Bioplast hur de produceras, typer, fördelar, nackdelar

2782
Abraham McLaughlin

De bioplast De är alla formbara material baserade på polymerer av petrokemiskt eller biomassansprung som är biologiskt nedbrytbara. På samma sätt som traditionell plast syntetiserad från petroleum kan dessa formas för att producera olika föremål.

Beroende på deras ursprung kan bioplaster erhållas från biomassa (biobas) eller vara av petrokemiskt ursprung. Å andra sidan finns det, beroende på deras nedbrytningsnivå, biologiskt nedbrytbara och icke-biologiskt nedbrytbara bioplaster.

Bestick av biologiskt nedbrytbar stärkelsepolyester. Källa: Scott Bauer [Public domain]

Ökningen av bioplaster uppstår som ett svar på de olägenheter som genereras av konventionell plast. Dessa inkluderar ansamling av icke-biologiskt nedbrytbar plast i haven och deponier..

Å andra sidan har konventionell plast ett högt kolavtryck och ett högt innehåll av giftiga element. Å andra sidan har bioplaster flera fördelar eftersom de inte producerar giftiga element och i allmänhet är biologiskt nedbrytbara och återvinningsbara..

Bland de största nackdelarna med bioplast är deras höga produktionskostnad och lägre motstånd. Dessutom är några av de råvaror som används potentiella livsmedel, vilket utgör ett ekonomiskt och etiskt problem..

Några exempel på bioplastföremål är biologiskt nedbrytbara väskor samt fordonsdelar och mobiltelefoner..

Artikelindex

  • 1 Egenskaper för bioplast
    • 1.1 Ekonomisk och miljömässig betydelse av bioplaster
    • 1.2 Biologisk nedbrytbarhet
    • 1.3 Begränsningar av bioplast
    • 1.4 Förbättring av bioplastens egenskaper
  • 2 Hur produceras bioplaster?
    • 2.1 - Kort historik
    • 2.2 -Råmaterial
    • 2.3 -Produktionsprocess
    • 2.4 -Tillverkning av produkter baserade på bioplast
  • 3 typer
    • 3.1 -Origin
    • 3.2-nedbrytningsnivå
    • 3.3 -Origin och biologisk nedbrytning
    • 3,4 -Inte-biobaserad-biologiskt nedbrytbar
  • 4 Fördelar
    • 4.1 De är biologiskt nedbrytbara
    • 4.2 De förorenar inte miljön
    • 4.3 De har ett lägre koldioxidavtryck
    • 4.4 Säkrare att bära mat och dryck
  • 5 Nackdelar
    • 5.1 Mindre motstånd
    • 5.2 Högre kostnad
    • 5.3 Användningskonflikt
    • 5.4 De är inte lätta att återvinna
  • 6 Exempel och deras användning av produkter som produceras med bioplast
    • 6.1 - Engångsföremål eller engångsföremål
    • 6.2 -Objekt för hållbara applikationer
    • 6.3 - Bygg- och anläggningsteknik
    • 6.4 -Läkemedelsapplikationer
    • 6.5 -Medicinska applikationer
    • 6.6 - Luft-, sjötransport och landtransport och industri
    • 6.7 -Lantbruk
  • 7 Referenser

Kännetecken för bioplast

Ekonomisk och miljömässig betydelse av bioplast

Olika utilitaristiska föremål tillverkade med bioplast. Källa: Hwaja Götz [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Nyligen har det varit ett större vetenskapligt och industriellt intresse för att producera plast från förnybara råvaror och som är biologiskt nedbrytbara.

Detta beror på att världens oljereserver tappas och det finns en större medvetenhet om de allvarliga miljöskador som orsakas av petroplast..

Med en växande efterfrågan på plast på världsmarknaden ökar också efterfrågan på biologiskt nedbrytbar plast.

Biologisk nedbrytbarhet

Biologiskt nedbrytbart bioplastavfall kan behandlas som organiskt, snabbt nedbrytande och icke-förorenande avfall. De kan till exempel användas som jordförändringar vid kompostering, eftersom de återvinns naturligt av biologiska processer.

Bioplaster med otaliga kommersiella användningsområden. Källa: F. Kesselring, FKuR Willich [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)], via Wikimedia Commons

Begränsningar av bioplast

Tillverkningen av biologiskt nedbrytbar bioplast står inför stora utmaningar, eftersom bioplaster har sämre egenskaper än petroplast och deras tillämpning, även om den växer, är begränsad.

Förbättring av egenskaperna hos bioplast

För att förbättra egenskaperna hos bioplaster utvecklas blandningar av biopolymerer med olika typer av tillsatser, såsom kolnanorör och naturliga fibrer modifierade genom kemiska processer..

I allmänhet förbättrar tillsatser som appliceras på bioplaster egenskaper som:

  • Styvhet och mekaniskt motstånd.
  • Barriäregenskaper mot gaser och vatten.
  • Värmebeständighet och termostabilitet.

Dessa egenskaper kan konstrueras till bioplast genom kemiska berednings- och bearbetningsmetoder..

Hur produceras bioplaster?

Bioplast för förpackning av termoplaststärkelse. Källa: Christian Gahle, nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

-Kortfattad bakgrund

Bioplaster föregår konventionell syntetisk plast från petroleum. Användningen av polymerer av växt- eller djurmaterial för att producera plastmaterial går tillbaka till 1700-talet med användning av naturgummi (latex från Hevea brasiliensis).

Den första bioplasten, även om den inte fick det namnet, utvecklades 1869 av John Wesley Hyatt Jr., som producerade en plast härrörande från bomullscellulosa som ersättning för elfenben. På samma sätt användes kasein från mjölk i slutet av 1800-talet för produktion av bioplast..

På 1940-talet undersökte Ford-företaget alternativ för användning av vegetabiliska råvaror för att tillverka delar till sina bilar. Denna forskningslinje drivs av restriktioner för användningen av stål under kriget.

Som ett resultat av detta utvecklade företaget under år 1941 en bilmodell med en kaross konstruerad av främst sojaderivat. Efter krigets slut fortsatte dock inte detta initiativ..

År 1947 producerades den första tekniska bioplasten, Polyamid 11 (Rilsan som varumärke). Senare, på 90-talet, uppstod PLA (polymjölksyra), PHA (polyhydroxialkanoater) och mjukad stärkelse..

-Råmaterial

Biobaserad bioplast är de som är tillverkade av växtbiomassa. De tre grundläggande råvarukällorna för biobas är följande.

Naturliga polymerer av biomassa

Du kan använda naturliga polymerer direkt gjorda av växter, såsom stärkelse eller socker. Till exempel är "Potatisplast" en biologiskt nedbrytbar bioplast tillverkad av potatisstärkelse..

Polymerer syntetiserade från biomassamonomerer

Ett andra alternativ är att syntetisera polymerer från monomerer extraherade från växt- eller djurkällor. Skillnaden mellan denna väg och den tidigare är att en mellanliggande kemisk syntes krävs här..

Till exempel produceras Bio-PE eller grön polyeten från etanol erhållen från sockerrör..

Bioplaster kan också produceras från djurkällor såsom glykosaminoglykaner (GAG), som är äggskalproteiner. Fördelen med detta protein är att det möjliggör mer resistent bioplast.

Bioteknik baserad på bakteriekulturer

Ett annat sätt att producera polymerer för bioplaster är genom bioteknik genom bakteriekulturer. I denna mening syntetiserar och lagrar många bakterier polymerer som kan extraheras och bearbetas..

För detta odlas bakterierna massivt i lämpliga odlingsmedier och bearbetas sedan för att rena den specifika polymeren. Exempelvis syntetiseras PHA (polyhydroxialkanoater) av olika bakterieslag som växer i ett medium med överskott av kol och utan kväve eller fosfor..

Bakterierna lagrar polymeren i form av granuler i cytoplasman, som extraheras genom bearbetning av bakteriemassorna. Ett annat exempel är PHBV (PolyhydroxyButylValerate), som erhålls från bakterier som matas med socker som erhållits från växtrester..

Den största begränsningen för bioplaster som erhålls på detta sätt är produktionskostnaderna, främst på grund av det kulturmedium som krävs..

Kombination av naturlig polymer och bioteknologisk polymer

Ohio University utvecklade en ganska stark bioplast genom att kombinera naturgummi med PHBV-bioplast, organisk peroxid och trimetylolpropantriakrylat (TMPTA).

-Produktionsprocess

Bioplast erhålls genom olika processer, beroende på råmaterial och önskade egenskaper. Bioplast kan erhållas genom elementära processer eller mer komplexa industriella processer.

Grundläggande process

Det kan göras genom kokning och formning vid användning av naturliga polymerer, såsom stärkelse eller majs eller potatisstärkelse.

Således är ett elementärt recept för att producera en bioplast att blanda majsstärkelse eller potatisstärkelse med vatten och tillsätta glycerin. Därefter kokas denna blandning tills den tjocknar, formas och får torka..

Processer med medelhög komplexitet

När det gäller bioplaster framställda med polymerer syntetiserade från biomassamonomerer är processerna något mer komplexa.

Exempelvis kräver Bio-PE erhållet från sockerröretanol en serie steg. Det första är att extrahera sockret från sockerröret för att få etanol genom jäsning och destillation..

Sedan dehydratiseras etanolen och etylen erhålls, som måste polymeriseras. Slutligen tillverkas föremål med hjälp av termoformningsmaskiner baserat på denna bioplast.

Komplexa och dyrare processer

När vi hänvisar till bioplaster framställda av polymerer erhållna med bioteknik ökar komplexiteten och kostnaderna. Detta beror på att bakteriekulturer är involverade som kräver specifika odlingsmedier och tillväxtförhållanden..

Denna process baseras på det faktum att vissa bakterier producerar naturliga polymerer som de kan lagra inuti. Utgående från lämpliga näringsämnen odlas och bearbetas dessa mikroorganismer för att extrahera polymererna..

Bioplast kan också tillverkas av vissa alger som Botryococcus braunii. Denna mikroalger kan producera och till och med utsöndra kolväten i miljön, från vilken bränslen eller bioplaster erhålls..

-Tillverkning av produkter baserade på bioplast

Grundprincipen är gjutningen av objektet tack vare plastens egenskaper hos denna förening med tryck och värme. Bearbetningen sker genom strängsprutning, injektion, injektion och blåsning, förformblåsning och värmeformning och slutligen utsätts den för kylning.

Typer

Förpackning gjord av cellulosaacetat. Källa: Christian Gahle, nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Metoderna för att klassificera bioplast är olika och inte utan kontroverser. I vilket fall som helst är kriterierna som används för att definiera de olika typerna ursprung och nedbrytningsnivå..

-Källa

Enligt ett allmänt tillvägagångssätt kan bioplaster klassificeras efter sitt ursprung som biobaserade eller icke-biobaserade. I det första fallet erhålles polymererna från växt-, djur- eller bakteriebiomassa och är därför förnybara resurser.

Å andra sidan är icke-biobaserade bioplaster de som produceras med polymerer syntetiserade från petroleum. Men eftersom de kommer från en icke förnybar resurs anser vissa specialister att de inte bör behandlas som bioplast.

-Nedbrytningsnivå

När det gäller nedbrytningsnivån kan bioplaster vara biologiskt nedbrytbara eller inte. De biologiskt nedbrytbara sönderdelas under relativt korta tidsperioder (dagar till några månader) när de utsätts för lämpliga förhållanden.

För sin del beter sig icke-biologiskt nedbrytbara bioplaster som konventionella plaster av petrokemiskt ursprung. I detta fall mäts nedbrytningstiden i årtionden och till och med århundraden..

Det finns också kontroverser angående detta kriterium, eftersom vissa forskare anser att en sann bioplast måste vara biologiskt nedbrytbar..

-Ursprung och biologisk nedbrytning

När de två tidigare kriterierna kombineras (ursprung och nedbrytningsnivå) kan bioplast klassificeras i tre grupper:

  1. Från förnybara råvaror (biobaserade) och biologiskt nedbrytbara.
  2. De som erhålls från förnybara råvaror (biobaserade) men är inte biologiskt nedbrytbara.
  3. Erhållen från råvaror av petrokemiskt ursprung, men som är biologiskt nedbrytbara.

Det är viktigt att notera att för att betrakta en polymer som bioplast måste den gå in i en av dessa tre kombinationer.

Biobaserad-biologiskt nedbrytbar

Bland de biobaserade och biologiskt nedbrytbara bioplasterna har vi polymjölksyra (PLA) och polyhydroxialkanoat (PHA). PLA är en av de mest använda bioplasterna och erhålls huvudsakligen från majs.

Denna bioplast har liknande egenskaper som polyetylentereftalat (PET, konventionell polyestertyp av plast), även om den är mindre motståndskraftig mot höga temperaturer.

PHA har å sin sida variabla egenskaper beroende på den specifika polymer som utgör den. Det erhålls från växtceller eller genom bioteknik från bakteriekulturer.

Dessa bioplaster är mycket känsliga för processförhållanden och deras kostnad är upp till tio gånger högre än konventionell plast.

Ett annat exempel på denna kategori är PHBV (PolyhydroxyButylValerate), som erhålls från växtrester..

Biobaserad-icke-biologiskt nedbrytbar

I denna grupp har vi biopolyeten (BIO-PE), med egenskaper som liknar de hos konventionell polyeten. Bio-PET har för sin del egenskaper som liknar polyetylentereftalat.

Båda bioplasterna tillverkas vanligtvis av sockerrör och erhåller bioetanol som en mellanprodukt..

Bio-polyamid (PA), som är en återvinningsbar bioplast med utmärkta värmeisoleringsegenskaper, hör också till denna kategori..

-Icke-biobaserad-biologiskt nedbrytbar

Biologisk nedbrytbarhet har att göra med polymerens kemiska struktur och inte med den typ av råmaterial som används. Därför kan biologiskt nedbrytbar plast erhållas från petroleum med korrekt bearbetning..

Ett exempel på denna typ av bioplaster är polykaprolaktoner (PCL), som används vid tillverkning av polyuretaner. Detta är en bioplast som erhållits från petroleumsderivat som polybutylensuccinat (PBS).

Fördel

Godisförpackning gjord av PLA (polymjölksyra). Källa: F. Kesselring, FKuR Willich [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)]

De är biologiskt nedbrytbara

Även om inte alla bioplaster är biologiskt nedbrytbara, är sanningen att det för många är deras grundläggande egenskaper. I själva verket är sökandet efter den egenskapen en av de grundläggande motorerna för bioplastens högkonjunktur.

Konventionell petroleumbaserad och icke-biologiskt nedbrytbar plast tar hundratals och till och med tusentals år att bryta ner. Denna situation är ett allvarligt problem eftersom deponier och hav fylls med plast..

Av denna anledning är biologisk nedbrytbarhet en mycket relevant fördel, eftersom dessa material kan sönderdelas i veckor, månader eller några år..

De förorenar inte miljön

Eftersom de är biologiskt nedbrytbara material slutar bioplaster att ta upp utrymme som skräp. Dessutom har de den ytterligare fördelen att de i de flesta fall inte innehåller giftiga ämnen som kan släppas ut i miljön..

De har ett lägre koldioxidavtryck

Både i produktionsprocessen för bioplaster, som vid nedbrytningen, frigörs mindre koldioxid än i fallet med konventionell plast. I många fall släpper de inte metan eller gör det i låga mängder och har därför liten inverkan på växthuseffekten..

Exempelvis minskar bioplaster som erhålls från sockerröretanol koldioxidutsläppen med upp till 75% jämfört med petroleumsderivat.

Säkrare att bära mat och dryck

I allmänhet används inte giftiga ämnen vid produktion och sammansättning av bioplaster. Därför utgör de mindre risk för kontaminering av maten eller dryckerna i dem..

Till skillnad från konventionell plast som kan producera dioxiner och andra förorenande komponenter är biobaserad bioplast ofarlig.

Nackdelar

Nackdelarna är främst relaterade till den typ av bioplast som används. Bland annat har vi följande.

Mindre motstånd

En begränsning som de flesta bioplaster har jämfört med konventionell plast är deras lägre motstånd. Den här egenskapen är dock förknippad med dess förmåga att biologiskt nedbrytas..

Högre kostnad

I vissa fall är råvarorna som används för produktion av bioplaster dyrare än råolja.

Å andra sidan innebär produktion av vissa bioplaster högre bearbetningskostnader. I synnerhet är dessa produktionskostnader högre än de som produceras genom bioteknologiska processer, inklusive massodling av bakterier..

Användningskonflikt

Bioplaster som produceras av livsmedelsråvaror konkurrerar med mänskliga behov. Eftersom det är mer lönsamt att ägna grödor till produktion av bioplast dras dessa ut från livsmedelsproduktionskretsen.

Denna nackdel gäller dock inte de bioplaster som erhålls från oätligt avfall. Bland dessa avfall har vi skördrester, oätliga alger, lignin, äggskal eller hummer exoskelett..

De är inte lätta att återvinna

PLA-bioplast liknar konventionellt PET (polyetylentereftalat) plast, men det är inte återvinningsbart. Om båda plasttyperna blandas i en återvinningsbehållare kan innehållet därför inte återvinnas..

I detta avseende finns det rädsla för att den ökande användningen av PLA skulle kunna hämma befintliga insatser för att återvinna plast..

Exempel och deras användning av produkter som produceras med bioplast

Vinbehållare tillverkad med bioplast från jordbruksavfall och mycel. Källa: Mycobond [CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)]

-Engångsföremål eller engångsföremål

De saker som genererar mest avfall är behållare, omslag, tallrikar och bestick kopplade till snabbmat och påsar. Därför spelar biologiskt nedbrytbar bioplast inom detta område en relevant roll.

Av denna anledning har olika produkter baserade på bioplast utvecklats för att påverka minskningen av avfallsproduktion. Bland annat har vi den biologiskt nedbrytbara påsen tillverkad med BASFs Ecovio eller plastflaskan gjord av PLA framställd av majs från Safiplast i Spanien..

Vattenkapslar

Ooho-företaget skapade biologiskt nedbrytbara kapslar från tång med vatten istället för de traditionella flaskorna. Detta förslag har varit mycket innovativt och framgångsrikt och har redan testats i London maraton.

jordbruk

I vissa grödor som jordgubbar är en vanlig praxis att täcka jorden med ett plastark för att kontrollera ogräs och förhindra frysning. I denna mening har bioplastisk stoppning som Agrobiofilm utvecklats för att ersätta konventionell plast.

-Objekt för hållbara applikationer

Användningen av bioplaster är inte begränsad till föremål för användning och bortskaffande utan kan användas i mer hållbara föremål. Zoë b Organics företag tillverkar till exempel strandleksaker.

Komponenter för komplex utrustning

Toyota använder bioplast i vissa bildelar, till exempel komponenter till luftkonditioneringsapparater och kontrollpaneler. För detta använder den bioplaster som Bio-PET och PLA.

Fujitsu använder för sin del bioplast för att tillverka datormöss och tangentbordsdelar. När det gäller Samsung-företaget har vissa mobiltelefoner kapslingar till stor del av bioplast.

-Bygg- och anläggningsteknik

Stärkelsebioplast har använts som byggmaterial och bioplast förstärkt med nanofibrer i elektriska installationer.

Dessutom har de använts vid utarbetandet av bioplastskog för möbler som inte attackeras av främlingsfientliga insekter och inte ruttnar av fukt.

-Läkemedelsapplikationer

De har tillverkats med bioplastkapslar som innehåller droger och läkemedelsbärare som långsamt släpps. Således regleras biotillgängligheten av läkemedel över tiden (den dos som patienten får under en given tid).

-Medicinska tillämpningar

Cellplosbioplastik som kan användas i implantat, vävnadsteknik, kitin och kitosanbioplast har tillverkats för sårskydd, benvävnadsteknik och mänsklig hudregenerering.

Cellulosa-bioplaster har också tillverkats för biosensorer, blandningar med hydroxiapatit för tillverkning av tandimplantat, bland annat bioplastfibrer i katetrar..

-Luft-, sjö- och landtransport och industri

Styva skum baserade på vegetabiliska oljor (bioplaster) har använts, både i industri- och transportanordningar; bildelar och rymddelar.

Elektroniska komponenter i mobiltelefoner, datorer, ljud- och videoenheter har också producerats från bioplast..

-jordbruk

Bioplastiska hydrogeler, som absorberar och behåller vatten och kan släppa ut det långsamt, är användbara som skyddshöljen för den odlade jorden, bibehåller dess fuktighet och gynnar odlingen av jordbruksplantager i torra områden och under låga regnperioder..

Referenser

  1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplast: erhållande och applicering av polyhydroxialkanoater. Farmaceutiska fakulteten, Universitetet i Sevilla. Farmacieexamen. 36 s.
  2. Bezirhan-Arikan E och H Duygu-Ozsoy (2015). En översyn: Undersökning av bioplast. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López och MJ Pettinari (2004). Bioplast: ett ekologiskt alternativ. Levande kemi, 3 (3): 122-133.
  3. El-Kadi S (2010). Bioplastproduktion från billiga källor. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlin, Tyskland. 145 s.
  4. Labeaga-Viteri A (2018). Biologiskt nedbrytbara polymerer. Betydelse och potentiella applikationer. National University of Distance Education. Naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för oorganisk kemi och kemiteknik. Magisterexamen i kemisk vetenskap och teknik. 50 s.
  5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia och AK Mohanty (2013). Biobaserad plast och bionanokompositer: Nuvarande status och framtida möjligheter. Prog. Polym. Sci. 38: 1653-1689.
  6. Satish K (2017). Bioplast - klassificering, produktion och deras potentiella livsmedelsapplikationer. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.

Ingen har kommenterat den här artikeln än.