Rodzaje biodegradowalnych tworzyw sztucznych i sposób ich wytwarzania
Pendahuluan
Konwencjonalne tworzywa sztuczne stały się niezbędnym surowcem w życiu codziennym, wykorzystywanym w wielu zastosowaniach, od opakowań żywności po produkty konsumenckie. Jednak ich negatywny wpływ na środowisko skłonił do poszukiwania bardziej przyjaznych dla środowiska alternatyw, a jedną z nich jest plastik biodegradowalny. Plastik biodegradowalny to rodzaj plastiku, który może być rozkładany przez mikroorganizmy na związki nieszkodliwe dla środowiska. W tym artykule wyjaśnimy różne rodzaje dostępnych plastików biodegradowalnych i sposób ich wytwarzania.
Rodzaje biodegradowalnego plastiku
1. Kwas polimlekowy (PLA)
PLA to biodegradowalny plastik wytwarzany z surowców odnawialnych, takich jak kukurydza czy trzcina cukrowa. PLA jest często stosowany w butelkach, opakowaniach żywności, a nawet jako filament do druku 3D. PLA może ulec rozkładowi w przemysłowych kompostownikach w ciągu 1-6 miesięcy.
2. Polihydroksyalkaniany (PHA)
PHA to naturalny poliester wytwarzany przez mikroorganizmy w procesie fermentacji cukrów lub lipidów. PHA ma szerokie zastosowanie, w tym w produkcji toreb plastikowych, opakowań, a nawet w niektórych zastosowaniach medycznych. PHA jest całkowicie biodegradowalny i może rozkładać się zarówno w środowisku morskim, jak i glebowym.
3. Tworzywa sztuczne na bazie skrobi
Tworzywa sztuczne na bazie skrobi to mieszanki naturalnej skrobi (zazwyczaj kukurydzianej, ziemniaczanej lub pszennej) z tworzywami syntetycznymi lub innymi biodegradowalnymi tworzywami sztucznymi. Tworzywa sztuczne na bazie skrobi mogą być wykorzystywane do produkcji toreb na zakupy, opakowań do żywności oraz w różnych zastosowaniach rolniczych.
4. Kwas poliglikolowy (PGA)
PGA to rodzaj biodegradowalnego tworzywa sztucznego, często stosowanego w zastosowaniach medycznych, takich jak biodegradowalne szwy chirurgiczne. PGA charakteryzuje się doskonałymi właściwościami biodegradowalnymi i może ulec całkowitemu rozkładowi w ciągu kilku miesięcy, jeśli zostanie umieszczony w wilgotnym środowisku.
5. Polibutylen bursztynian (PBS)
PBS to biodegradowalny poliester o właściwościach mechanicznych i termicznych podobnych do konwencjonalnych tworzyw sztucznych (takich jak polietylen). PBS jest często stosowany w opakowaniach, naczyniach jednorazowego użytku oraz w rolnictwie. PBS może rozkładać się w glebie i wodzie.
6. Tworzywa sztuczne na bazie celulozy
Tworzywa sztuczne na bazie celulozy są wytwarzane z celulozy, głównego składnika ścian komórkowych roślin. Tworzywa te są często wykorzystywane do produkcji folii, powłok i różnego rodzaju opakowań. Celuloza może ulec naturalnemu rozkładowi w ciągu miesięcy lub lat, w zależności od warunków środowiskowych.
Jak zrobić biodegradowalny plastik
Proces wytwarzania biodegradowalnego plastiku różni się w zależności od rodzaju produkowanego tworzywa. Oto kilka typowych metod stosowanych w produkcji biodegradowalnego plastiku:
Kwas polimlekowy (PLA)
1. Ekstrakcja cukru
Proces ten rozpoczyna się od ekstrakcji cukru z roślin, takich jak kukurydza czy trzcina cukrowa. Cukier ten jest następnie fermentowany przez bakterie, które wytwarzają kwas mlekowy.
2. Polimeryzacja
Powstały kwas mlekowy poddawany jest następnie procesowi polimeryzacji w celu utworzenia polilaktydu, który jest polimeryczną formą PLA.
3. Formowanie produktu końcowego
Ciekły PLA wlewa się do form lub wytłacza w celu utworzenia finalnych produktów, takich jak arkusze plastikowe, butelki lub filament do druku 3D.
Polihydroksyalkaniany (PHA)
1. Fermentacja
Mikroorganizmy, takie jak bakterie, hoduje się w podłożu fermentacyjnym bogatym w węgiel, np. cukry lub lipidy. Mikroorganizmy te wytwarzają PHA jako rezerwę energetyczną w postaci inkluzji wewnątrz swoich komórek.
2. Ekstrakcja i oczyszczanie
Następnie PHA jest ekstrahowany z mikroorganizmów i oczyszczany w celu usunięcia składników innych niż PHA.
3. Formowanie produktu końcowego
Mieszankę PHA poddaje się następnie dalszemu przetwarzaniu w zależności od potrzeb przemysłu, np. wytwarza się z niej plastikowe torby lub materiały opakowaniowe.
Tworzywa sztuczne na bazie skrobi
1. Ekstrakcja skrobi
Skrobię pozyskuje się ze źródeł naturalnych, takich jak kukurydza, ziemniaki lub pszenica.
2. Mieszanie z innymi tworzywami sztucznymi
Następnie wyekstrahowaną skrobię miesza się z innymi biodegradowalnymi tworzywami sztucznymi lub środkami wiążącymi, w wyniku czego powstaje materiał kompozytowy, który można wykorzystać w wielu zastosowaniach.
3. Formowanie produktu końcowego
Następnie ten materiał kompozytowy jest formowany metodą formowania lub wytłaczania w produkt finalny, np. torbę na zakupy lub opakowanie do żywności.
Kwas poliglikolowy (PGA)
1. Polimeryzacja glikolidu
PGA powstaje w wyniku polimeryzacji glikolidów, które są diestrami kwasu glikolowego.
2. Oczyszczanie
Po polimeryzacji PGA jest krystalizowany i oczyszczany w celu usunięcia resztkowych odczynników i pozostałości z procesu polimeryzacji.
3. Formowanie produktu końcowego
Gotowy do użycia PGA można następnie uformować w produkty finalne, takie jak biodegradowalne szwy chirurgiczne lub inne materiały do implantacji medycznej.
Polibutylen bursztynian (PBS)
1. Polimeryzacja
PBS powstaje w wyniku kopolimeryzacji sukcynianu i butanodiolu w konwencjonalnym procesie polimeryzacji.
2. Oczyszczanie
Po polimeryzacji PBS jest oczyszczany w celu usunięcia resztkowych monomerów i katalizatorów.
3. Formowanie produktu końcowego
Oczyszczony PBS można wytłaczać lub formować w celu uzyskania produktów końcowych, takich jak jednorazowe sztućce lub folie plastikowe.
Tworzywa sztuczne na bazie celulozy
1. Ekstrakcja celulozy
Celulozę uzyskuje się ze źródeł naturalnych, takich jak drewno lub bawełna.
2. Modyfikacja chemiczna
Następnie wyekstrahowaną celulozę modyfikuje się za pomocą procesów chemicznych, takich jak estryfikacja lub eteryfikacja, w celu poprawy jej właściwości jako tworzywa sztucznego.
3. Formowanie produktu końcowego
Modyfikowaną celulozę wykorzystuje się następnie w procesie formowania lub wytłaczania, do produkcji wyrobów finalnych.
Wniosek
Tworzywa biodegradowalne oferują bardziej przyjazne dla środowiska rozwiązanie niż tworzywa konwencjonalne, oferując różnorodność rodzajów i metod produkcji dostosowanych do różnych zastosowań. Zrozumienie rodzajów tworzyw biodegradowalnych i metod ich produkcji pozwoli nam, miejmy nadzieję, na bardziej świadomy wybór i wykorzystanie produktów z tworzyw sztucznych, aby chronić środowisko.
Odniesienie
– Leja, K. i Lewandowicz, G. (2010). Biodegradacja polimerów i polimery biodegradowalne – przegląd. Polish Journal of Environmental Studies, 19(2), 255-266.
– Shah, A. A., Hassan, F., Hameed, A. i Ahmed, S. (2008). Biologiczna degradacja tworzyw sztucznych: kompleksowy przegląd. Postępy biotechnologii, 26(3), 246-265.
