Polima zinazoweza kuoza: dhana, sifa, mbinu za utayarishaji na mifano ya athari

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Unaweza kugundua kuwa katika mwongo mmoja uliopita, bidhaa zilizo na kiambishi awali "wasifu" zilizoongezwa kwa jina zimepata umaarufu. Imekusudiwa kufahamisha kuwa bidhaa hiyo ni salama kwa wanadamu na asili. Inakuzwa kikamilifu na vyombo vya habari. Ilikuja hata kwa ujinga - wakati wa kuchagua kinywaji, wanaona biokefir kuwa bora zaidi, na biofuel sio mbadala ya mafuta, lakini ni bidhaa rafiki wa mazingira. Na usisahau kuhusu dondoo za kibayolojia zinazofanya vipodozi kufanya kazi "miujiza".

Maelezo ya jumla

Sasa tuwe makini. Mara nyingi, kusonga kando ya barabara, unaweza kuona utupaji wa hiari. Aidha, kuna dampo kamili ambapo kinyesi cha binadamu huhifadhiwa. Inaonekana kuwa si mbaya, lakini kuna minus moja - muda mrefu sana wa mtengano. Kuna idadi kubwa ya njia za kurekebisha hii - hii ni kuchakata takataka, na matumizi ya vifaa visivyo na madhara ambavyo huharibu haraka waharibifu. Hebu tuzungumze kuhusu kesi ya pili.

Kuna pointi nyingi hapa. Ufungaji, matairi, kioo, derivatives ya sekta ya kemikali. Zote zinahitajiumakini. Hata hivyo, hakuna mapishi maalum ya ulimwengu wote. Kwa hivyo, ni muhimu kujua hasa nini na jinsi ya kuhakikisha uzuiaji wa uchafuzi wa mazingira.

Polima zinazoweza kuoza zilitengenezwa kama jibu la tatizo la utupaji taka za plastiki. Sio siri kuwa kiasi chao kinaongezeka kila mwaka. Neno biopolima pia hutumika kwa jina lao la kifupi. Upekee wao ni upi? Wanaweza kuoza katika mazingira kutokana na hatua ya mambo ya kimwili na microorganisms - fungi au bakteria. Polima inachukuliwa kuwa kama hiyo ikiwa misa yake yote inaingizwa ndani ya maji au udongo ndani ya miezi sita. Hii hutatua kwa sehemu tatizo la taka. Wakati huo huo, bidhaa za kuoza zinapatikana - maji na dioksidi kaboni. Ikiwa kuna kitu kingine chochote, basi inahitaji kuchunguzwa kwa usalama na uwepo wa vitu vya sumu. Pia zinaweza kuchakatwa tena na teknolojia nyingi za kawaida za utengenezaji wa plastiki kama vile kutolea nje, ukingo wa pigo, uundaji joto na ukingo wa sindano.

Tunafanyia kazi maeneo gani?

Kupata polima zinazoweza kuharibika ni kazi ngumu sana. Maendeleo ya teknolojia ambayo inafanya uwezekano wa kupata nyenzo salama inafanywa kikamilifu nchini Marekani, katika bara la Ulaya, Japan, Korea na China. Kwa bahati mbaya, ni lazima ieleweke kwamba katika Urusi matokeo ni ya kuridhisha. Kuunda teknolojia ya uharibifu wa viumbe wa plastiki na uzalishaji wao kutoka kwa malighafi inayoweza kurejeshwa ni radhi ya gharama kubwa. Aidha, nchi bado ina mafuta ya kutosha kwa ajili ya uzalishaji wa polima. Lakini kila kitusawa, njia tatu kuu zinaweza kutofautishwa:

1. Uzalishaji wa poliesta zinazoweza kuharibika kwa kutegemea asidi hidroksikaboksili.
2. Kutengeneza plastiki kulingana na viambato vya asili vinavyoweza kuzaliana.
3. polima za viwandani huweza kuharibika.

Lakini vipi kuhusu mazoezi? Hebu tuchunguze kwa undani jinsi polima zinazoweza kuharibika zinavyotengenezwa.

Bacterial polyhydroxyalkanoates

Viumbe vidogo mara nyingi hukua katika mazingira ambapo kaboni za virutubisho zinapatikana. Katika kesi hii, kuna upungufu wa fosforasi au nitrojeni. Katika hali hiyo, microorganisms huunganisha na kujilimbikiza polyhydroxyalkanoates. Zinatumika kama hifadhi ya kaboni (duka za chakula) na nishati. Ikiwa ni lazima, wanaweza kuoza polyhydroxyalkanoates. Mali hii hutumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa viwanda wa vifaa vya kundi hili. Muhimu zaidi kwetu ni polyhydroxy butyrate na polyhydroxy valerate. Kwa hivyo, plastiki hizi zinaweza kuharibika. Wakati huo huo, ni poliesta aliphatic zinazostahimili mionzi ya urujuanimno.

Ikumbukwe kwamba ingawa zina uthabiti wa kutosha katika mazingira ya majini, bahari, udongo, mazingira ya kuweka mboji na kuchakata huchangia katika uharibifu wao wa kibayolojia. Na hutokea haraka sana. Kwa mfano, ikiwa mbolea ina unyevu wa 85% na 20-60 digrii Celsius, kisha mtengano katika dioksidi kaboni na maji itachukua wiki 7-10. Polyhydroxyalkanoates hutumika wapi?

Waohutumika kwa ajili ya utengenezaji wa vifungashio vinavyoweza kuoza na vitu visivyo na kusuka, wipes zinazoweza kutumika, nyuzi na filamu, bidhaa za utunzaji wa kibinafsi, mipako ya kuzuia maji ya kadibodi na karatasi. Kama kanuni, zinaweza kupitisha oksijeni, hazistahimili kemikali kali, zina uthabiti wa kadiri wa joto, na zina nguvu zinazolingana na polypropen.

Tukizungumza kuhusu hasara za polima zinazoweza kuharibika, ikumbukwe kwamba ni ghali sana. Mfano ni Biopol. Inagharimu mara 8-10 zaidi ya plastiki ya jadi. Kwa hiyo, hutumiwa tu katika dawa, kwa ajili ya ufungaji wa baadhi ya manukato na bidhaa za huduma za kibinafsi. Maarufu zaidi kati ya polyhydroxyalkanoates ni mirel, iliyopatikana kutoka kwa mahindi ya saccharified. Faida yake ni gharama ya chini. Lakini, hata hivyo, bei yake bado ni mara mbili ya polyethilini ya jadi ya chini-wiani. Wakati huo huo, malighafi huchangia 60% ya gharama. Na juhudi kuu zinalenga kutafuta wenzao wa bei nafuu. Matarajio yanayozungumziwa ni wanga wa nafaka kama ngano, shayiri, shayiri.

Polylactic acid

Uzalishaji wa polima zinazoweza kuharibika kwa ajili ya ufungaji pia hufanywa kwa kutumia polylactide. Pia ni asidi ya polylactic. Anawakilisha nini? Ni linear aliphatic polyester, bidhaa condensation ya asidi lactic. Ni monoma ambayo polylactide hutengenezwa kwa bakteria. Ikumbukwe kwamba uzalishaji wake kwa msaada wa bakteria ni rahisi zaidi kuliko njia ya jadi. Baada ya yote, polylactides huundwa na bakteria kutoka kwa sukari inayopatikana katika mchakato rahisi wa kiteknolojia. Polima yenyewe ni mchanganyiko wa isoma mbili za macho zenye muundo sawa.

Dutu inayotokana ina uthabiti wa juu wa mafuta. Kwa hivyo, vitrification hutokea kwa joto la nyuzi 90 Celsius, wakati kuyeyuka hutokea kwa 210-220 Celsius. Pia, polylactide ni sugu ya UV, inawaka kidogo, na ikiwa inawaka, basi kwa kiasi kidogo cha moshi. Inaweza kusindika kwa kutumia njia zote zinazofaa kwa thermoplastics. Bidhaa zilizopatikana kutoka kwa polylactide zina rigidity ya juu, gloss, na ni wazi. Zinatumika kutengeneza sahani, tray, filamu, nyuzi, vipandikizi (hivi ndivyo polima zinazoweza kuharibika hutumiwa katika dawa), ufungaji wa vipodozi na bidhaa za chakula, chupa za maji, juisi, maziwa (lakini sio vinywaji vya kaboni, kwa sababu nyenzo hupita. kaboni dioksidi). Pamoja na vitambaa, vinyago, kesi za simu za mkononi na panya za kompyuta. Kama unaweza kuona, matumizi ya polima zinazoweza kuharibika ni pana sana. Na hiyo ni kwa moja tu ya vikundi vyao!

Uzalishaji na uharibufu wa asidi ya polylactic

Kwa mara ya kwanza, hataza ya utengenezaji wake ilitolewa mnamo 1954. Lakini uuzaji wa bioplastic hii ulianza tu mwanzoni mwa karne ya 21 - mnamo 2002. Pamoja na hili, tayari kuna idadi kubwa ya makampuni ambayo yanahusika katika utengenezaji wake - tu katika Ulaya kuna zaidi ya 30 kati yao. Faida muhimuasidi ya polylactic ni gharama ya chini - tayari inashindana karibu kwa usawa na polypropen na polyethilini. Inachukuliwa kuwa tayari mnamo 2020, polylactide itaweza kuanza kuwasukuma kwenye soko la dunia. Ili kuongeza uharibifu wake wa kibiolojia, wanga mara nyingi huongezwa kwake. Hii pia ina athari chanya kwa bei ya bidhaa. Ukweli, mchanganyiko unaosababishwa ni dhaifu, na plastiki, kama sorbitol au glycerin, inapaswa kuongezwa kwao ili kufanya bidhaa ya mwisho kuwa laini zaidi. Suluhisho mbadala la tatizo ni kuunda aloi na polyester nyingine zinazoharibika.

Asidi ya polylactic hutengana kwa hatua mbili. Kwanza, vikundi vya ester hutiwa hidrolisisi na maji, na kusababisha uundaji wa asidi ya lactic na molekuli zingine chache. Kisha hutengana katika mazingira fulani kwa msaada wa microbes. Polylactides hupitia mchakato huu baada ya siku 20-90, na kisha kaboni dioksidi na maji pekee husalia.

Marekebisho ya wanga

Malighafi asilia inapotumika, ni nzuri, kwa sababu rasilimali zake husasishwa kila mara, kwa hivyo hazina kikomo. Wanga imepata umaarufu mkubwa katika suala hili. Lakini ina drawback - ina uwezo wa kuongezeka kwa kunyonya unyevu. Lakini hii inaweza kuepukwa ukitambua sehemu ya vikundi vya haidroksili kwenye esta.

Matibabu ya kemikali hukuruhusu kuunda vifungo vya ziada kati ya sehemu za polima, ambayo husaidia kuongeza upinzani wa joto, uthabiti.kwa asidi na nguvu ya kukata. Matokeo yake, wanga iliyobadilishwa, hutumiwa kama plastiki inayoweza kuharibika. Hutengana kwa nyuzi joto 30 katika mboji ndani ya miezi miwili, hivyo kuifanya kuwa rafiki wa mazingira.

Ili kupunguza gharama ya nyenzo, wanga ghafi hutumiwa, ambayo huchanganywa na talc na polyvinyl pombe. Inaweza kuzalishwa kwa kutumia vifaa sawa na kwa plastiki ya kawaida. Wanga uliorekebishwa pia unaweza kutiwa rangi na kuchapishwa kwa kutumia mbinu za kawaida.

Tafadhali kumbuka kuwa nyenzo hii ni ya kupinga tuli. Hasara ya wanga ni kwamba mali yake ya kimwili kwa ujumla ni duni kwa resini zinazozalishwa na petrochemically. Hiyo ni, polypropen, pamoja na polyethilini ya shinikizo la juu na la chini. Na bado, inatumika na kuuzwa kwenye soko. Kwa hivyo, hutumiwa kutengeneza pallet za bidhaa za chakula, filamu za kilimo, vifaa vya ufungaji, vipandikizi, na vile vile vyandarua vya matunda na mboga.

Kutumia polima zingine asilia

Hii ni mada mpya kiasi - polima zinazoweza kuharibika. Usimamizi wa busara wa asili huchangia uvumbuzi mpya katika eneo hili. Polysaccharides nyingine nyingi za asili hutumiwa katika uzalishaji wa plastiki inayoweza kuharibika: chitin, chitosan, cellulose. Na si tu tofauti, lakini pia kwa pamoja. Kwa mfano, filamu yenye nguvu iliyoongezeka hupatikana kutoka kwa chitosan, fiber microcellulose na gelatin. Na ikiwa utaizika ardhini, basi itakuwa harakaimevunjwa na microorganisms. Inaweza kutumika kwa ajili ya ufungaji, trei na vitu sawa.

Aidha, michanganyiko ya selulosi na anhidridi ya dicarboxylic na misombo ya epoksi ni ya kawaida sana. Nguvu zao ni kwamba wao hutengana katika wiki nne. Chupa, filamu za mulching, tableware inayoweza kutolewa hufanywa kutoka kwa nyenzo zinazosababisha. Ubunifu na uzalishaji wao unakua kila mwaka.

Biodegradability ya polima za viwanda

Tatizo hili linafaa kabisa. Polima zinazoweza kuharibika, mifano ambayo imetajwa hapo juu kwa athari na mazingira, haitadumu hata mwaka katika mazingira. Ingawa nyenzo za viwandani zinaweza kuichafua kwa miongo kadhaa na hata karne nyingi. Yote hii inatumika kwa polyethilini, polypropen, kloridi ya polyvinyl, polystyrene, polyethilini terephthalate. Kwa hiyo, kupunguza muda wa kuharibika kwao ni kazi muhimu.

Ili kufikia matokeo haya, kuna masuluhisho kadhaa yanayowezekana. Njia moja ya kawaida ni kuanzishwa kwa viongeza maalum kwenye molekuli ya polymer. Na katika joto au mwanga, mchakato wa mtengano wao ni kasi. Hii inafaa kwa vifaa vya meza, chupa, ufungaji na filamu za kilimo, mifuko. Lakini, ole, pia kuna matatizo.

Ya kwanza ni kwamba viungio lazima vitumike kwa njia za kitamaduni - ukingo, uwekaji, upanuzi. Katika kesi hii, polima hazipaswi kuoza, ingawa zinakabiliwa na jotousindikaji. Kwa kuongeza, viongeza haipaswi kuharakisha utengano wa polima kwenye nuru, na pia kuruhusu uwezekano wa matumizi ya muda mrefu chini yake. Hiyo ni, ni muhimu kuhakikisha kuwa mchakato wa uharibifu huanza wakati fulani. Ni vigumu sana. Mchakato wa kiteknolojia unajumuisha nyongeza ya 1-8% ya nyongeza (kwa mfano, wanga iliyojadiliwa hapo awali huletwa) kama sehemu ya njia ndogo ya usindikaji, wakati joto la malighafi halizidi dakika 12. Lakini wakati huo huo, inahitajika kuhakikisha kuwa zinasambazwa sawasawa katika misa ya polima. Haya yote hufanya iwezekane kuweka muda wa uharibifu katika masafa kutoka miezi tisa hadi miaka mitano.

Matarajio ya maendeleo

Ingawa utumizi wa polima zinazoweza kuharibika unashika kasi, sasa zinaunda asilimia ndogo ya soko lote. Lakini, hata hivyo, bado walipata matumizi mengi na wanazidi kuwa maarufu zaidi. Tayari sasa wameingizwa vizuri kwenye niche ya ufungaji wa chakula. Kwa kuongeza, polima zinazoweza kuharibika hutumiwa sana kwa chupa za kutosha, vikombe, sahani, bakuli na trei. Pia wamejiimarisha sokoni katika mfumo wa mifuko ya kukusanya na baadaye kuweka mboji ya taka za chakula, mifuko ya maduka makubwa, filamu za kilimo na vipodozi. Katika kesi hii, vifaa vya kawaida vya utengenezaji wa polima zinazoweza kuharibika vinaweza kutumika. Kwa sababu ya faida zao (upinzani wa uharibifu chini ya hali ya kawaida, kizuizi cha chini cha mvuke wa maji na oksijeni, hakuna shida na utupaji wa taka, uhuru kutoka kwa malighafi ya petrochemical), wanaendelea kushinda.soko.

Kati ya hasara kuu, mtu anapaswa kukumbuka ugumu wa uzalishaji wa kiwango kikubwa na gharama ya juu kiasi. Tatizo hili, kwa kiasi fulani, linaweza kutatuliwa na mifumo ya uzalishaji wa kiasi kikubwa. Uboreshaji wa teknolojia pia hufanya iwezekanavyo kupata nyenzo za kudumu zaidi na zinazoweza kuvaa. Kwa kuongeza, ni lazima ieleweke kwamba kuna tabia kubwa ya kuzingatia bidhaa na kiambishi awali "eco". Hii inawezeshwa na vyombo vya habari na serikali na programu za usaidizi za kimataifa.

Hatua za uhifadhi zinaimarishwa hatua kwa hatua, na kusababisha baadhi ya bidhaa za asili za plastiki kupigwa marufuku katika baadhi ya nchi. Kwa mfano, vifurushi. Wamepigwa marufuku nchini Bangladesh (baada ya kupatikana kwa kuziba mifumo ya mifereji ya maji na kusababisha mafuriko makubwa mara mbili) na Italia. Hatua kwa hatua huja utambuzi wa bei halisi ambayo inapaswa kulipwa kwa maamuzi mabaya. Na kuelewa kwamba ni muhimu kuhakikisha usalama wa mazingira itasababisha vikwazo zaidi na zaidi juu ya plastiki ya jadi. Kwa bahati nzuri, kuna mahitaji ya mpito kwa vifaa vya gharama kubwa zaidi, lakini rafiki wa mazingira. Aidha, vituo vya utafiti katika nchi nyingi na makampuni makubwa ya kibinafsi yanatafuta teknolojia mpya na ya bei nafuu, ambayo ni habari njema.

Hitimisho

Kwa hivyo tumezingatia polima zinazoweza kuoza, mbinu za uzalishaji na upeo wa nyenzo hizi ni zipi. Kuna mara kwa marauboreshaji na uboreshaji wa teknolojia. Kwa hivyo, wacha tutegemee kuwa katika miaka ijayo, gharama ya polima zinazoweza kuoza zitapatana na nyenzo zilizopatikana kwa njia za kitamaduni. Baada ya hapo, mabadiliko ya kuelekea kwenye maendeleo salama na rafiki zaidi ya mazingira yatakuwa ni suala la muda tu.