Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Биоразлагаемые полимеры






В последние годы, как в нашей стране, так и за рубежом возрос интерес к биоразлагаемым полимерным материалам и упаковкам из них, которые разрушаются при воздействии различных микроорганизмов. Первый биоразлагаемый пластик-целлофан появился в 1908 г. Но переработка целлюлозы затруднена из-за внутримолекулярных водородных связей, она появится только после этерифицирования OH-групп.

Создание материалов, которые часто называют материалами с регулируемым сроком службы, предполагает введение в них специальных добавок, ускоряющих распад макромолекулы полимера. Для этих целей используют различные полисахариды, содержание которых может достигать 60 %.

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.

К настоящему времени разработано большое количество биоразлагаемых материалов различного состава и назначения с применением крахмала и других добавок. 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.).

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 [48].

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.

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 б 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.

Основой таких сравнительно новых материалов, как Ecostar, Polyclean и Ampaset, является ПЭВД и крахмалы злаковых растений в качестве биоразлагаемой добавки. В крахмалосодержащую композицию вводят также антиоксиданты для уменьшения деструкции в процессе переработки композиции в изделия. При переработке композиции в упаковку может происходить карамелизация (самовозгорание) материала, поэтому используемый крахмал во избежание этого необходимо сушить до содержания остаточной влаги, равной 1 %, а также тщательно контролировать температуру расплава в цилиндре экструдера, которая не должна превышать 193-203°С, шнека и стенок цилиндра. Для сокращения времени пребывания перерабатываемой композиции в экструдере до минимума необходимо использовать экструзионное оборудование с отношением L/D не более 20.

Во избежание образования различных посторонних включений (" геликов") в готовой упаковке необходимо, чтобы скорость вращения шнека была оптимальной. При изготовлении биоразлагаемых упаковок из крахмалосодержащих полимерных материалов в процессе последующей герметизации сваркой необходимо тщательно следить за температурой сварки при получении прочного сварного шва. Повышение температуры приводит к деструкции крахмальной добавки, что легко обнаруживается по появлению запаха свежевыпеченного хлеба.

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

В настоящее время потребность в разлагаемых упаковках достаточно велика. В развитых странах мира большая часть упаковки одноразового использования производится из биоразлагасмых материалов.

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.

По этим причинам уничтожение отходов путем создания и применения быстроразлагаемых упаковок должно иметь ограниченное и контролируемое применение. Наиболее рациональным способом устранения отходов в виде изношенной или использованной упаковки представляется их утилизация.

 

Список литературы к § 4

  1. Михальчук В. М., Крюк Т. В., Николаевский А. Н., Петренко Л. В. Повышение термостабильности эпоксидных полимеров катионной полимеризации добавками оксидов металлов второй группы 6 Междунар. конф. по химии и физикохимии олигомеров, Казань, 8-12 сент., 1997. Т. 1. Тез. пленар. и стенд. докл.. Черноголовка: Изд-во ИХФЧ. 1997, с. 220.
  2. Liu Bo, Zeng Xingrong. Термическая стабильность и огнестойкость нанокомпозитов из полимеров и глин. Suliao keji=Plast. Sci. and Technol.. 2005, N 4, с. 54-58
  3. Улучшение адгезии полимеров с использованием смеси частиц наполнителя и изготовляемые композиции. Method for enhancing polymer adhesion using filler particle mix and compositions made using the method. Пат. 6905767 США, МПК {7} C 08 K 3/04, C 08 K 3/36. The Research Foundation of State Univ. of New York, Rafailovich Miriam, Bronner Mordecai. N 10/356354; Заявл. 31.01.2003; Опубл. 14.06.2005;
  4. Бехли Л. С., Горбаткина Ю. А., Иванова-Мумжиева В. Г., Ляпунов А. Я. Улучшение адгезии эпоксидных полимеров к материалам с низкой поверхностной энергией с помощью фторсодержащих поверхностно-активных веществ. 4 Всероссийская Каргинская конференция, посвященная 100-летию со дня рождения академика В. А. Каргина, " Наука о полимерах 21-му веку", Москва, 29 янв.-2 февр., 2007: Тезисы устных и стендовых докладов. Т. 3. М.: МГУ. 2007, с. 164.;
  5. Lee Jae-Suk, Cho Gyoujin, Jang Jongkwan, Park Kweonphil, Cho Young-Sun. Улучшение адгезии полипиррольных пленок монослоями полимеров, полученными самоассоциацией. Enhanced adhesion of deposited polypyrrole ultra-thin films through self-assembled polymeric monolayers: Pap. 2nd Asian Symposium on Organised Molecular Films for Electronics and Photonics (ASOMF 2), Beijing, Nov. 1-4, 1998. Mol. Cryst. and Liq. Cryst. Sci. and Technol. A. 1999. 337, с. 153-156.;
  6. Urano Satoshi, Mizuguchi Ryuzo, Tsuboniwa Noriyuki, Aoki Kei, Suzuki Yuji, Itoh Takeyasu Алкеноилкарбаматы в качестве агентов, улучшающих эластичность, адгезию и диспергируемость полимеров. Alkenoylcarbamate compounds as elasticity, adhesion, and dispersibility enhancer. Пат. 5354495 США, МПК {5} C 09 K 3/00. Nippon Paint Co., Ltd. N 486864; Заявл. 1.3.90; Опубл. 11.10.94;
  7. Zeiler Thomas, Picffer Petra, Kurner Marcus, Munstedt Helmut. Улучшение адгезии термопластичных полимеров обработкой поверхности различными способами. Improvement of adhesive bouding of thermoplastic polymers by different surface freatments. Macromol. Symp.. 1998. 126, с. 267-281.
  8. Martin C., Hunt B. J., Ebdon J. R., Ronda J. C., Cadiz V. Синтез, сшивание и огнестойкость полимеров на основе борсодержащих дифункциональных стирольных мономеров. Synthesis, crosslinking and flame retardance of polymers of boron-containing difunctional styrenic monomers. React. and Funct. Polym.. 2006. 66, N 10, с. 1047-1054.
  9. Добавка, повышающая огнестойкость и снижающая выделение дыма при горении термопластичных и термореактивных полимеров. Flame retardant and smoke supressive additive powder for polymeric thermoplastics and thermoset resins. Пат. 7018571 США, МПК {8} C 09 K 21/04, C 09 K 21/08. Avtec Ind., Camarota Anthony S., Schell Kevin, Rowen John B.. N 09/521074; Заявл. 07.03.2000; Опубл. 28.03.2006;
  10. Балаева С. М., Беев А. А., Хараев А. М. Огнестойкость эпоксидных полимеров и компаундов на основе гексахлорэтана. Вестн. Кабард.-Балк. гос. ун-та. Сер. Хим. н.. 1999, N 3, с. 6-8.
  11. Leaversuch Robert D. Силиконовые модификаторы расширенной области применения, в том числе для снижения горючести. Silicone modifiers spread reach in FR polymer systems. Mod. Plast. Int.. 1995. 25, N 10, с. 72.
  12. Chiang Wen-yen, Tzeng Gwo-long. Влияние компатибилизаторов на огнестойкость сплава поликарбонат/акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС). Effect of the compatibilizers on flame-retardant polycarbonate (PC)/acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) alloy. J. Appl. Polym. Sci.. 1997. 65, N 4, с. 795-805.
  13. Serbaroli Joseph A. (Jr). Свойства и правила выбора замедлителей горения, используемых в составе термопластов. A primer on flame retardants for thermoplatics. Plast. Eng.. 2006. 62, N 8, с. 22-24],
  14. Кербер М. Л., Шибряева Л. С., Сирота А. Г., Горбунова И. Ю. (Российский хим.-технол. ун-т им. Д. И. Менделеева, г. Москва) Изучение влияния модификаторов на низкотемпературное окисление полипропилена Деструкция и стабилизация полимеров: Тезисы докладов 9-й Конференции, Москва, 16-20 апр., 2001. М.: Б. и.. 2001, с. 82-83.
  15. Гусева С. Г. (Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова, 117571, г. Москва, просп. Вернадского, 86) Модификация полиэтилена нитронами: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук. Моск. гос. акад. тонк. хим. технол., Москва, 2003, 23 с.
  16. Кочнев А.М., Четвериков К.Г., Галибеев С.С., Трофимов П.В Управление дефектностью в процессе модификации полиолефинов. // Депонированная рукоптсь №2161-В99 от 05.07.99
  17. Басин В.Е. Адгезионная прочность. М.: Химия, 1981. 208с.
  18. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1977. 392с.
  19. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: Химия, 1977. 354с.
  20. Липатов Ю.С., Лебедев Е.В. Композиционные полимерные материалы и их применение. Киев: Знание, 1983. 16с.
  21. Озолиньш Ю.Л., Калнин М.М. Адгезионные взаимодействия в системе сталь - полиэтилен. // Изв. АН Латв. ССР. Сер. хим. 1983. №1. С.61-65.
  22. Кутнер Э.А., Вайнштейн А.Б. Модифицирование смесей полиэтилена и сополимеров этилена с винилацетатом. // Сборник «Модификация полимерных материалов». Рига: Рижский политехнический институт, 1983.-С.106-113.
  23. Кардашов Д.А. Полимерные клеи. М.: Химия, 1983. 256 с.
  24. Фрейдин А.С., Турусов Р.А. Свойства и расчет адгезионных соединений.- М.: Химия, 1990. 256 с.
  25. Саундерс Дж., Фриш К.К. Химия полиуретанов. / Пер. с англ. под ред. Энгелиса С.Г. / М.: Химия, 1968. 470с.
  26. Bergstrom C., Piitulainen L. А.с. 458928, Швеция, Заявл. 02.10.85, №5222-85, опубл. 22.05.89. МКИ С08F 255/00, Med alkoxsisilan modifierad polyolefin med goda vidhaftningsegenskaper.
  27. Факудзава Кэйдзи. Kore gzaupe. // Eng. Mater.1982. 30. №3. P.119-123.
  28. Заявка 2302456 (Япония.), МКИ5 С08L23/24, Н01В3/44. Полимерная композиция, обладающая повышенной адгезией. / Ариеси Акаси, Фудзивара Гиити. Заявл 18.5.89; Опубл. 14.12.90; Опубл. В РЖХим., 1995.
  29. Заявка 2450423 (Япония.), МКИ5 С08L23/26, Н01В6/105. Адгезионная композиция/Окано Томиаки, Ито Масахуру. Заявл 08.5.85; Опубл. 1.02.88; Опубл. В РЖХим., 1996.
  30. Заявка 2561336 (Япония.), МКИ5 С08F8/14, С03В7/56. Полимерная композиция обладающая повышенной адгезией/Ямомото Нобуру, Йода Макота. Заявл 1.06.87; Опубл. 17.10.89; Опубл. в РЖХим., 1995.
  31. Заявка 5813585 (Япония.), МКИ5 С08L51/06, С08В23/00. Полиолефиновая адгезионная композиция / Мицуи Сэкиго. Заявл 13.07.86; Опубл. 1.05.90; Опубл. В РЖХим., 1994.
  32. Заявка 2782231 (Япония.), МКИ5 С08F8/14, С08F7/54. Полимерная композиция содержащая сополимер этилена с винилацетатом/Мицуи Секмо, Качаку Коче. Заявл 11.06.88; Опубл. 17.07.90; Опубл. В РЖХим., 1993.
  33. Novak I., Pollak V. Fyzikalne metody zvysenia adhezie izotaktickeho polypropylenu. // Chem. Listy. 1993. 87. № 2. C. 133-37.
  34. Заявка 2302456 (Япония.), МКИ5 С08L23/02, С08F2/44. Полимерная композиция обладающая выcокой адгезией / Юзоу Нагаи. Заявл. 6.05.84; Опубл. 18.02.87; Опубл. в РЖХим., 1992.
  35. Догадкин Б.А., Донцов А.А., Шершнев В.А. Химия эластомеров. М.: Химия, 1981. 376с.
  36. Архиреев В.П., Кочнев А.М. и др. А.с.СССР № 1321032 «Олигоуретан с концевыми изоцианатными группами в качестве модификатора полипропилена».
  37. Абзальдинов Х.С., Садова А.Н., Архиреев В.П., Кудосов А.А. Стойкость покрытий на основе модифицированного полиэтилена к воздействию агрессивных сред. // Журнал прикладной химии. 2000. Т. 73. Вып. 5. С. 836-839
  38. Суханов П.П., Садова А.Н., Абзальдинов Х.С. ЯМР-анализ комплексов акриловых кислот. Сообщение 2. // Межвуз. сб. науч. тр. “Химия и технология элементоорганических соединений и полимеров”. Казань: КГТУ, 2000. С. 63-69
  39. Суханов П.П., Садова А.Н., Глухов В.П., Абзальдинов Х.С. ЯМР-анализ полимерных комплексов акриловых кислот. Сообщение 3. // Межвуз. сб. науч. тр. “Химия и технология элементоорганических соединений и полимеров”. Казань: КГТУ, 2000. С. 69-75
  40. Заявка 2654371 (Япония.), МКИ5 С08S7/00, B27D7/20. Полиолефиновая пленка обладающая высокой адгезионной способностью/Номура Йоити, Ибара Ги, Хаяси Кендзиро. Заявл 1.06.89; Опубл. 17.10.91; Опубл. В РЖХим., 1993.
  41. Басин В.Е. // ВМС. 1978. Т. 20. № 12. С. 2643-2652.
  42. Кутянина В.С. и др. // Производство шин, РТИ и АТИ. 1981. № 6,.С. 11-14.
  43. Жеребков С.К. Крепление резин к металлам. М.: Химия, 1966.
  44. Онищенко З.В. // Каучук и резина. 1998. №4. С.23-29.
  45. Coates L.C., Lauer C. // Rubb. Chem. Techn. 1972. V.45 № 1. P. 16-26.
  46. Йосинага М. Способ предотвращения обесцвечивания синтетических полимеров. // Кокай токке кохо. Сер.3(3). 1991. 45. C.505-506.
  47. Киреев В.В., Астрина В.И., Беспалов Т.А. Модификация ПС фосфорорганическими антипиренами. М.: Рос. хим.-технол. ун-т. 1993. 8
  48. BenBrahim AndreaУбавлять в природе и использовать. Degrade and deliver Chem. Brit.. 2002. 38, N 4, с. 40-42





© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.