Đặc điểm sinh học, chủng loại, sản xuất và sử dụng



các nhựa sinh học Chúng là các vật liệu polyme dẻo, thu được từ các nguyên liệu thô có nguồn gốc sinh học, nghĩa là từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên tái tạo, như sinh khối của tinh bột, cellulose, axit lactic, chất béo, protein thực vật và động vật, trong số các loại khác.

Thuật ngữ bioplastic được sử dụng để phân biệt các vật liệu có nguồn gốc sinh học, từ petroplastic, được tổng hợp từ các dẫn xuất dầu mỏ.

Nhựa là vật liệu dễ bị mốc có thể biến dạng mà không bị phá vỡ trong một phạm vi rộng hoặc ít hơn các điều kiện; đó là lý do tại sao chúng là vật liệu rất linh hoạt.

Hầu hết nhựa được sản xuất từ ​​nguyên liệu thô có nguồn gốc từ dầu mỏ. Những nguyên liệu hóa dầu này đến từ việc khai thác và tinh chế dầu, là nguồn tài nguyên thiên nhiên không thể tái tạo, hữu hạn và cạn kiệt.

Hơn nữa, petroplastic không thể phân hủy sinh học và tạo ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng như cái gọi là "đảo nhựa và súp" trong đại dương. Những nguyên nhân này gây ra cái chết lớn cho cá và chim biển, do ô nhiễm biển và không khí bởi các vi hạt nhựa bị đình chỉ, do sự xuống cấp về thể chất của chúng.

Ngoài ra, việc đốt cháy hóa dầu tạo ra khí thải cực độc.

Không giống như hóa dầu, hầu hết các loại nhựa sinh học có thể phân hủy hoàn toàn và không gây ô nhiễm. Họ thậm chí có thể ủng hộ sự năng động của hệ sinh thái.

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm của nhựa sinh học
    • 1.1 Tầm quan trọng về kinh tế và môi trường của nhựa sinh học
    • 1.2 Khả năng phân hủy sinh học
    • 1.3 Hạn chế của nhựa sinh học
    • 1.4 Cải thiện tính chất của nhựa sinh học
  • 2 loại (phân loại)
    • 2.1 Phân loại theo sự chuẩn bị của nó
    • 2.2 Phân loại theo nguyên liệu của nó
  • 3 Sản xuất công nghiệp nhựa sinh học
  • 4 công dụng của nhựa sinh học
    • 4.1 Bài viết dùng một lần
    • 4.2 Xây dựng và kỹ thuật dân dụng
    • 4.3 Ứng dụng dược phẩm
    • 4.4 Ứng dụng y tế
    • 4.5 Hàng không, hàng hải và giao thông đường bộ và công nghiệp
    • 4.6 Nông nghiệp
  • 5 tài liệu tham khảo

Đặc điểm của nhựa sinh học

Tầm quan trọng kinh tế và môi trường của nhựa sinh học

Gần đây, người ta đã quan tâm nhiều hơn đến khoa học và công nghiệp để sản xuất nhựa từ nguyên liệu thô tái tạo và có khả năng phân hủy sinh học.

Điều này là do thực tế là trữ lượng dầu trên thế giới đang cạn kiệt và nhận thức rõ hơn về những thiệt hại nghiêm trọng về môi trường do hóa dầu gây ra..

Với nhu cầu ngày càng tăng về nhựa trên thị trường thế giới, nhu cầu về nhựa phân hủy sinh học cũng ngày càng tăng.

Khả năng phân hủy sinh học

Chất thải của nhựa sinh học phân hủy sinh học có thể được coi là chất thải hữu cơ, suy thoái nhanh chóng và không gây ô nhiễm. Ví dụ, chúng có thể được sử dụng làm chất sửa đổi đất trong quá trình ủ phân, vì chúng được tái chế tự nhiên bằng các quá trình sinh học.

Hạn chế của nhựa sinh học

Việc sản xuất nhựa sinh học có thể phân hủy sinh học phải đối mặt với những thách thức lớn, bởi vì nhựa sinh học có các đặc tính kém hơn so với hóa dầu và ứng dụng của nó, mặc dù đang phát triển, còn hạn chế.

Cải thiện tính chất của nhựa sinh học

Để cải thiện tính chất của nhựa sinh học, hỗn hợp các chất sinh học đang được phát triển với nhiều loại phụ gia khác nhau, chẳng hạn như ống nano carbon và sợi tự nhiên được biến đổi bởi các quá trình hóa học.

Nói chung, các chất phụ gia áp dụng cho nhựa sinh học cải thiện các thuộc tính như:

  • Độ cứng và sức đề kháng cơ học.
  • Rào cản chống lại khí và nước.
  • Độ bền nhiệt và khả năng điều nhiệt.

Các tính chất này có thể được thiết kế trong nhựa sinh học thông qua các phương pháp chuẩn bị và xử lý hóa học.

Các loại (phân loại)

Phân loại theo sự chuẩn bị của bạn

Nhựa sinh học có thể được phân loại theo chế độ chuẩn bị của chúng trong:

  • Nhựa sinh học có tổng hợp được làm từ nguyên liệu thô được chiết xuất trực tiếp từ sinh khối.
  • Nhựa sinh học thu được thông qua tổng hợp bằng con đường công nghệ sinh học (sử dụng vi sinh vật bản địa hoặc biến đổi gen).
  • Nhựa sinh học thu được bằng tổng hợp hóa học cổ điển, bắt đầu từ các monome sinh học (sẽ là những viên gạch được sử dụng để xây dựng).

Phân loại theo nguyên liệu của nó

Ngoài ra nhựa sinh học có thể được phân loại theo nguồn gốc của nguyên liệu thô của họ:

Nhựa sinh học dựa trên tinh bột

Tinh bột là một chất sinh học có khả năng hấp thụ nước và đối với các loại nhựa sinh học này có chức năng, chúng được thêm vào chất dẻo cung cấp tính linh hoạt (như sorbitol hoặc glycerin).

Ngoài ra, chúng được trộn với các polyesters phân hủy sinh học, axit polylactic, polycaprolactones, trong số những loại khác, để cải thiện tính chất cơ học và khả năng chống suy thoái của nước..

Bioplásticos được chế tạo từ tinh bột như nguyên liệu kinh tế, phong phú và có thể tái tạo, gọi là "nhựa nhiệt dẻo của tinh bột".

Chúng là những vật liệu biến dạng ở nhiệt độ phòng, tan chảy khi nóng và cứng lại ở trạng thái thủy tinh thể khi làm mát. Chúng có thể được hâm nóng và làm lại, nhưng chúng trải qua những thay đổi về tính chất vật lý và hóa học của chúng với các quy trình này.

Chúng là loại nhựa sinh học được sử dụng nhiều nhất và chiếm 50% trong số các loại nhựa sinh học trên thị trường.

Nhựa sinh học dựa trên cellulose

Cellulose là hợp chất hữu cơ phong phú nhất trong sinh khối trên cạn, thành phần cấu trúc của thành tế bào thực vật. Nó không hòa tan trong nước, ethanol và ether.

Nhựa sinh học dựa trên cellulose nói chung là các este cellulose (cellulose acetate và nitrocellulose) và các dẫn xuất của chúng (celluloids). Thông qua sửa đổi hóa học của cellulose, nó có thể trở thành một loại nhựa nhiệt dẻo.

Cellulose, ít ưa nước (gần giống với nước) hơn tinh bột, tạo ra nhựa sinh học với các đặc tính cải thiện về độ bền cơ học, tính thấm khí thấp hơn và khả năng chống phân hủy nước cao hơn..

Nhựa sinh học dựa trên protein

Có thể tạo ra nhựa sinh học bằng cách sử dụng các protein như casein sữa, gluten lúa mì, protein đậu nành, trong số những thứ khác.

Đặc biệt, nhựa sinh học từ protein đậu nành rất dễ bị suy thoái bởi nước và sản xuất rất tốn kém về kinh tế. Xây dựng hỗn hợp rẻ hơn và kháng hơn, tiềm ẩn một thách thức hiện nay.

Bioplast có nguồn gốc từ lipid

Nhựa sinh học (polyurethan, polyesters và nhựa epoxy) đã được tổng hợp từ chất béo thực vật và động vật, với các tính chất tương tự như của petroplastic.

Việc sản xuất dầu thực vật và dầu giá rẻ từ vi tảo có thể là một yếu tố rất thuận lợi để sản xuất loại nhựa sinh học này.

Ví dụ, nhựa sinh học polyamit 410 (PA 410), nó được sản xuất với 70% dầu từ quả của cây thầu dầu (Ricun comunis). Nhựa sinh học này có điểm nóng chảy cao (250oC), hấp thụ nước thấp và kháng với các tác nhân hóa học khác nhau.

Một ví dụ khác là polyamit 11 (PA 11), được sản xuất từ ​​dầu thực vật, nhưng không thể phân hủy sinh học.

Polyhydroxyalkanoates (PHA)

Một loạt các loài vi khuẩn lên men đường và lipit, sản xuất như các sản phẩm phụ được gọi là hợp chất polyhydroxyalkanoates (PHAs), nơi lưu trữ như một nguồn carbon và năng lượng.

PHA không hòa tan trong nước, phân hủy sinh học và không độc hại.

Nhựa sinh học thuộc loại PHAs, tạo ra các sợi nhựa khá cứng có khả năng phân hủy sinh học. Chúng đại diện cho một sự thay thế rất hứa hẹn, liên quan đến việc sử dụng petropolyme, để sản xuất các thiết bị y tế.

Axit polylactic (PLA)

Polylactic acid (PLA) là một loại nhựa sinh học trong suốt được sản xuất từ ​​ngô hoặc dextrose làm nguyên liệu thô.

Để sản xuất, tinh bột trước tiên phải được chiết xuất từ ​​ngô hoặc nguồn thực vật khác; sau đó axit lactic thu được từ điều này, nhờ vào hoạt động của vi sinh vật và cuối cùng là một quá trình hóa học (trùng hợp axit lactic) được áp dụng để thu được nhựa sinh học.

Nhựa sinh học PLA trong suốt, có khả năng chống va đập thấp, sở hữu tính chống nhiệt và rào cản, ngăn chặn sự xâm nhập của không khí. Ngoài ra, chúng có khả năng phân hủy sinh học.

Nhựa sinh học dựa trên poly-3-hydroxybutyrate (PHB)

Poly-3-hydroxybutyrate (PHB) là một loại hợp chất hóa học polyester, được sản xuất bởi một số vi khuẩn chuyển hóa glucose và tinh bột ngô.

PHB có các tính chất tương tự polypropylen petroplastic (được sử dụng rộng rãi), nhưng chi phí sản xuất của nó cao gấp 9 lần, vì nó liên quan đến việc sản xuất sinh khối với các nguồn carbon đắt tiền.

Nhựa sinh học này có thể tạo ra các màng trong suốt, có điểm nóng chảy là 130oC và hoàn toàn phân hủy sinh học.

Polyethylen có nguồn gốc sinh học

Polyetylen có monome ethylene là một đơn vị cấu trúc; có thể thu được bằng cách tổng hợp hóa học bắt đầu từ ethanol làm nguyên liệu thô.

Ethanol được sản xuất trong quá trình lên men rượu bởi các vi sinh vật chuyển hóa mía, ngô hoặc khác.

Đây là cách, kết hợp lên men rượu và tổng hợp hóa học của ethylene và polyethylen, nhựa sinh học được gọi là polyethylen có nguồn gốc sinh học có thể thu được.

Polyethylen sinh học này giống hệt về mặt hóa học và vật lý với petroplastic. Nó không bị phân hủy sinh học nhưng có thể được tái chế.

Niệu đạo polyhydroxy

Gần đây đã có nhiều quan tâm trong việc sản xuất polyurethan sinh học, không có hợp chất cực độc gọi là isocyanate.

Isocyanate được sử dụng rộng rãi trong các quy trình sản xuất công nghiệp của polyme tổng hợp (polyurethan áp dụng cho nhựa xốp, bọt cứng, sơn mài, thuốc trừ sâu, keo, chất nổ, trong số khác), trong nông nghiệp và trong y học.

Có một phương pháp hóa học gọi là Phản ứng trùng hợp chéo của polyhydroxyurethanes, sản xuất nhựa sinh học hoàn toàn có thể tái chế và miễn phí isocyanate.

Sản xuất công nghiệp nhựa sinh học

Sản xuất công nghiệp nhựa sinh học bao gồm 4 bước cơ bản:

  1. Lấy nguyên liệu thô (sinh khối).
  2. Tổng hợp polymer.
  3. Sửa đổi polymer trong chức năng có các tính chất mong muốn theo sản phẩm cuối cùng được xây dựng.
  4. Được đúc bằng nhựa sinh học bằng phương pháp áp suất cao hoặc thấp, để có được hình thức cuối cùng cần thiết.

Công dụng của nhựa sinh học

Hiện tại có rất ít ứng dụng thương mại của nhựa sinh học, vì chi phí kinh tế của việc sản xuất và cải thiện tính chất của chúng, vẫn còn là vấn đề cần giải quyết.

Đồ dùng một lần

Tuy nhiên, nhựa sinh học đã được sử dụng trong sản xuất nhiều mặt hàng dùng một lần như túi nhựa, hộp đựng bao bì và giấy gói thực phẩm, dao kéo, ly và đĩa nhựa ăn được.

Xây dựng và xây dựng dân dụng

Nhựa sinh học tinh bột đã được sử dụng làm vật liệu xây dựng và nhựa sinh học được gia cố bằng sợi nano trong lắp đặt điện.

Ngoài ra, chúng đã được sử dụng để chuẩn bị gỗ sinh học đối với đồ nội thất, không bị côn trùng xylophagous tấn công và không bị thối với độ ẩm.

Ứng dụng dược phẩm

Chúng đã được chế tạo với các viên nang nhựa sinh học có chứa thuốc và phương tiện ma túy được giải phóng chậm. Do đó, sinh khả dụng của thuốc được điều chỉnh theo thời gian (liều mà bệnh nhân nhận được trong một thời gian nhất định).

Ứng dụng y tế

Nhựa sinh học cellulose áp dụng trong cấy ghép, kỹ thuật mô, nhựa sinh học chitin và chitosan đã được sản xuất để bảo vệ vết thương, kỹ thuật mô xương và tái tạo da người..

Nhựa sinh học cellulose cũng đã được sản xuất cho cảm biến sinh học, hỗn hợp với hydroxyapatite để sản xuất cấy ghép nha khoa, sợi nhựa sinh học trong ống thông, trong số những người khác..

Hàng không, hàng hải và giao thông đường bộ và công nghiệp

Bọt cứng dựa trên dầu thực vật (nhựa sinh học) đã được sử dụng, cả trong các thiết bị công nghiệp và vận chuyển; phụ tùng ô tô và hàng không vũ trụ.

Các thành phần điện tử của điện thoại di động, máy tính, thiết bị âm thanh và video cũng đã được sản xuất từ ​​nhựa sinh học.

Nông nghiệp

Hydrogel sinh học, hấp thụ và giữ nước và có thể giải phóng nó từ từ, rất hữu ích như lớp phủ bảo vệ của đất canh tác, duy trì độ ẩm và thuận lợi cho sự phát triển của các đồn điền nông nghiệp ở vùng khô và mùa mưa khan hiếm.

Tài liệu tham khảo

  1. Chen, G. và Patel, M. (2012). Nhựa có nguồn gốc từ tài nguyên sinh học: Hiện tại và tương lai. Một đánh giá kỹ thuật và môi trường. Nhận xét hóa học. 112 (4): 2082-2099. doi: 10.1021 / cr.20162d
  2. Cẩm nang về nhựa sinh học và Biocomposites. (2011). Biên tập viên Sri Lanka Pilla. Salem, Hoa Kỳ: Nhà xuất bản Scrivener LLC. Được xuất bản bởi John Wiley và con trai.
  3. Lampinen, J. (2010). Xu hướng trong Bioplastic và Biocomposites. Ghi chú nghiên cứu VTT. Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật của Phần Lan. 2558: 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. và Doane, W. (1993). Phát triển nhựa dựa trên tinh bột: Tái nhiễm các hệ thống polymer được chọn trong quan điểm lịch sử. Tinh bột 45 (8): 276-280. doi: 10.1002 / sao.19930450806
  5. Vert, M. (2012). Thuật ngữ cho các ứng dụng và polyme biorelated (khuyến nghị của IUPAC). Hóa học tinh khiết và ứng dụng. 84 (2): 377-410. doi: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04