bioplastice Sunt orice material maleabil pe bază de polimeri de origine petrochimică sau de biomasă care sunt biodegradabili. Similar cu materialele plastice tradiționale sintetizate din petrol, acestea pot fi modelate pentru a produce diferite obiecte.
În funcție de originea lor, bioplasticele pot fi obținute din biomasă (biobazată) sau pot fi de origine petrochimică. Pe de altă parte, în funcție de nivelul lor de descompunere, există bioplastice biodegradabile și non-biodegradabile.
Creșterea bioplasticelor apare ca răspuns la neplăcerile generate de materialele plastice convenționale. Acestea includ acumularea de materiale plastice non-biodegradabile în oceane și în depozitele de deșeuri..
Pe de altă parte, materialele plastice convenționale au o amprentă ridicată de carbon și un conținut ridicat de elemente toxice. Pe de altă parte, bioplasticele au mai multe avantaje, deoarece nu produc elemente toxice și sunt în general biodegradabile și reciclabile..
Printre principalele dezavantaje ale bioplasticelor se numără costul ridicat de producție și rezistența mai mică. În plus, unele dintre materiile prime utilizate sunt produse alimentare potențiale, ceea ce pune o problemă economică și etică..
Câteva exemple de obiecte bioplastice sunt pungile biodegradabile, precum și piesele vehiculelor și telefoanele mobile..
Indice articol
Recent, a existat un interes științific și industrial mai mare în producerea materialelor plastice din materii prime regenerabile și care sunt biodegradabile.
Acest lucru se datorează faptului că rezervele mondiale de petrol sunt epuizate și există o mai mare conștientizare a daunelor grave asupra mediului cauzate de petroplastice..
Cu o cerere tot mai mare de materiale plastice pe piața mondială, cererea de materiale plastice biodegradabile este, de asemenea, în creștere.
Deșeurile bioplastice biodegradabile pot fi tratate ca deșeuri organice, cu degradare rapidă și nepoluante. De exemplu, pot fi utilizate ca modificări ale solului în compostare, deoarece sunt reciclate în mod natural prin procese biologice.
Fabricarea bioplasticelor biodegradabile se confruntă cu mari provocări, deoarece bioplasticele au proprietăți inferioare petroplasticelor și aplicarea lor, deși în creștere, este limitată.
Pentru a îmbunătăți proprietățile bioplasticelor, se dezvoltă amestecuri de biopolimeri cu diferite tipuri de aditivi, cum ar fi nanotuburile de carbon și fibrele naturale modificate prin procese chimice..
În general, aditivii aplicați bioplasticelor îmbunătățesc proprietăți precum:
Aceste proprietăți pot fi transformate în bioplastic prin metode de preparare și prelucrare chimică..
Bioplasticele sunt anterioare materialelor sintetice convenționale derivate din petrol. Utilizarea polimerilor de materii vegetale sau animale pentru producerea materialului plastic datează din secolul al XVIII-lea cu utilizarea cauciucului natural (latex de la Hevea brasiliensis).
Primul bioplastic, deși nu i s-a dat acest nume, a fost dezvoltat în 1869 de John Wesley Hyatt Jr., care a produs un plastic derivat din celuloză de bumbac ca înlocuitor al fildeșului. La fel, la sfârșitul secolului al XIX-lea, cazeina din lapte a fost utilizată pentru producerea de bioplastice..
În anii 1940, compania Ford a explorat alternative pentru utilizarea materiilor prime vegetale pentru a realiza piese pentru mașinile sale. Această linie de cercetare a fost condusă de restricțiile privind utilizarea oțelului de către război.
Ca urmare, în cursul anului 1941 compania a dezvoltat un model de mașină cu o caroserie construită în principal din derivate din soia. Cu toate acestea, după încheierea războiului, această inițiativă nu a fost continuată..
Până în 1947 a fost produs primul bioplastic tehnic, Poliamida 11 (Rilsan ca marcă comercială). Mai târziu, în anii 90, au apărut PLA (acid polilactic), PHA (polihidroxialcanoați) și amidon plasticizat..
Bioplasticele pe bază de bio sunt cele care sunt fabricate din biomasă vegetală. Cele trei surse de bază de materie primă pentru biobază sunt următoarele.
Puteți utiliza polimeri naturali produși direct de plante, cum ar fi amidonul sau zaharurile. De exemplu, „Plasticul pentru cartofi” este un bioplastic biodegradabil fabricat din amidon de cartofi..
O a doua alternativă este de a sintetiza polimeri din monomeri extrasați din surse vegetale sau animale. Diferența dintre această cale și cea precedentă este că aici este necesară o sinteză chimică intermediară..
De exemplu, Bio-PE sau polietilena verde este produsă din etanol obținut din trestie de zahăr..
Bioplasticele pot fi produse și din surse animale, cum ar fi glicozaminoglicanii (GAG), care sunt proteine din coaja de ou. Avantajul acestei proteine este că permite obținerea unor bioplastice mai rezistente.
O altă modalitate de a produce polimeri pentru bioplastice este prin biotehnologie prin culturi bacteriene. În acest sens, multe bacterii sintetizează și stochează polimeri care pot fi extrase și prelucrate..
Pentru aceasta, bacteriile sunt crescute masiv în medii de cultură adecvate și apoi procesate pentru a purifica polimerul specific. De exemplu, PHA (polihidroxialcanoații) este sintetizat de diferite genuri bacteriene care cresc într-un mediu cu exces de carbon și fără azot sau fosfor..
Bacteriile stochează polimerul sub formă de granule în citoplasmă, care sunt extrase prin procesarea maselor bacteriene. Un alt exemplu este PHBV (PolyhydroxyButylValerate), care se obține din bacterii hrănite cu zaharuri obținute din resturi de plante..
Cea mai mare limitare a bioplasticelor obținute în acest mod este costul de producție, în principal datorită mediilor de cultură necesare..
Universitatea din Ohio a dezvoltat un bioplastic destul de puternic prin combinarea cauciucului natural cu bioplasticul PHBV, peroxidul organic și triacrilatul de trimetilolpropan (TMPTA).
Bioplasticele sunt obținute prin diferite procese, în funcție de materia primă și de proprietățile dorite. Bioplasticele pot fi obținute prin procese elementare sau procese industriale mai complexe.
Se poate face prin gătit și turnare în cazul utilizării polimerilor naturali, cum ar fi amidonul sau amidonul de porumb sau de cartofi.
Astfel, o rețetă elementară pentru a produce un bioplastic este amestecarea amidonului de porumb sau a amidonului din cartofi cu apă, adăugând glicerină. Ulterior, acest amestec este gătit până se îngroașă, se mulează și se lasă să se usuce..
În cazul bioplasticelor produse cu polimeri sintetizați din monomeri din biomasă, procesele sunt oarecum mai complexe.
De exemplu, Bio-PE obținut din etanol din trestie de zahăr necesită o serie de pași. Primul lucru este extragerea zahărului din trestie pentru a obține etanol prin fermentare și distilare..
Apoi etanolul este deshidratat și se obține etilenă, care trebuie polimerizată. În cele din urmă, prin intermediul mașinilor de termoformare se fabrică obiecte pe baza acestui bioplastic.
Când ne referim la bioplastice produse din polimeri obținuți prin biotehnologie, complexitatea și costurile cresc. Acest lucru se datorează faptului că sunt implicate culturi bacteriene care necesită medii de cultură specifice și condiții de creștere..
Acest proces se bazează pe faptul că anumite bacterii produc polimeri naturali pe care sunt capabili să-i stocheze în interior. Prin urmare, pornind de la elementele nutriționale adecvate, aceste microorganisme sunt cultivate și prelucrate pentru a extrage polimerii..
Bioplasticele pot fi fabricate și din unele alge, cum ar fi Botryococcus braunii. Această microalgă este capabilă să producă și chiar să elimine hidrocarburi în mediu, din care se obțin combustibili sau bioplastice..
Principiul de bază este turnarea obiectului, datorită proprietăților plastice ale acestui compus folosind presiune și căldură. Prelucrarea se face prin extrudare, injecție, injecție și suflare, suflare preformă și termoformare și în cele din urmă este supusă răcirii.
Abordările de clasificare a bioplasticelor sunt diverse și nu fără controverse. În orice caz, criteriile utilizate pentru definirea diferitelor tipuri sunt originea și nivelul descompunerii..
Conform unei abordări generalizate, bioplasticele pot fi clasificate după originea lor ca fiind bio-bazate sau non-bio-bazate. În primul caz, polimerii sunt obținuți din biomasă vegetală, animală sau bacteriană și, prin urmare, sunt resurse regenerabile.
Pe de altă parte, bioplasticele non-bio-bazate sunt cele produse cu polimeri sintetizați din petrol. Cu toate acestea, deoarece provin dintr-o resursă neregenerabilă, unii specialiști consideră că nu ar trebui tratați ca bioplastici.
În ceea ce privește nivelul de descompunere, bioplasticele pot fi biodegradabile sau nu. Cele biodegradabile se descompun în perioade relativ scurte de timp (zile până la câteva luni) atunci când sunt supuse unor condiții adecvate.
La rândul lor, bioplasticele non-biodegradabile se comportă ca plasticele convenționale de origine petrochimică. În acest caz, perioada de descompunere este măsurată în decenii și chiar secole..
Există, de asemenea, controverse cu privire la acest criteriu, deoarece unii cercetători consideră că un adevărat bioplastic trebuie să fie biodegradabil..
Când cele două criterii anterioare sunt combinate (originea și nivelul de descompunere), bioplasticele pot fi clasificate în trei grupe:
Este important de reținut că pentru a considera un polimer ca fiind bioplastic trebuie să introducă una dintre aceste trei combinații.
Dintre bioplasticele bio-bazate și biodegradabile avem acid polilactic (PLA) și polihidroxialcanoat (PHA). PLA este una dintre cele mai utilizate bioplastice și se obține în principal din porumb.
Acest bioplastic are proprietăți similare cu polietilen tereftalatul (PET, plastic tip poliester convențional), deși este mai puțin rezistent la temperaturi ridicate.
La rândul său, PHA are proprietăți variabile în funcție de polimerul specific care îl constituie. Se obține din celule vegetale sau prin biotehnologie din culturi bacteriene.
Aceste bioplastice sunt foarte sensibile la condițiile de prelucrare și costul lor este de până la zece ori mai mare decât materialele plastice convenționale.
Un alt exemplu al acestei categorii este PHBV (PolyhydroxyButylValerate), care se obține din resturi de plante..
În acest grup avem bio-polietilenă (BIO-PE), cu proprietăți similare cu cele ale polietilenei convenționale. La rândul său, Bio-PET are caracteristici similare polietilen tereftalatului.
Ambele bioplastice sunt fabricate în mod obișnuit din trestie de zahăr, obținând bioetanol ca produs intermediar..
Bio-poliamida (PA), care este un bioplastic reciclabil cu proprietăți excelente de izolare termică, aparține, de asemenea, acestei categorii..
Biodegradabilitatea are legătură cu structura chimică a polimerului și nu cu tipul de materie primă utilizată. Prin urmare, materialele plastice biodegradabile pot fi obținute din petrol cu o prelucrare adecvată..
Un exemplu al acestui tip de bioplastice sunt policaprolactonele (PCL), care sunt utilizate la fabricarea poliuretanilor. Acesta este un bioplastic obținut din derivați ai petrolului cum ar fi polibutilen succinat (PBS).
Deși nu toate bioplasticele sunt biodegradabile, adevărul este că pentru mulți oameni aceasta este caracteristica lor fundamentală. De fapt, căutarea acelei proprietăți este unul dintre motoarele fundamentale ale exploziei bioplasticelor.
Plasticele convenționale pe bază de petrol și non-biodegradabile necesită sute și chiar mii de ani pentru a se descompune. Această situație reprezintă o problemă serioasă, deoarece depozitele de deșeuri și oceanele se umplu cu materiale plastice..
Din acest motiv, biodegradabilitatea este un avantaj foarte relevant, deoarece aceste materiale se pot descompune în săptămâni, luni sau câțiva ani..
Deoarece sunt materiale biodegradabile, bioplasticele nu mai ocupă spațiu ca gunoi. În plus, au avantajul suplimentar că în majoritatea cazurilor nu conțin elemente toxice care pot fi eliberate în mediu..
Atât în procesul de producție a bioplasticelor, cât și în descompunerea lor, se eliberează mai puțin CO2 decât în cazul materialelor plastice convenționale. În multe cazuri, nu eliberează metan sau o fac în cantități mici și, prin urmare, au un impact redus asupra efectului de seră..
De exemplu, bioplasticele obținute din etanol din trestie de zahăr reduc emisiile de CO2 cu până la 75% comparativ cu derivații din petrol.
În general, substanțele toxice nu sunt utilizate la producerea și compoziția bioplasticelor. Prin urmare, acestea reprezintă un risc mai mic de contaminare pentru alimentele sau băuturile conținute în acestea..
Spre deosebire de materialele plastice convenționale care pot produce dioxine și alte componente poluante, bioplasticele biologice sunt inofensive.
Dezavantajele sunt legate în principal de tipul de bioplastic utilizat. Printre altele avem următoarele.
O limitare pe care majoritatea bioplasticelor o au în comparație cu materialele plastice convenționale este rezistența lor mai mică. Cu toate acestea, această proprietate este asociată cu capacitatea sa de biodegradare..
În unele cazuri, materiile prime utilizate pentru producerea bioplasticelor sunt mai scumpe decât cele din petrol.
Pe de altă parte, producția unor bioplastice implică costuri mai mari de procesare. În special, aceste costuri de producție sunt mai mari în cele produse prin procese biotehnologice, inclusiv cultivarea în masă a bacteriilor..
Bioplasticele produse din materii prime alimentare concurează cu nevoile umane. Prin urmare, deoarece este mai profitabil să se dedice culturile producției de bioplastice, acestea sunt retrase din circuitul de producție alimentară.
Cu toate acestea, acest dezavantaj nu se aplică acelor bioplastice obținute din deșeuri necomestibile. Printre aceste deșeuri avem resturi de culturi, alge necomestibile, lignină, coji de ouă sau exoscheletele de homar..
Bioplasticul PLA este foarte similar cu plasticul convențional din PET (polietilen tereftalat), dar nu este reciclabil. Prin urmare, dacă ambele tipuri de plastic sunt amestecate într-un recipient de reciclare, acest conținut nu poate fi reciclat..
În acest sens, există temeri că utilizarea tot mai mare a PLA ar putea împiedica eforturile existente de reciclare a materialelor plastice..
Articolele care generează cele mai multe deșeuri sunt recipiente, ambalaje, farfurii și tacâmuri legate de fast-food și pungi de cumpărături. Prin urmare, în acest domeniu, bioplasticele biodegradabile joacă un rol relevant.
Din acest motiv, au fost dezvoltate diverse produse pe bază de bioplastice pentru a influența reducerea generării de deșeuri. Printre altele avem punga biodegradabilă realizată cu Ecovio de la BASF sau sticla de plastic din PLA obținută din porumb de Safiplast în Spania..
Compania Ooho a creat capsule biodegradabile din alge marine cu apă, în locul sticlelor tradiționale. Această propunere a fost foarte inovatoare și de succes și a fost deja testată în maratonul din Londra.
În unele culturi, cum ar fi căpșunile, o practică obișnuită este acoperirea solului cu o foaie de plastic pentru a controla buruienile și a preveni înghețarea. În acest sens, căptușeala bioplastică, cum ar fi Agrobiofilm, a fost dezvoltată pentru a înlocui materialele plastice convenționale.
Utilizarea bioplasticelor nu este limitată la obiectele de utilizare și eliminare, ci poate fi utilizată în obiecte mai durabile. De exemplu, compania Zoë b Organic produce jucării pe plajă.
Toyota folosește bioplastice în unele piese auto, cum ar fi componentele pentru aparatele de aer condiționat și panourile de comandă. Pentru aceasta, folosește bioplastice precum Bio-PET și PLA.
La rândul său, Fujitsu folosește bioplastice pentru a produce șoareci de computer și piese de tastatură. În cazul companiei Samsung, unele telefoane mobile au carcase în mare parte din bioplastic.
Bioplasticele de amidon au fost utilizate ca materiale de construcție și bioplasticele armate cu nanofibre în instalațiile electrice.
În plus, au fost folosite în elaborarea lemnele bioplastice pentru mobilier, care nu este atacat de insecte xilofage și nu putrezește cu umiditatea.
Au fost realizate cu capsule bioplastice care conțin medicamente și vehicule pentru droguri care sunt eliberate încet. Astfel, biodisponibilitatea medicamentelor este reglată în timp (doza pe care pacientul o primește într-un anumit timp).
Bioplasticele de celuloză aplicabile în implanturi, ingineria țesuturilor, chitina și bioplasticele chitosanului au fost fabricate pentru protecția rănilor, ingineria țesuturilor osoase și regenerarea pielii umane.
Bioplastice de celuloză au fost fabricate și pentru biosenzori, amestecuri cu hidroxiapatită pentru fabricarea implanturilor dentare, fibre bioplastice în catetere, printre altele..
Au fost utilizate spume rigide pe bază de uleiuri vegetale (bioplastice), atât în dispozitivele industriale, cât și în cele de transport; piese auto și piese aerospațiale.
Componentele electronice ale telefoanelor mobile, computerelor, dispozitivelor audio și video au fost, de asemenea, produse din bioplastice..
Hidrogelurile bioplastice, care absorb și rețin apa și o pot elibera încet, sunt utile ca învelitoare de protecție pentru solul cultivat, menținându-și umiditatea și favorizând creșterea plantațiilor agricole în regiunile uscate și în anotimpurile ploioase scăzute..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.