Bioplastiska hur de förekommer, typer, fördelar, nackdelar

De Bioplastisk De är alla formbara material baserade på polymerer av petrokemiskt eller biomassans ursprung som är biologiskt nedbrytbart. I likhet med traditionell plast som syntetiseras från olja, kan dessa formas för att producera olika föremål.

Enligt dess ursprung kan bioplast erhållas från biomassa (biobasados) eller vara av petrokemiskt ursprung. Å andra sidan, enligt deras nedbrytningsnivå, finns det biologiskt nedbrytbara och icke -biologiskt nedbrytbara bioplastiska.

Täckt av biologiskt nedbrytbar stärkelse polyester. Källa: Scott Bauer [Public Domain]

Ökningen av bioplast uppstår som svar på besvären som genereras av konventionell plast. Bland dessa kan ansamlingen av icke -biologiskt nedbrytbar plast i haven och deponier påpekas.

Å andra sidan har konventionell plast ett högt kolavtryck och högt innehåll av giftiga element. Å andra sidan har bioplast flera fördelar eftersom de inte producerar giftiga element och är i allmänhet biologiskt nedbrytbara och återvinningsbara.

Bland de viktigaste nackdelarna med bioplast kan dess höga produktionskostnader och lägre motstånd påpekas. Dessutom är några av de råvaror som används är potentiell mat, vilket väcker ett ekonomiskt och etiskt problem.

Några exempel på bioplastiska föremål är biologiskt nedbrytbara väskor samt delar av fordon och mobiltelefoner.

[TOC]

Bioplastiska egenskaper

Ekonomisk och miljömässig betydelse av bioplast

Olika utilitariska föremål gjorda med bioplast. Källa: Hwaja Götz [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)], via Wikimedia Commons

Nyligen har mer vetenskapligt och industriellt intresse framkommit att producera plast från förnybara råvaror och är biologiskt nedbrytbara.

Detta beror på att världens oljereserver är uttömda och att det finns större medvetenhet med avseende på allvarliga miljöskador orsakade av petroplast.

Med en växande efterfrågan på plast på världsmarknaden ökar också efterfrågan på biologiskt nedbrytbar plast.

Biologiskt nedbrytbarhet

Biologiskt nedbrytbart bioplastiskt avfall kan behandlas som organiskt avfall, snabb och icke -förorenande nedbrytning. Till exempel kan de användas som markändringar i kompostering, eftersom de naturligt återvinns av biologiska processer.

Bioplast med otaliga kommersiella användningsområden. Källa: f. Kesselring, fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/gärning.i)], via Wikimedia Commons

Bioplastbegränsningar

Tillverkningen av biologiskt nedbrytbar bioplast står inför stora utmaningar, eftersom bioplast har lägre egenskaper och deras tillämpning, även om den ökar, den är begränsad.

Förbättring av bioplastiska egenskaper

För att förbättra bioplastiska egenskaper utvecklas biopolymerer med olika typer av tillsatser, såsom kolananorör och naturliga fibrer modifierade av kemiska processer.

I allmänhet förbättrar tillsatser som tillämpas på bioplastiska egenskaper som:

• Styvhet och mekanisk motstånd.
• Gas- och vattenbarriäregenskaper.
• Termorestabilitet och termostabilitet.

Dessa egenskaper kan utformas i bioplast genom kemisk beredning och bearbetningsmetoder.

Hur är bioplast?

Bioplast för förpackning av termoplastisk stärkelse. Källa: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

-Kortfattad bakgrund

Bioplast är före konventionell syntetisk plast härrörande från olja. Användningen av polymerer av växt eller djurmaterial för att producera plastmaterial från 1700 -talet med användning av naturgummi (hevea latex brasiliensis).

Den första bioplasten, även om den valören inte gavs, utvecklades 1869 av John Wesley Hyatt Jr., som producerade en plast härrörande från bomullscellulosa som ett elfenbensersättare. I slutet av 1800 -talet användes också mjölkkaseinet för bioplastproduktion.

På 40 -talet utforskade Ford -företaget alternativ för användning av växt råvaror för utarbetande av delar av sina bilar. Denna forskningslinje drevs av begränsningarna för användning av stål genom krig.

Som ett resultat av detta utvecklade företaget under 1941 en bilmodell med kropp byggd av derivat huvudsakligen av sojabönor. Men efter krigsslutet fortsatte inte detta initiativ.

År 1947 inträffar den första tekniska bioplastiska, polyamid 11 (Rilsan som kommersiellt varumärke). Därefter, på 90 -talet, uppstod PLA (polyaktinsyra), PHA (polyhydroxialcanoats) och mjukgörade stärkelser.

-Råmaterial

Biobasado Bioplastics är de som är tillverkade av växtbiomassa. De tre grundläggande källorna till råvaror i biobassar är följande.

Naturliga biomassapolymerer

Naturliga polymerer kan användas direkt av växter, såsom stärkelse eller sockerarter. Till exempel är "potatisplast" en biologiskt nedbrytbar bioplast tillverkad av potatisstärkelse.

Polymerer syntetiserade från biomassamonomerer

Ett andra alternativ är att syntetisera polymerer från monomerer som utvinns från växt- eller djurkällor. Skillnaden mellan denna rutt och den föregående är att här krävs en mellanliggande kemisk syntes.

Kan tjäna dig: kompost: material, utarbetande, typer, användningar

Till exempel produceras bio-PE eller grön polyeten från etanol erhållet från sockerrör.

Bioplast kan också uppstå från djurkällor såsom glykosaminoglykaner (GAG), som är äggskalproteiner. Fördelen med detta protein är att det gör det möjligt att få mer resistenta bioplast.

Bioteknik baserad på bakteriegrödor

Ett annat sätt att producera polymerer för bioplast är genom bioteknik genom bakteriella grödor. I detta avseende syntetiserar och lagrar många bakterier som kan extraheras och bearbetas.

För detta odlas bakterier i adekvat kulturmedium massivt och bearbetas sedan för att rena den specifika polymeren. Till exempel syntetiseras PHA (polyhydroxialkanoat) av olika bakteriegenrer som växer i ett överskott av kol och utan kväve eller fosfor.

Bakterier lagrar polymeren i form av granuler i cytoplasma, som extraheras genom att bearbeta bakteriemassorna. Ett annat exempel är PHBV (polyhydroxybutilvalerat), som erhålls från bakterier matade med sockerarter erhållna från växtrester.

Den största begränsningen av bioplast.

Kombination av naturlig polymer och bioteknologisk polymer

University of Ohio utvecklade ett ganska resistent bioplastiskt kombinerande naturgummi med PHBV -bioplastiska, organiska peroxid- och trimetylpropan trihakrylat (TMPTA).

-Produktionsprocess

Bioplast erhålls genom olika processer, beroende på råmaterial och önskade egenskaper. Bioplast kan erhållas genom elementära processer eller mer komplexa industriella processer.

Grundprocess

Matlagning och gjuten kan göras vid användning av naturliga polymerer, såsom majs eller potatisstärkelse.

Således är ett elementärt recept för att producera en bioplast att blanda majsstärkelse eller potatisstärkelse med vatten och tillsätta glycerin. Därefter utsätts denna blandning för matlagning tills den förtjockas, är gjuten och får torka.

Medium komplexitetsprocesser

När det gäller bioplast som produceras med polymerer syntetiserade från biomassamonomerer är processer något mer komplexa.

Till exempel kräver den bio-peer som erhållits från sockerrörens etanol en serie steg. Det första är att extrahera sockerrörssockret för att erhålla etanol genom jäsning och destillation.

Då dehydratiseras etanol och eten erhålls, vilket måste polymeriseras. Slutligen, genom termoformande maskiner, tillverkas objekt baserade på denna bioplast.

Komplexa och dyrare processer

När man hänvisar till det bioplast som produceras från polymerer erhållna genom bioteknik, komplexitet och kostnader ökar. Detta beror på att bakteriekulturer som kräver specifika metoder för kultur och tillväxtförhållanden ingriper.

Denna process är baserad på vissa bakterier som producerar naturliga polymerer som kan lagra inuti. Baserat på lämpliga näringselement, odlas och bearbetas dessa mikroorganismer för att extrahera polymerer.

Du kan också tillverka bioplast från vissa alger som Botryococcus braunii. Denna mikroalger kan producera och till och med utsöndrar det halva kolvätet, från vilket bränslen eller bioplast erhålls.

-Tillverkning av bioplastbaserade produkter

Den grundläggande principen är formningen av objektet tack vare plastegenskaperna för denna förening med tryck och värme. Bearbetningen görs genom extrudering, injektion, injektion och blåser, förform och termokonform och slutligen genomgår kylning.

Grabbar

Förpackning av cellulosacetat. Källa: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

Tillvägagångssätten för klassificering av Bioplasticas är olika och är inte undantagna från kontroverser. I alla fall är kriterierna som är baserade för att definiera de olika typerna ursprunget och nivån för nedbrytning.

-Ursprung

Enligt ett generaliserat tillvägagångssätt kan bioplast klassificeras efter deras ursprung i biobasados ​​eller icke -biobasados. I det första fallet erhålls polymerer från växt-, djur- eller bakteriebiomassa och är därför förnybara resurser.

För sin del är icke -Biobasado -bioplastiska de som produceras med polymerer syntetiserade från olja. Men genom att komma från en icke -förnybar resurs anser vissa specialister att de inte bör behandlas som bioplast.

-Nedbrytningsnivå

När det gäller nedbrytningsnivån kan bioplast vara biologiskt nedbrytbar eller inte. Biologiska nedbrytbara ämnen delas upp i relativt korta tidsperioder (dagar några månader) genom att bli föremål för adekvata förhållanden.

Å andra sidan uppträder icke -biologiskt nedbrytbara bioplast som konventionell plast av petrokemiskt ursprung. I detta fall mäts nedbrytningsperioden på decennier och upp till århundraden.

När det gäller detta kriterium finns det också kontroverser, eftersom vissa forskare anser att en riktig bioplast måste vara biologiskt nedbrytbar.

Det kan tjäna dig: vad är effekterna av mänsklig aktivitet på utrotningen av någon grupp levande varelser

-Ursprung och biologisk nedbrytning

När de två tidigare kriterierna (ursprung och nedbrytningsnivå) kombineras kan bioplast klassificeras i tre grupper:

1. Från förnybara råvaror (BioBasado) och biologiskt nedbrytbart.
2. De som erhålls från förnybara råvaror (biobassor), men är inte biologiskt nedbrytbara.
3. Erhållet från råvaror av petrokemiskt ursprung, men som är biologiskt nedbrytbara.

Det är viktigt att lyfta fram att betrakta en polymer eftersom bioplast måste komma in i en av dessa tre kombinationer.

Biobasados-BioDegradables

Bland det biobastade och biologiskt nedbrytbara bioplasten har vi polylaktinsyra (PLA) och polyhydroxialcanoat (PHA). PL är en av de mest använda bioplasten och erhålls mestadels från majs.

Denna bioplast har liknande egenskaper som tereftalatpolyeten (PET, konventionell plast av polyestrarna), även om den är mindre resistent mot höga temperaturer.

För sin del har PHA variabla egenskaper beroende på den specifika polymeren som utgör det. Det erhålls från växt- eller bioteknikceller från bakteriegrödor.

Dessa bioplast är mycket känsliga för bearbetningsförhållanden och deras kostnad är upp till tio gånger större än konventionell plast.

Ett annat exempel på denna kategori är PHBV (polyhydroxybutilvalerat), som erhålls från växtrester.

Biobasados-inte biologiskt nedbrytbar

I denna grupp har vi biopolitiska (bio-pe), med egenskaper som liknar de för konventionell polyeten. Bio-Pet har för sin del egenskaper som liknar polyeten tereftalat.

Båda bioplasten tillverkas vanligtvis av sockerrör, vilket får bioetanol som en mellanprodukt.

Bio-polyamid (PA) tillhör också denna kategori, som är en återvinningsbar bioplast med utmärkta termiska isoleringsegenskaper.

-Inte Biobasados-BiodeGradables

Biologisk nedbrytbarhet har att göra med polymerens kemiska struktur och inte med den typ av råmaterial som används. Därför kan biologiskt nedbrytbar plast erhållas från olja med adekvat bearbetning.

Ett exempel på denna typ av bioplast är polycaprolactonas (PCL), som används vid tillverkning av polyuretaner. Detta är en bioplast som erhållits från petroleumderivat samt sugande polybutilen (PBS).

Fördelar

Sweet Wrap gjord av PLA (Polykatsyra). Källa: f. Kesselring, fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/gärning.i)]

De är biologiskt nedbrytbara

Även om inte alla bioplast är biologiskt nedbrytbara, är sanningen att för många är detta deras grundläggande egenskap. I själva verket är sökningen efter den egenskapen en av de grundläggande motorerna för uppkomsten av bioplast.

Konventionell plast härrörande från olja och icke -biologiskt nedbrytbar tar hundratals och upp till tusentals år i sönderdelningen. Denna situation representerar ett allvarligt problem, eftersom deponier och hav är fyllda med plast.

Därför är biologisk nedbrytbarhet en mycket relevant fördel, eftersom dessa material kan sönderdelas i veckor, månader eller några år.

De förorenar inte miljön

Eftersom de är biologiskt nedbrytbara material, slutar bioplast att ockupera utrymme som skräp. Dessutom har de den extra fördelen att de i de flesta fall inte innehåller giftiga element som kan släppa miljön.

De har ett mindre koldioxidavtryck

Båda i bioplastproduktionsprocessen, som i dess nedbrytning, frigörs mindre CO2 än i fallet med konventionell plast. I många fall släpper de inte metan eller gör det i låga mängder och har därför liten förekomst i växthuseffekten.

Exempelvis minskar bioplasten erhållen från sockerrörens etanol upp till 75% CO2 -utsläpp jämfört med oljederivat.

Säkrare att bära mat och drycker

I allmänhet används inte i utarbetandet och sammansättningen av bioplasten inte ämnen. Därför representerar de mindre risk för förorening för mat eller dryck som finns i dem.

Till skillnad från konventionell plast som kan producera dioxiner och andra förorenande komponenter är biobastad bioplast ofarliga.

Nackdelar

Besväret är främst relaterade till den typ av bioplast som används. Bland andra har vi följande.

Lägre motstånd

En begränsning som presenteras av mest bioplast för konventionell plast är deras minst motstånd. Men den här egenskapen är vad som är förknippat med dess förmåga att biologiskt nedbrytning.

Högre kostnad

I vissa fall är råvarorna som används för produktion av bioplast dyrare än olja från olja.

Å andra sidan innebär produktionen av vissa bioplast större bearbetningskostnader. Särskilt är dessa produktionskostnader högre hos dem som produceras av bioteknologiska processer, inklusive den massiva odlingen av bakterier.

Använda konflikt

Bioplast som produceras av livsmedelsåverkan konkurrerar med mänskliga livsmedelsbehov. Därför är dessa att vara mer lönsamma för att ägna skördar till produktion av bioplast, dessa avlägsnas från livsmedelsproduktionskretsen.

Kan tjäna dig: trofiskt nätverk

Denna nackdel gäller emellertid inte för de bioplast som erhålls från icke -redigeringsavfall. Bland dessa avfall har vi rester av grödor, icke -ätliga alger, lignin, äggskal eller hummer exoskeletoner.

De är inte lätta att återvinna

PLA -bioplast är mycket lik konventionell PET -plast (polyetylentereftalat), men det är inte återvinningsbart. Därför, om båda typerna av plast blandas i en återvinningsbehållare, kan detta innehåll inte återvinnas.

I detta avseende finns det rädsla för att den växande användningen av PL kan hindra de befintliga ansträngningarna för att återvinna plast.

Exempel och dess användning av produkter producerade med bioplast

Vinförpackningar tillverkade med bioplast från jordbruksavfall och mycelios. Källa: MyCobond [CC BY-SA 2.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/2.0)]

-Engångs- eller engångsobjekt

Elementen som genererar mer avfall är paket, omslag, rätter och bestick kopplade till snabbmat och shoppingväskor. Därför spelar biologiskt bioplast på detta område en relevant roll.

Därför har olika bioplastprodukter utvecklats för att påverka avfallsgenerering. Bland annat har vi den biologiska nedbrytbara väskan tillverkad med BASF Ecovio eller plastflaskan gjord av torg som erhållits från majs av Safipiplast i Spanien.

Vattenkapslar

Ooho -företaget utformade biologiskt nedbrytbara kapslar från tång med vatten, istället för de traditionella flaskorna. Detta förslag har varit mycket innovativt och framgångsrikt och har redan testats i London Marathon.

Lantbruk

I vissa grödor som jordgubbar är en vanlig praxis att täcka marken med ett plastark för att kontrollera ogräs och undvika frysning. I detta avseende har bioplastkuddar som agrobiofilm utvecklats för att ersätta konventionell plast.

-Objekt för varaktiga applikationer

Användningen av bioplast är inte begränsad till användningsobjekt och kassering utan kan användas i mer hållbara föremål. Till exempel producerar Zoë B Organic Company strandleksaker.

Komplexa utrustningskomponenter

Toyota USA Bioplastic i vissa bildelar, som komponenter i luftkonditioneringsapparat och kontrollpaneler. För detta använder han bioplast som bio-pet och PLA.

För sin del använder Fujitsu bioplast för att göra datormöss och tangentbord. När det gäller Samsung Company har vissa mobiltelefoner en stor del av bioplast.

-Civil konstruktion och teknik

Stärkelsebioplast har använts som byggmaterial och bioplast förstärkt med nanofibrer i elektriska installationer.

Dessutom har de använts i utarbetandet av Bioplast trä för möbler, som inte attackeras av xylofagösa insekter och inte ruttna med fukt.

-Farmaceutiska applikationer

De har förberedts med bioplastiska kapslarbehållare med droger och läkemedelsfordon som långsamt släpps ut. Således regleras biotillgängligheten för läkemedel över tid (den dos som patienten får under en viss tid).

-Medicinska tillämpningar

Cellulosa bioplast som är tillämplig i implantat, vävnadsteknik, kitin och kitosano bioplastteknik för sårskydd, benvävnadsteknik och regenerering av mänsklig hud har tillverkats.

Cellulosa bioplast för biosensorer har också tillverkats, blandningar med hydroxyapatit för tillverkning av tandimplantat, bioplastfibrer i katetrar, bland andra.

-Luft, hav och landstransport och industri

Styva skum baserade på vegetabiliska oljor (bioplastiska) har använts, både i industri- och transportanordningar; bilar och flyg-.

De har också inträffat från bioplastiska elektroniska komponenter i mobiltelefoner, datorer, ljud- och videoenheter.

-Lantbruk

Bioplastiska hydrogeler, som absorberar och behåller vatten och fritt kan frigöra dem, är användbara som skyddande mantlar av odlad jord, bibehåller deras fukt och gynnar tillväxten av jordbruksplantor i torra regioner och i knappa regnperioder.

Referenser

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastisk: erhålla och tillämpningar av polyhydroxialkanoat. Fakulteten för apotek, University of Sevilla. Apoteksexamen. 36 p.
2. Bezirhan-Arikan E och H Duygu-ozoy (2015). En översyn: forskning av bioplastik. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. Från Almeida A, JA Ruiz, Non López och MJ Pettinari (2004). Bioplastisk: Ett ekologiskt alternativ. Live Chemistry, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Bioplastproduktion från I utökade källor. ISBN 9783639263725; VDM verlag DR. Müller Publishing, Berlin, Tyskland. 145 s.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Biologiskt nedbrytbara polymerer. Betydelse och potentiella tillämpningar. National University of Distance Education. Vetenskapens fakultet, avdelningen för oorganisk kemi och kemiteknik. University Master in Science and Chemical Technology. 50 p.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia och Ak Mohanty (2013). Biobaserad plast och bionanokompositer: Aktuell status och framtid. Prog. Polym. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satis K (2017). Bioplast - Klassificering, produktion och deras potentiella livsmedelsapplikationer. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.