Полімери, що руйнуються - спосіб позбавлення від синтетичних полімерних відходів
Радикальним рішенням проблеми «полімерного сміття», на думку фахівців, є створення та освоєння широкої гами полімерів, здатних за відповідних умов біодеградувати на нешкідливі для живої та неживої природи компоненти. Саме біорозкладність високомолекулярних сполук і буде тим пріоритетним напрямом, який дозволить виключити значну кількість проблем «пластмасового сміття», що виникає при використанні полімерної тари та інших виробів із синтетичних полімерів, що не руйнуються.
Не можна не відзначити також, що, крім глобальної екологічної проблеми, пов'язаної з накопиченням полімерних відходів, необхідність переходу на пластики, що руйнуються, одержувані з відновлюваних джерел, диктується економічною ситуацією. Пов'язано це з тим, що до 98% світового обсягу полімерних матеріалів виробляється з невідновлюваної копалини - нафти, газу, продуктів переробки вугілля, запаси яких виснажуються.
Критичне зростання цін на нафту і нафтопродукти, яке спостерігається нині, призводить до того, що вартість синтетичних пластиків підвищується.
Зростання цін на термопластичні пластмаси, що відбувається в даний час, неминуче призведе до підвищення попиту на біопластики. Станом на другий квартал 2008 р. у Європі найбільше зростання виявило поліпропілен, вартість якого підвищилися на 25 євро/т. Ціни на лінійний ПВД, поліетилен для видувного формування та поліетилен для інжекційного формування підвищилися на 10 євро/т, що не прогнозувалося.
Плівковий поліетилен ПВД та ПНД подорожчали майже так само. Полівінілхлорид подорожчав на 5 євро/т. Ціни на полістирол зросли 20 євро на тонну. Виробники полімерів передбачають, що подальше зростання цін на нафту може послужити новим поштовхом до зростання цінна контрактні поставки для етилену та пропілену. У ланцюжку споживання стиролу намічаються цінові зміни. Виробники планують збільшити ціни на полістирол на 70 євро/т та 150 євро/т на спінений полістирол (ПСВ-С).
На цьому тлі необхідність переходу на нові типи матеріалів стає більш затребуваною. Нині дедалі більшого значення набувають екологічні матеріали, одержувані з відновлюваного сировини, джерелом якого є біомаса рослин. Біополімери являють собою продукти синтезу на основі цукру, крохмалю, целюлози, лігніну та олії. Протягом «життєвого циклу» біополімерів (від синтезу до повної деструкції) утворюється значно менше вуглекислого газу, ніж у синтетичних пластмас із нафтохімічної сировини.
Виробництво полімерів на основі рослинної сировини – це шлях заощадження енергії. Наприклад, у порівнянні з поліетиленом при виробництві тонни біопластику заощаджується від 12 до 40 ГДж енерговитрат. Біорозкладні пластики з натуральної сировини полегшують проблему поховання, компостування пластикових відходів, зокрема тарних матеріалів, що мають дуже короткий життєвий цикл і становлять значну частину твердих побутових відходів.
Зрештою, розвиток «зелених» технологій сприяє розвитку агропромислового комплексу. Все це є підставою для бурхливого зростання інтересу у світі до біополімерів та біопалива. У США поширений вислів "thinking outside the oil barrel" - думати за межами нафтового бареля, для українського вуха звичніше "поза нафтовою трубою".
Потреби світового ринку у різноманітних полімерних матеріалах та виробах з них продовжують швидко зростати, особливо це стосується Китаю, Індії та інших країн Південно-Східної Азії. У Європі попит на пластикизростає повільнішими темпами, там йде в основному структурна перебудова елементів виробництва полімерів та виробів із них.
Оцінка ситуації, що склалася з розробки та освоєння біодеградованих пластиків дозволяє виділити три основних напрямки в цій галузі: - отримання пластмас на основі відтворюваних природних полімерів, - надання біорозкладності широко використовуваним в даний час високомолекулярним синтетичним матеріалам,
Перспективи отримання та утилізації полімерів, що руйнуються, на основі відновлюваних природних джерел
Отримання біопластмас на основі природних біорозкладних полімерів типу крохмалю, целюлози, хітозану або протеїнів є, як правило, створенням композиційних матеріалів з різними добавками. Так, для отримання біоруйнівної водорозчинної плівки із суміші крохмалю і пектину до складу композиції вводять як пластифікатори гліцерин або поліоксіетиленгліколь.
Отримані з таких композитів біорозкладаються плівки використовують у сільському господарстві та як упаковка. Для зниження собівартості матеріалів такого типу зазвичай використовують неочищений крохмаль, змішаний з полівініловим спиртом, тальком та іншими добавками.
Водостійкі біорозкладні композиції отримують із суміші ефірів крохмалю та поліоксиетиленгліколю.
Біорозкладаються підгузки, гігієнічні подушечки, що добре вбирають рідину, виходять на основі гідрофільної композиції, що містить деструктований крохмаль, просочений кополімером етилену з вініловим спиртом та аліфатичними поліефірами. Плівка на основі такого матеріалу має високу міцність, зберігає властивості при витримці при температурі 50 оС протягом 3 місяців. Така плівка використовується у сільському господарстві длямульчування та при упаковці харчових продуктів.
На основі крохмалю фірма Biotec GmbH для різних областей застосування виробляє пластичні маси, що компостуються (ливарний біопласт у вигляді гранул для лиття виробів разового призначення; піноматеріали для пакування харчових продуктів; гранули для отримання компостованих роздувних і плоских плівок Biofle та ін.).
Висока екологічність і здатність розкладатися в компості при 30 оС протягом 2 місяців з утворенням сприятливих рослин рослин розпаду робить застосування таких матеріалів досить перспективним.
Як відновлюваний природний біорозкладний початок при отриманні термопластів активно розробляються й інші композити, -целюлоза/хітин або целюлоза/крохмаль. Наприклад, полімери, отримані взаємодією целюлози з епоксидною сполукою та ангідридами дикарбонових кислот, повністю розкладаються в компості за 4 тижні. На їх основі формуванням одержують бутлі, разовий посуд, плівки для мульчування. Для надання більш високої біорозкладності матеріалам на основі складних ефірів целюлози в композицію рекомендується вводити поліефіри лимонної кислоти або ацетат целюлози, частково переетерифікований 6-гідроксикапроновою кислотою.
Компостовані матеріали, одержувані із суміші рослинних та натуральних вихідних продуктів, де основним компонентом є целюлоза або її похідні, широко застосовуються в даний час як вихідна сировина для виготовлення одноразових виробів для упаковки та предметів першої необхідності. Останнім часом особливу увагу розробників привертають композиції, що містять хітозан та целюлозу. З них отримують біорозкладні пластики, плівку з хорошою міцністю і водостійкістю, коли в суміші міститься 10-20% хітозану.
З потрійної композиції - хітозан, мікроцелюлозне волокно та желатин - одержують плівки з підвищеною міцністю, здатні розкладатися мікроорганізмами при похованні в землю. Природні білки або протеїни також використовуються для одержання біорозкладних пластиків, призначених для пакування сухої та вологої їжі та ін.
Для отримання біорозкладного пакувального матеріалу харчових продуктів, парфумерії та лікарських препаратів використовують метакрилований желатин, казеїн, похідні серину, кератиновмісні натуральних продуктів.
Так, фірмою Showa (Японія) розроблено біодеструктований термопластичний полімер для зовнішнього корпусу телевізорів та персональних комп'ютерів. В цілому, цей напрямок з використання природних полімерів з метою створення біорозкладних пластиків цікаво насамперед тим, що ресурси вихідної сировини відновлюються.