Уже более тридцати лет полимеры лидируют среди упаковочных материалов. Объемы пластиков, которые идут на это полезное дело, огромны: из 130 млн.т/год всех выпускаемых полимеров чуть меньше половины (41%) используется в производстве упаковки, и причем половина этого количества (47%) становится упаковкой пищевых продуктов. Это и понятно: полимеры удобны и безопасны, дешевы, а значит, их производство будет расти и дальше.

Все бы хорошо с полимерами, но в отличие от стекла (которое используют повторно) и бумаги (которая разлагается в естественных условиях), упаковка из синтетических материалов практически вечна. А поскольку именно она составляет 40% бытового мусора, вопрос что делать с полимерной упаковкой становится глобальной экологической проблемой. Можно не преувеличивая сказать, что именно от решения этого вопроса в большой степени будет зависеть экологическая ситуация в мире и судьбе производства пластмасс в ХХI веке. Если мы не найдем решения, то утонем в мусоре.

Поэтому целью работы является изучение преимуществ, недостатков и перспектив развития биоразлагаемой упаковки.

Актуальность замены полиэтиленов и полипропиленов на растительные компоненты

, бензола и других мономеров - нескончаем, то вопрос можно закрыть. Если же, как считают большинство ученых, уже к 2050 году человечество исчерпает половину глобальных запасов нефти, то это приведет к беспрецедентному скачку цен, какой обычно сопровождает убывание любого стратегического природного ресурса. "Нефтяной" вопрос вовлекает в свою сферу и экологический аспект утилизации и захоронения отходов пластмассовой упаковки. Пластиковая упаковка из "растительного" сырья - зерновых, древесины и т.д. - разлагается на полностью безопасные составляющие: воду, биомассу, диоксид углерода и другие естественные природные соединения. ">Должны ли упаковочные пластики продолжать полагаться на нефть и газ в качестве своего исконного и надежного сырья или же концентрировать усилия на поиске новых сырьевых материалов на растительной основе? Ответ на этот вопрос сводится, в конечном счете, к единственной точке отсчета - мировым запасам нефти. Если полагать, что емкость мировой нефтяносной скважины безгранична и поток производных - этилена, пропилена , бензола и других мономеров - нескончаем, то вопрос можно закрыть. Если же, как считают большинство ученых, уже к 2050 году человечество исчерпает половину глобальных запасов нефти, то это приведет к беспрецедентному скачку цен, какой обычно сопровождает убывание любого стратегического природного ресурса. "Нефтяной" вопрос вовлекает в свою сферу и экологический аспект утилизации и захоронения отходов пластмассовой упаковки. Пластиковая упаковка из "растительного" сырья - зерновых, древесины и т.д. - разлагается на полностью безопасные составляющие: воду, биомассу, диоксид углерода и другие естественные природные соединения.

Абсолютная экологичность - вот что отличает биоразлагаемую упаковку от прочих. К тому же запасы растительного сырья могут возобновляться вечно. Исходная точка проблемы - 1956 год, когда американский геофизик Кинг Хуберт начал пугать общественность скандальными прогнозами о грядущем истощении мировых запасов нефти и газа. Хуберту удалось довольно точно предсказать, что пик американских нефтяных поставок придется на 1970 год с последующим спадом и кризисом. Нефтяной кризис, действительно разразившийся в США в середине 70-ых, заставил многих поверить прогнозам Хуберта. Его последователи, обновив данные, объявили, что уже к 2010 году половина мировых залежей нефти будет истощена. Многие серьезные аналитики скептически относятся к прогнозам Хуберта. "Запасов нефти предостаточно. Подтверждение этому - проводимые по всему миру, даже в глубоководных районах Западной Африки, изыскания, - утверждает Алан Струф, специалист по оценке нефти. - Ближний Восток обладает запасами, которых хватит, по крайней мере, на 200 лет. В Саудовской Аравии существуют нефтеносные месторождения, которых еще не касался бур. Запасы нефти в России вообще еще не оценены. Часть осознания нефтяной проблемы заключается в том, что нефтедобывающие компании и не пытаются максимизировать добычу нефти, хотя они могли бы это сделать. Все сводится к одному: нужно ли вырабатывать и хранить больше, чем это необходимо мировому потреблению? К примеру, накапливает ли корпорация General Motors двадцатилетний запас автомобилей? Если уровень п

www.studsell.com

Биопластик в упаковке - Информация

Информация - Химия

Другие материалы по предмету Химия

Федеральное агентство по образованию РФ

Уральский Государственный Лесотехнический Университет

Кафедра Химической технологии древесины и целлюлозно-бумажного производства

Реферат на тему: Биопластик в упаковке

Дисциплина: Химия полимеров

Содержание

Введение

Актуальность замены полиэтиленов и полипропиленов на растительные компоненты

Биоразлагаемые полиэфиры

Пластмассы с природными полимерами

Модификации синтетических полимеров

Анализ рынка биоразлагаемых материалов на сегодняшний день

Заключение

Список используемых источников

Введение

полипропилен полиэфир синтетический полимер

Актуальность замены полиэтиленов и полипропиленов на растительные компоненты

geum.ru

Биоразлагаемые полиэфиры. Биопластик в упаковке

Биопластик в упаковке

Самое активное на сегодня направление - производство полимеров на основе гидроксикарбоновых кислот:

HORCOH

Эти исследования имеют довольно давнюю историю. Еще в 1925 году ученые обнаружили, что полигидроксимасляная кислота - очень хорошая питательная среда для хранения различных видов микроорганизмов. Они ее с удовольствием едят, оставляя «рожки да ножки» - СО2 и Н2О. Совершенно такие же свойства имеют полиэфиры других гидроксикарбоновых кислот: гликолевой, молочной, валериановой или капроновой:

HO(-CH-C-O-),H

¦ ¦

Ch3 O

Один из самых перспективных биодеградируемых пластиков для упаковки - продукт конденсации молочной кислоты полилактид.

Дело в том, что и мономер лактид и полимер полилактид можно производить как синтетическим способом, так и ферментативным брожением декстрозы сахара, мальтозы, сусла зерна или картофеля. А это, как всем понятно, возобновляемое сырье.

Полилактид исключительно хорош с экологической точки зрения: в компосте он разлагается за один месяц, а также вполне переваривается микробами морской воды. Конечно, нужны еще и потребительские свойства. Здесь тоже все в порядке, это прозрачный, бесцветный и термопластичный полимер. Последнее весьма существенно, поскольку означает, что его можно перерабатывать всеми способами, применяемыми сегодня для переработки полимеров. Из листов полилактида можно делать подносы, тарелки, получать пленку, волокно, упаковку для пищевых продуктов, имплантанты для нужд медицины. Если добавить пластификатор, то полилактид становится похож на эластичный полиэтилен, поливинилхлорид или пропилен. Естественно, чем меньше мономерной молочной кислоты в составе полимера, тем больше срок службы полимера.

Несмотря на все очевидные достоинства полилактида, понятную и отлаженную технологию, до массового его внедрения еще далеко. Дело в том, что он получается довольно дорогой, и все усилия концернов направлены на то, чтобы удешевить биоразлагаемый продукт за счет новых высокопроизводительных технологических процессов. Активным совершенствованием технологии производства молочной кислоты занимается, например, американская фирма «Cargill inc». Она производит полилактид, ферментируя декстрозу кукурузы, и сейчас эта линия может выдавать до 6 тыс. тонн полимера в год. В перспективе - расширение производства до 50-150 тыс. т/год и снижение стоимости полилактида с 250 до 2,2 дол./кг.

Голландцы (фирма «CSMN») уже сейчас готовы выпускать 34 тыс.т/год молочной кислоты с возможным увеличением мощности в два раза. Японцы также почти близки к цели. Технологи «Mitsui Toats» придумали, как получать полилактид в одну стадию, - тогда цена нового материала составит 4,95 дол./кг. К тому же свойства полимера лучше, чем у пластика, полученного в две стадии. На его основе уже разработаны две пленки - жесткая пленка, по свойствам сравнимая с полистиролам, и эластичная, похожая на полиэтилен:

HO(-CH-Ch3-C-O-)n H

¦ ¦

СН3 О

Поли-3-оксибутират

НО(-СН-С-О-)n Н

¦ ¦

С2 Н5 О

Поли-2-оксибутират

НО(-СН-СН2-С-О-)n Н

¦ ¦

С2Н5 О

Поли-3-оксивалериановая кислота

Кроме полилактида, есть и другие перспективные полиэфиры (их называют ПОА - полиоксиалканоаты). Например, ученые используют смеси поли-3-оксибутирата, поли-2-оксибутирата и поли-3-оксивалериановой кислоты.

Именно такого типа биоразлагаемые полимеры выпускает английская фирма «Zeneca Bioproducts PLC». В 1995 году она получила 75 тонн полимера Biopol по цене 6,2 дол./кг, что в5-7 раз дороже полиэтилена, полипропилена, полистирола или поливинилхлорида, и в 1, 5-2 раза дороже полиамида.

Конечно, пока цены на биоразлагаемые пластмассы не станут сопоставимы с ценами на крупнотоннажные синтетические полимеры, о массовом использовании остается только мечтать. Лимитирующая стадия в удешевлении процесса - найти бактерии, которые работают более эффективно и производят больше полимера. Чаще всего в качестве исходного сырья (пищи для бактерий) используют сахар, органические кислоты, спирты. Сегодня считается удачным производство 50-60 кг полимера кубометром фермента в день. Ученые надеются, что удастся еще сократить затраты сырья, найти более эффективные штаммы и оптимизировать аппаратурно-технологическое решение. Тогда можно рассчитывать, что стоимость продукта дойдет до 1,35 дол./кг и он станет конкурентоспо-собным.

Итак, полиэфиры на основе гидроксикарбоновых кислот имеют огромные возможности и могут стать реальностью в самое ближайшее время. Особенно если будут приняты законодательные нормативы, ограничивающие применение неразлагаемых полимеров.

him.bobrodobro.ru

Биопластики – разумная альтернатива современным полимерам

Что такое биопластики Большинство известных сегодня полимеров изготавливаются из нефти, угля или газа. Как следствие, при синтезе или переработке выделяется огромное количество углекислоты в качестве побочного продукта. Огромные выбросы СО2 негативно сказываются на общей экологической обстановке на планете, разрушая озон и приводя к увеличению парниковых газов.

Параллельно ежегодно увеличивается не только выпуск известных полимеров, но на их основе синтезируются новые материалы, нуждающиеся в не обновляемых ресурсах. Ситуация начинает подходить к критическому уровню, и ученые стали разрабатывать альтернативу, которая получила название биопластики.

Основные особенности

Под категорию новых материалов попали органические вещества и соединения, которые обладают аналогичными свойствами, как и у синтетических полимеров, но для их производства не нужна нефть и другие сложные углеводороды. Основным сырьем для производства таких полимеров является специальная биомасса, получаемая из органических материалов (преимущественно растений) – кукурузы, сои, тростника.

Приставка «био» означает только происхождение полимера из органического сырья, а не то, что он может разлагаться под действием окружающей среды за короткое время.

Среди синтетических и органических полимерных материалов есть те, которые распадаются на более простые соединения и неразлагающиеся. Это связано не с происхождением, а со структурой кристаллической решетки и новыми свойствами, приобретенными в процессе полимеризации мономерных соединений.

По своим технологическим свойствам органические пластики в большинстве своем ничем не отличаются от синтетических аналогов единственный ключевой момент – сфера производства биопластиков еще не так популярна и разработана в наше время, поэтому получение материалов из биомассы обходится в большинстве случаев дороже, чем синтетических аналогов.

Сравнение биопластиков и обычных полимеров

Технологии производства

Биопластики – это целый ряд органических полимеров с различными свойствами и особенностями, которые производятся по разным технологиям.

Основными технологиями получения современных биополимеров считают следующие:

смешанное производство. В данном случае подготовленное биологическое сырье в процессе производства и полимеризации частично смешивается с нефтепродуктами и другими сложными углеводородами;
биомассу модифицируют химическим способом с сохранением органических свойств. В качестве примера можно привести целлюлозные полимеры;
при помощи технологии ферментации. Биологическое сырье подвергается воздействию ферментов и в дальнейшем полимеризуются. Основной пример – полимолочная кислота;
естественный процесс. Производство путем воздействия микроорганизмов (бактерии) на модифицированное органическое сырье при помощи генной инженерии. Чаще всего основой для естественно производства биополимеров служат бобовые и зерновые культуры.

Создание биопластиков

Используемое сырье

Биополимеры вне зависимости от технологии производства получают из живых культур или из возобновляемых природных ресурсов.

Из живых организмов делают следующие биологические полимеры:

различные полиэфиры. Основой являются бактерии;
целлюлоза. Для ее производства используют древесину как основной материал, а также зерновые культуры и хлопок;
соевый белок. Основой являются бобовые культуры, преимущественно соя;
крахмал. Для его получения используют в основном картофель, зерно или тростник.

Из возобновляемых ресурсов в процессе полимеризации получают следующие органические пластмассы – триглицериды из растительных масел, а молочную кислоту из корнеплодов (свела) и зерновых культур.

Изделия из биопластика

Перспективы отрасли

Несмотря на то, что более 90% современных полимеров синтезируются, намечается положительная тенденция на рынке органических пластиков. Биопластики – технологии, рынок, перспективы – эти темы все чаще поднимаются на многочисленных научных конференциях и симпозиумах в профильных отраслях по всему миру.

Согласно прогнозам аналитиков и экспертов данной отрасли, повышение цен на нефть и экологические проблемы заставляют крупных производителей полимеров искать альтернативные источники и обратиться к природным ресурсам, которые подлежат восстановлению.

Известные маркетологи разработали целый ряд стратегий, направленных на популяризацию органических полимеров во многих сферах потребления:

материалы для упаковки. Теперь пакеты из супермаркета или пластиковые бутылки могут спокойно распадаться на простые составляющие и утилизироваться в естественных условиях, не причиняя вреда природе;
автопром. Изготовление материалов для шумоизоляции салонов, прорезиненных материалов, прокладок, сальников;
строительная сфера. Различные отделочные материалы из биопластиков, а также полимерные основы для клеевых смесей;
другие целевые рынки. Возможность управлять реакциями полимеризации, создавая органические полимеры специально для конкретных отраслей. Например, биоимпланты в медицине.

Перспективы развития биопластиков

Краткие итоги

Биологические полимеры при должном развитии и совершенствовании технологии смогут в недалеком будущем практически полностью заменить синтетические аналоги. Учитывая вред, который приносит синтетика окружающей среде, а также стабильное увеличение цен на нефть, уголь и газ, которые являются основой для производства подавляющего большинства полимеров – органические пластики имеют большие перспективы.

polimerinfo.com

Разрушаемые биопластики: реалии и перспективы

Как показывает анализ литературы, биоразлагаемые полимеры, особенно полученные из биологических источников, в силу достаточно высокой стоимости пока не играют значительной роли на мировом рынке пластмасс. На рис. 5.4 представлены объемы выпуска разрушаемых биопластиков в странах-лидерах - США, Японии и странах ЕС (источники - различные мировые базы данных).

Рис. 5.4. Мировой рынок разрушаемых биопластиков (конец XX в.) Европейские страны с самым большим потреблением - это Германия, Англия, Франция, Италия и Нидерланды. Бельгия, Норвегия, Австрия, Испания, Швейцария ориентированы сегодня также на создание индустрии биопластиков, и эта тенденция расширяется.

По некоторым прогнозам, объем мирового производства полимеров вырастет со 180 до 258 млн т за период 2005-2010 гг. Таким образом, практически пропорционально увеличатся объемы полимерных отходов, только часть которых поступает на вторичную переработку, а в основном они скапливаются на полигонах захоронения или несанкционированных свалках (по обочинам дорог, в оврагах и на берегах рек). Согласно прогнозу, доля биополимеров за тот же период вырастет с полутора процентов до 4,8 %, в абсолютных цифрах с 4 до 12,5 млн т. Свою оценку также проводила компания Toyota.

Японцы полагают, что в связи с ростом интереса к возобновляемым источникам сырья к 2020 г. уже четверть мирового рынка пластмасс будет приходиться на биопластики, а это около 30-40 млн т. Мировое потребление биоразлагаемых материалов в 2001-2003 гг. удвоилось и достигло 40 тыс. т. По прогнозам, эта тенденция сохранится и в будущем, особенно с учетом постоянно растущих цен на нефть.

Анализ литературы свидетельствует также о бурном росте интереса к исследованиям и патентованию технологий синтеза биопластиков; число патентов в сфере получения и технологии переработки биополимеров неуклонно растет. Если в 80-х гг. прошлого столетия в год регистрировалось несколько десятков патентов, в 90-х - цифра возросла до сотен патентов в год; в 2000-2001 гг. - порядка тысячи.

Огромный интерес к разрушаемым биопластикам наблюдается в Японии. В 2000 г. объемы их выпуска составляли лишь 2000 т, то в 2006 г. - возросли до 50 тыс. т, а к 2010 г. эту цифру планируется довести до 200 тыс. т.

Сегодня в Токио функционирует более 200 компаний, специализирующихся на производстве разрушаемых биопластиков.

В странах ЕС внедрение биоразлагаемой упаковки поддерживается на законодательном уровне. Так, во Франции в стадии принятия закон, согласно которому с 2010 г. на территории страны можно будет использовать только биоразлагаемую пластиковую упаковку. Правительство Голландии запланировало выделение средств в размере нескольких миллиардов евро для введения в широкое использование ряда упаковочных материалов, способных к биологическому разложению. В Дании и Ирландии введен специальный налог для розничных сетей, использующих полиэтиленовые пакеты. А в Германии, наоборот, предприятия, поставляющие на рынок товары в биоразлагаемой упаковке, освобождены от налога на утилизацию отходов до 2012 г.

Аналогичные схемы уже действуют в Великобритании и Италии. В России, к сожалению, в настоящий момент отсутствует сколько-нибудь внятная политика в области утилизации полимерных отходов. До сих пор не принят закон «Об упаковке и упаковочных отходах». Не существует инфраструктуры раздельного сбора мусора и промышленного изготовления компостов.

В опубликованном докладе Института перспективных миссий о разлагаемых полимерах на биологической основе подчеркнуто, что к 2010 г. на долю этих материалов будет приходиться 1 -2 % европейского рынка полимеров, а к 2020 г. - не более 5 % (рис. 5.5). Исследования, проведенные Freedonia Group Inc., показали, что спрос на биоразлагаемую упаковку в США возрастет и к 2010 г., достигнув 610 млн дол.

В секторе биопластиков отмечается непрерывный рост: по оценкам IBAW (международная ассоциация производителей и потребителей биопластиков), европейское потребление биопластиков удвоилось с 2001 года и в 2003 составило 40 тыс. т, особенно динамичным было развитие рынка в Великобритании, Италии и Нидерландах.

Рис. 5.5. Перспективы роста производства разрушаемых биопластиков Лидирующую позицию может занять упаковка на основе поликапролактона и полигидроксиалканоатов (ПГА). Спрос на упаковку из материалов на основе крахмала составит 18 % в год. Из-за их положительных характеристик и преимуществ (разрушаемости в окружающей среде) биопластики становятся альтернативой синтетическим пластмассам. Поскольку большой объем стандартной пластмассы может быть вытеснен биопластиком, характеристики и прогнозы рынка для стандартного пластика важны для рынка биопластика.

Самый высокий спрос ожидается на упаковку из полимеров монокарбоновых кислот для изготовления пленочной продукции, бутылей, а также жестких упаковок для овощей, фруктов, кисломолочных продуктов и хлебобулочных изделий. Потенциал биопластика в основном зависит от его стоимости. COPA (Комитет сельскохозяйственной организации в Европейском Союзе) и COGEGA (Общий комитет сельскохозяйственного сотрудничества в Европейском Союзе) провели оценку потенциала биопластиков и наиболее перспективных секторов их применения в европейской экономике (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Прогноз потенциальных сегментов рынка биопластиков Следует отметить, что применение биополимеров ограничивается из-за необходимости преодоления присущих им негативных качеств. Например, для изделий из целлюлозы характерна хрупкость; полимеры на основе крахмала влагочувствительны, полилактиды не термопластичны и изделия из них проницаемы для паров воды и кислорода. Но это не может остановить прогресс в бурно развивающейся индустрии биопластиков.

Биополимеры и композиты на их основе становятся не специальным уникальным продуктом, а экономически значимым товаром, который становится все более привлекательными и доступным. Этому способствуют агропромышленная интеграция, прогресс в биотехнологии, генной инженерии и селекции, а также рост производственных мощностей.

Среди факторов, позитивно влияющих на расширение сфер и объемов разрушаемых полимеров, следует выделить экономические, технологически, политические и социальные.

Н.А. Воинов, Т.Г. Волова

medbe.ru