Կենսաքայքայվող պոլիմերներ. հայեցակարգ, հատկություններ, պատրաստման եղանակներ և ռեակցիաների օրինակներ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Դուք կարող եք նկատել, որ վերջին տասնամյակի ընթացքում անվանմանը ավելացված «bio» նախածանցով ապրանքները մեծ ճանաչում են ձեռք բերել: Նախատեսված է տեղեկացնել, որ արտադրանքը անվտանգ է մարդկանց և բնության համար։ Այն ակտիվորեն քարոզվում է ԶԼՄ-ների կողմից։ Անգամ զավեշտի հասավ՝ խմիչք ընտրելիս ամենալավը համարում են բիոկեֆիրը, իսկ բիովառելիքն արդեն նավթի այլընտրանք չէ, այլ էկոլոգիապես մաքուր արտադրանք։ Եվ մի մոռացեք կենսաէքստրակտների մասին, որոնք կոսմետիկան ստիպում են «հրաշքներ» գործել։

Ընդհանուր տեղեկություններ

Հիմա եկեք լրջանանք: Հաճախ, ճանապարհների երկայնքով շարժվելով, դուք կարող եք տեսնել ինքնաբուխ աղբավայրեր: Բացի այդ, կան լիարժեք աղբավայրեր, որտեղ պահվում են մարդկային թափոնները: Թվում է, թե վատ չէ, բայց կա մեկ մինուս՝ տարրալուծման չափազանց երկար ժամանակ: Սա շտկելու բազմաթիվ եղանակներ կան՝ սա աղբի վերամշակումն է և ավելի քիչ վնասակար նյութերի օգտագործումը, որոնք արագ քայքայում են քայքայողները: Անդրադառնանք երկրորդ դեպքին։

Այստեղ շատ կետեր կան: Փաթեթավորում, անվադողեր, ապակիներ, քիմիական արդյունաբերության ածանցյալներ: Նրանք բոլորը պահանջում ենուշադրություն։ Այնուամենայնիվ, չկա կոնկրետ ունիվերսալ բաղադրատոմս: Ուստի անհրաժեշտ է կոնկրետ իմանալ, թե ինչ և ինչպես ապահովել շրջակա միջավայրի աղտոտման կանխարգելումը։

Կենսաքայքայվող պոլիմերները մշակվել են որպես պլաստիկ թափոնների հեռացման խնդրի պատասխան: Գաղտնիք չէ, որ տարեցտարի դրանց ծավալն աճում է։ Կենսապոլիմերներ բառը օգտագործվում է նաև դրանց կրճատ նշանակման համար։ Ո՞րն է դրանց յուրահատկությունը։ Նրանք կարող են քայքայվել շրջակա միջավայրում ֆիզիկական գործոնների և միկրոօրգանիզմների՝ սնկերի կամ բակտերիաների ազդեցությամբ: Պոլիմերն այդպիսին է համարվում, եթե նրա ամբողջ զանգվածը վեց ամսվա ընթացքում ներծծվում է ջրի կամ հողի մեջ։ Սա մասամբ լուծում է թափոնների խնդիրը։ Միաժամանակ ստացվում են տարրալուծման արգասիքներ՝ ջուր և ածխաթթու գազ։ Եթե կա որևէ այլ բան, ապա այն պետք է հետազոտվի անվտանգության և թունավոր նյութերի առկայության համար: Դրանք կարող են նաև վերամշակվել պլաստմասսաների արտադրության ստանդարտ տեխնոլոգիաների միջոցով, ինչպիսիք են արտամղումը, փչող ձևավորումը, ջերմաձևավորումը և ներարկման ձևավորումը:

Ի՞նչ ոլորտների վրա ենք մենք աշխատում:

Կենսաքայքայվող պոլիմերների ձեռքբերումը բավականին աշխատատար խնդիր է։ Տեխնոլոգիաների մշակումը, որը հնարավորություն է տալիս անվտանգ նյութեր ձեռք բերել, ակտիվորեն իրականացվում է ԱՄՆ-ում, եվրոպական մայրցամաքում, Ճապոնիայում, Կորեայում և Չինաստանում։ Ցավոք, պետք է նշել, որ Ռուսաստանում արդյունքներն անբավարար են։ Պլաստմասսաների կենսաքայքայման և վերականգնվող հումքից դրանց արտադրության տեխնոլոգիա ստեղծելը թանկ հաճույք է։ Բացի այդ, երկիրը դեռևս բավարար քանակությամբ նավթ ունի պոլիմերների արտադրության համար։ Բայց ամեն ինչնույնը, կարելի է առանձնացնել երեք հիմնական ուղղություն՝

1. Հիդրօքսիկարբոքսիլաթթուների հիման վրա կենսաքայքայվող պոլիեսթերների արտադրություն։
2. Պլաստմասսաների ստեղծում՝ հիմնված վերարտադրվող բնական բաղադրիչների վրա։
3. Արդյունաբերական պոլիմերները դառնում են կենսաքայքայվող։

Բայց ի՞նչ կասեք գործնականում: Եկեք մանրամասն նայենք, թե ինչպես են պատրաստվում կենսաքայքայվող պոլիմերները։

Բակտերիալ պոլիհիդրօքսիալկանոատներ

Միկրոօրգանիզմները հաճախ աճում են այնպիսի միջավայրերում, որտեղ առկա են սննդարար ածխածիններ: Այս դեպքում նկատվում է ֆոսֆորի կամ ազոտի դեֆիցիտ։ Նման դեպքերում միկրոօրգանիզմները սինթեզում և կուտակում են պոլիհիդրօքսիալկանոատներ։ Նրանք ծառայում են որպես ածխածնի (սննդի պահեստ) և էներգիայի պաշար։ Անհրաժեշտության դեպքում նրանք կարող են քայքայել պոլիհիդրօքսիալկանոատները։ Այս հատկությունը օգտագործվում է այս խմբի նյութերի արդյունաբերական արտադրության համար: Մեզ համար ամենակարևորը պոլիհիդրօքսի բուտիրատն է և պոլիհիդրօքսի վալերատը։ Այսպիսով, այս պլաստիկները կենսաքայքայվող են: Միևնույն ժամանակ դրանք ալիֆատիկ պոլիեսթեր են, որոնք դիմացկուն են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմանը:

Հարկ է նշել, որ չնայած ջրային միջավայրում դրանք բավարար կայունություն ունեն, սակայն ծովը, հողը, կոմպոստացման և վերամշակման միջավայրերը նպաստում են դրանց կենսաբանական դեգրադացմանը: Եվ դա տեղի է ունենում բավականին արագ: Օրինակ, եթե կոմպոստը ունի 85% խոնավություն և 20-60 աստիճան Ցելսիուս, ապա ածխաթթու գազի և ջրի տարրալուծումը կտևի 7-10 շաբաթ: Որտե՞ղ են օգտագործվում պոլիհիդրօքսիալկանոատները:

Նրանքօգտագործվում են կենսաքայքայվող փաթեթավորման և չհյուսված նյութերի, միանգամյա օգտագործման անձեռոցիկների, մանրաթելերի և թաղանթների, անձնական խնամքի միջոցների, ստվարաթղթի և թղթի ջրակայուն ծածկույթների արտադրության համար: Որպես կանոն, նրանք կարող են թթվածին փոխանցել, դիմացկուն են ագրեսիվ քիմիական նյութերի նկատմամբ, ունեն հարաբերական ջերմային կայունություն և ունեն պոլիպրոպիլենին համեմատելի ուժ։

Խոսելով կենսաքայքայվող պոլիմերների թերությունների մասին՝ պետք է նշել, որ դրանք շատ թանկ են։ Օրինակ է Բիոպոլը։ Այն արժե 8-10 անգամ ավելի, քան ավանդական պլաստիկը: Ուստի այն օգտագործվում է միայն բժշկության մեջ՝ որոշ օծանելիքների և անձնական խնամքի միջոցների փաթեթավորման համար։ Պոլիհիդրօքսիալկանոատների մեջ ավելի տարածված է մռայլը, որը ստացվում է սախարացված եգիպտացորենի օսլայից: Դրա առավելությունը համեմատաբար ցածր գնով է: Բայց, այնուամենայնիվ, դրա գինը դեռ երկու անգամ գերազանցում է ավանդական ցածր խտության պոլիէթիլենին։ Ընդ որում, հումքը կազմում է ինքնարժեքի 60%-ը։ Իսկ հիմնական ջանքերն ուղղված են նրա էժան գործընկերներին գտնելուն։ Խոսքը գնում է հացահատիկի օսլայի մասին, ինչպիսիք են ցորենը, տարեկանը, գարին:

Պոլիկաթթու

Փաթեթավորման համար կենսաքայքայվող պոլիմերների արտադրությունն իրականացվում է նաև պոլիլակտիդով։ Այն նաև պոլիկաթթու է: Ի՞նչ է նա ներկայացնում։ Այն գծային ալիֆատիկ պոլիեսթեր է, կաթնաթթվի խտացման արտադրանք։ Այն մոնոմեր է, որից պոլիլակտիդը արհեստականորեն սինթեզվում է մանրէների կողմից։Հարկ է նշել, որ դրա արտադրությունը բակտերիաների օգնությամբ ավելի հեշտ է, քան ավանդական մեթոդը։ Ի վերջո, պոլիլակտիդները ստեղծվում են բակտերիաների կողմից հասանելի շաքարներից՝ տեխնոլոգիապես պարզ գործընթացում: Պոլիմերն ինքնին նույն բաղադրությամբ երկու օպտիկական իզոմերների խառնուրդ է։

Ստացված նյութն ունի բավականին բարձր ջերմային կայունություն։ Այսպիսով, ապակենումը տեղի է ունենում 90 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում, մինչդեռ հալումը տեղի է ունենում 210-220 Ցելսիուսի ջերմաստիճանում: Նաև պոլիլակտիդը ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման դիմացկուն է, մի փոքր դյուրավառ, իսկ եթե այրվում է, ապա փոքր քանակությամբ ծխով: Այն կարող է մշակվել բոլոր մեթոդներով, որոնք հարմար են ջերմապլաստիկների համար: Պոլլակտիդից ստացված արտադրանքն ունեն բարձր կոշտություն, փայլ և թափանցիկ: Դրանցից պատրաստում են ափսեներ, սկուտեղներ, թաղանթ, մանրաթել, իմպլանտներ (այսպես են օգտագործվում կենսաքայքայվող պոլիմերները բժշկության մեջ), կոսմետիկայի և սննդամթերքի փաթեթավորում, ջրի, հյութի, կաթի շշեր (բայց ոչ գազավորված ըմպելիքներ, քանի որ նյութը անցնում է): ածխաթթու գազ). Ինչպես նաև գործվածքներ, խաղալիքներ, բջջային հեռախոսների պատյաններ և համակարգչային մկներ: Ինչպես տեսնում եք, կենսաքայքայվող պոլիմերների օգտագործումը շատ լայն է: Եվ դա միայն նրանց խմբերից մեկի համար է:

Պոլլակտիկ թթվի արտադրություն և կենսաքայքայում

Առաջին անգամ դրա արտադրության արտոնագիրը տրվել է դեռևս 1954 թվականին։ Բայց այս կենսապլաստիկի առևտրայնացումը սկսվեց միայն 21-րդ դարի սկզբին` 2002 թ. Չնայած դրան, արդեն իսկ կան մեծ թվով ընկերություններ, որոնք զբաղվում են դրա արտադրությամբ. միայն Եվրոպայում կան ավելի քան 30 ընկերություններ: Կարևոր առավելությունՊոլլակտիկ թթուն համեմատաբար էժան է. այն արդեն գրեթե հավասար պայմաններում է մրցում պոլիպրոպիլենի և պոլիէթիլենի հետ: Ենթադրվում է, որ արդեն 2020 թվականին պոլիլակտիդը կկարողանա սկսել դրանք համաշխարհային շուկայում մղել։ Կենսաքայքայվողությունը մեծացնելու համար դրան հաճախ օսլա են ավելացնում։ Սա նույնպես դրական է ազդում ապրանքի գնի վրա։ Ճիշտ է, ստացված խառնուրդները բավականին փխրուն են, և դրանցում պետք է ավելացվեն պլաստիկացնողներ, ինչպիսիք են սորբիտոլը կամ գլիցերինը, որպեսզի վերջնական արտադրանքն ավելի առաձգական լինի: Խնդրի այլընտրանքային լուծումը այլ քայքայվող պոլիեսթերներով համաձուլվածքի ստեղծումն է։

Պոլիկաթթուն քայքայվում է երկու քայլով: Նախ, եթերային խմբերը հիդրոլիզվում են ջրով, որի արդյունքում առաջանում են կաթնաթթու և մի քանի այլ մոլեկուլներ: Հետո դրանք որոշակի միջավայրում քայքայվում են մանրէների օգնությամբ։ Պոլիլակտիդներն այս պրոցեսն անցնում են 20-90 օրվա ընթացքում, որից հետո մնում են միայն ածխաթթու գազ և ջուր։

Օսլայի փոփոխություն

Երբ օգտագործվում է բնական հումք, դա լավ է, քանի որ դրա համար ռեսուրսները անընդհատ թարմացվում են, ուստի դրանք գործնականում անսահմանափակ են։ Օսլան այս առումով ամենալայն ժողովրդականություն է ձեռք բերել։ Բայց այն ունի մի թերություն՝ այն ունի խոնավությունը կլանելու ունակության բարձրացում: Բայց դա կարելի է խուսափել, եթե նկատում եք էսթերի վրա հիդրօքսիլային խմբերի մի մասը:

Քիմիական մշակումը թույլ է տալիս ստեղծել լրացուցիչ կապեր պոլիմերի մասերի միջև, ինչը նպաստում է ջերմակայունության, կայունության բարձրացմանը:թթուներին և կտրող ուժին: Արդյունքը՝ փոփոխված օսլան, օգտագործվում է որպես կենսաքայքայվող պլաստիկ։ Այն քայքայվում է 30 աստիճանով կոմպոստի մեջ երկու ամսվա ընթացքում՝ դարձնելով այն շատ էկոլոգիապես մաքուր:

Նյութի ինքնարժեքը նվազեցնելու համար օգտագործում են չմշակված օսլա, որը խառնում են տալկի և պոլիվինիլային սպիրտի հետ։ Այն կարող է արտադրվել նույն սարքավորումներով, ինչ սովորական պլաստիկի համար: Ձևափոխված օսլան կարող է նաև ներկվել և տպվել սովորական տեխնիկայի միջոցով:

Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ այս նյութն իր բնույթով հակաստատիկ է: Օսլայի թերությունն այն է, որ դրա ֆիզիկական հատկությունները հիմնականում զիջում են նավթաքիմիական արտադրության խեժերին: Այսինքն՝ պոլիպրոպիլեն, ինչպես նաև բարձր և ցածր ճնշման պոլիէթիլեն։ Եվ այնուամենայնիվ, այն կիրառվում և վաճառվում է շուկայում։ Այսպիսով, այն օգտագործվում է պարենային ապրանքների, գյուղատնտեսական թաղանթների, փաթեթավորման նյութերի, պատառաքաղների, ինչպես նաև մրգերի և բանջարեղենի ցանցեր պատրաստելու համար։

Օգտագործելով այլ բնական պոլիմերներ

Սա համեմատաբար նոր թեմա է՝ կենսաքայքայվող պոլիմերներ: Բնության ռացիոնալ կառավարումը նպաստում է այս ոլորտում նոր բացահայտումների: Շատ այլ բնական պոլիսախարիդներ օգտագործվում են կենսաքայքայվող պլաստմասսաների արտադրության մեջ՝ քիտին, խիտոզան, բջջանյութ: Եվ ոչ միայն առանձին, այլեւ համակցված։ Օրինակ, խիտոզանից, միկրոցելյուլոզային մանրաթելից և ժելատինից ստացվում է ուժեղացված թաղանթ: Իսկ եթե թաղեք հողի մեջ, ուրեմն արագ կկատարվիտրոհվում է միկրոօրգանիզմների կողմից: Այն կարող է օգտագործվել փաթեթավորման, սկուտեղների և նմանատիպ իրերի համար։

Բացի այդ, բջջանյութի համակցությունները երկկարբոքսիլային անհիդրիդների և էպոքսիդային միացությունների հետ բավականին տարածված են: Նրանց ուժն այն է, որ նրանք քայքայվում են չորս շաբաթվա ընթացքում: Ստացված նյութից պատրաստվում են շշեր, ցանքածածկման թաղանթներ, միանգամյա օգտագործման սպասք։ Դրանց ստեղծումն ու արտադրությունը տարեցտարի ակտիվորեն աճում է։

Արդյունաբերական պոլիմերների կենսաքայքայելիություն

Այս խնդիրը բավականին տեղին է։ Կենսաքայքայվող պոլիմերները, որոնց օրինակները վերը բերվել են շրջակա միջավայրի հետ ռեակցիաների համար, շրջակա միջավայրում չեն դիմանա նույնիսկ մեկ տարի: Մինչդեռ արդյունաբերական նյութերը կարող են աղտոտել այն տասնամյակների և նույնիսկ դարերի ընթացքում: Այս ամենը վերաբերում է պոլիէթիլենին, պոլիպրոպիլենին, պոլիվինիլքլորիդին, պոլիստիրոլին, պոլիէթիլեն տերեֆտալատին։ Հետևաբար, դրանց քայքայման ժամանակի կրճատումը կարևոր խնդիր է։

Այս արդյունքին հասնելու համար կան մի քանի հնարավոր լուծումներ։ Ամենատարածված մեթոդներից մեկը պոլիմերային մոլեկուլում հատուկ հավելումների ներմուծումն է։ Իսկ ջերմության մեջ կամ լույսի ներքո դրանց քայքայման պրոցեսն արագանում է։ Սա հարմար է միանգամյա օգտագործման սպասքի, շշերի, փաթեթավորման և գյուղատնտեսական ֆիլմերի, պայուսակների համար: Բայց, ավաղ, կան նաև խնդիրներ։

Առաջինը այն է, որ հավելումները պետք է օգտագործվեն ավանդական եղանակներով՝ ձուլում, ձուլում, էքստրուզիա: Այս դեպքում պոլիմերները չպետք է քայքայվեն, չնայած դրանք ենթարկվում են ջերմաստիճանիվերամշակում։ Բացի այդ, հավելումները չպետք է արագացնեն պոլիմերների քայքայումը լույսի ներքո, ինչպես նաև թույլ տան դրա տակ երկարատև օգտագործման հնարավորությունը։ Այսինքն՝ պետք է համոզվել, որ դեգրադացման գործընթացը սկսվում է որոշակի պահի։ Շատ դժվար է։ Տեխնոլոգիական գործընթացը ներառում է 1-8% հավելումների ավելացում (օրինակ՝ ներմուծվում է նախկինում քննարկված օսլան)՝ որպես փոքր տիպիկ վերամշակման մեթոդի մաս, երբ հումքի տաքացումը չի գերազանցում 12 րոպեն։ Բայց միևնույն ժամանակ անհրաժեշտ է ապահովել, որ դրանք հավասարաչափ բաշխվեն պոլիմերային զանգվածի վրա: Այս ամենը հնարավորություն է տալիս դեգրադացիայի շրջանը պահել ինը ամսից մինչև հինգ տարի միջակայքում։

Զարգացման հեռանկարներ

Չնայած կենսաքայքայվող պոլիմերների օգտագործումը մեծ թափ է հավաքում, դրանք այժմ կազմում են ընդհանուր շուկայի աննշան տոկոսը: Բայց, այնուամենայնիվ, նրանք դեռ բավականին լայն կիրառություն են գտել և գնալով ավելի տարածված են դառնում։ Արդեն հիմա դրանք բավականին լավ արմատավորվել են սննդամթերքի փաթեթավորման խորշում։ Բացի այդ, կենսաքայքայվող պոլիմերները լայնորեն օգտագործվում են միանգամյա օգտագործման շշերի, գավաթների, ափսեների, ամանների և սկուտեղների համար: Նրանք նաև հաստատվել են շուկայում պարկերի տեսքով՝ սննդի թափոնների հավաքման և հետագա կոմպոստացման համար, սուպերմարկետների համար նախատեսված պարկերի, գյուղատնտեսական ֆիլմերի և կոսմետիկայի տեսքով: Այս դեպքում կարող են օգտագործվել կենսաքայքայվող պոլիմերների արտադրության ստանդարտ սարքավորումներ: Իրենց առավելությունների շնորհիվ (նորմալ պայմաններում քայքայման դիմադրություն, ջրի գոլորշիների և թթվածնի ցածր արգելք, թափոնների հեռացման հետ կապված խնդիրներ, նավթաքիմիական հումքից անկախություն) նրանք շարունակում են հաղթել.շուկա.

Հիմնական թերություններից պետք է հիշել լայնածավալ արտադրության դժվարությունները և համեմատաբար բարձր արժեքը։ Այս խնդիրը, որոշ չափով, կարելի է լուծել լայնածավալ արտադրական համակարգերի միջոցով։ Տեխնոլոգիայի կատարելագործումը նաև հնարավորություն է տալիս ձեռք բերել ավելի դիմացկուն և մաշվածության դիմացկուն նյութեր: Բացի այդ, պետք է նշել, որ մեծ միտում կա կենտրոնանալու «էկո» նախածանցով ապրանքների վրա։ Դրան նպաստում են ինչպես ԶԼՄ-ները, այնպես էլ կառավարության և միջազգային աջակցության ծրագրերը:

Պահպանման միջոցառումներն աստիճանաբար խստացվում են, ինչի արդյունքում որոշ երկրներում արգելվում են ավանդական պլաստիկ արտադրանքները: Օրինակ, փաթեթներ. Դրանք արգելված են Բանգլադեշում (այն բանից հետո, երբ պարզվեց, որ դրանք խցանվել են ջրահեռացման համակարգերը և երկու անգամ խոշոր ջրհեղեղներ առաջացնել) և Իտալիայում: Աստիճանաբար գալիս է իրական գնի գիտակցումը, որը պետք է վճարել սխալ որոշումների համար: Իսկ հասկանալը, որ անհրաժեշտ է ապահովել շրջակա միջավայրի անվտանգությունը, կհանգեցնի ավանդական պլաստիկի ավելի ու ավելի շատ սահմանափակումների։ Բարեբախտաբար, պահանջարկ կա անցնելու նույնիսկ ավելի թանկ, բայց էկոլոգիապես մաքուր նյութերին։ Բացի այդ, շատ երկրներում հետազոտական կենտրոնները և խոշոր մասնավոր ընկերությունները փնտրում են նոր և ավելի էժան տեխնոլոգիաներ, ինչը լավ նորություն է։

Եզրակացություն

Այսպիսով, մենք դիտարկել ենք, թե որոնք են կենսաքայքայվող պոլիմերները, արտադրության մեթոդները և այդ նյութերի շրջանակը: Կա հաստատունտեխնոլոգիաների կատարելագործում և կատարելագործում։ Այսպիսով, հուսանք, որ առաջիկա տարիներին կենսաքայքայվող պոլիմերների արժեքը իսկապես կհասնի ավանդական մեթոդներով ստացված նյութերին: Դրանից հետո ավելի անվտանգ և էկոլոգիապես մաքուր զարգացումների անցումը միայն ժամանակի խնդիր կլինի։