Общие сведения, классификация
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.
Таблица 1. Классификация биоразлагаемых полимеров по виду сырья для их получения
Характеристики основных биоразлагаемых ПМ
Крахмал
Биоразлагаемая добавка для ПМ.
По механическим свойствам приближается к обычным полимерам (например, ПП). Устойчив к воздействию жиров и алкоголя. Значительное различие в свойствах зависит, в частности, от соотношения амилопектина и амилозы, а также других добавок. Может подвергаться компостированию.
Возможное применение:
- упаковка продуктов питания и личной гигиены;
- хозяйственные пленки;
- термоформованные изделия;
- агротехнологии;
- изделия спортивного и медицинского назначения.
Метод переработки: экструзия, термоформование, литье под давлением, экструзионно-раздувное формование.
Изготовители: Novamont, Biotec, Rodenburg Biopol, Vegeplas, Sudstarke, Folag.
Целлюлоза
Биоразлагаемая добавка для ПМ.
Обладает высокой механической прочностью, не растворяется в воде и органических растворителях, не плавится. Под воздействием кислот легко гидролизуется. Разновидности: ацетилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, целлулоид и др.
Возможное применение:
- изделия ежедневного применения: детали ручек, очков;
- изделия строительного и спортивного назначения;
- игрушки.
Перерабатывается специальными методами.
Изготовители: Mazzucchelli 1849, Rademate, Eastman Comp., Acetati.
PHA
Полигидроксмалканоаты.
Физико-химические свойства зависят от состава — более 100 различных мономеров может применяться для достижения требуемых свойств. Наличие свойств как термопластов (PHB, PHV), так и эластомеров. Высокие барьерные свойства. Может подвергаться компостированию.
Возможное применение:
- упаковка продуктов питания, личной гигиены;
- электрические, химические и медицинские производства;
- биокомпозиты;
- пеноматериалы.
Метод переработки: экструзия (в том числе волокон и нитей), термоформование, литье под давлением.
Изготовители: Metabolix, P&G, Biomer, Monsanto.
PLA
Полимолочная кислота (иначе — полилактид).
Свойства зависят от стереохимического состава и могут приближаться к свойствам ПП, ПС или ПВХ.
Возможное применение:
- упаковка (в том числе сельскохозяйственного и строительного назначения);
- волокна и волокнистые материалы;
- элементы внутренней отделки автомобилей;
- биокомпозиты.
Метод переработки: экструзия (в том числе волокон и нитей), термоформование, литье под давлением.
Изготовители: Nature-Works, Neste Corp., Mitsui, Toyota.
AAC
Алифатическо-ароматический сополиэфир, который сочетает свойства биоразлагаемости алифатических частей с высокими механическими свойствами ароматических частей.
Возможное применение:
- геотекстиль;
- упаковка;
- ламинаты;
- материал для хранения продукции в сельском хозяйстве и строительстве.
Метод переработки: экструзия, термоформование, литье под давлением, экструзионно-раздувное формование.
Изготовители: DuPont, Eastman, BASF.
PCL
Поликапролактам.
Высокая механическая прочность и хорошие барьерные свойства ( по отношению к воде и жирам), низкая температура плавления (50 С). Может подвергаться компостированию или рециклингу.
Возможное применение:
- упаковка;
- волокна для геотекстиля, пленки;
- искусственная кожа;
- компонент полиуретановых лаков.
Метод переработки: экструзия (в том числе волокон и нитей), термоформование, литье под давлением, экструзионно-раздувное формование.
Изготовители: Solvay, Unioin Carbide, Novamont, Petroplast.
mPET
Модифицированный полиэтилентерефталат.
Высокая механическая прочность и хорошие барьерные свойства (по отношению к воде и жирам). Может подвергаться компостированию и рециклингу.
Возможное применение:
- упаковка (в том числе термоформованная и вспененная);
- продукция сельскохозяйственного назначения.
Метод переработки: экструзия, термоформование, литье под давлением, экструзионно-раздувное формование.
Изготовители: DuPont.
В России ученые и инженеры разных специальностей успешно решают проблемы разработки биоразлагаемых полимеров для медицинских целей. Внедрение этих материалов производится по следующим направлениям:
- в клеточной и тканевой биоинженерии;
- в качестве матриксов для систем контролируемой доставки лекарственных средств в организм человека;
- в сердечно-сосудистой и челюстно-лицевой хирургии, ортопедии и пр.