Добавки к синтетическим полимерам, как метод создания биологически разлагаемых полимеров, используемых для получения биогаза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Добавки к синтетическим полимерам, как метод создания биологически разлагаемых полимеров, используемых для получения биогаза

Карпунин Александр Витальевич

Кроме биоразлагаемых материалов существуют так называемые оксо-измельчающие добавки. Полагают, что оксо-добавка - это биоразлагаемая добавка. Однако, это не так. Оксо-измельчающая добавка является катализатором, который в небольшом количестве (1-5%) добавляется в обычный полимер (полипропилен или полиэтилен). Такая добавка позволяет ускорить процесс измельчения целой упаковки (например, пакета) до мелких кусочков. Упаковка разрушается на полимерные кусочки в течение 1-2 лет, но сами кусочки, равно, как и обычный полимер, разлагаются в почве в течение очень длительного времени (более 100 лет).

Одним из компонентов добавок для создания биоразлагаемых полимеров является крахмал. Макромолекула крахмала представляет собой сложное вещество и состоит из двух полисахаридов различных по структуре и свойствам - амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80% от массы крахмала). Оба полисахарида построены из одинаковых глюкозных остатков, но амилоза имеет линейное строение, а амилопектин - разветвленное.

Для производства крахмала используют картофель, кукурузу, горох, а также рис, пшеницу и некоторые другие растения. По внешнему виду крахмал представляет собой порошок белого или желтоватого цвета.

Разработана серия биоразлагаемых материалов различного состава и назначения с применением крахмала и других добавок. Установлено, что молекула полисахарида крахмала совмещается с макромолекулами синтетических полимеров. Недостатком таких крахмалсодержащих продуктов является их повышенная способность к впитыванию влаги, в результате чего они могут оказаться непригодными для упаковки продуктов с повышенной влажностью, а также для изготовления сельскохозяйственных пленок.

При изготовлении биоразлагаемых полимерных материалов учитывают, что процесс деструкции (разрушения) базового полимера практически не ускоряется. Для интенсификации этого процесса в состав полимерной матрицы вводят добавки, ускоряющие ее распад под действием УФ-облучения. К таким добавкам относятся сополимеры на основе этилена и моносахарида углерода, винилкетоны и другие материалы (Ecoplast, Ecolyte - Канада, Bioplast, Biopol и Ecostar - Великобритания, Novon и Tone - США, Biocell - Франция и др.) [1-3].

Одним из таких биодеградируемых полимеров является Biopol (фирма ICI, Великобритания). Он представляет собой биосинтетический сополимер - полигидроксибутират или полигидроксивалерат. Сополимер извлекают из биомассы бактерий определенного штамма, который культивируют на углеводных питательных средах. Варьируя соотношение мономерных звеньев можно получать полиэфирные материалы с различными свойствами.

Biopol полностью отвечает требованиям, предъявляемым к упаковкам одно- или двухразового применения; легко разлагается под воздействием биологических факторов в анаэробных условиях (например, внутри компоста или под землей), а также в анаэробной среде - на полях орошения или в воде. Время разложения составляет от 6 до 36 недель.

Другим примером биоразлагаемого полимера на основе гидроксикарбоновой кислоты (или ее лактида) может служить Novon фирмы Wamer-Lambert & Со (США). Этот материал в присутствии влаги способен разлагаться как на воздухе, так и в анаэробных условиях. Поскольку Novon построен из остатков молочной кислоты, его метаболизируют не только микроорганизмы, но и насекомые. крахмал биоразлагаемый полимер

Материал Biocell (Франция) создан на основе ацетата целлюлозы, в которую вводятся различные добавки и пластификаторы, способствующие разложению материала под влиянием факторов окружающей среды, в том числе солнечной радиации. По своим физико-механическим свойствам он напоминает ПЭНП, но обладает более высокими прочностными характеристиками и прозрачностью. После погружения в воду упаковка из такого материала набухает, и уже через 6 месяцев до 40 % материала разлагается, превращаясь в углекислый газ и воду. Полное разложение материала осуществляется в течение 18 месяцев за счет почвенной микрофлоры.

В США широкое распространение получили биоразлагаемые на открытом воздухе упаковки под общим названием TONE. Основой для их производства служит поликапролактам, который хорошо совмещается механическим способом со многими широко производимыми пластиками (ПЭ, ПП, ПВХ, ПС, ПК, ПЭТФ). Существенным достоинством этой группы материалов является их принадлежность к термопластам, достаточная доступность и низкая стоимость, легкость переработки различными методами, высокий уровень свойств и скорость разложения на открытом воздухе.

В состав нового бноразлагаемого материала Mater-Bi (Италия) входит в качестве базового полимера полиамид-6 (6,6) и различные добавки природного происхождения (от 60 до 90 %), а также синтетические нетоксичные полимеры с низкой молекулярной массой (допущенные для непосредственного контакта с пищевыми продуктами), обладающие хорошей гидрофильностью и достаточно высокой скоростью разложения под влиянием природных биологических факторов. Упаковки из этого материала, вывезенные на свалки, полностью разлагаются практически без остатка, не нанося ущерба окружающей среде, которые можно использовать для получения биогаза.

Стоимость всех разлагаемых полимерных материалов и упаковок на них определяется стоимостью исходного базового полимера, другою сырья, добавок и способов получения.

Однако следует отметить, что производство и потребление биоразлагаемых упаковочных материалов и упаковок практически не решает проблемы охраны среды обитания от использованной и изношенной полимерной упаковки и тары. Причин здесь несколько:

? трудность регулирования скорости распада на свалках под воздействием факторов окружающей среды;

? довольно высокая стоимость вводимых добавок;

? технологические трудности производства;

? экологические трудности, которые связаны с тем, что, но данным некоторых исследований, не снижается опасность отрицательного воздействия материалов и продуктов их распада на природу и животных;

? безвозвратная потеря ценных сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, которые при правильном и грамотном решении могли бы приносить достаточно высокую прибыль народному хозяйству.

Следовательно, по этим причинам уничтожение отходов путем создания и использования быстро разлагаемых упаковок должно иметь ограниченное и контролируемое применение.

Наиболее рациональным способом устранения отходов в виде изношенной и/или использованной упаковки представляется их утилизация.

Существуют различные методы очистки окружающей среды от пластикового мусора, например, утилизация, хранение отходов на свалке, сжигание, сбор и переработка вторично. Однако все эти методы имеют ряд недостатков, которые сводят на нет саму идею сохранения экологической чистоты окружающей природы. Хранение на свалке - это перекладывание проблемы на плечи будущих поколений. Процесс сжигания вызывает новые проблемы для экологии, поскольку выделяются побочные вредные летучие вещества, которые несут большую опасность для жизни людей. Сбор и вторичная переработка - организационно сложный процесс [5,6].

Существуют новые технологии получения биоразлагаемых пластиков на основе природных компонентов, например полимолочная кислота и другие. Полимеры молочной кислоты - сырьё для производства биоразлагаемых пластиков, безопасных для окружающей среды. Сама молочная кислота образуется путём ферментации кукурузы, сахарной свеклы, маниока и сахарного тростника. Потребление биоразлагаемых пластиков удвоилось в 2001-2003 гг. и достигло 40 тысяч тонн. Эксперты считают, что пластики, получаемые из растительных волокон, растений и целлюлозы сегодня применяются все больше и больше на рынке. По прогнозам, эта тенденция сохранится и на будущее, особенно в свете повышений цен на нефть [4,5].

Но пока есть нефть и газ, производство синтетических полимеров является первоочередным и, на сегодняшний момент, экономически более эффективным.

Поэтому, актуальным и перспективным методом получения биоразлагаемых синтетических пластиков, например, на основе полиэтилена, полипропилена, полистирола, которые являются наиболее крупнотоннажными, является их модифицирование специальными добавками. Анализ литературных источников и имеющиеся проведенные исследования свидетельствуют о том, что одним из способов переработки биоразлагаемых полимеров должно являться получение из них биогаза на специальных установках.

Литература

1. Кузьмич В.В., Почанин Ю.С., Карпунин И.И. Биоразлагаемые упаковочные материалы на основе местных добавок растительного происхождения. Материалы и оборудование ресурсосберегающих технологий в машиностроении. Международная научно-техническая конференция. Минск: БНТУ-2010.

2. Вторичная переработка пластмасс. Перевод с англ. С-Петербург: Профессия. 2007. - 400 с.

3. Клинков А.С., Беляев П.С., Соколов М.В. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов. Учебное пособие. Тамбов: Гос.университет. 2005.-80 с.

4. Олейников Ю.В. Некоторые особенности воздействия общества на природную среду в условиях НТР/Философские проблемы глобальной экологии. - М., 286 с.

5. Власов С.В., Ольхов В.В. Биоразлагаемые полимерные материалы // Полимерные материалы. 2006, № 7. С. 23-26.

6. Sustainability Metrics: Life Cycle Assessment and Green Design in Polymers/ Environmental Science & Technology№ 44 (21).

Размещено на Allbest.ru