“Мир не выйдет из нынешнего кризисного состояния, если не изменит способ мышления, который его породил” (Альберт Эйнштейн)
Многие области применения пластмасс не должны недооценивать проблемы, связанные с сильным воздействием на окружающую среду, которое возникает в результате их производства и последующей утилизации. Фактически, традиционные пластиковые предметы, в дополнение к тому, что они изготавливаются с использованием невозобновляемых ресурсов, поглощаются окружающей средой только через длительные периоды времени: например, пластиковая бутылка разлагается более чем 400 лет.
Этот контекст стимулировал спрос на экологически устойчивые и биоразлагаемые продукты с низким воздействием на окружающую среду, такие как биопластики, считающиеся зеленой альтернативой черному золоту, поступающие из природных и возобновляемых источников.
ООО Джанеко играет важную роль в утилизации и переработке отходов производства биопластиков, обеспечивая основной сервис для компаний, производящих экологически чистые продукты по всей Европе, которые испытывают растущую потребность в поиске решения для утилизации отходов этих инновационных материалов.
Биоразлагаемый пластик может представлять собой реальное решение проблем утилизации после потребления, что становится все более и более дорогим как с экономической, так и с экологической точки зрения. Однако огромных преимуществ использования биопластика, к сожалению, недостаточно для их широкомасштабного использования. Прежде всего, существует экономический фактор: необходимы рыночные условия, чтобы препятствовать производству традиционных пластиков, которые все еще намного дешевле. Более того, биопластик не всегда дает те же гарантии качества, что и традиционный пластик. Существует постоянная потребность в инвестициях и повышенное внимание к исследованиям: на самом деле, высокие затраты на разработку новых технологий подрывают экономическую конкурентоспособность биопластмасс. Хорошим предзнаменованием для широкомасштабного внедрения этих новых материалов является растущее осознание экологических проблем, что может стать решающим стимулом для продвижения законодательных инициатив в пользу исследований.
Полимеры из возобновляемых источников делятся на:
Крахмальные полимеры
Полилактид (ПЛА)
Полигидроксиалканоаты (PHA, PHB)
Целлюлозные полимеры
Крахмальные полимеры являются наиболее распространенными биополимерами на рынке сегодня, в том числе из-за их относительно низкой стоимости. Это полимеры, полученные из натурального крахмала путем химической, термической и механической обработки. В настоящее время крахмал получают из кукурузы, пшеницы, картофеля, тапиоки и риса. Механические характеристики крахмальных полимеров, как правило, ниже, чем у полимеров из нефтехимических источников. Крахмальные полимеры довольно легко обрабатывать, но они чувствительны к термическому разложению и имеют тенденцию поглощать влагу. Крахмал является термопластичным материалом, его можно размягчить при нагревании, формовании и экструдировании, и, следовательно, его можно обрабатывать с помощью классических технологий пластмассовой промышленности. Основным недостатком является то, что его физические свойства, которые сильно зависят от влажности, делают его непригодным для многих применений. Метод, используемый для разработки практического применения полимеров на основе крахмала, заключается в сочетании его с другим совместимым и биоразлагаемым полимером (нефтехимического или природного происхождения) для улучшения его свойств. Примером является Mater-Bi, который является гибридом в том смысле, что он состоит как из возобновляемого и природного компонента (крахмал), так и из невозобновляемого и синтетического нефтяного сырья (PCL).
С 2002 года ПЛА является вторым биополимером, который производится и продается в больших масштабах. Этот материал обладает отличными физико-механическими свойствами, что делает его лучшим кандидатом для замены термопластичных полимеров из нефтехимических источников (для некоторых применений). Высокая цена долго ограничивала использование этого материала для нишевых или медицинских применений, в то время как последние инновации в технологии ферментации молочной кислоты открыли возможности для производства большого количества ПЛА. Важно отметить, что этот материал нуждается в биологическом разложении путем гидролиза при определенных условиях промышленного компостирования (оптимальные условия компостирования: 65 ° С и влажность 95%). ПЛА получают путем экстракции крахмала из биомассы, превращения крахмала в сахар путем ферментативного или кислотного гидролиза. Сахар сбраживается бактериями. Позже, есть два пути для превращения молочной кислоты в высокомолекулярный полимер: первый через молочную кислоту (полученный продукт - полилактид), второй - прямая полимеризация через процесс поликонденсации и производство полимолочной кислоты.
ПЛА можно сравнить в основном с ПЭТ-A и можно перерабатывать на одних и тех же производственных линиях (выдувное формование, литье под давлением, экструзия и термоформование). Также доступны сорта с более высокими скоростями потока, которые могут быть легко использованы для литья под давлением, где PLA может быть действительной заменой полистирола (ПС). Этот биополимер также очень подходит для экструзии волокон, поскольку он может заменить полипропилен (ПП).
ПЛА обладает хорошими механическими свойствами по сравнению со стандартными термопластичными материалами. Обладает низкой ударопрочностью, сравнимой с непластифицированным ПВХ. Твердость, жесткость, ударная вязкость и эластичность ПЛА, важные для таких применений, как контейнеры для напитков, аналогичны свойствам ПЭТ. ПЛА-ориентированная пленка обладает хорошей устойчивостью к скручиванию, как бумага и алюминиевая фольга, что не встречается в пластиковых пленках. Эти свойства, высокий модуль упругости при изгибе и высокая прозрачность делают пленку ПЛА материалом, сравнимым с целлофановой пленкой. Сегодня 70% ПЛА, как и крахмал, используется в упаковке хлеба, молока, соков, воды, парфюмерии, моющих средств, жиров и масел. Однако полилактид не подходит для содержания горячих жидкостей из-за его низкой температуры размягчения.
Типичные области применения ПЛА (полилактида):
Экструзия волокна: пакетики чая и одежда;
Литье под давлением: тара, одноразовые столовые приборы;
Компаунды: с деревом и ПММА, ПК, АБС;
Термоформование: контейнеры, подносы для конфет, стаканы, чашки и кофейные капсулы;
Выдувное формование: бутылки с водой (без газа), свежие соки и косметические бутылки;
В конечном итоге, универсальность этого материала также очень интересна для всех проектов 3D-печати.
Его использование в других областях все еще проверяется. Этот биопластик все еще слишком дорог в случае применения в сельском хозяйстве или еще недостаточно эффективен для строительной промышленности. ПЛА используется для некоторых автомобильных деталей интерьера, в компьютерной индустрии, медицине.
Полигидроксиалканоаты PHA и PHB представляют собой высококачественные, возобновляемые сложные полиэфиры, которые могут использоваться в различных областях, но, к сожалению, продаются в небольших количествах на рынке из-за высоких производственных затрат. PHB обладает хорошими термическими свойствами (температура плавления 180 ° C) и может обрабатываться как классические термопласты. Может использоваться как для низких, так и для высоких температур, от -30 ° C до + 120 ° C. Скоропортящиеся товары могут быть упакованы в обертки PHB и обработаны паровой стерилизацией. Продукты PHB можно стерилизовать в автоклаве. Однако PHB довольно жесткий и хрупкий, что ограничивает его применение. PHB нерастворим в воде и достаточно устойчив к гидролитическому разложению. Это отличает его от большинства других доступных в настоящее время биопластиков, которые очень чувствительны к влаге и растворимы в воде. PHB обладает отличной устойчивостью к растворителям, смазкам и маслам, хорошей стойкостью к ультрафиолетовому излучению, но низкой устойчивостью к кислотам и основаниям. PHB не содержит следов катализаторов и является токсикологически безопасным. Мономер и полимер являются природными компонентами и метаболитами клеток человека; благодаря этой характеристике PHB можно использовать для продуктов, которые контактируют с кожей или продуктами питания. PHA является полностью биоразлагаемым как в анаэробных, так и в аэробных условиях. Без условий компостирования они остаются "нетронутыми" годами.
Целлюлозные полимеры родились во второй половине девятнадцатого века, и сегодня их рынок сузился до нишевых приложений. Фактически, после введения синтетических полимерных пленок в 50-х годах (из-за их легкой обрабатываемости, высокой прочности и хороших механических свойств), целлюлозные полимерные пленки утратили свое значение на рынке. Целлюлозные полимеры с их относительно высокой ценой по сравнению с нефтехимическими полимерами были отнесены к нишевым применениям или относительно небольшим объемам.
Другие биоразлагаемые полиэфиры потенциально могут быть получены из ископаемых источников: PTT, PBT, PBS, PBAT, PCL. PBS представляет собой биоразлагаемый синтетический алифатический полиэфир со свойствами, аналогичными ПЭТ; он имеет приемлемые механические свойства и может использоваться в различных применениях посредством традиционных процессов трансформации. Основные области применения включают мульчирующие пленки, упаковочные пленки, сумки и пакеты, одноразовые гигиенические средства. PBS обычно смешивают с другими материалами, такими как термопластичный крахмал или сополимеры адипата (PBSA), чтобы сделать его использование более экономичным.
PBAT: Наиболее важным алифатически-ароматическим сополиэфиром является Ecoflex, производимый Basf, сополимером терефталевой кислоты, адипиновой кислоты и 1-4 бутандиола. Материал продается в чистом виде и затем может быть смешан с другими биоразлагаемыми полимерами (такими как крахмальные продукты), главным образом для производства сельскохозяйственных пленок. Его совместимость с ПЛА, другими полиэфирами и крахмальными продуктами превосходна (согласно техническому паспорту Basf). По данным компании, также возможно уменьшить толщину пленки до 10 мкм. Его характеристики аналогичны характеристикам LDPE, и он трансформируется на обычных линиях. Пленки, изготовленные из Ecoflex, используются для компостных пакетов, пленок для мульчирования, покрытия или ламинирования бумаги, когда требуются высокая влагостойкость и стойкость к смазке, ориентированных пленок.
