Особенности и технология производства биопластиков

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.

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.

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.

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.

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.