The bioplasty Jedná se o jakýkoli tvárný materiál na bázi polymerů petrochemického nebo biomasového původu, které jsou biologicky odbouratelné. Podobně jako tradiční plasty syntetizované z ropy je lze lisovat za účelem výroby různých předmětů.
V závislosti na původu mohou být bioplasty získávány z biomasy (na bázi biomasy) nebo mohou být petrochemického původu. Na druhou stranu v závislosti na úrovni jejich rozkladu existují biologicky odbouratelné a biologicky nerozložitelné bioplasty.
Vzestup bioplastů vzniká jako reakce na nepříjemnosti způsobené konvenčními plasty. Mezi ně patří akumulace biologicky nerozložitelných plastů v oceánech a na skládkách..
Na druhé straně mají konvenční plasty vysokou uhlíkovou stopu a vysoký obsah toxických prvků. Na druhé straně mají bioplasty několik výhod, protože neprodukují toxické prvky a jsou obecně biologicky odbouratelné a recyklovatelné..
Mezi hlavní nevýhody bioplastů patří jejich vysoké výrobní náklady a nižší odolnost. Kromě toho jsou některé použité suroviny potenciálními potravinami, což představuje ekonomický a etický problém..
Některé příklady bioplastů jsou biologicky rozložitelné tašky, součásti vozidel a mobilní telefony..
Rejstřík článků
V poslední době existuje větší vědecký a průmyslový zájem na výrobě plastů z obnovitelných surovin, které jsou biologicky odbouratelné.
To je způsobeno skutečností, že světové zásoby ropy jsou vyčerpávány a existuje větší povědomí o vážných škodách na životním prostředí způsobených petroplasty..
S rostoucí poptávkou po plastech na světovém trhu roste také poptávka po biologicky rozložitelných plastech.
S biologicky rozložitelným odpadem z bioplastů lze zacházet jako s organickým, rychle se rozkládajícím a neznečišťujícím odpadem. Mohou být například použity jako půdní doplňky při kompostování, protože jsou přirozeně recyklovány biologickými procesy.
Výroba biologicky odbouratelných bioplastů čelí velkým výzvám, protože bioplasty mají horší vlastnosti než petroplasty a jejich použití, i když roste, je omezené.
Ke zlepšení vlastností bioplastů se vyvíjejí směsi biopolymerů s různými typy přísad, jako jsou uhlíkové nanotrubičky a přírodní vlákna modifikovaná chemickými procesy..
Obecně platí, že přísady aplikované do bioplastů zlepšují vlastnosti, jako jsou:
Tyto vlastnosti lze do bioplastu zabudovat chemickými metodami přípravy a zpracování..
Bioplasty předcházejí konvenční ropné syntetické plasty. Použití polymerů rostlinné nebo živočišné hmoty k výrobě plastového materiálu sahá až do 18. století s použitím přírodního kaučuku (latex z Hevea brasiliensis).
První bioplast, i když nebyl uveden pod tímto názvem, byl vyvinut v roce 1869 Johnem Wesley Hyattem Jr., který jako náhradu za slonovinu vyrobil plast z bavlněné celulózy. Podobně na konci 19. století byl kasein z mléka používán k výrobě bioplastů..
Ve 40. letech 20. století společnost Ford zkoumala alternativy pro použití rostlinných surovin k výrobě dílů pro své vozy. Tato linie výzkumu byla vedena omezeními používání oceli válkou.
V důsledku toho společnost v průběhu roku 1941 vyvinula model automobilu s karoserií vyrobenou převážně ze sójových derivátů. Po skončení války však tato iniciativa nepokračovala..
V roce 1947 byl vyroben první technický bioplast Polyamid 11 (Rilsan jako ochranná známka). Později, v 90. letech, se objevily PLA (kyselina polymléčná), PHA (polyhydroxyalkanoáty) a plastifikované škroby..
Bioplasty na bázi bioplastu jsou ty, které jsou vyrobeny z rostlinné biomasy. Tři základní zdroje surovin pro biologickou bázi jsou následující.
Můžete použít přírodní polymery vyrobené přímo rostlinami, jako je škrob nebo cukry. Například „Bramborový plast“ je biologicky odbouratelný bioplast vyrobený z bramborového škrobu..
Druhou alternativou je syntéza polymerů z monomerů extrahovaných z rostlinných nebo živočišných zdrojů. Rozdíl mezi touto cestou a tou předchozí je ten, že je zde nutná střední chemická syntéza..
Například Bio-PE nebo zelený polyethylen se vyrábí z ethanolu získaného z cukrové třtiny..
Bioplasty lze také vyrábět ze zvířecích zdrojů, jako jsou glykosaminoglykany (GAG), což jsou bílkoviny z vaječných skořápek. Výhodou tohoto proteinu je, že umožňuje získat odolnější bioplasty.
Dalším způsobem, jak vyrábět polymery pro bioplasty, je biotechnologie prostřednictvím bakteriálních kultur. V tomto smyslu mnoho bakterií syntetizuje a ukládá polymery, které lze extrahovat a zpracovat..
Za tímto účelem jsou bakterie masivně pěstovány ve vhodných kultivačních médiích a poté zpracovány k čištění specifického polymeru. Například PHA (polyhydroxyalkanoáty) je syntetizován různými bakteriálními rody rostoucími v médiu s přebytkem uhlíku a bez dusíku nebo fosforu..
Bakterie ukládají polymer ve formě granulí v cytoplazmě, které se extrahují zpracováním bakteriálních hmot. Dalším příkladem je PHBV (PolyhydroxyButylValerate), který se získává z bakterií krmených cukry získanými ze zbytků rostlin..
Největším omezením takto získaných bioplastů jsou výrobní náklady, zejména kvůli požadovanému kultivačnímu médiu..
Ohio University vyvinula poměrně silný bioplast kombinací přírodního kaučuku s PHBV bioplastem, organickým peroxidem a trimethylolpropan triacrylátem (TMPTA).
Bioplasty se získávají různými procesy v závislosti na surovině a požadovaných vlastnostech. Bioplasty lze získat elementárními procesy nebo složitějšími průmyslovými procesy.
Toho lze dosáhnout vařením a formováním v případě použití přírodních polymerů, jako je škrob nebo kukuřičný nebo bramborový škrob.
Základním receptem na výrobu bioplastu je tedy smíchání kukuřičného nebo bramborového škrobu s vodou za přidání glycerinu. Následně se tato směs vaří, dokud nezhoustne, nezformuje se a nechá se uschnout..
V případě bioplastů vyrobených z polymerů syntetizovaných z monomerů biomasy jsou procesy poněkud složitější.
Například Bio-PE získaný z ethanolu z cukrové třtiny vyžaduje řadu kroků. První věcí je extrahovat cukr z cukrové třtiny, aby se získal ethanol fermentací a destilací..
Poté se ethanol dehydratuje a získá se ethylen, který musí být polymerován. Nakonec se pomocí strojů na tvarování za tepla vyrábějí objekty na základě tohoto bioplastu.
Pokud jde o bioplasty vyrobené z polymerů získaných biotechnologií, zvyšuje se složitost a náklady. Je to proto, že se jedná o bakteriální kultury, které vyžadují specifická kultivační média a podmínky růstu..
Tento proces je založen na skutečnosti, že určité bakterie produkují přírodní polymery, které jsou schopny ukládat uvnitř. Proto se tyto mikroorganismy, počínaje příslušnými nutričními prvky, kultivují a zpracovávají za účelem extrakce polymerů..
Bioplasty mohou být také vyrobeny z některých řas, jako jsou Botryococcus braunii. Tato mikrořasa je schopna produkovat a dokonce vylučovat uhlovodíky do prostředí, ze kterého se získávají paliva nebo bioplasty..
Základním principem je tvarování předmětu díky plastickým vlastnostem této sloučeniny pomocí tlaku a tepla. Zpracování se provádí vytlačováním, vstřikováním, vstřikováním a vyfukováním, vyfukováním předlisku a tvarováním za tepla a nakonec se podrobí chlazení.
Přístupy ke klasifikaci bioplastů jsou rozmanité a nejsou kontroverzní. V každém případě jsou kritérii používanými k definování různých typů původ a úroveň rozkladu..
Podle zobecněného přístupu lze bioplasty podle původu klasifikovat jako biologické nebo jiné než biologické. V prvním případě se polymery získávají z rostlinné, živočišné nebo bakteriální biomasy, a jsou tedy obnovitelnými zdroji.
Na druhou stranu, bioplasty na jiném než biologickém základě jsou ty, které se vyrábějí s polymery syntetizovanými z ropy. Protože však pocházejí z neobnovitelného zdroje, někteří odborníci se domnívají, že by s nimi nemělo být zacházeno jako s bioplasty.
Pokud jde o úroveň rozkladu, mohou být bioplasty biologicky rozložitelné nebo ne. Biologicky odbouratelné se za vhodných podmínek rozkládají v relativně krátkých časových úsecích (dny až několik měsíců).
Biologicky nerozložitelné bioplasty se naopak chovají jako konvenční plasty petrochemického původu. V tomto případě se doba rozkladu měří v desetiletích a dokonce stoletích..
O tomto kritériu se také vedou diskuse, protože někteří vědci se domnívají, že skutečný bioplast musí být biologicky odbouratelný..
Pokud se spojí dvě předchozí kritéria (původ a úroveň rozkladu), lze bioplasty rozdělit do tří skupin:
Je důležité si uvědomit, že aby byl polymer považován za bioplast, musí vstoupit do jedné z těchto tří kombinací.
Mezi bioplasty na bázi a biologicky odbouratelnými máme kyselinu polymléčnou (PLA) a polyhydroxyalkanoát (PHA). PLA je jedním z nejpoužívanějších bioplastů a získává se hlavně z kukuřice.
Tento bioplast má podobné vlastnosti jako polyethylen tereftalát (PET, konvenční polyesterový typ plastu), i když je méně odolný vůči vysokým teplotám.
PHA má proměnlivé vlastnosti v závislosti na konkrétním polymeru, který jej tvoří. Získává se z rostlinných buněk nebo biotechnologií z bakteriálních kultur.
Tyto bioplasty jsou velmi citlivé na podmínky zpracování a jejich cena je až desetkrát vyšší než u běžných plastů.
Dalším příkladem této kategorie je PHBV (PolyhydroxyButylValerate), který se získává z rostlinných zbytků..
V této skupině máme bio-polyethylen (BIO-PE), jehož vlastnosti jsou podobné vlastnostem běžného polyethylenu. Bio-PET má vlastnosti podobné polyetylen tereftalátu.
Obě bioplasty se běžně vyrábějí z cukrové třtiny, přičemž se meziproduktem získává bioethanol..
Do této kategorie patří také bio-polyamid (PA), který je recyklovatelným bioplastem s vynikajícími tepelně izolačními vlastnostmi..
Biologická odbouratelnost souvisí s chemickou strukturou polymeru, nikoli s typem použité suroviny. Proto lze biologicky rozložitelné plasty získat z ropy při správném zpracování..
Příkladem tohoto typu bioplastů jsou polykaprolaktony (PCL), které se používají při výrobě polyurethanů. Jedná se o bioplast získaný z ropných derivátů, jako je polybutylen sukcinát (PBS).
Ačkoli ne všechny bioplasty jsou biologicky odbouratelné, pravdou je, že pro mnoho lidí je to jejich základní charakteristika. Hledání této vlastnosti je ve skutečnosti jedním ze základních motorů rozmachu bioplastů.
Běžné ropné a biologicky nerozložitelné plasty se rozpadají stovky a dokonce tisíce let. Tato situace představuje vážný problém, protože skládky a oceány se plní plasty..
Z tohoto důvodu je biologická rozložitelnost velmi důležitou výhodou, protože tyto materiály se mohou rozkládat během několika týdnů, měsíců nebo několika let..
Protože jde o biologicky odbouratelné materiály, bioplasty přestávají zabírat vesmír jako odpadky. Kromě toho mají další výhodu v tom, že ve většině případů neobsahují toxické prvky, které se mohou uvolňovat do životního prostředí..
Jak při procesu výroby bioplastů, tak při jejich rozkladu se uvolňuje méně CO2 než v případě konvenčních plastů. V mnoha případech neuvolňují metan, nebo ho uvolňují v malém množství, a proto mají malý vliv na skleníkový efekt..
Například bioplasty získané z ethanolu z cukrové třtiny snižují emise CO2 až o 75% ve srovnání s ropnými deriváty.
Toxické látky se obecně nepoužívají při výrobě a složení bioplastů. Představují proto menší riziko kontaminace potravin nebo nápojů v nich obsažených..
Na rozdíl od konvenčních plastů, které mohou produkovat dioxiny a další znečišťující složky, jsou bioplasty na bázi biobazarů neškodné.
Nevýhody se týkají hlavně typu použitého bioplastu. Mimo jiné máme následující.
Jedním z omezení, která má většina bioplastů ve srovnání s běžnými plasty, je jejich nižší odolnost. Tato vlastnost je však spojena s jeho schopností biologického rozkladu..
V některých případech jsou suroviny používané k výrobě bioplastů dražší než suroviny z ropy.
Na druhou stranu výroba některých bioplastů znamená vyšší náklady na zpracování. Zejména jsou tyto výrobní náklady vyšší u těch, které se vyrábějí biotechnologickými procesy, včetně hromadné kultivace bakterií..
Bioplasty vyrobené z potravinářských surovin konkurují lidským potřebám. Jelikož je výhodnější věnovat plodiny výrobě bioplastů, jsou tyto staženy z okruhu výroby potravin.
Tato nevýhoda se však nevztahuje na bioplasty získané z nepoživatelného odpadu. Mezi těmito odpady máme zbytky plodin, nepoživatelné řasy, lignin, vaječné skořápky nebo humrové exoskeletony..
PLA bioplast je velmi podobný běžnému plastu z PET (polyethylentereftalátu), ale není recyklovatelný. Pokud jsou tedy oba typy plastů smíchány v recyklační nádobě, nelze tento obsah recyklovat..
V tomto ohledu existují obavy, že rostoucí používání PLA by mohlo bránit stávajícím snahám o recyklaci plastů..
Největší množství odpadu tvoří předměty, obaly, talíře a příbory spojené s rychlým občerstvením a nákupní tašky. Proto v této oblasti hrají důležitou roli biologicky odbouratelné bioplasty.
Z tohoto důvodu byly vyvinuty různé produkty na bázi bioplastů, které mají vliv na snižování tvorby odpadu. Mimo jiné máme biologicky odbouratelný sáček vyrobený z Ecovio společnosti BASF nebo plastovou láhev z PLA získanou z kukuřice společností Safiplast ve Španělsku..
Společnost Ooho vytvořila místo tradičních lahví biologicky odbouratelné kapsle z mořských řas s vodou. Tento návrh byl velmi inovativní a úspěšný a byl již testován na londýnském maratonu.
U některých plodin, jako jsou jahody, je běžnou praxí zakrýt půdu plastovou fólií, aby se zabránilo plevelům a zabránilo se zmrznutí. V tomto smyslu byly vyvinuty bioplastové výplně, jako je Agrobiofilm, které nahrazují konvenční plasty.
Použití bioplastů se neomezuje pouze na předměty použití a likvidace, ale lze je použít i na předměty odolnější. Například společnost Zoë b Organic vyrábí plážové hračky.
Toyota používá bioplasty v některých automobilových součástech, jako jsou součásti klimatizací a ovládacích panelů. K tomu používá bioplasty, jako jsou Bio-PET a PLA.
Společnost Fujitsu využívá bioplasty k výrobě počítačových myší a klávesnicových dílů. V případě společnosti Samsung mají některé mobilní telefony kryty vyrobené převážně z bioplastu.
Škrobové bioplasty byly použity jako stavební materiály a bioplasty vyztužené nanovlákny v elektrických instalacích.
Kromě toho byly použity při zpracování bioplastová dřeva na nábytek, který není napaden xylofágním hmyzem a nehnije vlhkostí.
Byly vyrobeny z bioplastových tobolek obsahujících léky a nosiče léků, které se pomalu uvolňují. Biologická dostupnost léků je tedy regulována v průběhu času (dávka, kterou pacient dostane v daném čase).
Celulózové bioplasty použitelné v implantátech, tkáňovém inženýrství, bioplasty chitinu a chitosanu byly vyrobeny pro ochranu ran, kostní tkáně a regeneraci lidské kůže.
Celulózové bioplasty byly také vyráběny pro biosenzory, směsi s hydroxyapatitem pro výrobu zubních implantátů, bioplastová vlákna v katetrech, mimo jiné..
Tuhé pěny na bázi rostlinných olejů (bioplastů) se používají jak v průmyslových, tak v dopravních zařízeních; automobilové a letecké díly.
Elektronické součásti mobilních telefonů, počítačů, audio a video zařízení byly také vyrobeny z bioplastů..
Bioplastové hydrogely, které absorbují a zadržují vodu a mohou ji pomalu uvolňovat, jsou užitečné jako ochranné kryty pro kultivovanou půdu, udržují její vlhkost a podporují růst zemědělských plantáží v suchých oblastech a v období dešťů..
Zatím žádné komentáře