Bioparçalana bilən polimerlər: anlayış, xassələr, hazırlanma üsulları və reaksiya nümunələri

2024 Müəllif: Howard Calhoun | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 10:18

Son on ildə adına "bio" prefiksi əlavə olunan məhsulların populyarlıq qazandığını görə bilərsiniz. Məhsulun insanlar və təbiət üçün təhlükəsiz olduğunu bildirmək üçün nəzərdə tutulub. Media tərəfindən fəal şəkildə təbliğ olunur. Hətta gülməli gəldi - içki seçərkən biokefiri ən yaxşısı hesab edirlər və bioyanacaq artıq neftə alternativ deyil, ekoloji cəhətdən təmiz məhsuldur. Kosmetikada "möcüzələr" yaradan bio-ekstraktları da unutma.

Ümumi məlumat

İndi ciddi olaq. Tez-tez, yollar boyunca hərəkət edərkən, kortəbii zibillikləri görə bilərsiniz. Bundan əlavə, insan tullantılarının saxlandığı tam hüquqlu poliqonlar var. Görünür, pis deyil, amma bir mənfi var - çox uzun parçalanma müddəti. Bunu düzəltməyin çoxlu yolu var - bu, zibilin təkrar emalı və parçalayıcıları tez məhv edən daha az zərərli materialların istifadəsidir. Gəlin ikinci hadisə haqqında danışaq.

Burada çoxlu məqamlar var. Qablaşdırma, şinlər, şüşə, kimya sənayesinin törəmələri. Hamısı tələb edirdiqqət. Ancaq xüsusi universal resept yoxdur. Buna görə də ətraf mühitin çirklənməsinin qarşısının alınmasının nədən və necə təmin ediləcəyini xüsusi bilmək lazımdır.

Bioparçalana bilən polimerlər plastik tullantıların atılması probleminə cavab olaraq hazırlanmışdır. Heç kimə sirr deyil ki, onların həcmi ildən-ilə artır. Biopolimerlər sözü onların qısaldılmış təyinatı üçün də istifadə olunur. Onların özəlliyi nədir? Fiziki amillərin və mikroorqanizmlərin - göbələklərin və ya bakteriyaların təsiri ilə ətraf mühitdə parçalana bilərlər. Polimer, altı ay ərzində bütün kütləsi suda və ya torpaqda udulduğu təqdirdə belə hesab olunur. Bu, tullantı problemini qismən həll edir. Eyni zamanda, parçalanma məhsulları - su və karbon qazı əldə edilir. Əgər başqa bir şey varsa, o zaman təhlükəsizlik və zəhərli maddələrin olması üçün araşdırılmalıdır. Onlar həmçinin ekstruziya, üfürmə, termoformasiya və injection qəlibləmə kimi əksər standart plastik istehsal texnologiyaları ilə təkrar emal edilə bilər.

Hansı sahələr üzərində işləyirik?

Bioloji parçalana bilən polimerlərin əldə edilməsi kifayət qədər zəhmət tələb edən işdir. Təhlükəsiz material əldə etməyə imkan verən texnologiyaların inkişafı ABŞ-da, Avropa qitəsində, Yaponiyada, Koreyada və Çində fəal şəkildə aparılır. Təəssüflə qeyd etmək lazımdır ki, Rusiyada nəticələr qənaətbəxş deyil. Plastiklərin biodeqradasiyası və onların bərpa olunan xammaldan istehsalı texnologiyasının yaradılması bahalı zövqdür. Bundan əlavə, ölkədə hələ də polimer istehsalı üçün kifayət qədər neft var. Amma hər şeyeyni, üç əsas istiqaməti ayırd etmək olar:

1. Hidroksikarboksilik turşular əsasında bioloji parçalana bilən poliesterlərin istehsalı.
2. Təkrarlana bilən təbii maddələr əsasında plastiklərin yaradılması.
3. Sənaye polimerləri bioloji parçalana bilir.

Bəs praktikada? Gəlin bioloji parçalana bilən polimerlərin necə edildiyinə daha yaxından nəzər salaq.

Bakterial polihidroksialkanatlar

Mikroorqanizmlər çox vaxt qida karbonlarının mövcud olduğu mühitlərdə böyüyür. Bu vəziyyətdə fosfor və ya azot çatışmazlığı var. Belə hallarda mikroorqanizmlər polihidroksialkanoatları sintez edir və toplayır. Onlar karbon (qida anbarları) və enerji ehtiyatı kimi xidmət edir. Lazım gələrsə, polihidroksialkanoatları parçalaya bilərlər. Bu əmlak bu qrupun materiallarının sənaye istehsalı üçün istifadə olunur. Bizim üçün ən vacib olan polihidroksi butirat və polihidroksi valeratdır. Beləliklə, bu plastiklər bioloji parçalana bilir. Eyni zamanda, onlar ultrabənövşəyi radiasiyaya davamlı alifatik poliesterlərdir.

Qeyd etmək lazımdır ki, onlar su mühitində kifayət qədər sabitliyə malik olsalar da, dəniz, torpaq, kompostlaşma və təkrar emal mühitləri onların bioloji deqradasiyasına kömək edir. Və olduqca tez baş verir. Məsələn, kompostun rütubəti 85% və 20-60 dərəcə Selsi varsa, o zaman karbon qazına və suya parçalanması 7-10 həftə çəkəcəkdir. Polihidroksialkanoatlar harada istifadə olunur?

Onlarbioloji parçalana bilən qablaşdırma və toxunmamış materialların, birdəfəlik salfetlərin, liflər və plyonkaların, fərdi qulluq vasitələrinin, karton və kağız üçün su keçirməyən örtüklərin istehsalı üçün istifadə olunur. Bir qayda olaraq, onlar oksigeni keçirə bilirlər, aqressiv kimyəvi maddələrə davamlıdırlar, nisbi termal sabitliyə malikdirlər və polipropilenlə müqayisə olunan gücə malikdirlər.

Bioloji parçalana bilən polimerlərin mənfi cəhətlərindən danışarkən onların çox bahalı olduğunu qeyd etmək lazımdır. Məsələn, Biopol. Ənənəvi plastikdən 8-10 dəfə bahadır. Buna görə də, yalnız tibbdə, bəzi ətirlərin və fərdi qulluq məhsullarının qablaşdırılmasında istifadə olunur. Polihidroksialkanoatlar arasında daha çox şəkərlənmiş qarğıdalı nişastasından əldə edilən mireldir. Onun üstünlüyü nisbətən aşağı qiymətdir. Ancaq buna baxmayaraq, onun qiyməti hələ də ənənəvi aşağı sıxlıqlı polietilendən iki dəfədir. Eyni zamanda, xammal xərclərin 60%-ni təşkil edir. Əsas səylər isə onun ucuz analoqlarını tapmağa yönəlib. Sözügedən perspektiv buğda, çovdar, arpa kimi dənli bitkilərin nişastasıdır.

Polilaktik turşu

Qablaşdırma üçün bioloji parçalana bilən polimerlərin istehsalı da polilaktiddən istifadə etməklə həyata keçirilir. Həm də polilaktik turşudur. O, nəyi təmsil edir? Bu, laktik turşunun kondensasiya məhsulu olan xətti alifatik poliesterdir. Bu, polilaktidin bakteriyalar tərəfindən süni şəkildə sintez edildiyi bir monomerdir. Qeyd etmək lazımdır ki, onun bakteriyaların köməyi ilə istehsalı ənənəvi üsuldan daha asandır. Axı, polilaktidlər texnoloji cəhətdən sadə bir prosesdə mövcud şəkərlərdən bakteriyalar tərəfindən yaradılır. Polimerin özü eyni tərkibə malik iki optik izomerin qarışığıdır.

Nəticədə olan maddə kifayət qədər yüksək istilik sabitliyinə malikdir. Beləliklə, vitrifikasiya 90 dərəcə Selsi, ərimə isə 210-220 Selsi temperaturunda baş verir. Həmçinin, polilaktid ultrabənövşəyi şüalara davamlıdır, bir az alovlanır və yanarsa, az miqdarda tüstü ilə. Termoplastiklər üçün uyğun olan bütün üsullardan istifadə etməklə emal edilə bilər. Polilaktiddən alınan məhsullar yüksək sərtliyə, parlaqlığa və şəffaflığa malikdir. Onlardan boşqablar, qablar, filmlər, liflər, implantlar (bioloji parçalana bilən polimerlər tibbdə belə istifadə olunur), kosmetika və qida məhsulları üçün qablaşdırma, su, şirə, süd üçün şüşələr (lakin qazlı içkilər deyil, çünki material keçir. karbon qazı). Eləcə də parçalar, oyuncaqlar, mobil telefon qutuları və kompüter siçanları. Gördüyünüz kimi, bioloji parçalana bilən polimerlərin istifadəsi çox genişdir. Bu, onların qruplarından biri üçündür!

Polilaktik turşunun istehsalı və biodeqradasiyası

İlk dəfə onun istehsalı üçün patent hələ 1954-cü ildə verilmişdir. Lakin bu bioplastikin kommersiyalaşdırılması yalnız 21-ci əsrin əvvəllərində - 2002-ci ildə başladı. Buna baxmayaraq, artıq onun istehsalı ilə məşğul olan çoxlu sayda şirkət var - yalnız Avropada onların 30-dan çoxu var. Əhəmiyyətli bir üstünlükpolilaktik turşu nisbətən aşağı qiymətə malikdir - o, artıq polipropilen və polietilen ilə demək olar ki, bərabər səviyyədə rəqabət aparır. Güman edilir ki, artıq 2020-ci ildə polilaktid onları dünya bazarına çıxarmağa başlaya biləcək. Bioloji parçalanma qabiliyyətini artırmaq üçün ona tez-tez nişasta əlavə olunur. Bu da məhsulun qiymətinə müsbət təsir göstərir. Doğrudur, yaranan qarışıqlar olduqca kövrəkdir və son məhsulu daha elastik etmək üçün onlara sorbitol və ya qliserin kimi plastifikatorlar əlavə edilməlidir. Problemin alternativ həlli digər parçalana bilən poliesterlərlə ərinti yaratmaqdır.

Polilaktik turşu iki mərhələdə parçalanır. Əvvəlcə ester qrupları su ilə hidroliz edilir, nəticədə laktik turşu və bir neçə başqa molekul əmələ gəlir. Sonra mikrobların köməyi ilə müəyyən mühitdə parçalanırlar. Polilaktidlər 20-90 gün ərzində bu prosesdən keçir, bundan sonra yalnız karbon qazı və su qalır.

Nişasta modifikasiyası

Təbii xammaldan istifadə edildikdə yaxşıdır, çünki onun üçün resurslar daim yenilənir, ona görə də praktiki olaraq məhdudiyyətsizdir. Nişasta bu baxımdan ən geniş populyarlıq qazanmışdır. Ancaq bunun bir çatışmazlığı var - nəm udmaq qabiliyyəti artır. Lakin efirdə hidroksil qruplarının bir hissəsini görsəniz, bunun qarşısını almaq olar.

Kimyəvi müalicə polimerin hissələri arasında əlavə bağlar yaratmağa imkan verir ki, bu da istilik müqavimətini, dayanıqlığını artırmağa kömək edir.turşulara və kəsmə qüvvəsinə. Nəticə, dəyişdirilmiş nişasta, bioloji parçalana bilən plastik kimi istifadə olunur. O, iki ay ərzində 30 dərəcədə kompostda parçalanır, bu da onu yüksək ekoloji cəhətdən təmiz edir.

Materialın maya dəyərini az altmaq üçün talk və polivinil spirti ilə qarışdırılmış xam nişastadan istifadə edilir. Adi plastiklə eyni avadanlıqdan istifadə etməklə istehsal edilə bilər. Dəyişdirilmiş nişasta həm də ənənəvi üsullarla rənglənə və çap edilə bilər.

Nəzərə alın ki, bu material təbiətdə antistatikdir. Nişastanın dezavantajı ondan ibarətdir ki, onun fiziki xassələri ümumiyyətlə neft-kimya istehsalı olan qatranlardan daha aşağıdır. Yəni, polipropilen, eləcə də yüksək və aşağı təzyiqli polietilen. Və buna baxmayaraq, bazarda tətbiq olunur və satılır. Belə ki, ondan qida məhsulları üçün altlıqlar, kənd təsərrüfatı plyonkaları, qablaşdırma materialları, bıçaqlar, həmçinin meyvə və tərəvəzlər üçün torlar hazırlanır.

Digər təbii polimerlərdən istifadə

Bu nisbətən yeni mövzudur - bioloji parçalana bilən polimerlər. Təbiətin rasional idarə edilməsi bu sahədə yeni kəşflərə kömək edir. Bioloji parçalana bilən plastiklərin istehsalında bir çox digər təbii polisaxaridlərdən istifadə olunur: xitin, xitosan, sellüloza. Həm də ayrı-ayrılıqda deyil, həm də kombinasiyada. Məsələn, xitozan, mikroselüloz lifi və jelatindən artan gücü olan bir film əldə edilir. Əgər onu torpağa basdırsanız, o zaman tez olacaqmikroorqanizmlər tərəfindən parçalanır. Qablaşdırma, qablar və oxşar əşyalar üçün istifadə edilə bilər.

Bundan əlavə, selülozun dikarboksilik anhidridlər və epoksi birləşmələri ilə birləşmələri olduqca yaygındır. Onların gücü dörd həftə ərzində parçalanmasıdır. Yaranan materialdan şüşələr, malçlama üçün filmlər, birdəfəlik qablar hazırlanır. Onların yaradılması və istehsalı hər il fəal şəkildə artır.

Sənaye polimerlərinin bioloji parçalanma qabiliyyəti

Bu problem olduqca aktualdır. Ətraf mühitlə reaksiyalar üçün nümunələri yuxarıda göstərilən bioloji parçalana bilən polimerlər ətraf mühitdə bir il belə davam etməyəcəklər. Halbuki sənaye materialları onu onilliklər və hətta əsrlər boyu çirkləndirə bilər. Bütün bunlar polietilen, polipropilen, polivinilxlorid, polistirol, polietilen tereftalata aiddir. Buna görə də, onların tənəzzül müddətinin azaldılması mühüm vəzifədir.

Bu nəticəyə nail olmaq üçün bir neçə mümkün həll yolu var. Ən çox yayılmış üsullardan biri polimer molekuluna xüsusi əlavələrin daxil edilməsidir. İstilikdə və ya işıqda onların parçalanması prosesi sürətlənir. Bu birdəfəlik qablar, şüşələr, qablaşdırma və kənd təsərrüfatı filmləri, çantalar üçün uyğundur. Amma təəssüf ki, problemlər də var.

Birincisi odur ki, əlavələr ənənəvi üsullarla - qəlibləmə, tökmə, ekstruziya ilə istifadə edilməlidir. Bu halda, polimerlər temperatura məruz qalmasına baxmayaraq, parçalanmamalıdırlaremal. Bundan əlavə, aşqarlar işıqda polimerlərin parçalanmasını sürətləndirməməli, həm də onun altında uzunmüddətli istifadə imkanlarına imkan verməməlidir. Yəni deqradasiya prosesinin müəyyən anda başlamasına əmin olmaq lazımdır. Bu, çox çətindir. Texnoloji proses, xammalın qızdırılması 12 dəqiqədən çox olmadıqda, kiçik tipik emal metodunun bir hissəsi kimi 1-8% əlavələrin (məsələn, əvvəllər müzakirə edilmiş nişasta təqdim olunur) əlavə edilməsini nəzərdə tutur. Ancaq eyni zamanda, onların polimer kütləsi boyunca bərabər paylanmasını təmin etmək lazımdır. Bütün bunlar deqradasiya müddətini doqquz aydan beş ilə qədər saxlamağa imkan verir.

İnkişaf perspektivləri

Bioloji parçalana bilən polimerlərin istifadəsi sürət qazansa da, onlar indi ümumi bazarın cüzi bir hissəsini təşkil edir. Ancaq buna baxmayaraq, onlar hələ də kifayət qədər geniş bir tətbiq tapdılar və getdikcə populyarlaşırlar. Artıq onlar qida qablaşdırma yuvasına kifayət qədər yaxşı yerləşiblər. Bundan əlavə, bioloji parçalana bilən polimerlər birdəfəlik şüşələr, stəkanlar, boşqablar, qablar və qablar üçün geniş istifadə olunur. Onlar həmçinin ərzaq tullantılarının toplanması və sonradan kompostlanması üçün çantalar, supermarketlər üçün çantalar, kənd təsərrüfatı filmləri və kosmetika şəklində bazarda özünü təsdiqləmişlər. Bu halda, bioloji parçalana bilən polimerlərin istehsalı üçün standart avadanlıq istifadə edilə bilər. Üstünlüklərinə görə (normal şəraitdə deqradasiyaya davamlılıq, su buxarına və oksigenə qarşı aşağı maneə, tullantıların utilizasiyasında problem olmaması, neft-kimya xammalından müstəqillik) qalib gəlməkdə davam edirlər.bazar.

Əsas çatışmazlıqlardan genişmiqyaslı istehsalın çətinliklərini və nisbətən yüksək qiyməti xatırlamaq lazımdır. Bu problemi müəyyən dərəcədə iri istehsal sistemləri ilə həll etmək olar. Texnologiyanın təkmilləşdirilməsi həm də daha davamlı və aşınmaya davamlı materiallar əldə etməyə imkan verir. Bundan əlavə, qeyd etmək lazımdır ki, "eko" prefiksi olan məhsullara diqqət yetirmək üçün güclü bir tendensiya var. Buna həm media, həm hökumət, həm də beynəlxalq dəstək proqramları kömək edir.

Mühafizə tədbirləri tədricən sərtləşdirilir, nəticədə bəzi ənənəvi plastik məhsulların bəzi ölkələrdə qadağan olunması ilə nəticələnir. Məsələn, paketlər. Banqladeşdə (drenaj sistemlərini bağladıqları və iki dəfə böyük daşqınlara səbəb olduqları aşkar edildikdən sonra) və İtaliyada qadağan edildi. Tədricən səhv qərarlar üçün ödənilməli olan real qiymətin reallaşması gəlir. Ətraf mühitin təhlükəsizliyini təmin etmək lazım olduğunu başa düşmək ənənəvi plastikə getdikcə daha çox məhdudiyyətlər gətirəcəkdir. Xoşbəxtlikdən, daha bahalı, lakin ekoloji cəhətdən təmiz materiallara keçid tələbi var. Bundan əlavə, bir çox ölkələrdə tədqiqat mərkəzləri və böyük özəl şirkətlər yeni və daha ucuz texnologiyalar axtarırlar ki, bu da yaxşı xəbərdir.

Nəticə

Beləliklə, biz bioloji parçalana bilən polimerlərin nə olduğunu, istehsal üsullarını və bu materialların əhatə dairəsini nəzərdən keçirdik. Daimi vartexnologiyaların təkmilləşdirilməsi və təkmilləşdirilməsi. Beləliklə, ümid edək ki, yaxın illərdə bioloji parçalana bilən polimerlərin dəyəri həqiqətən də ənənəvi üsullarla əldə edilən materiallara çatacaq. Bundan sonra daha təhlükəsiz və ekoloji cəhətdən təmiz inkişaflara keçid yalnız zaman məsələsi olacaq.