Утилизация и вторичная переработка пластмасс
Биоразлагаемые полимерные материалы на основе сложных полиэфиров
Сегодня биодеградируемые (или биоразлагаемые) полимерные материалы (БМП) - это одно из перспективный направлений в области утилизации полимерных отходов. По химическому строению можно выделить несколько основных групп биоразлагаемых полимеров: сложные полиэфиры, простые полиэфиры, полиамиды, полисахариды. Наиболее многочисленной группой являются сложные полиэфиры, в частности полигликолиты. Существует три основные группы полигликолитов, производимых промышленностью: - полибутиролактон (полибутиролактон-со-шыивалеролактон), - полилактиды, - поликапролактон.
Основные способы получения:
• поликонденсация гидроксикислот;
• полимеризация циклических эфиров - лактонов и лактидов;
• микробиологический способ.
Первым хорошо охарактеризованным продуктом является полибутиролактон.
Полибутиролактон
I Полибутиролактон (ПБЛ) в виде сополимера с поливалеролактоном
Полигликолиты являются для последних запасным источником энергии и углерода и откладываются внутри клеток.
Технологический процесс получения полимеров состоит из стадий ферментации и извлечения целевого продукта. Стоимость полимера определяется стоимостью питательной среды, выходом полимера и стоимостью его извлечения. Действие первых двух факторов определяются природой микроорганизма. В качестве источника углерода могут быть использованы сахара, метанол, этанол, углеводороды и жирные кислоты. Выход полимера для различных бактерий составляет 25 - 80 %. С учетом выхода полимера стоимость сырья повышается. Одним из способов снижения затрат является использование в качестве сырья углеводсодержащих отходов пищевой промышленности. Весьма перспективным является также использование растений вместо бактерий для синтеза полимера, основным источником углерода для которых является С02.
Существует ряд методов извлечения полигликолитов:
1. Экстракция растворителями - хлороформ, метиленхлорид, дихлорэтан, пропиленкарботат. Получается очень чистый продукт, так как Мn полимера составляет -100 000 удается получить раствор только концентрацией не выше 5 %. Требуется большое количество токсичных растворителей.
2. Обработка гипохлоритом. При этом происходит деструкция составляющих клетки, в том числе и полигликолитов.
3. обработка ферментами
4. комбинированный обработка гипохлоритом и экстракция растворителями. Деструкция меньше, но метод также требует большого количества растворителей.
5. использование пав для клеточного материала дает наиболее чистый продукт.
Полибутиролактон является источником биоразлагаемым полимером уже в силу того, что он является источником углерода для бактерий, его производящих. Известно более 200-т микроорганизмов, для кот. полибутиролактон является источником энергии. На скорость деструкции (-)D полибутиролактона влияет его оптическая частота. Введение в образ атактических фракций резко увеличивается скорость гидролизом. В то же время введение низкомолекулярных фракций полибутиролактона или введение полимолочной кислоты не оказывает существенного влияния на процесс гидролиза. полибутиролактон хорошо совмещается с полиэтиленоксидом, поливинилацетатом, поливинелиденфторид, полисахаридами и плохо - с полимолочной кислотой.
Поли-ε-капролактон является биоразлагаемым полимером. Этот полимер может легко разлагаться под действием ферментов липазы, холестерол эстеразы. Данный полимер легко разлагается бактериальными культурами. Скорость его минерализации меньше, чем у полибутиролактона.
Поли-ε-капролактон имеет низкую температуру плавления 57°С и температуру стеклования -62°С. Получен продукт как линейного строения, так и нелинейного. Можно получить блоксополимеры с полиэтиленгликолем, с гексаметилентерефталатом, изобутиленом, с полиэтилентерефталатом, полиэтиленсукцинатом и т. д. Можно получить тройные блоксополимеры: полистирол-полиэтиленоксид-поликапролактон. Поли-ε-капролактон хорошо совмещается полиэтиленоксодом, поливинилметиловым эфиром, простыми эфирами целлюлозы и ограничено совмещается с ПС и полибутиленсукцинатом
Полимолочная кислота (ПМК) явл-ся биоразлагаемым пол-ром, т. к. способна разлагаться и анаэробными и аэробными бактериями. В настоящее время наиболее широко в пром-ти исп-ся полимеризация циклических димеров молочной к-ты – лактидов. Для получения ПМК может исп-ся 3 типа пол-ции: в расплаве, в растворе, в суспензии. Вторым способом получения ПМК явл-ся поликонденсация молочной к-ты.
ПМК по механич. св-вам (модуль упругости, удлинение при разрыве) напоминает ПС. Она относительно хрупкая, но обладает значительной прочностью. Достоинством полилактида (ПМК) явл-ся то, что он представляет собой прозрачный, бесцветный термопластичный пол-ер, кот. может быть переработан всеми способами, применяемыми для перераб-ки термопластов. Из листов можно термоформовать подносы, тарелки, получать плёнки, волокно, уп-ку для пищевых продуктов, имплантанты для медицины. При соответствующей пластификации полилактид становится эластичным и имитирует ПЭ, ПП или пластиф-ный ПВХ. Покрытия и плёнки отличаются высокой прочностью, прозрачностью, блеском, приемлемой темп-рой экструзии более 200°С, имеют низкий коэф. трения. Плёнка хорошо сваривается и при этом может биоразлагаться при компостировании.
