Biologik parchalanadigan polimerlar: tushunchasi, xossalari, tayyorlash usullari va reaksiyalarga misollar

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 10:44

Soʻnggi oʻn yil ichida nomiga “bio” prefiksi qoʻshilgan mahsulotlar mashhurlikka erishganini sezishingiz mumkin. Bu mahsulot inson va tabiat uchun xavfsiz ekanligi haqida xabar berish uchun mo'ljallangan. Bu ommaviy axborot vositalari tomonidan faol targ'ib qilinadi. Bu hatto kulgili bo'ldi - ichimlik tanlashda ular biokefirni eng yaxshi deb bilishadi va bioyoqilg'i endi neftga muqobil emas, balki ekologik toza mahsulotdir. Kosmetikani "mo''jizalar" qiladigan bioekstraktlar haqida unutmang.

Umumiy ma'lumot

Endi jiddiylashaylik. Ko'pincha, yo'llar bo'ylab harakatlanayotganda, siz o'z-o'zidan paydo bo'ladigan chiqindilarni ko'rishingiz mumkin. Bundan tashqari, inson chiqindilari saqlanadigan to'liq poligonlar mavjud. Bu yomon emasga o'xshaydi, lekin bitta minus bor - juda uzoq parchalanish vaqti. Buni tuzatishning ko'plab usullari mavjud - bu axlatni qayta ishlash va parchalanuvchilarni tezda yo'q qiladigan kamroq zararli materiallardan foydalanish. Keling, ikkinchi holat haqida gapiraylik.

Bu yerda koʻp fikrlar bor. Qadoqlash, shinalar, shisha, kimyo sanoatining hosilalari. Ularning barchasi talab qiladidiqqat. Biroq, maxsus universal retsept yo'q. Shuning uchun atrof-muhit ifloslanishining oldini olish uchun nima va qanday ta'minlash kerakligini aniq bilish kerak.

Biyoparchalanadigan polimerlar plastik chiqindilarni utilizatsiya qilish muammosiga javob sifatida ishlab chiqilgan. Ularning hajmi yil sayin ortib borayotgani hech kimga sir emas. Biopolimerlar so'zi ularning qisqartirilgan belgilanishi uchun ham ishlatiladi. Ularning o'ziga xosligi nimada? Ular jismoniy omillar va mikroorganizmlar - zamburug'lar yoki bakteriyalar ta'sirida atrof-muhitda parchalanishi mumkin. Polimer, agar uning butun massasi olti oy ichida suv yoki tuproqda so'rilsa, shunday hisoblanadi. Bu chiqindilar muammosini qisman hal qiladi. Shu bilan birga, parchalanish mahsulotlari - suv va karbonat angidrid olinadi. Agar boshqa narsa bo'lsa, u holda xavfsizlik va zaharli moddalar mavjudligini tekshirish kerak. Ular, shuningdek, ekstruziya, puflash, termoformlash va inyeksion kalıplama kabi ko‘pgina standart plastmassa ishlab chiqarish texnologiyalari yordamida qayta ishlanishi mumkin.

Biz qaysi sohalarda ishlayapmiz?

Biologik parchalanadigan polimerlarni olish ancha mashaqqatli ishdir. Xavfsiz materiallarni olish imkonini beradigan texnologiyalarni ishlab chiqish AQShda, Evropa qit'asida, Yaponiyada, Koreyada va Xitoyda faol olib borilmoqda. Afsuski, Rossiyada natijalar qoniqarli emasligini ta'kidlash kerak. Plastmassalarning biodegradatsiyasi va ularni qayta tiklanadigan xom ashyolardan ishlab chiqarish texnologiyasini yaratish qimmat zavqdir. Bundan tashqari, mamlakatda hali ham polimer ishlab chiqarish uchun etarli miqdorda neft mavjud. Lekin hamma narsabir xil, uchta asosiy yo'nalishni ajratish mumkin:

1. Gidroksikarboksilik kislotalar asosida biologik parchalanadigan poliesterlar ishlab chiqarish.
2. Koʻpaytiriladigan tabiiy ingredientlar asosida plastmassalar yaratish.
3. Sanoat polimerlari biologik parchalanadi.

Ammo amalda-chi? Keling, biologik parchalanadigan polimerlar qanday yaratilganini batafsil ko'rib chiqaylik.

Bakterial poligidroksialkanoatlar

Mikroorganizmlar ko'pincha ozuqaviy uglerodlar mavjud bo'lgan muhitda o'sadi. Bunday holda, fosfor yoki azot etishmovchiligi mavjud. Bunday hollarda mikroorganizmlar poligidroksialkanoatlarni sintez qiladi va to'playdi. Ular uglerod (oziq-ovqat zahiralari) va energiya zahirasi bo'lib xizmat qiladi. Agar kerak bo'lsa, ular poligidroksialkanoatlarni parchalashi mumkin. Ushbu xususiyat ushbu guruh materiallarini sanoat ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Biz uchun eng muhimi poligidroksi butirat va poligidroksi valeratdir. Shunday qilib, bu plastmassalar biologik parchalanadi. Shu bilan birga, ular ultrabinafsha nurlanishiga chidamli alifatik poliesterlardir.

Shuni ta'kidlash kerakki, ular suv muhitida etarlicha barqarorlikka ega bo'lsa-da, dengiz, tuproq, kompostlash va qayta ishlash muhiti ularning biologik buzilishiga yordam beradi. Va bu juda tez sodir bo'ladi. Misol uchun, agar kompostning namligi 85% va 20-60 daraja Selsiy bo'lsa, u holda karbonat angidrid va suvga parchalanishi 7-10 hafta davom etadi. Poligidroksialkanoatlar qayerda ishlatiladi?

Ularbiologik parchalanadigan qadoqlash va to'qilmagan materiallar, bir martalik salfetkalar, tolalar va plyonkalar, shaxsiy parvarishlash vositalari, karton va qog'oz uchun suv o'tkazmaydigan qoplamalar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Qoida tariqasida, ular kislorodni o'tkazishi mumkin, agressiv kimyoviy moddalarga chidamli, nisbiy termal barqarorlikka ega va polipropilen bilan taqqoslanadigan kuchga ega.

Biologik parchalanadigan polimerlarning kamchiliklari haqida gapirganda, ular juda qimmat ekanligini ta'kidlash kerak. Masalan, Biopol. Bu an'anaviy plastmassadan 8-10 barobar qimmatroq. Shuning uchun u faqat tibbiyotda, ba'zi parfyumeriya va shaxsiy parvarish mahsulotlarini qadoqlash uchun ishlatiladi. Polihidroksialkanoatlar orasida shakarlangan makkajo'xori kraxmalidan olingan mirel ko'proq mashhur. Uning afzalligi nisbatan past narx hisoblanadi. Ammo, shunga qaramay, uning narxi hali ham an'anaviy past zichlikdagi polietilendan ikki baravar yuqori. Shu bilan birga, xom ashyo tannarxning 60% ni tashkil qiladi. Va asosiy harakatlar uning arzon hamkasblarini topishga qaratilgan. Bug'doy, javdar, arpa kabi donli ekinlar kraxmalini ko'rib chiqamiz.

Polilaktik kislota

Qadoqlash uchun biologik parchalanadigan polimerlarni ishlab chiqarish ham polilaktid yordamida amalga oshiriladi. Bundan tashqari, u polilaktik kislotadir. U nimani ifodalaydi? Bu chiziqli alifatik poliester, sut kislotasining kondensatsiya mahsulotidir. Bu monomer bo'lib, undan polilaktid bakteriyalar tomonidan sun'iy ravishda sintezlanadi. Shuni ta'kidlash kerakki, uni bakteriyalar yordamida ishlab chiqarish an'anaviy usuldan ko'ra osonroqdir. Axir, polilaktidlar texnologik jihatdan oddiy jarayonda mavjud shakarlardan bakteriyalar tomonidan yaratiladi. Polimerning o'zi bir xil tarkibga ega ikkita optik izomerning aralashmasidir.

Olingan modda ancha yuqori termal barqarorlikka ega. Shunday qilib, vitrifikasiya 90 daraja Selsiyda, erish esa 210-220 Tselsiyda sodir bo'ladi. Bundan tashqari, polilaktid ultrabinafsha nurlanishiga chidamli, ozgina yonuvchan va agar u yonib ketsa, u holda oz miqdorda tutun bilan. Termoplastiklar uchun mos bo'lgan barcha usullar yordamida qayta ishlanishi mumkin. Polilaktiddan olingan mahsulotlar yuqori qattiqlik, yorqinlik va shaffoflikka ega. Ulardan plastinkalar, tovoqlar, plyonkalar, tolalar, implantlar (biologik parchalanadigan polimerlar tibbiyotda shunday qo'llaniladi), kosmetika va oziq-ovqat mahsulotlari uchun qadoqlash, suv, sharbat, sut uchun idishlar (lekin gazlangan ichimliklar emas, chunki material o'tib ketadi) uchun ishlatiladi. karbonat angidrid). Shuningdek, matolar, o'yinchoqlar, uyali telefon qutilari va kompyuter sichqonlari. Ko'rib turganingizdek, biologik parchalanadigan polimerlardan foydalanish juda keng. Bu faqat ularning guruhlaridan biri uchun!

Polilaktik kislota ishlab chiqarish va biologik parchalanishi

Birinchi marta uni ishlab chiqarish uchun patent 1954 yilda berilgan. Ammo bu bioplastikni tijoratlashtirish faqat 21-asrning boshlarida - 2002 yilda boshlangan. Shunga qaramay, uni ishlab chiqarish bilan shug'ullanadigan juda ko'p kompaniyalar mavjud - faqat Evropada ularning 30 dan ortig'i bor. Muhim afzallikpolilaktik kislota nisbatan past narxga ega - u allaqachon polipropilen va polietilen bilan deyarli teng darajada raqobatlashadi. Taxminlarga ko'ra, 2020 yilda polilaktid ularni jahon bozoriga chiqarishni boshlaydi. Uning biologik parchalanishini oshirish uchun unga ko'pincha kraxmal qo'shiladi. Bu ham mahsulot narxiga ijobiy ta'sir ko'rsatadi. To'g'ri, hosil bo'lgan aralashmalar juda nozik va yakuniy mahsulotni yanada elastik qilish uchun ularga sorbitol yoki glitserin kabi plastifikatorlar qo'shilishi kerak. Muammoning muqobil yechimi boshqa parchalanadigan poliesterlar bilan qotishma yaratishdir.

Polilaktik kislota ikki bosqichda parchalanadi. Birinchidan, ester guruhlari suv bilan gidrolizlanadi, natijada sut kislotasi va bir nechta boshqa molekulalar hosil bo'ladi. Keyin ular mikroblar yordamida ma'lum bir muhitda parchalanadi. Polilaktitlar 20-90 kun ichida bu jarayondan o'tadi, shundan so'ng faqat karbonat angidrid va suv qoladi.

Kraxmal modifikatsiyasi

Tabiiy xom ashyo ishlatilsa, bu yaxshi, chunki uning uchun resurslar doimo yangilanib turadi, shuning uchun ular amalda cheksizdir. Kraxmal bu borada eng keng mashhurlikka erishdi. Ammo uning kamchiligi bor - u namlikni yutish qobiliyatini oshiradi. Ammo agar siz efirda gidroksil guruhlarining bir qismini sezsangiz, buning oldini olish mumkin.

Kimyoviy ishlov berish polimer qismlari oʻrtasida qoʻshimcha bogʻlanishlar hosil qilish imkonini beradi, bu esa issiqlikka chidamlilik, barqarorlikni oshirishga yordam beradi.kislotalarga va kesish kuchiga. Natijada, modifikatsiyalangan kraxmal, biologik parchalanadigan plastmassa sifatida ishlatiladi. U kompostda 30 daraja haroratda ikki oy ichida parchalanadi, bu esa uni juda ekologik toza qiladi.

Materialning narxini pasaytirish uchun talk va polivinil spirti bilan aralashtirilgan xom kraxmal ishlatiladi. U oddiy plastmassa uchun bo'lgani kabi bir xil uskunalar yordamida ishlab chiqarilishi mumkin. O'zgartirilgan kraxmalni an'anaviy usullar yordamida bo'yash va chop etish ham mumkin.

Esda tutingki, bu material antistatik xususiyatga ega. Kraxmalning kamchiligi shundaki, uning fizik xossalari odatda neft-kimyoviy qatronlardan past. Ya'ni, polipropilen, shuningdek, yuqori va past bosimli polietilen. Va shunga qaramay, u qo'llaniladi va bozorda sotiladi. Shunday qilib, u oziq-ovqat mahsulotlari uchun tagliklar, qishloq xo'jaligi plyonkalari, qadoqlash materiallari, vilkalar pichoqlari, shuningdek, meva va sabzavotlar uchun to'rlarni tayyorlash uchun ishlatiladi.

Boshqa tabiiy polimerlardan foydalanish

Bu nisbatan yangi mavzu - biologik parchalanadigan polimerlar. Tabiatni oqilona boshqarish bu sohada yangi kashfiyotlarga hissa qo'shadi. Biologik parchalanadigan plastmassalarni ishlab chiqarishda ko'plab boshqa tabiiy polisaxaridlar qo'llaniladi: xitin, xitozan, tsellyuloza. Va nafaqat alohida, balki kombinatsiyalangan holda ham. Misol uchun, kuchaygan plyonka xitozan, mikroselüloz tolasi va jelatindan olinadi. Va agar siz uni erga ko'msangiz, u tezda bo'ladimikroorganizmlar tomonidan parchalanadi. U qadoqlash, tovoqlar va shunga o'xshash narsalar uchun ishlatilishi mumkin.

Bundan tashqari, tsellyulozaning dikarboksilik angidridlar va epoksi birikmalari bilan birikmalari juda keng tarqalgan. Ularning kuchi shundaki, ular to'rt hafta ichida parchalanadi. Olingan materialdan shishalar, mulchalash uchun plyonkalar, bir martalik dasturxon tayyorlanadi. Ularni yaratish va ishlab chiqarish har yili faol o'sib bormoqda.

Sanoat polimerlarining biologik parchalanishi

Bu muammo juda dolzarb. Yuqorida atrof-muhit bilan reaktsiyalar uchun misollar keltirilgan biologik parchalanadigan polimerlar atrof-muhitda hatto bir yil davom etmaydi. Holbuki, sanoat materiallari uni o'nlab yillar va hatto asrlar davomida ifloslantirishi mumkin. Bularning barchasi polietilen, polipropilen, polivinilxlorid, polistirol, polietilen tereftalat uchun amal qiladi. Shuning uchun ularning degradatsiyasi vaqtini qisqartirish muhim vazifadir.

Bu natijaga erishish uchun bir nechta mumkin boʻlgan yechimlar mavjud. Eng keng tarqalgan usullardan biri polimer molekulasiga maxsus qo'shimchalarni kiritishdir. Va issiqda yoki yorug'likda ularning parchalanish jarayoni tezlashadi. Bu bir martali ishlatiladigan idishlar, shishalar, qadoqlash va qishloq xo'jaligi plyonkalari, sumkalar uchun javob beradi. Ammo, afsuski, muammolar ham bor.

Birinchisi, qo'shimchalar an'anaviy usullarda qo'llanilishi kerak - qoliplash, quyish, ekstruziya. Bunday holda, polimerlar haroratga duchor bo'lishiga qaramay, parchalanmasligi kerakqayta ishlash. Bundan tashqari, qo'shimchalar nurda polimerlarning parchalanishini tezlashtirmasligi kerak, shuningdek, uning ostida uzoq muddatli foydalanish imkoniyatini ta'minlashi kerak. Ya'ni, degradatsiya jarayoni ma'lum bir daqiqada boshlanishiga ishonch hosil qilish kerak. Bu juda qiyin. Texnologik jarayon xom ashyoni isitish 12 daqiqadan oshmasa, kichik tipik qayta ishlash usulining bir qismi sifatida 1-8% qo'shimchalarni (masalan, ilgari muhokama qilingan kraxmal kiritiladi) qo'shishni o'z ichiga oladi. Ammo shu bilan birga, ularning polimer massasi bo'ylab teng taqsimlanishini ta'minlash kerak. Bularning barchasi degradatsiya davrini to‘qqiz oydan besh yilgacha ushlab turish imkonini beradi.

Taraqqiyot istiqbollari

Biologik parchalanadigan polimerlardan foydalanish jadal sur'atlarga ega bo'lsa-da, ular hozir jami bozorning salgina foizini tashkil qiladi. Ammo, shunga qaramay, ular hali ham juda keng dasturni topdilar va tobora ommalashib bormoqda. Hozirda ular oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash joyiga juda yaxshi o'rnashgan. Bundan tashqari, biologik parchalanadigan polimerlar bir martalik shishalar, stakanlar, plastinkalar, piyola va tovoqlar uchun keng qo'llaniladi. Shuningdek, ular bozorda oziq-ovqat chiqindilarini yig'ish va keyinchalik kompostlash uchun sumkalar, supermarketlar uchun sumkalar, qishloq xo'jaligi plyonkalari va kosmetika mahsulotlari ko'rinishida o'zini namoyon qildi. Bunday holda, biologik parchalanadigan polimerlarni ishlab chiqarish uchun standart uskunalardan foydalanish mumkin. Ularning afzalliklari (normal sharoitda degradatsiyaga chidamlilik, suv bug'i va kislorod uchun past to'siq, chiqindilarni yo'q qilish bilan bog'liq muammolar yo'qligi, neft-kimyo xom ashyosidan mustaqillik) tufayli ular g'alaba qozonishda davom etmoqdalar.bozor.

Asosiy kamchiliklardan keng miqyosli ishlab chiqarishdagi qiyinchiliklar va nisbatan yuqori narxni esga olish kerak. Bu muammoni ma'lum darajada yirik ishlab chiqarish tizimlari bilan hal qilish mumkin. Texnologiyani takomillashtirish, shuningdek, yanada mustahkam va aşınmaya bardoshli materiallarni olish imkonini beradi. Bundan tashqari, shuni ta'kidlash kerakki, "eko" prefiksi bo'lgan mahsulotlarga e'tibor qaratish kuchli tendentsiya mavjud. Bunga ommaviy axborot vositalari, hukumat va xalqaro yordam dasturlari yordam beradi.

Tabiatni muhofaza qilish choralari asta-sekin kuchaytirilmoqda, buning natijasida ba'zi an'anaviy plastik mahsulotlar ayrim mamlakatlarda taqiqlangan. Masalan, paketlar. Ular Bangladeshda (drenaj tizimlarini yopib qo'yishi va ikki marta katta toshqinlarga olib kelishi aniqlanganidan keyin) va Italiyada taqiqlangan. Asta-sekin, noto'g'ri qarorlar uchun to'lanishi kerak bo'lgan haqiqiy narx tushuniladi. Va atrof-muhit xavfsizligini ta'minlash zarurligini tushunish an'anaviy plastmassaga nisbatan ko'proq cheklovlarga olib keladi. Yaxshiyamki, undan ham qimmatroq, ammo ekologik toza materiallarga o'tish talabi mavjud. Bundan tashqari, ko‘plab mamlakatlardagi tadqiqot markazlari va yirik xususiy kompaniyalar yangi va arzonroq texnologiyalarni izlamoqda, bu yaxshi yangilik.

Xulosa

Shunday qilib, biz biologik parchalanadigan polimerlar nima ekanligini, ishlab chiqarish usullarini va ushbu materiallarning ko'lamini ko'rib chiqdik. Doimiylik bortexnologiyalarni takomillashtirish va takomillashtirish. Umid qilamizki, kelgusi yillarda biologik parchalanadigan polimerlarning narxi an'anaviy usullar bilan olingan materiallarga yetib boradi. Shundan soʻng xavfsizroq va ekologik toza ishlanmalarga oʻtish faqat vaqt masalasi boʻladi.