Главная / Статьи-разработки-исследования / Биополимеры, как материал для экологической упаковки

Биополимеры, как материал для экологической упаковки

Биополимеры как материал для экологической упаковки

Для получения пленок, которые используются в производстве упаковки, применяются специальные марки полиэтилена, полипропилена, ПВХ, а также ПЭТ, ПА 6 и т.д. Эти материалы обеспечивают хорошую защиту от проникновения кислорода, влаги, которые попадая в продукт, окисляют его, повреждают поверхности упакованного изделия и приводят к коррозии.
Для получения этих видов пластмасс расходуются природные ресурсы – нефть и газ, что в итоге приводит к истощению последних.

Более того, традиционные пластмассы в природных условиях очень стабильны, а это означает, что они будут оставаться в своем первоначальном виде в течение очень долгого времени. Срок пригодности к использованию пластмасс намного дольше срока годности косметических, химических или пищевых продуктов, упакованных в изготовленную из них тару.
На упаковку расходуется 22% всех используемых в мире пластмасс, причем большая часть этой упаковки является одноразовой, заканчивающей свою жизнь на муниципальных свалках.

Вторичная переработка отходов упаковочных материалов сопряжена с рядом трудностей.
Серьезную проблему представляет поиск рынка сбыта переработанного материала, имеющего, как правило, худшие качественные показатели по сравнению с первичным сырьем, хотя их переработка требует значительных производственных и финансовых затрат.

Прежде чем перерабатывать отходы, их необходимо сортировать по классу, виду (пленка, бруски) и цвету полимеров, так как рециклинг может применяться не к каждому виду. Для восстановления технических характеристик полимера требуется ввод нескольких типов процессинговых добавок. Для придания подходящего цвета переработанного материала его необходимо окрасить. Получается, что себестоимость вторичного материала не многим ниже сырья.

Компостирование отходов является более предпочтительным методом во многих случаях, однако для его жизнеспособности необходимы пластмассы, способные полностью и безопасно разлагаться в естественной среде. Такие полимеры уже существуют или находятся в конечной стадии разработки.
Эти новые материалы по своим характеристикам не уступают, а подчас даже превосходят традиционные пластмассы. В условиях грамотного компостирования биополимеры полностью разлагаются на такие безвредные компоненты, как вода, углекислый газ и гумус, которые естественным образом участвуют в природном цикле. Существенным достоинством биоразлагаемых пластмасс является их сырьевая база: эти полимеры производятся из растительного сырья (типа кукурузы, картофеля, древесины или свекловичного сахара), которое, в отличие от полезных ископаемых, является воспроизводимым, что способствует сохранению последних для будущих поколений. Кроме того, культивирование такого растительного сырья открывает новые возможности роста для сельскохозяйственной отрасли. Для изготовления тары, одноразовой посуды уже широко используются материалы из крахмала, а также целлюлозы, лигнина и их модификаций, например, целлофана.

В таблице 1 приведена краткая характеристика ряда современных биоразлагаемых полимерных материалов. Из множества предложенных биоразлагаемых пластмасс поли-а-гидро-ксипропионаты – иначе говоря, полимеры молочной кислоты, полилактаты (ПЛ) – становятся, по-видимому, наиболее перспективным заменителем традиционных пластмасс, т. к., помимо прекрасных физико-механических свойств, они поддаются с незначительными модификациями обработке на обычном экструзионном и выдувном оборудовании. Помимо этого, ПЛ достаточно универсальны. Так, из них можно получать пластмассы, имеющие разные технические характеристики. Следует отметить, что ПЛ является отнюдь не единственным биоразлагаемым полиэфиром. На настоящий момент, помимо использования ПЛ, используются еще и полисахариды.

Мономером для производства ПЛ служит молочная кислота с химической формулой СН3-СН(ОН)-СООН. Молочную кислоту получают ферментацией углеводов (глюкозы, сахарозы, лактозы) или неочищенного сырья (крахмала, патоки или молочной сыворотки) с помощью бактерий типа Lactobacillus, Pediococcus, Lactococcus и Streptococcus, а также некоторых грибковых штаммов типа Rhizopus Oryzae.
Молочная кислота вступает в реакцию объемной поликонденсации с получением хрупкого стекловидного полимера. Этот полимер имеет невысокую молекулярную массу и, как правило, находит ограниченное применение.

Все эти полимеры могут найти свое специфическое применение с учетом ограничений, обусловленных их природой, ценой, скоростью разложения
Помимо способности к биологическому разложению, полилактаты обладают свойствами, позволяющими поставить их в один ряд с традиционными пластиками, используемыми в производстве упаковки. Благодаря этому полилактаты (ПЛ) могут с успехом заменить полимеры на основе нефти и газа без больших инвестиций в технологическое оборудование.

Таблица № 1. Торговые марки и производители биоразлагаемых полимерных материалов


Наименование

Химическая характеристика

Производитель

1

Biotech Color

Краски на основе ПЛ и крахмала

Dainippon Ink & Chemical

2

Ecoloju

ПЛ (пленочные материалы)

Mitsubishi Plastics

3

PLA, DL-PLA и др.

ПЛ (пленочные материалы)

Birmingham Polymers

4

Biomax

Полиэфир (модификация ПЭТ)

DuPont

5

Ecoflex F

Полиэфир бутан 1,4-диола, терефталевой и адипиновой к-т (гранулы, пленочные материалы)

BASF

6

GS Pla

Полибутилденсукцинаты

Mitsubishi Chemical


В табл. 2 и на рис. 1 дается сравнение физико-механических свойств полилактатов (ПЛ) с некоторыми традиционными пластмассами, используемыми в производстве упаковки.

Таблица № 2.


№ п/п

Физические и механические свойства

ПЭ низкой плотности

ПЭ высокой плотности

ПП

Полилактат ПЛ

ПЛ пласти-фицирован-ный

1

Плотность, кг/м3

922

950

910

1,260

Не определялась

2

Температура плавления, ОС

115

135

160

176

170

3

Индекс плавления/ течения (MFR2)(1)

0.3

0.5

3 (230OC)

1-2

6-7

4

Толщина, мм

125

15

40

15

35

5

Предел прочности на разрыв, МПа(2)

26

60

28

43


6

Коэффициент удлинения, %(2)

530

300

500

29

240

7

Качество пленки методом Dart Drop, г/мм(3)

3,8

10

3,2

<0,7

14


(1) Плавление/температуры текучести определяли стандартным методом ASTM D 1238
(2) Предел прочности на разрыв и коэффициент удлинения измеряли методом ASTM D 882
(3) Испытание качества пленки методом падающего шарика (ASTM D1709/ISO 7765-1A)

По своим свойствам высокомолекулярные ПЛ близки к ПЭТ – полиэтилентерефталату и так же, как ПЭТ, могут использоваться для производства бутылок. Благодаря своим природным свойствам, полилактаты позволяют получать материалы с различной структурой – от хрупких термопластов до резин.
Полилактаты являются универсальными полимерами и, помимо упаковки, находят широкое применение в различных областях легкой промышленности.
В табл. 3 приведены некоторые типичные примеры использования ПЛ, где они себя отлично зарекомендовали.

Таблица № 3.


№ п/п

Материал/процесс

Конечные продукты

1

Нетканые материалы, волокна

Защитная одежда, фильтрация

2

Ориентированные пленки

Этикетки, лента

3

Экструзия

Посуда, упаковка для пищевых и иных продуктов, пленка для мульчирования

4

Получение эластичной пленки экструзией/раздувом

Пленка для заворачивания продуктов питания, мусорные мешки, термоусадочная пленка

5

Герметизирующие покрытия

Подносы/лотки для пищевых продуктов

6

Инжекционное формование

Жесткая тара, упаковка для молочных продуктов

7

Пена

Грейферы, лотки для мясных продуктов


Потребление полилактатов на рынке пленок и нетканых волокон в 2003 г. составило 122 тыс. т/г., в 2008 году составило 390 тыс. т/г., а в 2011 году – от 1184 тыс. до 1 842 тыс. т/г.
В России мощности переработки полимеров в августе 2011 года достигли максимума за последние два года – 180 КТа, что является рекордным с начала 2010 года.

Рис. № 2 Рис. № 2

Сумма инвестиций за этот период оценивается в USD 51 млн, сообщает Маркет Репорт. За последние 20 месяцев в Россию импортировано 224 комплексных линии оборудования общей стоимостью около USD 51 млн.
В структуре распределения мощностей по регионам РФ наибольший прирост показал Центральный экономический регион – 81 КТа, около 22 КТ – Северо-западный, Северо-Кавказский и Дальневосточный, 14 КТа – Поволжский. Такое распределение мощностей минимизирует логистические издержки и способствует кооперации производителей и переработчиков полимерного сырья.

Эти прогнозы, роста производства полилактатов закроют потребности только малой части существующего рынка полимеров, традиционно используемых для изготовления упаковки.


Вернуться




Рекомендуем ознакомится: добавки для полимеров, краситель для тротуарной плитки, меловая добавка, пигменты для бетона купить, пигменты для тротуарной плитки, краситель для бетона, суперконцентраты красителей, красители для полимеров, железоокисные пигменты, диоксид титана Минск.