Каталог товаров
Каталог продукции Весь каталог >>
Корзина пуста

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 1

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Биоразлагаемые полимеры. Часть 1
Иконка

Поскольку тема биоразлагаемых полимеров получила широкое распространение еще в начале 1970-х годов, биоразлагаемые полимеры прошли обширные исследования в научных кругах и промышленности и прошли несколько важных этапов развития. На долю пластмасс приходится значительная часть (около 25% по объему) муниципальных отходов, разлагаемые или биоразлагаемые пластмассы первоначально предназначались для решения проблемы захоронения отходов с учетом того, что некоторые места захоронения будут освобождены, если отходы пластиковых материалов могут быть биоразлагаемы. Таким образом, первое поколение разлагаемых пластиков не уделяло первостепенное внимание биоразлагаемости и влиянию на окружающую среду, а было сосредоточено только на экономии места на свалках.

Большинство этих продуктов основаны на соединениях обычных смол, таких как полиолефины, наполненные крахмалом или активированные оксидом металла или солью переходного расплава, которые со временем распадаются только на маленькие кусочки из-за биодеградации ингредиента крахмала или катализируемой фотодеградации полиолефинов. Позже серия синтетических полимеров на нефтяной основе, которую можно назвать разлагаемыми пластмассами второго поколения и действительно биоразлагаемыми, была разработана и вышла на рынок с незначительной долей. Эти биоразлагаемые полимеры в основном включают алифатические сложные полиэфиры, такие как поликапролактон (PCL), полибутиленсукцинат (PBS), полибутиленсукцинат-соадипат (PBSA) и другие алифатические сополиэфиры и алифатические ароматические сополиэфиры, такие как полибутилен адипинат-котерефалат (PBAT). Между тем, исследователи также посвятили огромные усилия в разработке биоразлагаемых полимеров и пластмасс из возобновляемых ресурсов, таких как крахмал, соевый белок (SP), целлюлоза и растительное масло. Крахмал и соевый белок могут быть термопластичны при нагревании и механическом перемешивании в присутствии соответствующих обрабатывающих агентов. Термопластичный крахмал и SP могут эффективно смешиваться с другими термопластичными полимерами с образованием биоразлагаемых полимерных композитов.

Картинка

Целлюлозное волокно может быть непосредственно использовано в качестве армирующего волокна в армированных полимерных композитах. Оно также может быть растворено с использованием соответствующих растворителей и затем сформировано в регенерированные целлюлозные продукты, такие как волокна и листы. Полимолочная кислота (PLA) и полигидроксиалканоаты (PHA) представляют собой два наиболее важных биоразлагаемых полимера, получаемых из возобновляемых ресурсов. Они являются термопластичными и демонстрируют механические свойства и технологичность, аналогичные свойствам некоторых полимеров на нефтяной основе. Появление PLA и PHA — большой шаг вперед в разработке биоразлагаемых полимеров. Исторически интерес к исследованиям и усилиям в отношении биоразлагаемых полимеров и полимеров на основе биомассы увеличивался и уменьшался в соответствии с циклом цен на нефть. Последние колебания цен на нефть и изменение мировой энергетической политики определенно будут способствовать уже интенсивным исследованиям в области альтернативной энергетики и возобновляемых материалов. С огромным интересом и усилиями, прилагаемыми в этой области, новые успехи и достижения появляются постоянно, о чем свидетельствует растущее число публикаций. В этой части цикла мы кратко изложим достижения современных исследований и ситуации в области биоразлагаемых м других биополимеров.

Картинка
Иконка

Сначала мы обсудим встречающиеся в природе биоразлагаемые полимеры, а затем биоразлагаемые полимеры, полученные из возобновляемых ресурсов, и биоразлагаемые полимеры на основе нефти. Наконец, мы кратко рассмотрим несколько полимеров на биологической основе, которые не могут быть биоразлагаемыми по некоторым причинам. Начнем со встречающихся в природе биоразлагаемых полимеров. Использование натуральных полимеров для непродовольственных целей можно проследить до глубокой древности. Части кожи и костей животных, растительные волокна, крахмал, шелк — вот типичные примерами природных полимеров, использовавшихся в разные периоды человеческой истории. В прошлом веке разработка природных полимеров была значительно затруднена из-за появления недорогих нефтехимических полимеров. Лишь около двух десятилетий назад возобновились интенсивные исследования природных полимеров, в первую очередь из-за проблем загрязнения окружающей среды и истощения запасов ископаемых масел. Современные технологии позволяют по-новому взглянуть на синтез, структуру и свойства природных полимеров. Эти новые открытия позволили разработать натуральные полимеры с новыми технологическими характеристиками и свойствами, которые можно использовать для многих более сложных применений. Рассмотрим три основных природных полимера: крахмал, целлюлозу и соевый белок. Все они в основном использовались раньше только как пища для человека и животных. Новые разработки позволяют использовать их в качестве компонентов в полимерных смесях и композитах для производства биоразлагаемых продуктов.

Крахмал традиционно является крупнейшим источником углеводов в рационе человека. Будучи полисахаридным полимером, крахмал интенсивно изучался с целью переработки его в термопластичный полимер в надежде частично заменить некоторые нефтехимические полимеры. Крахмал представляет собой смесь линейной амилозы и разветвленного амилопектина поли-1,4-а-глюкозы и существует в форме дискретных гранул. Амилоза имеет типичную молекулярную массу в несколько сотен тысяч, тогда как молекулярная масса амилопектина намного выше и составляет порядка нескольких десятков миллионов. В зависимости от происхождения крахмала доля амилозы обычно составляет около 20-35%. Некоторые так называемые «воскообразные» крахмалы имеют очень низкое содержание амилозы. Например, восковой кукурузный крахмал содержит менее 2% амилозы. Гранулы крахмала являются полукристаллическими, содержащими как упорядоченную структуру (в основном двойные спирали коротких цепей амилопектина), так и аморфную структуру (длинные цепи и точки ветвления амилопектина и амилозы). В своем естественном виде крахмал не плавится и поэтому не может быть переработан как термопласт. Однако крахмальные гранулы можно термопластизировать посредством процесса желатинизации. В этом процессе гранулы разрушаются, и упорядоченная кристаллическая структура теряется под воздействием пластификаторов (например, воды и глицерина), тепла и сдвига. Полученный крахмал, обрабатываемый в расплаве, часто называют термопластичным крахмалом (TPS).

Картинка

Со времени появления TPS было проведено множество исследований для изучения его использования в качестве термопластичного полимера путем преодоления присущих ему недостатков, включая низкую прочность, высокую чувствительность к влаге и хрупкость, вызванные ретроградацией крахмала и постепенной потерей пластификаторов. Для разрушения кристаллической структуры крахмала и обеспечения текучести при приготовлении TPS используется большое количество пластификаторов. В зависимости от количества используемых пластификаторов материалы TPS варьируются от стеклообразного до эластичного состояния. Их поведение под нагрузкой зависит от содержания пластификаторов. Будучи гидрофильным, TPS подвержен воздействию влаги во время хранения и эксплуатации. Увеличение содержания воды снижает температуру стеклования (Tg) TPS и впоследствии снижает его прочность на разрыв. Было обнаружено, что Tg исходных водно-глицериновых смесей линейно зависит от содержания воды. Температура стеклования снизилась с -53 до -105 °С, когда содержание воды увеличилось с 2% до 30%. Небольшое количество глицерина также вызывало значительное снижение Tg смесей, но дальнейшее добавление глицерина лишь незначительно влияло на Tg. Помимо прочности и Tg, восприимчивость TPS к воде также приводит к плохой стабильности размеров его конечных продуктов.

Картинка
Иконка
Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.
Автор

Автор: Ольга Борисова

Дата: 3 Авг 2020 00:00

Комментариев нет

  Читайте также Особенности взаимодействия молекул флокулянта с растворителями Что вы хотели знать о монтаже трубопроводов. Монтаж полипропиленовых труб Возможность совмещения разных пластиков в одной трубопроводной системе Обработка нефтесодержащих стоков физико-химическими методами О монтаже труб из полибутена. Часть 2 Вернуться назад
Пройти опрос о качестве сайта