Биоразлагаемые полимеры

26/082019
Биоразлагаемые полимеры

Современный мир наполнен изделиями из пластика, а если точнее, полимерами. Упаковочные материалы, тара, хозяйственные материалы различного назначения, предметы обихода, элементы мебели, оборудования, техники, автомобилей – везде можно найти элементы из полимеров.

Чаще всего они занимают доминирующее положение во многих изделиях. Популярность продукции из пластика вполне закономерна и объяснима. Прежде всего, это низкая цена, которая определена небольшой стоимостью сырья, удобство и простота в использовании, возможность придания изделию различных свойств путем введения различных добавок. Чего только стоит пластиковая упаковка в виде бутылок, контейнеров, емкостей, пакетов и прочих изделий, без которых невозможно жить современному человеку.

Однако у данных изделий есть и другая сторона медали. К сожалению, отсутствие экологической культуры приводит к тому, что на Земле скапливается все большее количество изделий из пластика, которые не разлагаются в течение 100 лет. В процессе разложения таких полимеров в почву, воду и атмосферу выделяется огромное количество токсических для всех живых организмов продуктов. Во многих развитых странах уже давно начали бить тревогу и постарались вовсе отказаться от пластика. Однако сделать это не так просто, поэтому было принято решение создать альтернативу полимерам – биоразлагаемые синтетические полимеры.

Биоразлагаемые полимеры – упаковка будущего

Актуальность получения биоразлагаемых полимеров трудно переоценить. Все больше стран буквально погрязает в отходах из полимеров, а в отдельных государствах ситуация и вовсе находится на грани экологической катастрофы. Поэтому получение биоразлагаемых пластиков может стать настоящей палочкой-выручалочкой для современного мира.

Биоразлагаемый полимер – это такой вид полимера, который способен без остатка разлагаться под воздействием бактерий в различных условиях на элементарные соединения: метан, воду, углекислый газ, биомассу и разнообразные неорганические частицы. Этого удалось добиться введением в структуру молекулы полимера особых частиц, чаще всего растительного происхождения (целлюлоза, крахмал или лигнин), которые хорошо разлагаются.

Поместив, к примеру, упаковку в яму для отходов, можно дождаться всего за полгода ее полного и натурального разложения, в ходе которого останется перегной, углекислота и вода. Кстати, длительность разложения полностью зависит от того, какой органический элемент входит в состав полимера и какие организмы будут работать над его разложением, так как для отдельных микробов требуются особые условия жизнедеятельности.

Производство и виды биоразлагаемых полимеров

Впервые биоразлагаемый пластик появился 30 лет назад – в 1989 году в Италии. Сегодня все развитые страны ведут работы по разработке новых видов пластмасс с биологическими свойствами, включая крахмал в цепь полимера. Крахмал, как биоразлагаемый (биодеградируемый) компонент, хорошо разлагается широкой группой бактерий, что приводит к полному разрушению изделия. Среди самых известных биосинтетических полимеров можно выделить:

  • Mater — композиция из полистирола с крахмалом, разлагаемая в компосте за 90 дней.
  • Полилактид – биоразлагаемый термопластичный полиэфир, который является продуктом конденсации молочной кислоты и возобновляемого сырья биологического происхождения. На его основе выпускают различные виды упаковки и тары. Полилактид – это классический пример применения биоразлагаемых полимеров в медицине, поскольку из него производят хирургические рассасывающие нити.
  • Полиоксиалканоаты (ПГА) – представляют собой сополимеры полигидроксибутирата и других веществ. Они наделены свойствами полиэтилена или полипропилена, но полностью разлагаются под воздействием водородных бактерий. Из данного материала делают широчайший ассортимент продукции, включая упаковки, косметические изделия, гели, лаки, наполнители и медицинский шовный материал.
  • Эколин – материал на основе полипропилена и неорганических наполнителей (доломитов или известняков). Хорошо защищает продукты от внешних факторов и достаточно быстро (около 5 месяцев) разлагается под влиянием ветра и сильного излучения.

Перечислять все виды биополимеров бессмысленно, поскольку каждый день появляются все новые и новые соединения. Буквально недавно была создана пленка «Greensack» на основе зерен кукурузы. Такой же материал создала компания Convex Plastics под названием New Greensack.

Достоинства и недостатки биополимеров

Как и любой продукт современной промышленности, биополимеры имеют свои сильные и слабые стороны. Это очевидно, поскольку в противном случае они бы за минимальные сроки вытеснили «чистые» полимеры из обихода. Так, к главным преимуществам биоразлагаемых полимеров следует отнести:

  • Полное разложение в процессе незначительного промежутка времени: от нескольких месяцев до нескольких лет.
  • Низкая токсичность продуктов разложения.
  • Возможность использования продуктов разложения в качестве удобрения.
  • Безопасность для человека (материал не выделяет вредных веществ в процессе эксплуатации).
  • Низкий уровень пропускания кислорода и водяного пара, что гарантирует сохранность упакованного в такую тару продукта.
  • Относительная устойчивость материала к разложению в обычных условиях.
  • Экономия невозобновляемых ресурсов. Всем известно, что синтез полимеров происходит из продуктов переработки нефтепродуктов или газа, поэтому введение иных, возобновляемых соединений, позволит сохранить и без того дефицитные ресурсы.

Однако у биополимеров есть несколько недостатков, которые ограничивают их широкое распространение:

  • Высокая стоимость производства. Увы, деньги решают многое. Введение в полимерную цепь органического природного сырья, которое само по себе имеет достаточно высокую цену, требует оптимизации производственных процессов, улучшения технологии, что неизбежно влечет за собой удорожание себестоимости продукции и повышение цены для конечного потребителя.
  • Недостаточная химическая и физическая прочность и износостойкость, которая не может гарантировать целостность упаковки, особенно в процессе транспортировки.

Вместе с тем, исследования в области создания доступного биополимера, отвечающего всем требованиям современного мира, продолжаются, поскольку экологическая ситуация в мире требует срочного решения.

Применение биоразлагаемых полимеров

К счастью для природы, не во всех отраслях деятельности человека нужны прочные и устойчивые к различным факторам полимеры. Поэтому использование биополимеров достаточно популярно сегодня, хотя, к сожалению, не так, как обычных полимерных соединений. В биополимерах нуждаются такие отрасли:

  • Легкая промышленность и сфера услуг. Различного рода тара и посуда из разлагаемых полимеров позволят значительно уменьшить загрязнение окружающей среды токсическим пластиком.
  • Медицина. Уже упомянутый шовный материал позволяет делать сложные операции и прочно фиксировать участки человеческого тела с последующим рассасыванием нитей в организме под воздействием ферментов и бактерий.

Область использования биополимеров еще до конца не изучена, поэтому о том, что завтра придумают изобретатели, можно только догадываться. Потенциал у биополимеров огромен и не за горами тот день, когда технологические возможности человечества спасут его самого от экологической катастрофы.