialer ved romtemperatur, smelter ved oppvarming og herding i en tilstand glass ved avkjøling. De kan gjenoppvarmes og ombygges, men de gjennomgår endringer i deres fysiske og kjemiske egenskaper med disse prosedyrene.

De er den mest brukte bioplast typen og utgjør 50% av bioplastene i markedet.

Cellulose-baserte bioplaster

Cellulose er den mest omfattende organiske forbindelsen i den terrestriske biomassen, strukturell bestanddel av veggene i planteceller. Det er uoppløselig i vann, etanol og eter.

Bioplaster basert på cellulose er generelt celluloseestere (celluloseacetat og nitrocellulose) og deres derivater (celluloider). Gjennom kjemiske modifikasjoner av cellulose kan det bli termoplastisk.

Cellulose, som er meget mindre hydrofil (kompatibel med vann) stivelsen, produserer Bioplastics med forbedrede styrkeegenskaper, redusert gasspermeabilitet, og større motstand mot å nedbrytes av vann.

Proteinbaserte bioplaster

Det er mulig å lage bioplaster ved hjelp av proteiner som melke kasein, hvetegluten, soya protein, blant andre.

Spesielt er bioplast fra sojaprotein svært utsatt for nedbrytning av vann og er økonomisk dyrt å produsere. Utarbeide blandinger som er billigere og mer motstandsdyktige, innebærer en utfordring for tiden.

Bioplaster avledet fra lipider

Bioplaster (polyuretaner, polyestere og epoksyharpikser) er syntetisert fra vegetabilske og animalske fettstoffer, med egenskaper som ligner på petroplastik.

Produksjonen av vegetabilske oljer og lavprisoljer fra mikroalger kan være en svært gunstig faktor for produksjonen av denne typen bioplast.

For eksempel, den bioplastiske polyamid 410 (PA 410), er den produsert med 70% olje fra frukten av ricinusplanten (Ricinus comunis). Denne bioplast har et høyt smeltepunkt (250ellerC), lav vannabsorpsjon og motstand mot forskjellige kjemiske midler.

Et annet eksempel er polyamid 11 (PA 11), som er produsert fra vegetabilske oljer, men er ikke biologisk nedbrytbar.

Polyhydroksyalkanoater (PHAs)

Et omfattende utvalg av bakterielle arter ferrerer sukker og lipider, produserer som biprodukter som kalles forbindelser polyhydroksyalkanoater (PHAer), som lagrer som kilde til karbon og energi.

PHA er uoppløselige i vann, biologisk nedbrytbart og ikke giftig.

Bioplaster av typen PHA, produserer ganske stive plastfibre som er biologisk nedbrytbare. De representerer et meget lovende alternativ, om bruk av petropolymerer, for produksjon av medisinske enheter.

Polymælkesyre (PLA)

Polymælkesyre (PLA) er en gjennomsiktig bioplast som produseres av mais eller dextrose som råmateriale.

For produksjonen må stivelsen først ekstraheres fra mais eller annen vegetabilsk kilde; deretter oppnås melkesyre fra dette, takket være virkningen av mikroorganismer, og til slutt påføres en kjemisk prosess (polymerisering av melkesyre) for å oppnå det bioplastiske.

PLA-bioplaster er gjennomsiktige, har lav motstand mot støt, har termoresistens og barriereegenskaper, blokkerer luftens innføring. I tillegg er de bionedbrytbare.

Bioplaster basert på poly-3-hydroksybutyrat (PHB)

Poly-3-hydroksybutyrat (PHB) er en kjemisk sammensatt polyester type, produsert av noen bakterier som metaboliserer glukose og maisstivelse.

PHB har egenskaper som ligner på polypropylen petroplástico (kommersielt utbredt), men dens produksjonskostnaden er ni ganger større, fordi det involverer produksjon av biomasse med kostbare karbonkilder.

Denne bioplast kan produsere gjennomsiktige filmer, har et smeltepunkt på 130ellerC og er helt biologisk nedbrytbar.

Bio-avledet polyetylen

Polyetylenet har etylenmonomer som en strukturell enhet; som kan oppnås ved kjemisk syntese utgående fra etanol som råmateriale.

Etanol er produsert i alkoholholdig gjæring av mikroorganismer som metaboliserer sukkerrør, mais eller annet.

Slik kan man kombinere alkoholholdig gjæring og kjemisk syntese av etylen og polyetylen, bioplastisk kalt bioavledet polyetylen..

Denne bioplastiske polyetylen er kjemisk og fysisk identisk med petroplastisk. Det er ikke biologisk nedbrytbart, men kan resirkuleres.

Polyhydroksy uretaner

Nylig har det vært stor interesse for produksjon av bioplastiske polyuretaner, fri for en svært giftig forbindelse som kalles isocyanat.

Isocyanatet er mye brukt i industrielle produksjonsprosesser syntetiske polymerer (polyuretaner anvendt i skummet plast, stive skum, belegg, insektmidler, klebemidler, eksplosiver, etc.), både i landbruket og i medisin.

Det kalles en kjemisk metode Tverrpolymerisering av polyhydroksyuretaner, som produserer fullstendig resirkulerbar og fri bioplast isocyanat.

Industriell produksjon av bioplast

Den industrielle produksjonen av bioplaster innebærer 4 grunnleggende trinn:

  1. Oppnå råmaterialet (biomasse).
  2. Polymersyntese.
  3. Modifikasjon av polymeren som funksjon av å ha de ønskede egenskaper i henhold til sluttproduktet som skal utarbeides.
  4. Støpt av bioplast ved høy- eller lavtrykksmetoder, for å oppnå den endelige form som kreves.

Bruk av bioplast

Foreløpig er det få kommersielle bruksområder av bioplast, siden de økonomiske kostnadene ved produksjonen og forbedringen av egenskapene deres fremdeles representerer problemer for å løse.

Engangsartikler

Imidlertid brukes bioplaster allerede i produksjonen av mange engangsprodukter som plastposer, emballasjebeholdere og matemballasje, bestikk, glass og spiselige plastretter.

Bygg og anleggsteknikk

Stivelsesbioplaster har blitt brukt som byggematerialer og bioplaster forsterket med nanofibre i elektriske installasjoner.

I tillegg har de blitt brukt i utarbeidelsen av bioplastisk skog for møbler, som ikke angripes av xylofagøse insekter og ikke råtner med fuktighet.

Farmasøytiske applikasjoner

De er laget med bioplastkapsler som inneholder medisiner og rusmidler som slippes ut sakte. Dermed er biotilgjengeligheten av legemidlene regulert over tid (dosen mottatt av pasienten i en viss tid).

Medisinsk bruk

Cellulose-bioplaster som er anvendbare i implantater, vevsteknikk, kitin-bioplast og kitosan, er produsert for beskyttelse av sår, beinvevsteknikk og regenerering av menneskelig hud..

Cellulose-bioplaster har også blitt produsert for biosensorer, blandinger med hydroksyapatitt for fremstilling av tannimplantater, bioplastfibre i katetre, blant andre..

Luft-, maritim og landtransport og industri

Sterke skum basert på vegetabilske oljer (bioplast) har blitt brukt, både i industrielle og transportenheter; auto deler og romfart deler.

Elektroniske komponenter av mobiltelefoner, datamaskiner, lyd og video enheter er også produsert fra bioplast.

jordbruk

Bioplastiske hydrogeler, som absorberer og beholder vann og kan løsne det sakte, er nyttige som beskyttende belegg av dyrket jord, opprettholder sin fuktighet og favoriserer veksten av landbruksplantasjer i tørre områder og i knappe regntider.

referanser

  1. Chen, G. og Patel, M. (2012). Plast avledet fra biologiske ressurser: Nåtid og fremtid. En teknisk og miljømessig gjennomgang. Kjemiske anmeldelser. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Håndbok av bioplast og biokompositter. (2011). Srikanth Pilla Editor. Salem, USA: Scrivener Publishing LLC. Publisert av John Wiley og sønner.
  3. Lampinen, J. (2010). Trender i bioplast og biokompositter. VTT Research Notes. Finlands Tekniske Forskningsenter. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R. L., Fanta, G. og Doane, W. (1993). Utvikling av stivelsesbasert plast: En reexaminering av utvalgte polymersystemer i historisk perspektiv. Stivelse. 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Terminologi for biorelaterte polymerer og applikasjoner (IUPAC anbefalinger). Ren og anvendt kjemi. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04