XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Одним из направлений в разработке биополимеров является производство пластических масс на основе воспроизводимых природных компонентов и придание биоразлагаемости промышленным полимерам.

Применение для изготовления упаковки биоразлагаемых природных полимеров интересно тем, что ресурсы исходного сырья постоянно возобновляемы и практически не ограничены. Наиболее широко для производства биоразлагаемых упаковочных материалов используется крахмал. Основным недостатком в этом случае является повышенная способность крахмала к впитыванию влаги. Избежать этого можно, заменив часть гидроксильных групп молекулы крахмала на эфирные или сложноэфирные. Химическая обработка позволяет создать дополнительные связи между различными частями полимера крахмала для того, чтобы увеличить его теплостойкость, прочность и устойчивость к воздействию кислот. В результате такой обработки образуется модифицированный крахмал, который разлагается в окружающей среде, но обладает свойствами коммерчески полезного термопласта. Модифицированный крахмал можно использовать как биоразлагаемый пластик. Пластические массы на основе крахмала обладают высокой экологичностью и способностью разлагаться в компосте при 30 °С в течение двух месяцев. С целью снижения себестоимости биоразлагаемых материалов бытового назначения (упаковка, пакеты для мусора) используется неочищенный крахмал, смешанный с поливиниловым спиртом и тальком. Модифицированный крахмал можно производить на том же оборудовании, что и обыкновенную пластмассу, его можно окрашивать и на него можно наносить печать с использованием всех обычных технологий. Этот материал антистатичен по своей природе. Физические свойства модифицированного крахмала, в целом, уступают свойствам смол, полученных нефтехимическим путем – полиэтилену низкого и высокого давления и полипропилену. И все же крахмал уже нашел применение на некоторых рынках. Из него методом изготавливают поддоны для пищевых продуктов, сельскохозяйственные пленки, пенопластовые упаковочные материалы, столовые приборы и сеточки для овощей и фруктов.

Также для производства биоразлагаемых пластиков на основе природных полимеров можно использовать и другие природные полисахариды: целлюлозу, хитин, хитозан.

Проблема придания свойств биоразлагаемости традиционным многотоннажным промышленным полимерам (полиэтилену, полипропилену, поливинилхлориду, полистиролу, полиэтилентерефталату) занимает важное место в развитии технологий получения биоразлагаемых полимеров. Этого можно добиться разными способами.

Одним из простейших и популярных способов сделать традиционные пластики биоразлагаемыми является ввод в состав полимерной массы, например, того же крахмала. Основой таких сравнительно новых материалов, является полиэтилен высокого давления и крахмалы злаковых растений в качестве биоразлагаемой добавки. В крахмалосодержащую композицию вводят также антиоксиданты для уменьшения деструкции в процессе переработки композиции в изделия. Основой таких композиций может быть поликапролактам, который хорошо совмещается механическим способом с большинством широко производимых пластиков. 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.

Другим вариантом является ввод в полимерную массу специальных добавок, как правило, соединений переходных металлов, которые на свету или при нагревании катализируют разложение полимеров. Использование биоразлагающих добавок целесообразно при производстве пакетов, сельскохозяйственных и упаковочных пленок, одноразовой посуды, бутылок и т.п. При этом добавки должны допускать обработку полимера традиционными способами (литье, формование, выдув, экструзия) без разложения, хотя полимерная масса подвергается температурной обработке. Кроме того, добавка должна ускорять разложение полимера на свету, но допускать длительный период его использования, в том числе на свету. Современные добавки допускают типовые способы обработки полимеров, но с условием, что время нахождения сырья в зоне нагрева не должно превышать 7–12 минут. Малый процент добавки (обычно 1–8%) требует равномерного распределения в массе полимера, но почти не сказывается при этом на остальных технологических режимах обработки. Такие добавки разработаны для полиолефинов, полистирола, полиуретанов, полиэтилентерефталата. Срок разложения может варьироваться от 9 месяцев до 5 лет.

Однако при том, что проблема создания биоразлагаемых полимеров является глобальной проблемой в сохранении экологии, в настоящее время биоразлагаемые пластики из природного сырья не могут составить конкуренцию традиционным по самой простой причине - ценовой. Точно так же использование дорогих биоразлагающих добавок приводит к удорожанию изделий и из традиционных полимеров.

Список литературы:

1. Легонькова, О. А. Анализ современных представлений о биоразлагаемых полимерных материалах / О. А. Легонькова // Лакокрасочные материалы и их применение. – 2006. – № 4. – С. 43–45.

2. Власов, С. В. Биоразлагаемые полимерные материалы / С. В. Власов, А. А. Ольхов // Полимерные материалы: изделия, 103 оборудование, технологии. – 2006. – № 7. – С. 23–26; № 8. – С. 35– 36; № 10. – С. 28–33

3. Попов, А. Биоразлагаемые полимерные материалы / А. Попов // Тара и упаковка. – 2007. – № 3. – С. 43–47.

4. Основные направления в области создания биоразлагаемых термопластов / С. П. Рыбкина [и др.] // Пластические массы. – 2008. – № 10. – С. 47–54.

5. Отходы пищевой промышленности – перспективное сырье для биоразлагаемых упаковочных композиций / В. В. Колпакова [и др.] // Пищевая промышленность. – 2008. – № 6. – С. 16–19.