Biyoplastiklerin özellikleri, çeşitleri, üretimi ve kullanımları



biyoplastik bunlar, diğerlerinin yanı sıra nişasta, selüloz, laktik asit, yağlar, bitkisel ve hayvansal proteinler gibi yenilenebilir doğal kaynaklardan elde edilen biyolojik kökenli hammaddelerden elde edilen plastik polimerik malzemelerdir..

Biyoplastik terimi, bu biyolojik kökenli malzemeleri, petrol türevlerinden sentezlenen petroplastiklerden ayırmak için kullanılır..

Plastikler, az ya da çok geniş koşullara girmeden deforme olabilen, kolayca kalıplanabilir malzemelerdir; bu nedenle çok yönlülük malzemeleridirler.

Çoğu plastik, petrolden elde edilen ham maddelerden üretilir. Bu petroplastikler, yenilenemeyen, sonlu ve tükenmeyen bir doğal kaynak olan petrolün çıkarılması ve rafine edilmesinden kaynaklanmaktadır..

Ayrıca, petroplastikler biyolojik olarak parçalanamazlar ve okyanuslardaki "plastik adalar ve çorbalar" gibi ciddi çevresel problemler oluştururlar. Bunlar, süspansiyonun içindeki plastik mikropartiküllerin deniz ve havanın kirletilmesi nedeniyle fiziksel bozulmalarından kaynaklanan büyük miktarda balık ve deniz kuşu ölümüne neden olur..

Ek olarak, petroplastiklerin yakılması son derece toksik emisyonlar üretir.

Petroplastiklerin aksine, çoğu biyoplastik tamamen biyolojik olarak parçalanabilir ve kirletici olmayabilir. Ekosistemlerin dinamiklerini bile destekleyebilirler.

indeks

  • 1 Biyoplastiklerin özellikleri
    • 1.1 Biyoplastiklerin ekonomik ve çevresel önemi
    • 1.2 Biyodegrabilite
    • 1.3 Biyoplastiklerin sınırlamaları
    • 1.4 Biyoplastiklerin özelliklerinin iyileştirilmesi
  • 2 Çeşit (sınıflandırma)
    • 2.1 Hazırlanmasına göre sınıflandırma
    • 2.2 Hammaddesine göre sınıflandırma
  • 3 Endüstriyel biyoplastik üretimi
  • 4 Biyoplastiklerin Kullanımı
    • 4.1 Tek kullanımlık makaleler
    • 4.2 İnşaat ve inşaat mühendisliği
    • 4.3 Farmasötik uygulamalar
    • 4.4 Tıbbi uygulamalar
    • 4.5 Hava, deniz ve kara taşımacılığı ve sanayi
    • 4.6 Tarım
  • 5 Kaynakça

Biyoplastiklerin özellikleri

Biyoplastiklerin ekonomik ve çevresel önemi

Son zamanlarda, yenilenebilir hammaddelerden plastikler üretmek ve biyolojik olarak parçalanabilen daha fazla bilimsel ve endüstriyel ilgi ortaya çıkmıştır..

Bunun nedeni, dünya petrol rezervlerinin tükenmesi ve petroplastiklerin neden olduğu ciddi çevresel zararlar konusunda daha fazla farkındalık olduğudur..

Dünya pazarında plastiklere olan talebin artmasıyla birlikte, biyolojik olarak çözünebilir plastiklere olan talep de artıyor..

biyoparçalanabilirliğinin

Biyobozunur biyo-plastiklerin atıkları, hızlı ve kirletici olmayan bozunmalar nedeniyle organik atık olarak işlenebilir. Örneğin, biyolojik işlemlerle doğal olarak geri dönüştürüldüğü için kompostlamada toprak değişikliği olarak kullanılabilirler..

Biyoplastiklerin sınırlamaları

Biyobozunur biyoplastiklerin üretimi büyük zorluklarla karşı karşıyadır, çünkü biyoplastikler petroplastikler için aşağılık özelliklere sahiptir ve büyümesi rağmen, uygulaması sınırlıdır.

Biyoplastiklerin özelliklerinin iyileştirilmesi

Biyoplastiklerin özelliklerini geliştirmek için, biyopolimer karışımları, karbon nanotüpler ve kimyasal işlemlerle modifiye edilmiş doğal elyaflar gibi çeşitli katkı maddeleri ile geliştirilmektedir..

Genel olarak, biyoplastiklere uygulanan katkı maddeleri aşağıdaki gibi özellikleri geliştirir:

  • Sertlik ve mekanik dayanım.
  • Gaz ve suya karşı bariyer özellikleri.
  • Isıl direnç ve ısıl direnç.

Bu özellikler biyoplastikte kimyasal hazırlama ve işleme yöntemleriyle tasarlanabilir..

Çeşitleri (sınıflandırma)

Hazırlanmanıza göre sınıflandırma

Biyoplastikler, aşağıdaki hazırlama koşullarına göre sınıflandırılabilir:

  • Doğrudan biyokütleden ekstrakte edilen polimerik hammaddeden sentezi yapılan biyoplastikler.
  • Biyoteknolojik yollarla sentez yoluyla elde edilen biyoplastikler (doğal veya genetiği değiştirilmiş mikroorganizmalar kullanılarak).
  • Biyolojik monomerlerden başlayarak klasik kimyasal sentezlerle elde edilen biyoplastikler (inşaatları için kullanılan tuğlalar olacaktır).

Hammaddesine göre sınıflandırma

Ayrıca biyoplastikler hammaddelerinin kökenine göre sınıflandırılabilir:

Nişasta bazlı biyoplastikler

Nişasta, suyu emebilen bir biyopolimerdir ve bu biyoplastikler işlevseldir, esneklik sağlayan plastikleştiriciler (sorbitol veya gliserin gibi) eklenirler..

Ek olarak, mekanik özelliklerini geliştirmek ve su ile bozulmaya karşı dirençlerini arttırmak için diğerleri arasında biyolojik olarak parçalanabilen polyesterler, polilaktik asit, polikaprolaktonlar ile karıştırılırlar..

Bioplástico'lar, nişasta gibi ekonomik hammadde, bol ve yenilenebilir gibi hazırlanırlar;.

Oda sıcaklığında deforme olabilen malzemelerdir, ısıtıldığında eritilir ve bir durumda sertleşir cam soğuturken. Yeniden ısıtılabilir ve yeniden şekillendirilebilirler, ancak bu prosedürlerle fiziksel ve kimyasal özelliklerinde değişiklik geçirirler..

Bunlar en çok kullanılan biyoplastik tiptir ve piyasadaki biyoplastiklerin% 50'sini oluşturur..

Selüloz bazlı biyoplastikler

Selüloz, bitki hücrelerinin duvarlarının yapısal bir bileşeni olan karasal biyokütle içindeki en bol bulunan organik bileşiktir. Suda, etanolde ve eterde çözünmez.

Selüloza dayalı biyoplastikler genellikle selüloz esterleri (selüloz asetat ve nitroselüloz) ve bunların türevleridir (selüloitler). Selülozun kimyasal modifikasyonları sayesinde termoplastik hale gelebilir.

Nişastadan çok daha az hidrofilik (suya benzer) olan selüloz, mekanik mukavemeti arttırılmış, düşük gaz geçirgenliği ve su bozulmasına karşı daha yüksek direnç özelliklerine sahip biyoplastikler üretir..

Protein bazlı biyoplastikler

Süt kazeini, buğday gluteni, soya proteini gibi proteinleri kullanarak biyoplastikler yapmak mümkündür..

Özellikle, soya proteininden gelen biyoplastik, su ile bozulmaya karşı çok hassastır ve üretilmesi ekonomik olarak pahalıdır. Daha ucuz ve daha dirençli olan ayrıntılı karışımlar, şu anda bir zorluk teşkil ediyor.

Lipidlerden türetilen biyoplastlar

Biyoplastikler (poliüretanlar, polyesterler ve epoksi reçineleri), petroplastiklere benzer özelliklere sahip bitkisel ve hayvansal yağlardan sentezlenmiştir..

Mikroalgdan bitkisel yağ ve düşük maliyetli yağların üretilmesi, bu tip biyoplastiklerin üretimi için çok elverişli bir faktör olabilir..

Örneğin, biyoplastik poliamid 410 (PA 410), hint bitkisinin meyvesinden% 70 yağ ile üretilir.Ricinus comunis). Bu biyoplastik yüksek bir erime noktasına sahiptir (250veyaC), düşük su emme ve çeşitli kimyasal maddelere karşı direnç.

Başka bir örnek ise poliamid 11 (PA 11), bitkisel yağlardan üretilir, fakat biyolojik olarak parçalanamaz.

Polihidroksialkanoatlar (PHA'lar)

Çok çeşitli bakteri türleri, şekerler ve lipitler fermente eder, bileşikler olarak adlandırılan yan ürünler olarak üretilir. polihidroksialkanoatlar Karbon ve enerji kaynağı olarak depolayan (PHA).

PHA'lar suda çözünmez, biyolojik olarak parçalanabilir ve toksik değildir.

PHA tipi biyoplastikler, biyolojik olarak parçalanabilen oldukça sert plastik elyaflar üretir. Tıbbi cihazların üretimi için petropolimerlerin kullanımıyla ilgili çok umut vaat eden bir alternatifi temsil ediyorlar.

Polilaktik asit (PLA)

Polilaktik asit (PLA), ham madde olarak mısır veya dekstrozdan üretilen şeffaf bir biyoplastiktir..

Üretim için, nişasta ilk önce mısırdan veya başka bir sebze kaynağından çıkarılmalıdır; daha sonra mikroorganizmaların etkisiyle laktik asit bundan elde edilir ve son olarak biyoplastik elde etmek için kimyasal bir işlem (laktik asidin polimerizasyonu) uygulanır.

PLA biyoplastikleri saydamdır, darbelere karşı düşük direnç gösterir, hava girişini engelleyen, ısıl direnç direnci ve bariyer özelliklerine sahiptir. Ayrıca, biyolojik olarak parçalanabilirler.

Poli-3-hidroksibutirat (PHB) bazlı biyoplastikler

Poli-3-hidroksibutirat (PHB), glikozu ve mısır nişastasını metabolize eden bazı bakteriler tarafından üretilen, kimyasal bir bileşik polyester türüdür..

PHB, (ticari olarak yaygın şekilde kullanılan) petroplastik polipropilene benzer özelliklere sahiptir, ancak pahalı karbon kaynaklarına sahip biyokütle üretimini içerdiğinden, üretim maliyeti dokuz kat daha yüksektir..

Bu biyoplastik saydam filmler üretebilir, 130 erime noktasına sahiptirveyaC ve tamamen biyobozunur.

Biyo-türetilmiş polietilen

Polietilen, yapısal bir birim olarak etilen monomerine sahiptir; etanolden hammadde olarak başlayan kimyasal sentez ile elde edilebilir.

Etanol alkollü fermantasyonda şeker kamışı, mısır veya diğerlerini metabolize eden mikroorganizmalar tarafından üretilir.

Bu, alkolik fermantasyon ve etilen ve polietilen kimyasal sentezini birleştirerek, biyo-türetilmiş polietilen denilen biyoplastik elde edilebilir..

Bu biyoplastik polietilen, kimyasal ve fiziksel olarak petroplastik ile aynıdır. Biyobozunur değildir ancak geri dönüştürülebilir.

Polihidroksi üretanlar

Son zamanlarda denilen son derece toksik bir bileşik içermeyen, biyoplastik poliüretanların üretimine büyük ilgi gösterilmiştir. izosiyanat.

İzosiyanat, sentetik polimerlerin (süngerimsi plastiklere uygulanan poliüretanlar, sert köpükler, vernikler, böcek öldürücüler, tutkallar, patlayıcı maddeler), hem tarımda hem de tıpta endüstriyel üretim işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır..

Denilen kimyasal bir yöntem var Polihidroksiüretanların çapraz polimerizasyonu, Tamamen geri dönüştürülebilir ve serbest biyoplastik üreten izosiyanat.

Biyoplastiklerin endüstriyel üretimi

Biyoplastiklerin endüstriyel üretimi 4 temel adımı içeriyor:

  1. Hammaddenin elde edilmesi (biyokütle).
  2. Polimer sentezi.
  3. Polimerin, hazırlanacak son ürüne göre istenen özelliklere sahip olma fonksiyonunda değiştirilmesi.
  4. Gereken son formu elde etmek için yüksek veya düşük basınç yöntemleriyle biyoplastikten kalıplanır..

Biyoplastiklerin Kullanımı

Halen, biyoplastiklerin ticari uygulamaları azdır, çünkü üretimlerinin ekonomik maliyeti ve özelliklerinin geliştirilmesi hala çözülmesi gereken sorunları temsil etmektedir..

Tek kullanımlık ürün

Bununla birlikte, biyoplastikler, plastik torbalar, ambalaj kapları ve gıda ambalajları, çatal bıçak takımı, bardaklar ve yenilebilir plastik tabaklar gibi birçok atılabilir öğenin imalatında zaten kullanılmaktadır..

İnşaat ve inşaat mühendisliği

Nişasta biyoplastikleri yapı malzemesi olarak kullanıldı ve elektrik tesislerinde nano fiberlerle güçlendirilmiş biyoplastikler kullanıldı..

Ek olarak, bunların hazırlanmasında kullanılmıştır. biyoplastik odunlar xylophagous böceklerin saldırısına uğramayan ve nem ile çürümeyen mobilyalar için.

İlaç uygulamaları

Yavaş yavaş salınan ilaç ve uyuşturucu araçlarını içeren biyoplastik kapsüllerle yapılmıştır. Böylece, ilaçların biyoyararlanımı zaman içinde düzenlenir (hastanın belirli bir zamanda aldığı doz).

Tıbbi uygulamalar

İmplant, doku mühendisliği, chitin bioplastics ve chitosan'a uygulanan selüloz biyoplastikleri, yaraların korunması, kemik doku mühendisliği ve insan derisinin yenilenmesi için üretilmiştir..

Selüloz biyoplastikler ayrıca biyosensörler, dental implantların üretimi için hidroksiapatit karışımları, kateterlerdeki biyoplastik lifler ve ayrıca diğerleri için üretilmiştir..

Hava, deniz ve kara taşımacılığı ve sanayi

Hem endüstriyel hem de nakil cihazlarında bitkisel yağlara dayanan sert köpükler (biyoplastikler) kullanılmıştır; otomobil parçaları ve havacılık parçaları.

Ayrıca cep telefonlarının, bilgisayarların, ses ve görüntü cihazlarının elektronik bileşenleri de biyo-plastikten üretilmiştir..

tarım

Suyu emen ve tutan ve yavaş yavaş salınabilen biyoplastik hidrojeller, ekili toprağın koruyucu kaplamaları, nemin korunması ve kuru bölgelerde ve az yağışlı mevsimlerde tarımsal plantasyonların büyümesini kolaylaştırmak için yararlı.

referanslar

  1. Chen, G. ve Patel, M. (2012). Biyolojik kaynaklardan elde edilen plastikler: Şimdi ve gelecek. Teknik ve çevresel bir inceleme. Kimyasal İncelemeler. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Biyoplastikler ve Biyokompozitler El Kitabı. (2011). Srikanth Pilla Editör. Salem, ABD: Scrivener Yayıncılık LLC. John Wiley ve oğulları tarafından.
  3. Lampinen, J. (2010). Biyoplastik ve Biyokompozit Eğilimler. VTT Araştırma Notları. Finlandiya Teknik Araştırma Merkezi. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. ve Doane, W. (1993). Nişasta bazlı plastiklerin geliştirilmesi: Seçilmiş polimer sistemlerinin tarihsel açıdan yeniden incelenmesi. Nişasta. 45 (8): 276-280; doi: 10.1002 / yıldız.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Biyo ilişkili polimerler ve uygulamalar için terminoloji (IUPAC tavsiyeleri). Saf ve Uygulamalı Kimya. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04