3 Перспективные технологии получения экологически безопасных биопластиков с применением модифицированных органических отходов.

Древесностружечные плиты (ДСП), благодаря высоким прочностным показателям при статическом изгибе, с успехом используется в строительстве в качестве заменителя клееной фанеры. Производство материала не требует использования высококачественной древесины и может быть основано на переработке отходов лесопиления и других деревообрабатывающих производств. Однако в процессе эксплуатации они выделяют в воздушную среду помещений фенол, формальдегид и ряд других токсичных веществ.

Поэтому проблема снижения токсичности выпускаемых отечественной промышленностью древесных плит весьма актуальна. Одним из перспективных решений проблемы токсичности плит является замена синтетических смол экологически безопасными и дешевыми биоклеями, полученными на основе модифицированных биоорганических отходов. Отходы пивоваренной, спиртовой и микробиологической промышленности: пивные дрожжи, солодовая дробина, белковый отстой, солодовые ростки и спиртовая (зерно-картофельная) барда, биомасса, мицелий, - являются сырьем для получения биоклея. Прессованные материалы с использованием биологического связующего сохраняют не только высокие физико-механические свойства, но и соответствуют международным нормам экологичности.

Прессованные экологичные плиты получали горячим прессованием на гидравлическом прессе при различных режимах температуры и давления.

Результаты исследования полученных плит показали, что использование биоклея в качестве связующего, оказывает влияние на физико-механические свойства полученных образцов: как на влагостойкость, так и на прочность материала. Добавление связующего на основе модифицированных остаточных пивных дрожжей значительно увеличивает прочностные характеристики плит. Лучшими свойствами обладали образцы, полученные из пресс-массы с добавлением 70 и 90 мл клея. Прочность материала при изгибе составляет до 17 МПа, что соответствует требованиям ГОСТ.

Лекция 6 (4ч) (1)

Биополимерные композиционные материалы.

1. История развития производства биоразлагаемых полимеров.

2.Классификация и применение органических полимеров и пленок.

3.Органические искусственные полимеры.

4.Органические природные полимеры.

5.Биоразлагаемые полимеры и пленки созданные на основе органических природных полимеров.

1. История развития производства биоразлагаемых полимеров.

Современные полимерные материалы на основе различных пластмасс, эластомеров и волокон, применяемые в самых различных областях народного хозяйства, медицине, сельском хозяйстве, в быту, должны удовлетворять всем эксплуатационным требованиям применительно к данной отрасли человеческой деятельности максимально долгое время, не изменяя своих основных характеристик, то есть должны быть долговечными в эксплуатационном плане. Однако, в современной жизни человека в развитых странах существует потребность и в полимерных материалах с кратковременным сроком службы. Это материалы, используемые, прежде всего, для упаковки предметов и продуктов в торговле; это медицинская упаковка различных лекарственных препаратов (как твердых, так и используемых в жидком состоянии). Кроме того, возникли и все шире применяются полимеры, способные вживляться в человеческий организм и ассимилироваться в нем. Вышедшие из эксплуатации полимерные материалы обычно подвергаются захоронению, но, являясь практически не разлагаемыми, засоряют окружающую среду. Неконтролируемое сжигание полимерных отходов также сопряжено с засорением среды многокомпонентных полимерных материалов. Отношение к утилизированным полимерам как к вторичному сырью позволяет решить не только экологические, но экономические и социальные проблемы, связанные с утилизацией отходов. С другой стороны, все более широкое использование полимерных материалов, обладающих хорошими свойствами при эксплуатации и, при этом, экологически совместимых и не засоряющих окружающую среду, а ассимилирующих с ней, также, является путем решения всех этих проблем. В этой связи можно рассмотреть два аспекта единой проблемы ликвидации, или, хотя бы уменьшения объемов, полимерных отходов: продление срока службы полимерных материалов за счет их повторной переработки; создание материалов, склонных к самопроизвольному разложению в окружающей среде при захоронении после использования. Так как повторная переработка полимерных материалов часто является малоэффективной, усилия специалистов направлены на создание биоразлагаемых материалов. Биоразлагаемые материалы обычно получают с применением или полностью природного сырья, или в комбинации с синтетического. Для этого необходимо знать структуру и свойства этого сырья, способы их сшивки или полимеризации.

В действительности, перечень полимерных материалов, способных к биоразложению очень широкий, и поиск альтернативного сырья для полимеров имеет довольно продолжительную историю. Корни этих поисков уходят в 30-е годы, когда промышленный магнат Генри Форд исследовал возможность использования полимерных материалов на основе соевых культур для различных комплектующих своих автомобилей.

Реальный успех был достигнут значительно позднее. Биоразлагаемые материалы с активным растительным наполнителем впервые появились в 70-80-е годы ХХ века на рынке упаковки в США, Италии, Германии. Это были композиции крахмала с различными синтетическими полимерами. По сравнению с термопластами на основе пластифицированного крахмала они удачно сочетали технологичность и высокие эксплуатационные характеристики, присущие синтетическому компоненту, со способностью к биодеструкции, обусловленной наличием в их составе природного полимера - крахмала. Сейчас перспективы роста потребления биоразлагаемых полимеров улучшаются. Сформировалась рыночная ниша, появились рентабельные предприятия, свойства новых биополимеров стали приближаться к характеристикам традиционных полимерных материалов - полистиролу, полипропилену и т.д.

Сейчас доступными считаются более 30 различных биополимеров, которые находят широкое применение не только на рынке упаковки, но и в текстильной промышленности, сельском хозяйстве, медицине, строительстве. Практически все крупные в области производства полимерной продукции фирмы предложили свои ассортимент биоразлагаемых материалов.

Наиболее успешным считают проект, предложенный совместным предприятием двух крупнейших в своих сегментах компаний - сельскохозяйственного гиганта Cargill и лидера в производстве химических продуктов Dow Chemical. Созданная компния Cargill Dow претендует на позиции лидера в производстве полимолочной кислоты (PLA) - полимера, изготавливаемого на основе растительных сахаров из возобновляемых сельскохозяйственных ресурсов: зерновых и сахарной свеклы. Получаемый полимер обладает хорошей прозрачностью, прочностью, глянцем, является отличным влагопротектором, так же, как и ПЭТ, не пропускает запахи. Предполагаемая сфера применения - двуосноориентированные упаковочные пленки, жесткие контейнеры и даже покрытия. Компания утверждает, что упаковка из PLA-полимера способна полностью разлагаться в течение 45 дней при условии создания соответствующей структуры компостирования. Следует заметить, что в отличие от своих конкурентов, биополимеры от Cargill Dow оказались довольно успешными с коммерческой точки зрения. Успех подтверждается заинтересованностью компании Hoechst Trespaphan Gmbh, известного производителя ориентированной пленки.

Рынок биоразлагаемых полимеров является одним из наиболее быстроразвивающихся сегментов рынков в странах Америки, Европы и Японии.

С целью создания широкого спектра биоразлагаемых полимерных материалов (ПМ) за рубежом происходит объединение усилий в таких организациях, как Международная ассоциация биоразлагаемых полимеров (IBAW) и Институт оксибиоразлагаемых пластмасс (OPI). Растет число фирм, производящих биоразлагаемые полимеры и оксибиоразлагающие добавки для обычных полимерных материалов. Разрабатываются десятки международных стандартов на испытания биоразлагаемых ПМ (ASTM, DIN, ISO, JIS.) . На западе периодически проводятся международные конференции по биополимерам, регулярно выпускается научный журнал "Bioplastics". Так, на IX международной конференции "Биопластики-2007" были сообщены практические результаты по промышленному производству полиалканоатов на основе микроорганизмов, использующих в качестве субстрата глюкозу и пропионат. Особенно интенсивно работы в этом направлении ведутся в США, Китае, Японии и Бразилии. Производственные мощности отдельных установок составляют до 50 тыс. т в год.

В последние годы и в России стали уделять большое внимание разработке технологий получения биоразлагаемых полимеров. Например совсем недавно разработана и введена в эксплуатацию технология, которая даёт возможность производить биоразлагаемые полимеры на основе молочной кислоты. Такой материал может в дальнейшем использоваться при создании бытовых изделий и медицинских препаратов. Данная технология была разработана «НИИ синтетических волокон с экспериментальным заводом».