PL | EN
Biodegradowalne polimery w różnych środowiskach.

Biodegradowalne polimery w różnych środowiskach.

Biodegradowalność tworzyw sztucznych można zagwarantować tylko wtedy, gdy wszystkie polimery biodegradowalne oraz dodatki i organiczne wypełniacze również ulegają biodegradacji. Biodegradowalność zależy od kompleksu warunków bio-geo-chemicznych podczas degradacji tworzyw sztucznych. Znaczenie mają miejsce, temperatura, dostępne składniki odżywcze i tlen, aktywność mikrobiologiczna itp.

Dlatego, uogólnione twierdzenia dotyczące biodegradacji mogą służyć jedynie jako przybliżenia i konieczne powinny zostać potwierdzone za pomocą standardowych testów. Zachowanie na miejscu może się różnić, w zależności od wymienionych warunków, rozmiaru cząstek tworzywa sztucznego, gatunku polimeru oraz innych czynników.

Polimery pokazane na grafikach szybko się zużywają i ulegają biodegradacji w oznakowanych środowiskach, oraz w określonych ramach czasowych. Niektóre biopolimery, takie jak PBS lub PLA, a także praktycznie lignina/drewno, również ulegają biodegradacji, ale dużo wolniej. Pełna biodegradacja może zająć kilka lat.

Biotworzywa można podzielić na dwie grupy:

1. Biodegradowalne pochodzące ze źródeł odnawialnych: polilaktyd (PLA), poli(hydroksyalkaniany) (PHA), skrobia, celuloza.
2. Biodegradowalne pochodzące ze źródeł nieodnawialnych: poli(bursztynian butylenu) PBS i jego kopolimery (w tym poli(bursztynian-ko-adypinian butylenu) PBSA oraz poli(bursztynian-1,4-butylenu-ko-tereftalan-1,4-butylenu) PBST, poli(e-kaprolakton) PCL, poli(adypinian-1,4-butylenuko-tereftalan-1,4-butylenu) PBTA.

Biodegradowalne polimery w różnych środowiskach zgodnie z ustalonymi standardami i schematami certyfikacji.

Biodegradowalność celulozy          Biodegradowalność  octanu celulozy.

Rys.1 Biodegradowalność Celulozy oraz Octanu celulozy.

Biodegradowalność PBAT (kopolimer adypinianu butylenu i tereftalanu butylenu)          Biodegradowalność PBS (Bursztynian polibutylenu)..

Rys.2 Biodegradowalność PBAT (kopolimer adypinianu butylenu i tereftalanu butylenu) oraz PBS (Bursztynian polibutylenu)..

 Biodegradowalność PBSA-Poli(bursztynian butylenu- ko -adypinian butylenu)           Biodegradowalność  PCL(Polikaprolakton).

Rys.3 Biodegradowalność PBSA-Poli(bursztynian butylenu- ko -adypinian butylenu) oraz PCL(Polikaprolakton).

Biodegradowalność PHB (Polihydroksymaślan)           Biodegradowalność  PLA (Polilaktyd).

Rys.4 Biodegradowalność PHB (Polihydroksymaślan) oraz PLA (Polilaktyd).

Biodegradowalność Skrobi.          Biodegradowalność

Rys.5 Biodegradowalność Skrobi.

Biodegradowalność w glebie   Biodegradowalność w kompostowaniu domowym

Rys.6. GLEBA Temperatura 25°C, 90% biodegradacji w ciągu maksymalnie 2 lat. Certyfikacja: TÜV Austria.

           KOMPOSTOWANIE DOMOWE Temperatura 28°C, 90% biodegradacji w ciągu maksymalnie 12 miesięcy. Certyfikacja: TÜV Austria.

Biodegradowalność w kompostowaniu przemysłowym   Biodegradowalność w środowisku morskim

Rys.7 KOMPOSTOWANIE PRZEMYSŁOWE Temperatura 58°C, 90% biodegradacji w ciągu maksymalnie 6 miesięcy. Certyfikacja: TÜV Austria.

           ŚRODOWISKO MORSKIE Temperatura 30°C, 90% biodegradacji w ciągu maksymalnie 6 miesięcy. Certyfikacja: TÜV Austria.

 Biodegradowalność w wodzie  Biodegradowalność  beztlenowa

Rys.8 ŚWIEŻA WODA Temperatura 21°C, 90% biodegradacji w ciągu maksymalnie 56 dni. Certyfikacja:TÜV Austria.

           TRAWIENIE BEZTLENOWE Termofilny 52°C / Mezofilny 37°C. Fermentacja beztlenowa w biogazowni, 50% biodegradacji zwykle w ciągu   dwóch miesięcy następnie trawienie tlenowe.

Biodegradowalność w wypełnieniach gruntu

Rys.9 WYPEŁNIENIE GRUNTU Brak europejskich specyfikacji standardowych, ponieważ nie jest to preferowana opcja wycofania z eksploatacji materiałów ulegających biodegradacji.

Właściwości biodegradowalnych polimerów.

Celuloza.

Celuloza to fascynujący związek organiczny, który odgrywa kluczową rolę w świecie chemii organicznej. Jest to substancja codzienna, którą można znaleźć w roślinach, ale jest również stosowana w wielu różnych produktach, których używasz na co dzień. Celuloza jest związkiem organicznym o wzorze C6H10O5, polisacharyd składający się z liniowego łańcucha składającego się z kilkuset do wielu tysięcy jednostek D-glukozy połączonych wiązaniami β (1-4). Celuloza jest głównym składnikiem ścian komórkowych roślin. Jest to najobficiej występujący naturalny polimer na Ziemi i zapewnia strukturę niezbędną roślinom do wzrostu. W chemii organicznej celulozę traktuje się jako polisacharyd, długi łańcuch monosacharydów lub prostych jednostek cukru połączonych ze sobą wiązaniami glikozydowymi. Istotnym aspektem, który należy zrozumieć na temat celulozy, jest jej stabilność. Biopolimer ten jest bardzo stabilny ze względu na wiązania β-glikozydowe w jego strukturze.

Kilka unikalnych właściwości sprawia, że struktura celulozy jest wyjątkowa:

  • Wiązania wodorowe pomiędzy grupami hydroksylowymi w sąsiednich łańcuchach prowadzą do ciasno upakowanej, wysoce uporządkowanej struktury.
  • Te wiązania wodorowe zapewniają również celulozie wysoki stopień wytrzymałości i stabilności.
  • Łańcuchy celulozowe mają tendencję do agregacji, tworząc mikrofibryle o dużej wytrzymałości na rozciąganie. Daje to celulozie niezwykłe możliwości strukturalne.
  • Struktura pozwala na wysoki stopień interakcji z wodą. Właściwość ta ma kluczowe znaczenie dla funkcji celulozy w procesie nawodnienia roślin.

Ogólnie rzecz biorąc, celuloza pełni istotną rolę w świecie związków organicznych, od zapewniania roślinom niezbędnej struktury po jej zastosowanie w różnych produktach codziennego użytku. Celuloza odgrywa znaczącą rolę w chemii przede wszystkim ze względu na swoje właściwości wynikające z unikalnej struktury. Jedną z głównych cech celulozy, która wzbudziła zainteresowanie chemii, jest jej wysoka stabilność. β-wiązania glikozydowe stosowane do tworzenia łańcuchów glukozowych zapewniają cząsteczce ogromną stabilność, czyniąc ją odporną na hydrolizę. Inną kluczową rolą celulozy w chemii jest jej funkcja jako naturalnego polisacharydu, który ma bezpośrednie zastosowanie w syntezie pochodnych celulozy, takich jak octan celulozy, azotan celulozy i wiele innych.

Właściwości celulozy: co czyni ją wyjątkową?

Struktura celulozy zapewnia jej szereg unikalnych właściwości, które w ogromnym stopniu wpływają na jej funkcjonalność. Jego właściwości wynikają ze struktury molekularnej, określonej przez organizację jednostek glukozy i rodzaje wiązań łączących te jednostki. Po pierwsze, celuloza wyróżnia się wytrzymałością. Ma niesamowitą wytrzymałość na rozciąganie, która wynika z jej liniowej struktury i między łańcuchowych wiązań wodorowych. To właśnie ta właściwość ma fundamentalne znaczenie dla sztywności i wytrzymałości ścian komórkowych roślin. Kolejną istotną właściwością jest nierozpuszczalność celulozy w wodzie i większości rozpuszczalników organicznych. Ścisłe upakowanie łańcuchów celulozowych w mikrofibryli pozostawia minimalną przestrzeń dla cząsteczek wody, aby mogły przedostać się i rozbić strukturę. Celuloza jest również dwójłomna. Ta właściwość, w przypadku której substancja załamuje światło w sposób anizotropowy, wynika z jej struktury krystalicznej. Wyrównanie łańcuchów celulozy w krysztale skutkuje odrębnymi ścieżkami światła. Ponadto celuloza wykazuje odporność enzymatyczną. Ludzkie enzymy nie są w stanie rozkładać celulozy ze względu na wiązania β-glikozydowe, które tworzą jej strukturę. Ta właściwość prowadzi do jego funkcjonalności jako błonnika pokarmowego. Celuloza wykazuje zdolność do biodegradacji. Niektóre mikroorganizmy i grzyby mogą wytwarzać enzymy celulazy, które mogą rozkładać celulozę. Ta właściwość jest niezbędna w recyklingu materiału roślinnego w ekosystemach.

Praktyczne zastosowania celulozy w chemii.

Szeroka gama materiałów celulozowych stanowi świadectwo możliwości adaptacji i wszechstronności celulozy. Zrozumienie praktycznych zastosowań celulozy w chemii dodatkowo podkreśla jej wszechobecność i znaczenie. Celuloza i jej pochodne przenikają szeroką gamę gałęzi przemysłu i sektorów. Ich rola w tych branżach w dużym stopniu opiera się na unikalnych właściwościach, które odróżniają celulozę. W przemyśle tekstylnym wytrzymałość celulozy na rozciąganie zapewnia tkaninom niezbędną wytrzymałość. Na przykład bawełna oraz prawie czysta celuloza, jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów w produkcji tekstyliów. W przemyśle spożywczym gumę celulozową stosuje się jako środek zagęszczający i stabilizator w produktach takich jak lody i sosy sałatkowe, ze względu na zdolność wchłaniania wody. W budownictwie powszechnie stosuje się izolację celulozową, wykonaną z papieru pochodzącego z recyklingu i poddanego obróbce pod kątem odporności ogniowej. W przemyśle farmaceutycznym kluczowe znaczenie mają pochodne celulozy, takie jak celuloza mikrokrystaliczna i karboksymetyloceluloza. Stosuje się je jako substancje pomocnicze zwiększające rozpuszczanie, rozpad i zawieszanie leku w płynnych postaciach dawkowania. Ogólnie rzecz biorąc, włączenie celulozy do tych sektorów podkreśla jej znaczenie jako nieocenionego zasobu naturalnego w różnych aspektach życia codziennego, przemysłowego i ekologicznego. Jej wszechobecność w różnych sektorach podkreśla istotną funkcję, jaką pełni w kształtowaniu naszego świata.

Octan celulozy.

Octan celulozy to organiczny związek chemiczny, ester kwasu octowego i celulozy, otrzymywany przez działanie kwasem octowym lub jego bezwodnikiem na celulozę w obecności kwasu siarkowego lub chlorku cynku jako katalizatora. Octan celulozy jest bezbarwnym termoplastycznym polimerem odpornym na zarysowanie, mało odpornym na ścieranie o sumarycznym wzorze (C6H7O2) (OOCCH3)3] n. Posiada właściwości izolacyjne oraz antystatyczne. Odporny na działanie wody, olejów i tłuszczów. Rozpuszczalny w acetonie, kwasie octowym i chlorowanych węglowodorach. Octan celulozy jest trudnopalny. Polimery półsyntetyczne na bazie celulozy zyskały ogromną popularność. Obecnie dostępnych jest kilka syntetycznych estrów celulozy, takich jak octan-maślan celulozy (CAB), octan celulozy (CAC) i octan-propionian celulozy (CAP). Polimery wytwarzane z tych estrów nazywane są etylocelulozą, maślanem, octanem i propionianem. Octan celulozy jest popularny i szeroko stosowany w wielu zastosowaniach komercyjnych. Octan celulozy nie może być przetwarzany jako tworzywo termoplastyczne w jego pierwotnej postaci. Można go przetwarzać wyłącznie w postaci złożonej. Najpierw miesza się octan celulozy z odpowiednią kombinacją dodatków i plastyfikatorów. Tę kompozycję topi się w celu utworzenia granulek octanu celulozy, które są następnie przetwarzane przy użyciu standardowych technik wytłaczania.

Właściwości octanu celulozy.

  • Octan celulozy jest dostępny w kolorach półprzezroczystych i przezroczystych.
  • Polimery te charakteryzują się doskonałą wytrzymałością mechaniczną i stałą dielektryczną.
  • Octan celulozy zapewnia doskonałą obrabialność. Dzięki temu można go ukształtować w dowolny złożony projekt.
  • Octan celulozy zapewnia doskonałą odporność chemiczną na węglowodory parafinowe, alkohole najwyższej jakości, roztwory z substancjami tłuszczowymi, rozcieńczone roztwory wodne z solami nieorganicznymi i kwaśne zasady.
  • Polimery te są dostępne w dużej gamie kolorów i charakteryzują się doskonałym połyskiem powierzchni.
  • Polimery te są znane ze swojej dobrej stabilności wymiarowej.

Polimer PBAT.

PBAT to termoplastyczne, biodegradowalne tworzywo sztuczne. Jest to kopolimer adypinianu butylenu i tereftalanu butylenu. Posiada cechy PBA i PBT. Ma dobrą ciągliwość i wydłużenie przy zerwaniu, oraz dobrą odporność na ciepło i udarność. Ponadto ma również doskonałą biodegradowalność. Jest to jeden z najbardziej aktywnych materiałów biodegradowalnych w badaniach i zastosowaniach rynkowych biodegradowalnych tworzyw sztucznych. PBAT jest polimerem półkrystalicznym, zwykle temperatura krystalizacji PBAT wynosi około 110oC, temperatura topnienia około 130oC, a gęstość od 1,18 g / cm3 do 1,3 g / cm3. Krystaliczność PBAT wynosi około 30%, twardość Shore a powyżej 85. PBAT jest kopolimerem alifatyczno-aromatycznym, który łączy w sobie doskonałe właściwości degradacyjne alifatycznego poliestru i dobre właściwości mechaniczne aromatycznego poliestru. Wydajność przetwarzania PBAT jest bardzo podobna do LDPE i może być przetwarzana przez wytłaczarki i urządzenia do LDPE.

Plimer PBS.

PBS (Bursztynian polibutylenu) jest poliestrem alifatycznym o cechach porównywalnych z polipropylenem. Jedną z głównych różnic jest to, że PBS ulega naturalnej degradacji i powoduje wprowadzanie wody i CO2 do środowiska naturalnego. PBS jest wytwarzany z kwasu bursztynowego, który jest organiczną substancją chemiczną wspólną dla większości żywych organizmów. PBS jest często stosowany w opakowaniach żywności, opakowaniach produktów kosmetycznych, implantach medycznych i hermetyzacji leków rozpuszczalnych. PBS jest również często mieszany z kwasami poliaktycznymi (PLAT), aby zmodyfikować właściwości dotyczące wytrzymałości i odporności na uderzenia bez zmiany właściwości termicznych lub mechanicznych.

Polimer PBSA.

PBSA Poli(bursztynian butylenu- ko -adypinian butylenu) jest połączeniem 1,4-butanodiolu, kwasu bursztynowego i kwasu adypinowego. PBSA wytwarza się przez dodanie kwasu adypinowego do materiałów źródłowych podczas syntezy PBS. Chociaż monomery tworzące PBSA są zwykle syntetyzowane z paliw kopalnych, możliwe jest również wytwarzanie ich z surowców pochodzenia biologicznego. PBSA rozkłada się szybciej niż PBS. Ponadto wiadomo, że PBS i PBSA ulegają biodegradacji wolniej niż PHA. Z tych dwóch polimerów PBS ma wyższą krystaliczność i lepiej nadaje się do formowania, podczas gdy PBSA ma niższą krystaliczność i lepiej nadaje się do zastosowań w foliach. Obydwa polimery mają niską temperaturę zeszklenia (Tg), a temperatury ich przetwarzania pokrywają się z temperaturami dla PHA.

Polimer PLA.

PLA (Polilaktyd) Polimer pochodzenia biologicznego i biodegradowalny jest liderem w kierunku zrównoważonego rozwoju, ponieważ ma zmniejszony ślad węglowy i ograniczoną zależność od produktów petrochemicznych oraz jest kompostowalny w warunkach przemysłowych. Polilaktyd lub PLA (znany również jako kwas polimlekowy lub polimer kwasu mlekowego) to wszechstronny komercyjny biodegradowalny termoplast. Opiera się na kwasie mlekowym. Kwas mlekowy (LA lub kwas 2-hydroksypropionowy) jest najszerzej występującym optycznie aktywnym kwasem hydroksykarboksylowym. Ta chiralna cząsteczka występuje w postaci dwóch enancjomerów – kwasu L i D-mlekowego. Monomery kwasu mlekowego można wytwarzać w 100% ze źródeł odnawialnych, takich jak kukurydza i buraki cukrowe. Polilaktyd jest w stanie zastąpić konwencjonalne tworzywa termoplastyczne na bazie ropy naftowej. Dzieje się tak dzięki doskonałemu połączeniu właściwości, jakie posiada. Polilaktyd jest jednym z najbardziej obiecujących obecnie stosowanych biopolimerów i ma ogromną liczbę zastosowań. Obejmuje to zastosowania w medycynie i opiece zdrowotnej, opakowaniach, zastosowaniach motoryzacyjnych itp. Okazało się, że jest obiecującą alternatywą dla polimerów na bazie ropy naftowej. Jego właściwości są porównywalne z powszechnie stosowanymi polimerami, takimi jak politereftalan etylenu (PET), polichlorek winylu (PVC) itp. Wysokowydajne gatunki PLA są doskonałym zamiennikiem polistyrenu (PS), polipropylenu (PP) i akrylonitrylo-butadieno-styrenu (ABS) w wymagających zastosowaniach.

Polimer PLA jest ważnym składnikiem filamentu PLA do druku 3D.

Nawet jeśli nie korzystasz z druku 3D, to prawdopodobnie słyszałeś o PLA filamencie, najpopularniejszym materiale do drukowania 3D. PLA (Kwas polimlekowy) jest najbardziej znany ze swojego zastosowania w branży druku 3D pod postacią filamentu PLA.  PLA filament jest łatwy do zastosowania w produkcji wysokiej jakości części, na drukarce 3D FDM. Druk 3D z wykorzystaniem filamentów PLA to obiecujący sposób wytwarzania złożonych urządzeń biomedycznych metodą projektowania komputerowego. Proces ten otwiera nowe możliwości w oparciu o dane anatomiczne specyficzne dla pacjenta. Może być również stosowany w szerokiej gamie zastosowań przemysłowych i architektonicznych.
Kwas polimlekowy, znany jako filament PLA, to jeden z najpopularniejszych materiałów stosowanych w stacjonarnym druku 3D. Można stwierdzić, że jest to domyślnie wybierany filament przez większość użytkowników drukarek 3D, ponieważ można go drukować w niskiej temperaturze i nie wymaga podgrzewanego stołu. PLA filament to świetny pierwszy materiał do wykorzystania podczas drukowania 3D.

Skrobia.

Skrobia to polisacharyd lub złożony węglowodanów składających się z łańcucha cząsteczek glukozy połączonych ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. Czysta skrobia występuje w postaci bezsmakowego, bezwonnego, białego proszku; i jest pozyskiwana z roślin, dlatego stanowi dużą część diety współczesnego człowieka. Większość roślin zielonych wytwarza skrobię w celu magazynowania nadmiaru glukozy, którą wytwarzają podczas fotosyntezy. Skrobia składa się z długich łańcuchów cząsteczek glukozy, które są połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi zwanymi wiązaniami glikozydowymi. Zazwyczaj skrobię określa się jako polisacharyd, ponieważ składa się z wielu cząsteczek cukru. Ponieważ wszystkie cząsteczki składają się z tego samego rodzaju cukru (glukozy), skrobia jest czasami nazywana homopolisacharydem.

Kompozyty ze skrobi termoplastycznej cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na wzrost zanieczyszczeń środowiska spowodowany stosowaniem syntetycznych materiałów polimerowych na bazie ropy naftowej. Degradacja tradycyjnych tworzyw sztucznych wymaga niezwykle długiego czasu, co może prowadzić do wysokich kosztów i wtórnych zanieczyszczeń. Aby rozwiązać te problemy, należy zastąpić więcej tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej zrównoważonymi tworzywami sztucznymi pochodzenia biologicznego. Odnawialne i naturalne materiały, które występują powszechnie w przyrodzie, są potencjalnymi kandydatami na szeroką gamę polimerów, którymi można zastąpić ich syntetyczne odpowiedniki. Skrobia jest głównym składnikiem struktury biopolimeru należącego do grupy polisacharydów i uznawana jest za drugie po celulozie najważniejsze źródło odnawialne. Jest niedroga i całkowicie biodegradowalna, co budzi duże zainteresowanie możliwością wykorzystania go jako składnika bioplastiku. Wiadomo, że skrobia jest materiałem uniwersalnym, ponieważ można ją przekształcić w substancje chemiczne, takie jak etanol, aceton i kwasy organiczne stosowane w produkcji polimerów syntetycznych, takie jak kwas polimlekowy (PLA), a także można ją przekształcić w TPS za pomocą plastyfikatora w warunkach temperatury ścinania. Skrobia składa się głównie z dwóch homopolimerów amylazy D-glukozy, głównie liniowego α-D (1,4) -glukanu i rozgałęzionej amylopektyny. Mają tę samą strukturę szkieletu co amyloza, ale z wieloma punktami rozgałęzień połączonymi wiązaniami α-1, 6.

Skrobia termoplastyczna.

Skrobia czysta ma pewne wady związane z dużą rozpuszczalnością w wodzie, kruchością, słabą temperaturą topnienia i niższymi właściwościami mechanicznymi w porównaniu z materiałami wykonanymi z polimerów syntetycznych. Aby poprawić właściwości skrobi, wprowadza się różne modyfikacje fizyczne lub chemiczne, takie jak plastyfikacja, mieszanie, wytwarzanie i kopolimeryzacja szczepiona. Plastyfikatory odgrywają istotną rolę w wytwarzaniu skrobi termoplastycznej, ponieważ poprawiają zachowanie skrobi poprzez redukcję wewnętrznych wiązań wodorowych pomiędzy łańcuchami polimeru, jednocześnie zwiększając wolną objętość. To z kolei zwiększa elastyczność i przetwarzalność oraz sprzyja mobilności łańcuchów molekularnych. Najczęściej jednak stosowane są plastyfikatory z grupy polioli, a mianowicie glicerol i sorbitol.

Zobacz także:

Druk 3D części o dużych gabarytach metodą wytłaczania z granulatu.

Postęp w technologii wytłaczania dwuślimakowego skoncentrowany na mieszaniu.

Wytłaczanie analogów mięsa odpowiedzią na potrzeby konsumentów.

Filament ABS Akrylonitryl-Butadien-Styren.

Biodegradowalny filament - przyszłość druku 3D.

Polimer PLA jak powstaje i jakie ma właściwości użytkowe?

Popularne materiały (filamenty) termoplastyczne stosowane w drukowaniu 3D.

Produkty farmaceutyczne wytwarzane metodą wytłaczania.

Jaki i gdzie kupić filament - baza wiedzy o filamentach do druku 3D?

Pompy stopionych polimerów.

X

Poproś o kontakt

Imię i nazwisko:

Nazwa Firmy

e-mail

Telefon

Treść:


chat logo
Zadzwoń