Биологиялык ажыроочу полимерлер: түшүнүк, касиеттери, даярдоо ыкмалары жана реакциялардын мисалдары

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 10:34

Сиз байкасаңыз болот, акыркы он жылда атына "био" префикси кошулган өнүмдөр популярдуулукка ээ болду. Бул продукт адамдар жана жаратылыш үчүн коопсуз экенин билдирүү үчүн арналган. Аны массалык информация каражаттары жигердуу пропагандалоодо. Ал тургай күлкүлүү нерсеге да келди – суусундукту тандоодо алар биокефирди эң жакшы деп эсептешет, ал эми биоотун мунайга альтернатива эмес, экологиялык жактан таза продукту болуп калды. Жана косметиканы "керемет" кылган биоэкстракттарды унутпаңыз.

Жалпы маалымат

Эми олуттуу карайлы. Көбүнчө, жолдорду бойлой жүрүп, стихиялуу таштандыларды көрүүгө болот. Мындан тышкары, адам калдыктары сакталган толук кандуу полигондор бар. Бул жаман эмес окшойт, бирок бир минус бар - өтө узун ажыроо убактысы. Муну оңдоонун көптөгөн жолдору бар - бул таштандыны кайра иштетүү жана ажыроочуларды тез жок кылуучу азыраак зыяндуу материалдарды колдонуу. Келгиле, экинчи окуя тууралуу сүйлөшөлү.

Бул жерде көп пункттар бар. Упаковка, шиналар, айнек, химия енер жайынын туундулары. Алардын баары талап кылаткөңүл буруу. Бирок, атайын универсалдуу рецепт жок. Андыктан айлана-чөйрөнүн булганышын алдын алуу эмнеден жана кантип камсыздалышы керек экенин так билүү зарыл.

Биологиялык бузулуучу полимерлер пластик калдыктарын жок кылуу көйгөйүнө жооп катары иштелип чыккан. Алардын көлөмү жыл сайын өсүп жатканы жашыруун эмес. Биополимерлер деген сөз алардын кыскартылган аталышы үчүн да колдонулат. Алардын өзгөчөлүгү эмнеде? Алар физикалык факторлордун жана микроорганизмдердин – козу карындардын же бактериялардын таасиринен чөйрөдө чирип кетиши мүмкүн. Полимер, эгерде анын бүт массасы алты айдын ичинде сууга же топуракка сиңип кетсе, мындай деп эсептелет. Бул таштанды маселесин жарым-жартылай чечет. Ошол эле учурда ажыроо продуктылары - суу жана көмүр кычкыл газы алынат. Эгерде башка нерсе болсо, анда анын коопсуздугун жана уулуу заттардын бар-жоктугун текшерүү керек. Аларды экструзия, үйлөп формалоо, термоформдоо жана инъекциялык калыптоо сыяктуу көпчүлүк стандарттуу пластмасса өндүрүү технологиялары менен кайра иштетүүгө болот.

Биз кайсы аймактарда иштеп жатабыз?

Биологиялык ажыроочу полимерлерди алуу кыйла түйшүктүү иш. Коопсуз материалдарды алууга мүмкүндүк берүүчү технологияларды иштеп чыгуу АКШда, Европа континентинде, Японияда, Кореяда жана Кытайда активдүү жүргүзүлүүдө. Тилекке каршы, Россияда жыйынтыктар канааттандырарлык эмес экенин белгилей кетүү керек. Пластмассаларды биодеградациялоонун технологиясын түзүү жана аларды кайра жаралуучу чийки заттан өндүрүү - кымбат баалуу ырахат. Мындан тышкары, өлкөдө полимерлерди өндүрүү үчүн жетиштүү мунай бар. Бирок баарыошол эле, үч негизги багытты айырмалоого болот:

1. Гидроксикарбон кислоталарынын негизинде биологиялык ажыроочу полиэстерлерди өндүрүү.
2. Кайталануучу табигый ингредиенттердин негизинде пластмассаларды жасоо.
3. Өнөр жайдагы полимерлер биологиялык жактан ажыроочу болуп калат.

Бирок иш жүзүндө кандай болот? Келгиле, биологиялык жактан ажырай турган полимерлердин кантип жасалганын кененирээк карап чыгалы.

Бактериялык полигидроксиалканаттар

Микроорганизмдер көбүнчө азык көмүртектери бар чөйрөдө өсөт. Бул учурда фосфордун же азоттун жетишсиздиги байкалат. Мындай учурларда микроорганизмдер полигидроксиалканаттарды синтездеп, топтойт. Алар көмүртектердин (азык-түлүк кампаларынын) жана энергиянын резерви катары кызмат кылат. Зарыл болсо, алар polyhydroxyalkanoates ажыратуу мүмкүн. Бул касиет ушул топтун материалдарын өнөр жай өндүрүшү үчүн колдонулат. Биз үчүн эң маанилүүсү бул полигидрокси бутират жана полигидрокси валерат. Ошентип, бул пластмассалар биологиялык жактан ажырайт. Ошол эле учурда алар ультрафиолет нурлануусуна туруктуу алифаттык полиэстер.

Белгилей кетүүчү нерсе, алар суу чөйрөсүндө жетиштүү туруктуулукка ээ болгону менен, деңиз, топурак, компосттоо жана кайра иштетүү чөйрөлөрү алардын биологиялык бузулушуна салым кошот. Жана бул абдан тез болот. Мисалы, компосттун нымдуулугу 85% жана 20-60 градус Цельсий болсо, анда көмүр кычкыл газына жана сууга ажыроо 7-10 жумага созулат. Полигидроксиалканотаттар кайда колдонулат?

Аларбиологиялык жактан ажыроочу таңгактарды жана токулган эмес материалдарды, бир жолу колдонулуучу салфеткаларды, булаларды жана пленкаларды, жеке гигиеналык буюмдарды, картон жана кагаз үчүн суудан коргоочу каптамаларды өндүрүү үчүн колдонулат. Эреже катары, алар кычкылтекти өткөрө алат, агрессивдүү химиялык заттарга туруктуу, салыштырмалуу жылуулук туруктуу жана полипропиленге окшош күчкө ээ.

Биологиялык ажыроочу полимерлердин кемчиликтери жөнүндө айта турган болсок, алар абдан кымбат экенин белгилей кетүү керек. Мисал Biopol болуп саналат. Анын баасы кадимки пластиктен 8-10 эсе кымбат. Ошондуктан, ал медицинада, кээ бир парфюмерия жана жеке гигиеналык буюмдарды таңгактоо үчүн гана колдонулат. Полигидроксиалканоаттардын арасында сахарланган жүгөрү крахмалынан алынган мирел көбүрөөк популярдуулукка ээ. Анын артыкчылыгы салыштырмалуу төмөн наркы болуп саналат. Бирок, ошентсе да, анын баасы дагы эле салттуу төмөн тыгыздыктагы полиэтилен эки эсе болуп саналат. Ошол эле учурда чийки зат нарктын 60% түзөт. Ал эми негизги аракеттер анын арзан кесиптештерин табууга багытталган. Сөз болуп жаткан келечек - буудай, кара буудай, арпа сыяктуу дан өсүмдүктөрүнүн крахмалы.

Полилактикалык кислота

Таңгактоо үчүн биоажыралуучу полимерлерди өндүрүү да полилактидди колдонуу менен ишке ашырылат. Ал ошондой эле полилактикалык кислота болуп саналат. Ал эмнени билдирет? Бул сызыктуу алифаттык полиэстер, сүт кислотасынын конденсация продуктусу. Бул полилактид бактериялар тарабынан жасалма түрдө синтезделген мономер. Белгилей кетсек, аны бактериялардын жардамы менен өндүрүү салттуу ыкмага караганда жеңилирээк. Анткени, полилактиддер технологиялык жөнөкөй процессте колдо болгон канттардан бактериялар тарабынан түзүлөт. Полимердин өзү курамы бирдей эки оптикалык изомердин аралашмасы.

Алынган зат бир кыйла жогорку термикалык туруктуулукка ээ. Ошентип, эрүү 210-220 Цельсийде болот, ал эми айнектелген 90 градус температурада болот. Ошондой эле, polylactide UV туруктуу, бир аз күйүүчү, ал эми күйүп кетсе, анда түтүн бир аз өлчөмдө менен. Аны термопластикага ылайыктуу бардык ыкмалар менен иштетүүгө болот. Полилактидден алынган продуктулар жогорку катуулугуна, жалтырактыгына жана тунук болот. Алар плиталарды, лотокторду, пленканы, булаларды, импланттарды (биологиялык жактан ажырай турган полимерлерди медицинада ушинтип колдонушат), косметика жана тамак-аш азыктары үчүн таңгактарды, суу, шире, сүт үчүн бөтөлкөлөрдү (бирок газдалган суусундуктарды эмес, анткени материал өтөт) жасоо үчүн колдонулат. көмүр кычкыл газы). Ошондой эле кездемелер, оюнчуктар, уюлдук телефондор жана компьютер чычкандары. Көрүнүп тургандай, биологиялык бузулуучу полимерлерди колдонуу абдан кеңири. Бул алардын топторунун бири үчүн гана!

Полилактикалык кислотаны өндүрүү жана биодеградация

Биринчи жолу аны өндүрүүгө патент 1954-жылы берилген. Бирок бул биопластикти коммерциялаштыруу 21-кылымдын башында гана - 2002-жылы башталган. Буга карабастан, аны өндүрүү менен алектенген компаниялардын көп саны бар - бир гана Europe алардын 30дан ашуун бар. Маанилүү артыкчылыкполилактикалык кислота салыштырмалуу арзан - ал полипропилен жана полиэтилен менен дээрлик бирдей шартта атаандашат. 2020-жылы полилактид аларды дүйнөлүк рынокко чыгара баштайт деп болжолдонууда. Анын биодеградациясын жогорулатуу үчүн ага көбүнчө крахмал кошулат. Бул да продукциянын баасына оң таасирин тийгизет. Ырас, натыйжада аралашмалар өтө морт жана акыркы продукт ийкемдүү болушу үчүн, аларга сорбитол же глицерин сыяктуу пластификаторлорду кошуу керек. Көйгөйдүн альтернативалуу чечими - башка бузулуучу полиэстерлер менен эритме түзүү.

Полилактикалык кислота эки этапта ажырайт. Биринчиден, эфир топтору суу менен гидролизденет, натыйжада сүт кислотасы жана бир нече башка молекулалар пайда болот. Андан кийин микробдордун жардамы менен белгилүү бир чөйрөдө ажырашат. Полилактиддер бул процесстен 20-90 күндө өтүп, андан кийин көмүр кычкыл газы менен суу гана калат.

Крахмалды өзгөртүү

Табигый чийки зат колдонулганда, бул жакшы, анткени ал үчүн ресурстар дайыма жаңыланып турат, ошондуктан алар иш жүзүндө чексиз. Бул жагынан крахмал эң кеңири популярдуулукка ээ болду. Бирок анын бир жетишпеген жагы бар - нымдуулукту сиңирүү жөндөмү жогорулаган. Бирок эфирде гидроксил топторунун бир бөлүгүн байкасаңыз, мунун алдын алууга болот.

Химиялык тазалоо полимердин бөлүктөрүнүн ортосунда кошумча байланыштарды түзүүгө мүмкүндүк берет, бул ысыкка туруктуулукту, туруктуулукту жогорулатууга жардам береткислоталарга жана кесүү күчүнө. Натыйжада, өзгөртүлгөн крахмал биологиялык ыдыратуучу пластик катары колдонулат. Ал компостто 30 градуста эки айдын ичинде чирип, экологиялык жактан таза болот.

Материалдын наркын төмөндөтүү үчүн тальк жана поливинил спирти менен аралаштырылуучу чийки крахмал колдонулат. Бул кадимки пластмасса сыяктуу эле жабдууларды колдонуу менен өндүрүлүшү мүмкүн. Модификацияланган крахмалды кадимки ыкмалар менен боёп, басып чыгарууга да болот.

Бул материал антистатикалык табиятта экенин эске алыңыз. Крахмалдын кемчилиги анын физикалык касиеттери боюнча жалпысынан нефтехимиялык чайырлардан төмөн. Башкача айтканда, полипропилен, ошондой эле жогорку жана төмөнкү басымдагы полиэтилен. Бирок, ал колдонулат жана рынокто сатылат. Ошентип, ал тамак-аш азыктары үчүн поддондорду, айыл чарба пленкаларын, таңгактоочу материалдарды, идиш-аяктарды, ошондой эле мөмө-жемиштер үчүн торлорду жасоо үчүн колдонулат.

Башка табигый полимерлерди колдонуу

Бул салыштырмалуу жаңы тема - биологиялык жактан ажырай турган полимерлер. Жаратылышты сарамжалдуу пайдалануу бул жаатта жаңы ачылыштарга өбөлгө түзөт. Ошентип, башка көптөгөн табигый полисахариддер биологиялык ыдыратуучу пластмассаларды өндүрүүдө колдонулат: хитин, хитозан, целлюлоза. Анан өзүнчө эле эмес, айкалыштырып да. Мисалы, хитозандан, микроцеллюлоза буласынан жана желатинден бекемделген пленка алынат. Ал эми жерге көмүп койсоң, анда ал бат кететмикроорганизмдер тарабынан талкаланган. Аны таңгактоо, лотоктор жана ушул сыяктуу нерселер үчүн колдонсо болот.

Мындан тышкары, целлюлозанын дикарбоксил ангидриддери жана эпоксиддик бирикмелер менен айкалыштары кеңири таралган. Алардын күчү төрт жумада чирийт. Алынган материалдан бөтөлкөлөр, мульчирование үчүн пленкалар, бир жолу колдонулуучу идиштер жасалат. Аларды түзүү жана өндүрүү жыл сайын жигердүү өсүүдө.

Өнөр жай полимерлеринин биоажыраткычтыгы

Бул көйгөй абдан актуалдуу. Айлана-чөйрө менен болгон реакциялар үчүн жогоруда мисалдары келтирилген биологиялык ажыроочу полимерлер айлана-чөйрөдө бир жыл да туруштук бере албайт. Ал эми өнөр жай материалдары аны ондогон жылдар, атүгүл кылымдар бою булгашы мүмкүн. Мунун баары полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, полиэтилентерефталатка тиешелүү. Ошондуктан, алардын бузулуу убактысын кыскартуу маанилүү милдет болуп саналат.

Бул натыйжага жетүү үчүн бир нече мүмкүн болгон чечимдер бар. Кеңири таралган ыкмалардын бири - полимердин молекуласына атайын кошумчаларды киргизүү. Ал эми ысыкта же жарыкта алардын ажыроо процесси тездейт. Бул бир жолу колдонулуучу идиштерге, бөтөлкөлөргө, таңгактарга жана айыл чарба пленкаларына, баштыктарга ылайыктуу. Бирок, тилекке каршы, көйгөйлөр да бар.

Биринчиден, кошумчалар салттуу ыкмалар менен колдонулушу керек - калыптоо, куюу, экструзия. Бул учурда, полимерлер температурага дуушар болгонуна карабастан, чирип кетпеши керекиштетүү. Мындан тышкары, кошумчалар жарыкта полимерлердин ажыроону тездетүү эмес, ошондой эле анын астында узак мөөнөттүү пайдалануу мүмкүнчүлүгүн камсыз кылуу керек. Башкача айтканда, деградация процесси белгилүү бир учурда башталышына ынануу керек. Бул абдан татаал. Технологиялык процесс чийки затты жылытуу 12 мүнөттөн ашпаган чакан типтүү кайра иштетүү ыкмасынын бөлүгү катары 1-8% кошумчаларды (мисалы, мурда талкууланган крахмал киргизилген) кошууну камтыйт. Бирок, ошол эле учурда, алар бир калыпта полимердик массасы боюнча бөлүштүрүлөт камсыз кылуу зарыл. Мунун баары деградация мезгилин тогуз айдан беш жылга чейинки диапазондо кармап турууга мүмкүндүк берет.

Өнүгүү перспективалары

Биологиялык ажыроочу полимерлерди колдонуу күч алып жатканына карабастан, алар азыр жалпы рыноктун бир аз гана пайызын түзөт. Бирок, ошентсе да, алар дагы эле кенен тиркемени таап, барган сайын популярдуу болуп баратат. Азыртадан эле алар тамак-аш азыктарын таңгактоо тармагына абдан жакшы орношкон. Мындан тышкары, биологиялык бузулуучу полимерлер бир жолу колдонулуучу бөтөлкөлөр, чынылар, табактар, табактар жана лотоктор үчүн кеңири колдонулат. Алар ошондой эле базарда тамак-аш калдыктарын чогултуу жана андан кийин компосттоо үчүн баштыктар, супермаркеттер үчүн баштыктар, айыл чарба тасмалары жана косметика түрүндө өзүн көрсөтүштү. Бул учурда биологиялык бузулуучу полимерлерди өндүрүү үчүн стандарттуу жабдуулар колдонулушу мүмкүн. Артыкчылыктарынан улам (кадимки шарттарда бузулууга туруштук берүү, суу буусу жана кычкылтек үчүн аз тоскоолдук, калдыктарды жок кылууда көйгөйлөр жок, нефтехимиялык чийки заттан көз карандысыздык) алар жеңишти улантууда.базар.

Негизги кемчиликтердин ичинен ири өндүрүштүн кыйынчылыктарын жана салыштырмалуу кымбаттыгын эске салуу керек. Бул көйгөйдү белгилүү бир деңгээлде ири өндүрүш системалары чечсе болот. Технологияны оркундотуу да бышык жана тозууга чыдамдуу материалдарды алууга мумкундук берет. Кошумчалай кетсек, “эко” префикси бар продукцияларга басым жасоо тенденциясы күчтүү. Буга жалпыга маалымдоо каражаттары, өкмөт жана эл аралык колдоо программалары көмөктөшөт.

Сактоо чаралары акырындык менен катаалданууда, натыйжада айрым өлкөлөрдө кээ бир салттуу пластик буюмдарына тыюу салынган. Мисалы, пакеттер. Аларга Бангладеште (алар дренаждык системаларды бүтөп, эки жолу чоң селге алып келгени аныкталгандан кийин) жана Италияда тыюу салынган. Акырындык менен туура эмес чечимдер үчүн төлөнүүгө тийиш болгон реалдуу бааны түшүнүү башталат. Ал эми айлана-чөйрөнүн коопсуздугун камсыз кылуу зарыл экенин түшүнүү салттуу пластикке барган сайын көбүрөөк чектөөлөрдү алып келет. Бактыга жараша, андан да кымбат, бирок экологиялык жактан таза материалдарга өтүүгө суроо-талап бар. Мындан тышкары, көптөгөн өлкөлөрдүн изилдөө борборлору жана ири жеке компаниялар жаңы жана арзаныраак технологияларды издеп жатышат, бул жакшы жаңылык.

Тыянак

Ошентип биз биологиялык жактан ажырай турган полимерлер деген эмне экенин, бул материалдарды өндүрүү ыкмаларын жана көлөмүн карап чыктык. Туруктуу баржет!лд!ру жэне технологияларды жет!лд!ру. Андыктан жакынкы жылдарда биологиялык жактан ажырай турган полимерлердин баасы чындап эле салттуу ыкмалар менен алынган материалдарга жетет деп үмүт кылалы. Андан кийин коопсуз жана экологиялык жактан таза иштеп чыгууларга өтүү убакыт маселеси гана болот.