Книжки по товарознавству

Біо- і фоторозкладувальні полімерні матеріали

Сирохман. Товарознавство пакувальних матеріалів і тари

Щорічний випуск полімерів становить близько 80 млн. т, з яких утилізується тільки невелика частина. Упаковка із синтетичних полімерів досягає 40 % побутових відходів. Розв'язання проблеми зменшення кількості полімерних відходів може досягатись створенням гамми полімерних матеріалів, які спроможні розкладатися у відповідних умовах на екологічно безпечні компоненти.
Біо- (БРП) і фоторозкладувальні (ФРП) полімери як пакувальні матеріали можуть стати одним із найперспективніших способів захисту навколишнього середовища. Це новий клас пластичних матеріалів, які після використання розкладаються до діоксиду вуглецю, води й біомаси — гумусу.
Розкладувальні полімери — це зручний матеріал для упаковки і виробів одноразового застосування. При їх використанні можна досягнути великої різноманітності структури і властивостей, підвищення прибутковості сільськогосподарського виробництва, простоти й економічності утилізації, малого внеску в парниковий ефект, використовуючи наявну потужну відгворювальну сировинну базу.
Серед недоліків виділяють високі ціни, зумовлені малими обсягами виробництва і значними затратами на розробку, слабку технологічну розробку, відсутність досвіду різних застосувань, труднощі в переробці на традиційному обладнанні.
Крім того, механічні властивості біофоторозкладувальних матеріалів поступаються звичайним полімерам. Ці матеріали піддаються побічним реакціям і передчасній деструкції.
Потреба в бідрозкладувальних матеріалах дуже висока і цьому сприяють законодавчі акти та нормативи країн ЄС. Наприклад, Директива ЄС передбачає при виготовленні полімерної упаковки 15 % вторинних полімерів, що негативно впливає на якість продукції. Тому при використанні біорозкладувальних відпадає потреба у вторинних полімерах. Упаковка із них не переробляється, а підлягає захоронению і повній деструкції. Також Директивою ЄС забороняється спільне захоронения різних видів відходів, а для біорозкладувальної упаковки виділяються спеціальні площадки під компости. Це захоронення має забезпечувати відповідну вологість і мікрофлору.
Біорозкладувальні полімери бувають кількох типів (табл. 5.11).
Таблиця 5.11
Типи і застосування біорозкладувальних матеріалів

Перші чотири класи одержують із біомаси, а поліефіраміди і полівінілові спирти є синтетичними продуктами. Полівінілбутират готують шляхом біосинтезу із відходів цукрового виробництва. Полілактонову кислоту (ПЛА) синтезують із мономерів, виділених із біомаси (із відходів переробки кукурудзи та сої).
Біорозкладувальні пакувальні матеріали умовно поділяють на три групи:
• біорозкладувальні пакувальні матеріали, отримані синтетичним шляхом;
• біорозкладувальні матеріали на основі природних полімерів, отримані шляхом біологічних перетворень останніх;
• добавки, які надають синтетичним полімерам при їх захоро- ненні здатність розкладатися на безпечні компоненти.
Перший промисловий біорозкладувальний термопласт Bipol розроблений англійською фірмою Imperial Chemical Industries. Його виробляють зброджуванням крохмалю й цукру. Він повністю розкладається та асимілюється навколишнім середовищем. Розроблено декілька варіантів технологій виробництва подібних полімерних матеріалів. Зокрема, у Росії ведуться спільні роботи НДІ крохмалю й Московського державного^університету прикладної біотехнології зі створення біорозкладуваного полімерного пакувального матеріалу на основі похідних целюлози й картопляного крохмалю.
Найбільш розвинуто виробництво біорозкладувальних полімерів на основі гідроксикарбонових кислот, оскільки поліефіри на основі гліколевої, молочної, валеріанової, капронової кислот під дією певних мікроорганізмів розкладаються на діоксид вуглецю і воду. Відомим поліефіром є полілактид, отриманий конденсацією молочної кислоти. Перевагами його є те, що він може бути отриманий синтетичним і біологічним способами.
Полілактид — термопластичний прозорий полімер і за своїми властивостями, близький до поліетилену, пластифікованого полівінілхлориду і поліпропілену. Із листового полілактиду формують тарілки, виготовляють плівки для харчових продуктів, але широке використання його стримується високою ціною.
Природні полімери (крохмаль, протеїн, целюлоза) використовують як добавки для забезпечення певних властивостей пакувальним засобам разового користування. При утилізації їх піддають компостуванню з наступним повним розкладанням. Із крохмалю, у складі якого вагома частка амілози, виробляють методом екструзії листи, з яких пневмоформуванням готують елементи упаковки. У Німеччині на основі крохмалю виробляють гранульованийлитий біопласт, піиоматеріал для пакування продуктів, гранульований біоматеріал для переробки екструзією і роздуванням.
Стійкі до високих і низьких температур багатошарові пакувальні матеріали для харчових продуктів можуть бути отримані із целюлози і крохмалю. Таку упаковку можна використати при розігріванні продуктів в електричних і мікрохвильових печах.
Пріоритетним напрямом вважається синтез біорозкладуваль- них полімерів на основі промислово освоєних синтетичних матеріалів. Наприклад, фірма «BASF» на основі поліефіру випускає повністю біорозкладувальний матеріал Ecoflex. Він відповідає Європейському стандарту біорозкладувальних матеріалів EN 13432, японському стандарту GreenPla і вимогам Американської системи стандартизації біорозкладувальних матеріалів. За своїми властивостями Ecoflex зіставний з поліетиленом низької густини. Він переробляється екструзією з роздуванням, використовується для виготовлення плівок і мішків.
Фірма «Bayer AG» налагодила випуск серії біорозкладувальниху анаеробних умовах термопластів ВАК на основі поліефіраміду. їх використовують для виробництва вологостійкої упаковки харчових продуктів, а також у сільському господарстві. Матеріали можуть містити природні наповнювачі, які надають їм необхідну жорсткість і міцність. Наприклад, матеріал ВАК 1095 є прозорим термопластом і може перероблятись усіма доступними для термопластичних матеріалів способами. На плівку із нього можна наносити зображення методом флексодруку. За механічними властивостями цей полімер подібний на поліетилен низької густини і має високу міцність при розриванні. В анаеробних умовах він здатний розкладатись на діок- сид вуглецю і воду. Використовується для виробництва пакувальних матеріалів у країнах Західної Європи і Північної Америки.
Відомі БРП на основі рослинної, тваринної й нафтохімічної сировини. Тільки в Німеччині приріст БРП щорічно подвоювався і їх виробництво досягло 5 тис. т на рік. З БРП виготовляють одноразовий посуд, пакування для їдалень, ресторанів, стаканчики для йогуртів, гігієнічні товари (дитячі пелюшки, підгузки, прокладки тощо), сільськогосподарську плівку. Фахівцями США розроблено технологію одержання біологічно розкладуваних полімерних плівок, призначених для захисту посівів від проростання бур'янів. Такі покривні плівки, виготовлені із суміші полімерів і крохмалю, а під дією тепла і вологи вони повністю розкладаються протягом кількох місяців.
Інсектицидний біорозкладувальний плівковий матеріал (ІБПМ) призначений для упакування кератинвмістної продукції, що випускається легкою промисловістю — шерстяних тканин, одягу, взуття тощо.
Базовим полімером служить поліетилен високої і низької густин, а наповнювачем — пластифікований гліцерином кукурудзяний крохмаль. Оскільки крохмаль не є плівкоутворюю- чою речовиною, добавляють пластифікатори (діетиленгліколь, діоктилфталат, вазелінову олію і їх суміші з гліцерином). Крім цього, використовують інсектицид (перметрин), який нетоксичний, має високу ефективність функціональної дії і достатню термостійкість при переробці разом із розплавами полімерів.
На процес виготовлення плівкового матеріалу із карбоксиме-тильованого кукурудзяного борошна впливає концентрація етанолу, гідроксиду натрію, температура і тривалість реакції. Оптимальне співвідношення кукурудзяного борошна, гідроксиду натрію і хлорацетооцтової кислоти складає 8,1:3,5:4,8. Температура реакції 50 °С, а тривалість — 4 год.
Фірма Biologische Verpackungssysteme (Німеччина) виробляє новий біополімерний матеріал під назвою Біопак (Віорас). Він виготовляється із промислового крохмалю без використання нафтохімічних компонентів. Кількість сухої субстанції у ньому становить від 87 до 94 %, протеїну — не більше 3 %, жирів — менше 1 %, екстрагуючих вуглеводів — 70—85 %, золи — 5 %, сирих органічних волокон — 10 %, кальцію — 2 %, фосфору, магнію, калію і натрію 0,25 %. Новий матеріал використовують при виробництві упаковок для фармацевтичної продукції, а також у пакуванні хлібобулочних виробів, випічок, сухих продовольчих товарів, яєць.
Фірма Manziger Papierwerke (Німеччина) розробила та розпочала промислове виробництво плівки, виготовленої із біополімерного матеріалу. Новий матеріал являє собою поліетилен високої густини (LDPE), до складу якого входять вуглеводи і жирні кислоти. Необхідна пористість поверхні досягається спінюванням матеріалу азотом. На пористу поверхню плівки може бути нанесено флексографський друк. У відходах матеріал розкладається під дією мікроорганізмів і вологи.
Солі металів, які містяться в фунті, вступають у реакцію з жирними кислотами плівки з утворенням пероксиду. Молекулярний ланцюг пероксиду розкладається під дією мікроорганізмів ґрунту, а пориста поверхня плівки значно прискорює процес проникнення всередину плівки мікроорганізмів. Кінцевими продуктами розкладу біогшівки є вуглець і водень.
В умовах аеробного компостування процес розкладання біо- плівки проходить дуже швидко. При розкладанні біоплівка не має негативного впливу на ґрунтові води, а під час згорання — не утворює токсичних газів і не виділяє неприємних запахів.
Фоторозкладувальні полімери піддаються деструкції під впливом сонячного випромінювання.
Процес розкладання полімерних матеріалів — фотодеградація — проходить під дією ультрафіолетових променів. Хімічні зв'язки, що утримують ланцюги полімеру, руйнуються, і довгі ланцюги розпадаються на дрібні фрагменти. Фотодеградація характерна для більшості полімерів, а цей процес без стимуляції протікає повільно. Для його прискорення використовують хімічні добавки, які під дією ультрафіолетових променів прискорюють процес розкладування ланцюга полімеру.
Прикладом можуть служити матеріали із білків. Вони характеризуються вологостійкістю і швидко розкладаються після використання. У процесі розробки цих матеріалів важливе значення надається добавкам. їх підбирають з урахуванням наявності функціональних груп, що сприяють фоторозкладу основного полімеру. Фоторозкладувальні полімери, як правило, містять у своєму складі невелику кількість (3—5 %) світлочутливих добавок, наприклад пероксидів, які під дією ультрафіолетових променів ініціюють фотодеградацію основного полімеру.
Застосовуються добавки, які дозволяють розкладатись полімерним матеріалам без доступу світла. Фірми Ampacet Corp., Plastigone Technologies, Princeton Polymer Laboratories (США) для виробництва саморозкладувальних полімерних матеріалів використовують добавку у вигляді фотоактивованого хімічного деграданту. Фірми Plastigone і Princeton (США) використовують також прискорювач, який сприяє регулюванню швидкості розкладування.
У виробництві саморозкладувальних полімерів застосовують процес самополімеризації, за допомогою якого в основу полімеру вводяться карбонильні групи (вуглець і кисень, зв'язані подвійним зв'язком). Фірми Enviromer Enterprises і Atlantic International Group inc. (США) виробляють саморозкладувальний полімер Ecolyte, який містить кетонкарбонільні сополімери, інші компанії застосовують у якості сополімерів етилен і оксид вуглецю.
Полімерний матеріал Ecolyte розкладається під дією сонячного світла.
Англійський учений Гриффін розробив спосіб включення молекул крохмалю у структуру поліетилену. Крохмаль легко руйнується мікроорганізмами, що приводить до розюіадання структури полімеру. Результати дослідження Гриффіна покладені в основу виробництва матеріалів, які здатні до біологічної деградації. Так, фірма Ampacet (США) випускає такий матеріал під назвою Poly-Grade II, а канадська фірма St. Lawrence — подібний полімер під назвою Ecostar.
Компанія ІСІ Americas іпе виробляє термопластик, який піддається біологічному розкладанню. Він має властивості, подібні з поліпропіленом. Розкладання цього матеріалу проходить під дією мікроорганізмів, які знаходяться в ґрунті, каналізації і на дні водойм.

Ви бачите тільки 40% питання.

Текст смс:
kkdtk2
на номер
4345

Щоб отримати доступ до матеріалів сайту надішліть смс з текстом kkdtk2 на номер 4345. Після цього введіть номер мобільного, з якого ви надіслали смс. Вартість смс — 3 грн.