Bioplastiske egenskaber, typer, produktion og anvendelser



den bioplast Plast er polymere materialer, er fremstillet af råvarer af biologisk oprindelse, dvs. vedvarende, naturressourcer såsom biomasse stivelse, cellulose, mælkesyre, fedtstoffer, vegetabilske og animalske proteiner, herunder.

Udtrykket bioplast anvendes til at skelne mellem disse materialer af biologisk oprindelse, fra petroplastik, som syntetiseres fra petroleumderivater.

Plast er let formbare materialer, der kan deformere uden at bryde ind i en mere eller mindre bred vifte af forhold; det er af denne grund, at de er materialer af stor alsidighed.

De fleste plastmaterialer er fremstillet af råmaterialer afledt af råolie. Disse petroplastika kommer fra udvinding og raffinering af olie, som er en ikke-fornybar, endelig og udtørkelig naturressource.

Desuden er petroplastik ikke biologisk nedbrydelig og genererer alvorlige miljøproblemer som de såkaldte "plastiske øer og supper" i oceanerne. Disse forårsager massive dødsfald af fisk og havfugle på grund af forurening af havet og luften af ​​plastikpartikler i suspension fra deres fysiske nedbrydning.

Desuden frembringer forbrændingen af ​​petroplastik stærkt giftige emissioner.

I modsætning til petroplastik kan de fleste bioplaster være fuldstændigt bionedbrydelige og ikke forurenende. De kan endda favorisere økosystemernes dynamik.

indeks

  • 1 Karakteristik af bioplast
    • 1.1 Bioplasters økonomiske og miljømæssige betydning
    • 1.2 Bionedbrydelighed
    • 1.3 Begrænsninger af bioplast
    • 1.4 Forbedring af bioplasternes egenskaber
  • 2 typer (klassificering)
    • 2.1 Klassificering i henhold til dens forberedelse
    • 2.2 Klassificering efter råmateriale
  • 3 Industriel produktion af bioplast
  • 4 Anvendelser af bioplast
    • 4.1 Engangsartikler
    • 4.2 Byggeri og anlægsarbejder
    • 4.3 Farmaceutiske anvendelser
    • 4.4 Medicinske applikationer
    • 4.5 Luft-, søtransport og landtransport og industri
    • 4.6 Landbrug
  • 5 referencer

Karakteristik af bioplast

Økonomisk og miljømæssig betydning af bioplast

For nylig er der opstået mere videnskabelig og industriel interesse for at fremstille plast fra vedvarende råstoffer, og det er biologisk nedbrydeligt.

Dette skyldes det faktum, at verdensoliereserverne løber ud, og at der er større bevidsthed om de alvorlige miljøskader forårsaget af petroplastik..

Med en stigende efterspørgsel efter plast på verdensmarkedet er efterspørgslen efter bionedbrydelig plast også stigende.

bionedbrydelighed

Affaldet af biologisk nedbrydelige bioplaster kan behandles som organisk affald med hurtig og ikke-forurenende nedbrydning. For eksempel kan de bruges som jordændringer i kompostering, da de genanvendes naturligt ved biologiske processer.

Begrænsninger af bioplast

Fremstillingen af ​​biologisk nedbrydelige bioplaster står over for store udfordringer, fordi bioplaster har ringere egenskaber til petroplastik og dets anvendelse, selv om den vokser, er begrænset.

Forbedring af egenskaberne af bioplast

For at forbedre bioplasternes egenskaber udvikles blandinger af biopolymerer med forskellige typer tilsætningsstoffer, såsom carbon nanorør og naturlige fibre modificeret ved kemiske processer.

Generelt forbedrer additiverne anvendt på bioplastik egenskaber såsom:

  • Stivhed og mekanisk modstand.
  • Barrieregenskaber mod gasser og vand.
  • Termoresistance og termostabilitet.

Disse egenskaber kan konstrueres i bioplast gennem kemiske metoder til fremstilling og behandling.

Typer (klassificering)

Klassificering i henhold til Deres forberedelse

Bioplaster kan klassificeres efter deres fremstillingsmetode i:

  • Bioplast, hvis syntese er lavet af polymer råmateriale udvundet direkte fra biomasse.
  • Bioplaster opnået gennem syntese ved bioteknologiske veje (ved anvendelse af native eller genetisk modificerede mikroorganismer).
  • Bioplaster opnået ved klassisk kemisk syntese, startende fra biologiske monomerer (som ville være teglsten anvendt til deres konstruktion).

Klassificering efter dets råmateriale

Også bioplastik kan klassificeres efter oprindelsen af ​​deres råmateriale:

Bioplastik baseret på stivelse

Stivelse er en biopolymer stand til at absorbere vand og disse bioplast er funktionelle, blødgørere tilsættes for at tilvejebringe fleksibilitet (såsom sorbitol eller glycerol).

Derudover blandes de med bionedbrydelige polyestere, polymælkesyre, polycaprolactoner, blandt andet for at forbedre deres mekaniske egenskaber og deres modstandsdygtighed mod nedbrydning ved vand..

Bioplásticos udarbejdet af stivelse som økonomisk råmateriale, rigeligt og vedvarende, kalder "termoplastisk stivelse".

De er deformerbare materialer ved stuetemperatur, smelter ved opvarmning og hærder i en tilstand glasagtige ved afkøling. De kan genopvarmes og ombygges, men de undergår ændringer i deres fysiske og kemiske egenskaber med disse procedurer.

De er den mest anvendte bioplasttype og udgør 50% af bioplasterne på markedet.

Cellulose-baserede bioplaster

Cellulose er den mest rigelige organiske forbindelse inden for den jordbaserede biomasse, strukturbestanddel af væggene i planteceller. Det er uopløseligt i vand, ethanol og ether.

Bioplastik baseret på cellulose er generelt celluloseestere (celluloseacetat og nitrocellulose) og deres derivater (celluloider). Gennem kemiske modifikationer af cellulose kan den blive termoplastisk.

Cellulose, er meget mindre hydrofil (kompatibel med vand) stivelsen, producerer bioplast med forbedrede styrkeegenskaber, reduceret gaspermeabilitet og større modstandsdygtighed over for nedbrydning med vand.

Proteinbaserede bioplaster

Det er muligt at lave bioplaster ved hjælp af proteiner som f.eks. Mælkeskasein, hvedegluten, sojaprotein.

Især er bioplast fra sojaprotein meget modtagelig for nedbrydning ved vand og er økonomisk dyrt at producere. Udarbejdende blandinger, der er billigere og mere modstandsdygtige, indebærer en udfordring i øjeblikket.

Bioplaster afledt af lipider

Bioplaster (polyurethaner, polyestere og epoxyharpikser) er blevet syntetiseret fra vegetabilske og animalske fedtstoffer, med egenskaber svarende til dem af petroplastik.

Produktionen af ​​vegetabilske olier og lavprisolier fra mikroalger kan være en meget gunstig faktor for produktionen af ​​denne type bioplast.

For eksempel er det bioplastiske polyamid 410 (PA 410), er den produceret med 70% olie fra ricinusplantens frugt (Ricinus comunis). Denne bioplast har et højt smeltepunkt (250ellerC), lav vandabsorption og resistens over for forskellige kemiske midler.

Et andet eksempel er polyamid 11 (PA 11), som er fremstillet af vegetabilske olier, men ikke bionedbrydeligt.

Polyhydroxyalkanoater (PHA'er)

En bred vifte af bakteriearter fermenterer sukkerarter og lipider, der producerer som biprodukter, der kaldes forbindelser polyhydroxyalkanoater (PHA'er), som lagrer som kilde til kulstof og energi.

PHA'er er uopløselige i vand, biologisk nedbrydeligt og ikke-toksisk.

Bioplaster af typen PHAs producerer ret stive plastfibre, som er biologisk nedbrydelige. De repræsenterer et meget lovende alternativ, hvad angår anvendelsen af ​​petropolymerer til fremstilling af medicinsk udstyr.

Polymælkesyre (PLA)

Polymælkesyre (PLA) er en gennemsigtig bioplast, der er fremstillet af majs eller dextrose som råmateriale.

Til produktionen skal stivelsen først ekstraheres fra majs eller en anden vegetabilsk kilde; derefter opnås mælkesyre ud fra dette, takket være mikroorganismernes virkning, og til sidst påføres en kemisk proces (polymerisering af mælkesyre) for at opnå den bioplastiske.

PLA-bioplaster er gennemsigtige, har lav modstandsdygtighed over for påvirkninger, har termoresistens og barriereegenskaber, der blokerer luftens indgang. Derudover er de biologisk nedbrydelige.

Bioplaster baseret på poly-3-hydroxybutyrat (PHB)

Poly-3-hydroxybutyrat (PHB) er en polyester sammensat af polyester, produceret af nogle bakterier, der metaboliserer glucose og majsstivelse.

PHB har tilsvarende egenskaber polypropylen petroplástico (kommercielt udbredte), men dens produktionsomkostninger er ni gange større, da det indebærer fremstilling af biomasse med dyre carbonkilder.

Denne bioplast kan producere gennemsigtige film, har et smeltepunkt på 130ellerC og er fuldstændig bionedbrydelig.

Bioafledt polyethylen

Polyethylenet har ethylenmonomer som en strukturel enhed; som kan opnås ved kemisk syntese ud fra ethanol som råmateriale.

Ethanol fremstilles ved alkoholisk gæring ved mikroorganismer, der metaboliserer sukkerrør, majs eller andet.

På denne måde kan man kombinere alkoholholdig fermentering og kemisk syntese af ethylen og polyethylen, bioplastisk kaldet bioafledt polyethylen..

Denne bioplastiske polyethylen er kemisk og fysisk identisk med petroplastisk. Det er ikke biologisk nedbrydeligt, men kan genanvendes.

Polyhydroxy urethaner

For nylig har der været stor interesse for produktion af bioplastiske polyurethaner, fri for en meget giftig forbindelse isocyanat.

Isocyanatet er almindeligt anvendt i industrielle produktionsprocesser syntetiske polymerer (polyurethaner anvendes i skumplast, stive skum, belægninger, insekticider, adhæsiver, sprængstoffer, etc.), både i landbruget og i medicin.

Der kaldes en kemisk metode Krydspolymerisering af polyhydroxyurethaner, der producerer helt genanvendelige og frie bioplaster isocyanat.

Industriel produktion af bioplast

Den industrielle produktion af bioplaster involverer 4 grundlæggende trin:

  1. Indhentning af råmaterialet (biomasse).
  2. Polymersyntese.
  3. Modifikation af polymeren som funktion af at have de ønskede egenskaber ifølge det endelige produkt, der skal udarbejdes.
  4. Støbt af bioplast ved hjælp af høje eller lave tryk metoder til opnåelse af den endelige form, der kræves.

Anvendelser af bioplast

I øjeblikket er der få kommercielle anvendelser af bioplast, da de økonomiske omkostninger ved deres produktion og forbedring af deres egenskaber stadig udgør problemer for at løse.

Engangsartikler

Imidlertid anvendes bioplastik allerede i fremstillingen af ​​mange engangsartikler, såsom plastposer, emballagebeholdere og fødevareindpakninger, bestik, glas og spiselige plastskål.

Bygge- og anlægsteknik

Stivelsesbioplaster er blevet brugt som byggematerialer og bioplaststoffer forstærket med nanofibre i elektriske installationer.

Derudover er de blevet brugt til fremstilling af bioplastiske skove til møbler, der ikke angribes af xylophagous insekter og ikke rådner med fugt.

Farmaceutiske anvendelser

De er lavet med bioplastkapsler indeholdende lægemidler og lægemiddelkøretøjer, der frigives langsomt. Dermed reguleres biotilgængeligheden af ​​lægemidlet over tid (den dosis modtaget af patienten på et bestemt tidspunkt).

Medicinske applikationer

Cellulose-bioplaster, der anvendes i implantater, vævsteknik, kitinbioplast og chitosan er blevet fremstillet til beskyttelse af sår, knoglevævsteknik og regenerering af menneskelig hud..

Cellulose-bioplaster er også blevet fremstillet til biosensorer, blandinger med hydroxyapatit til fremstilling af dentalimplantater, bioplastiske fibre i katetre, blandt andre..

Luft-, søfarts- og landtransport og industri

Stiv skum baseret på vegetabilske olier (bioplast) er blevet anvendt både i industrielle og transportanordninger; auto dele og rumfart dele.

Elektroniske komponenter af mobiltelefoner, computere, lyd- og videoenheder er også fremstillet af bioplast.

landbrug

Bioplastiske hydrogeler, som absorberer og beholder vand og kan frigøre det langsomt, er nyttige som beskyttende belægninger af dyrkede jord, opretholder dens fugtighed og favoriserer væksten af ​​landbrugsplantager i tørre områder og i knappe regntider.

referencer

  1. Chen, G. og Patel, M. (2012). Plast fremstillet af biologiske ressourcer: nutid og fremtid. En teknisk og miljømæssig gennemgang. Kemiske anmeldelser. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Håndbog af bioplast og biokompositter. (2011). Srikanth Pilla Editor. Salem, USA: Scrivener Publishing LLC. Copublished af John Wiley og sønner.
  3. Lampinen, J. (2010). Trends in Bioplastic and Biocomposites. VTT Research Notes. Finlands Tekniske Forskningscenter. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R. L., Fanta, G. og Doane, W. (1993). Udvikling af stivelsesbaseret plast: En omprøve af udvalgte polymersystemer i historisk perspektiv. Stivelse. 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Terminologi for biorelaterede polymerer og applikationer (IUPAC anbefalinger). Ren og anvendt kemi. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04