Bioplastics מאפיינים, סוגים, ייצור ושימושים



ה ביופלאסטיקה הם חומרים פולימריים מפלסטיק, המתקבלים מחומרי גלם ממוצא ביולוגי, כלומר ממקורות טבעיים מתחדשים, כגון ביומסה של עמילן, תאית, חומצה לקטית, שומנים, חלבונים של ירקות וחיות, בין היתר.

המונח bioplastic משמש להבדיל חומרים אלה ממוצא ביולוגי, מ petroplastics, אשר מסונתזים נגזרות נפט.

פלסטיק הם חומרים הניתנים לכיפוף בקלות שיכולים לעוות בלי לפרוץ למגוון רחב יותר של תנאים; זה מסיבה זו כי הם חומרים של צדדיות רבה.

רוב הפלסטיק מיוצרים מחומרי גלם שמקורם בנפט. Petroplastics אלה באים מיצוי וזיקוק של נפט, שהוא מתחדשת לא מתחדשת, סופית משאבים מתכלה.

יתר על כן, petroplastics הם לא מתכלה וליצור בעיות סביבתיות חמורות כגון מה שמכונה "איים ומרקי פלסטיק" באוקיינוסים. אלה גורמים למותם מסיבי של דגים ועופות ים, בשל זיהום הים והאוויר על ידי מיקרו-חלקיקים פלסטיים בהשעיה, כתוצאה מהידרדרות פיזית.

בנוסף, שריפה של petroplastics מייצר פליטות רעילות מאוד.

שלא כמו petroplastics, רוב bioplastics יכול להיות מתכלה לחלוטין ולא מזהמים. הם יכולים אפילו להעדיף את הדינמיקה של מערכות אקולוגיות.

אינדקס

  • 1 תכונות ביופלאסטיקה
    • 1.1 חשיבות כלכלית וסביבתית של bioplastics
    • 1.2 ביודגרדביליות
    • 1.3 הגבלות של ביופלסטיקה
    • שיפור תכונות ביופלאסטיקה
  • 2 סוגים (סיווג)
    • 2.1 סיווג על פי ההכנה
    • 2.2 סיווג לפי חומר הגלם שלה
  • ייצור תעשייתי של ביו-פלסטיקים
  • 4 שימושים של ביו - פלסטיקים
    • 4.1 מאמרים חד פעמיים
    • בנייה והנדסה אזרחית
    • 4.3 יישומים בתחום התרופות
    • 4.4 יישומים רפואיים
    • 4.5 תחבורה אווירית, ימית, יבשתית ותעשייתית
    • 4.6 חקלאות
  • 5 הפניות

מאפיינים של bioplastics

חשיבות כלכלית וסביבתית של bioplastics

לאחרונה עניין מדעי יותר התעשייתי יש לייצר פלסטיק מחומרי גלם מתחדשים וכי הם מתכלה.

זאת בשל העובדה כי עתודות הנפט בעולם אוזל וכי קיימת מודעות רבה יותר לגבי נזקים סביבתיים חמורים שנגרמו על ידי petroplastics..

עם הביקוש הגובר פלסטיק בשוק העולמי, הביקוש פלסטיק מתכלה גם גדל.

פריקות ביולוגית

פסולת של bioplastics מתכלה יכול להיות מטופל כמו פסולת אורגנית, של השפלה מהירה ולא מזהמים. לדוגמה, הם יכולים לשמש תיקוני קרקע קומפוסט, כפי שהם ממוחזרים באופן טבעי על ידי תהליכים ביולוגיים.

מגבלות של ביופלסטיקה

הייצור של bioplastics מתכלה ניצבת בפני אתגרים גדולים, כי bioplastics יש תכונות נחות כדי petroplastics ויישומה, אם כי גדל, מוגבל.

שיפור תכונות ביופלאסטיקה

כדי לשפר את המאפיינים של bioplastics, תערובות של biopolymers מפותחים עם סוגים שונים של תוספים, כגון צינורות פחמן וסיבים טבעיים שונה על ידי תהליכים כימיים.

באופן כללי, תוספים להחיל bioplastics לשפר תכונות כגון:

  • קשיחות והתנגדות מכנית.
  • מאפייני הגדר מפני גזים ומים.
  • עמידות לחום ותרמוסטאביליות.

מאפיינים אלה יכולים להיות מתוכננים bioplastic דרך שיטות כימיות של הכנה ועיבוד.

סוגים (סיווג)

קפה לפי ההכנה שלך

Bioplastics ניתן לסווג על פי אופן ההכנה שלהם:

  • Bioplastics אשר סינתזה עשוי מחומר גלם פולימרי המופק ישירות ביומסה.
  • Bioplastics מושגת באמצעות סינתזה על ידי נתיבי ביוטכנולוגי (באמצעות מיקרואורגניזמים הילידים או מהונדסים גנטית).
  • Bioplastics מושגת על ידי סינתזה כימית קלאסית, החל מונומרים ביולוגיים (אשר יהיה לבנים המשמשים לבנייתם).

קפה לפי חומר הגלם שלה

גם bioplastics ניתן לסווג על פי המוצא של חומר הגלם שלהם:

Bioplastics מבוסס על עמילן

עמילן הוא biopolymer מסוגל לספוג מים עבור אלה bioplastics הם פונקציונליים, הם הוסיף plasticizers המספקים גמישות (כגון סורביטול או גליצרין).

בנוסף, הם מעורבים עם polyesters מתכלה, חומצה polyylactic, polycaprolactones, בין היתר, כדי לשפר את תכונות מכניות שלהם ההתנגדות שלהם השפלה על ידי מים..

Bioplásticos משוכלל מעמילן כמו חומר גלם כלכלי, שופע ומתחדשת, קוראים "תרמופלסטיים של עמילן".

הם חומרים deformable בטמפרטורת החדר, להמיס כאשר מחומם להקשות במצב זגוגית כאשר קירור. הם יכולים להיות מחומם מחדש, אבל הם עוברים שינויים המאפיינים הפיזיים והכימיים שלהם עם נהלים אלה.

הם סוג bioplastic בשימוש ביותר ומהווים 50% של bioplastics בשוק.

ביופלסטיקה המבוססת על תאית

תאית היא התרכובת האורגנית השופעת ביותר בתוך ביומסה קרקעית, המרכיבים המבניים של הקירות של תאים צמחיים. זה לא מסיס במים, אתנול אתר.

Bioplastics על בסיס תאית הם בדרך כלל אסטרים תאית (תאית אצטט וניטרוצלולוזה) ונגזרות שלהם (צלוליטים). באמצעות שינויים כימיים של תאית, זה יכול להיות תרמופלסטיים.

תאית, להיות הרבה פחות הידרופילית (דומה למים) מאשר עמילן, מייצרת bioplastics עם תכונות משופרות של חוזק מכני, חדירות גז נמוכה יותר התנגדות גדולה השפלה מים..

ביו-פלסטיים מבוססי חלבונים

זה אפשרי לעשות bioplastics באמצעות חלבונים כגון חלב קזאין, גלוטן חיטה, חלבון סויה, בין היתר.

במיוחד, bioplastic חלבון סויה הוא רגיש מאוד השפלה על ידי מים הוא יקר מבחינה כלכלית לייצר. תערובות מפוארות כי הם זולים יותר ועמידים יותר, מרמז על האתגר כיום.

Bioplasts נגזר שומנים

ביופלאסטיקים (פוליאוריטנים, פוליאסטרים ושרפים אפוקסיים) מסונתזים משומנים צמחיים וחיות, עם תכונות דומות לאלו של פטרופלסטיקה.

הייצור של שמנים צמחיים בעלות נמוכה שמנים מן microalgae יכול להיות גורם חיובי מאוד לייצור של סוג זה של bioplastics.

לדוגמה, bioplastic פוליאמיד 410 (PA 410), הוא מיוצר עם שמן 70% מפרי המפעל קיק (Ricinus comunis). זה bioplastic יש נקודת התכה גבוהה (250oC), ספיגת מים נמוכה ועמידות בפני חומרים כימיים שונים.

דוגמה נוספת היא פוליאמיד 11 (PA 11), המופק משמנים צמחיים, אך אינו מתכלה.

Polyhydroxyalkanoates (PHA)

מגוון רחב של מינים חיידקיים מתסיס סוכרים ושומנים, המייצר כתוצרי לוואי הנקראים תרכובות polyhydroxyalkanoates (PHA), אשר לאחסן כמקור של פחמן ואנרגיה.

PHAs הם מסיסים במים, מתכלה ולא רעילים.

Bioplastics של סוג PHA, לייצר סיבי פלסטיק נוקשה למדי כי הם מתכלה. הם מייצגים חלופה מבטיחה מאוד, בנוגע לשימוש בפטרופולימרים, לייצור מכשירים רפואיים.

חומצה פוליאלקטית (PLA)

Polylactic חומצה (PLA) הוא bioplastic שקוף המיוצר תירס או דקסטרוז כחומר גלם.

עבור הייצור שלה, עמילן חייב להיות הראשון מופק תירס או אחר ירק; לאחר מכן חומצה לקטית מתקבל זה, הודות לפעולה של מיקרואורגניזמים, ולבסוף תהליך כימי (פילמור של חומצה לקטית) מוחל כדי להשיג את bioplastic.

Bioplastics PLA שקופים, יש התנגדות נמוכה להשפעות, להחזיק thermoresistance ואת מאפייני המכשול, חסימת כניסת האוויר. בנוסף, הם מתכלה.

Bioplastics מבוסס על poly-3-hydroxybutyrate (PHB)

פולי-3-hydroxybutyrate (PHB) הוא חומר כימי מורכב פוליאסטר, המיוצר על ידי כמה חיידקים כי metabolize גלוקוז עמילן תירס.

ל- PHB מאפיינים דומים לפוליפרופילן פטרופלסטי (בשימוש נרחב מסחרית), אך עלות הייצור שלו גבוהה פי תשע, שכן מדובר ביצור ביומסה עם מקורות פחמן יקרים.

זה bioplastic יכול לייצר סרטים שקופים, יש נקודת התכה של 130oC והוא מתכלה לחלוטין.

פוליאתילן נגזר ביו

לפוליאתילן יש מונומר אתילן כיחידה מבנית; אשר ניתן להשיג על ידי סינתזה כימית החל אתנול כחומר גלם.

אתנול מיוצר בתסיסה אלכוהולי על ידי מיקרואורגניזמים, כי metabolize סוכר קנה, תירס או אחרים.

כך, שילוב של תסיסה אלכוהולי סינתזה כימית של אתילן ופוליאתילן, bioplastic שנקרא ביו נגזר פוליאתילן ניתן להשיג.

פוליאתילן bioplastic זה זהה מבחינה כימית ופיזית כדי petroplastic. זה לא מתכלה אבל ניתן למחזר.

פוליאידרוקסי urethanes

לאחרונה יש כבר עניין רב בייצור של polyurethanes bioplastic, ללא תרכובת רעילה ביותר שנקרא isocyanate.

Isocyanate נעשה שימוש נרחב בתהליכי ייצור תעשייתי של פולימרים סינתטיים (polyurethanes להחיל על פלסטיק ספוגי, קצף נוקשה, lacquers, חומרי הדברה, דבקים, חומרי נפץ, בין היתר), הן בחקלאות והן ברפואה.

יש שיטה כימית הנקראת פילמור קרוס של polyhydroxyurethanes, המייצרת לחלוטין למחזור bioplastics בחינם isocyanate.

ייצור תעשייתי של ביו-פלסטיקים

הייצור התעשייתי של bioplastics כרוך 4 שלבים בסיסיים:

  1. השגת חומר הגלם (ביומסה).
  2. פולימר סינתזה.
  3. שינוי של הפולימר פונקציה של בעל התכונות הרצויות על פי המוצר הסופי להיות מפורט.
  4. יצוק של bioplastic בשיטות לחץ גבוה או נמוך, כדי לקבל את הטופס הסופי הנדרש.

שימושים של ביופלסטיקה

כיום יש כמה יישומים מסחריים של bioplastics, שכן העלות הכלכלית של הייצור שלהם ושיפור של הנכסים שלהם, עדיין מייצגים בעיות לפתור.

פריטים פנויה

עם זאת, bioplastics משמשים כבר בייצור של פריטים חד פעמיות כגון שקיות ניילון, מכולות אריזה ועטיפות מזון, סכו"ם, כוסות, מאכלי פלסטיק אכילים.

בנייה והנדסה אזרחית

Bioplastics עמילן שימשו חומרי בניין bioplastics מחוזקים עם ננו-מכשירים בהתקנות חשמל.

בנוסף, הם שימשו בהכנת ביו - פלסטיים עבור רהיטים, אשר אינם מותקפים על ידי חרקים קסילופגיים ולא להירקב עם לחות.

יישומים פרמצבטיים

הם נעשו עם כמוסות bioplastics המכיל סמים ותרופות כלי רכב משוחררים לאט. לפיכך, הזמינות הביולוגית של התרופות מוסדרת עם הזמן (המינון שקיבל המטופל בזמן מסוים).

יישומים רפואיים

תאית bioplastics החלים שתלים, הנדסת רקמות, bioplastics chitin ו chitosan כבר מיוצרים להגנה על פצעים, הנדסת רקמות עצם התחדשות העור האנושי..

תאית bioplastics יש גם מיוצרים עבור biosensors, תערובות עם hydroxyapatite לייצור שתלים דנטליים, סיבים bioplastic בצנתרים, בין היתר..

תחבורה אווירית, ימית, יבשתית ותעשייתית

קצף קשיח מבוסס על שמנים צמחיים (bioplastics) שימשו, הן במתקנים תעשייתיים תחבורה; חלקי רכב וחלקי חלל.

רכיבים אלקטרוניים של טלפונים סלולריים, מחשבים, מכשירי אודיו ווידאו יש גם הופקו bioplastics.

חקלאות

הידרוג'ים ביופלאסטיים, אשר סופגים ושומרים על המים ויכולים לשחרר אותו באיטיות, שימושיים ככיסוי מגן של אדמה מעובדת, שמירה על לחות והעדיפות על צמיחת מטעים חקלאיים באזורים יבשים ובעונות גשומות מצומצמות.

הפניות

  1. חן, ג 'ו פאטל, מ' (2012). פלסטיק שמקורו במשאבים ביולוגיים: הווה ועתיד. סקירה טכנית וסביבתית. חוות דעת כימית. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. ספר ביופלאסטיק וביוקומפוזיטים. (2011). עורך. סאלם, ארה"ב: Scrivener Publishing LLC. פורסם על ידי ג 'ון ויילי ובנים.
  3. למפינן, י. (2010). מגמות Bioplastic ו Biocomposites. הערות המחקר של VTT. מרכז המחקר הטכני של פינלנד. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. and Doane, W. (1993). פיתוח של פלסטיק מבוסס עמילן: בחינה מחודשת של מערכות פולימרים נבחרות מנקודת מבט היסטורית. עמילן 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). טרמינולוגיה לפולימרים ביורלטים ויישומים (המלצות IUPAC). כימיה טהורה ויישומית. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04