Биополимеры : свойства, применение, перспективы развития
Приставка «Био» активно врывается в нашу жизнь. Предполагается, что био-товары являются наиболее полезными, безопасными, как для природы, так и для человека. Не успели мы привыкнуть к био-кефиру, как все чаще в новостях появляется информация о био-топливе, призванном заменить нефтетопливо. И если пока объемы производства био-товаров невысоки, по сравнению с обычными, то в будущем между ними будет значительная конкуренция. Не является исключением и полимерная отрасль: промышленное производство био- полимеров уже активно налаживается в Европе и в Америке.
Справка:
·общее потребление биоразлагаемых пластмасс в 15 основных странах ЕС в 2001 г. составляло 20 тыс. тонн; в 2003 г – 30-35 тыс. тонн (причем, в области упаковки рост составил от 1 тыс. тонн до 5–10 тыс. тонн, т.е. налицо появление нового рынка);
·в 2005 г., по некоторым оценкам, биопластики заняли значительную нишу на рынке полимерных материалов - около 10% от общего объема европейского рынка пластиков (40 млн. тонн) – однако, такая оценка вряд ли соответствует реальности;
·потенциальный рынок Западной Европы в 2005 г. на компостируемые биодеструктируемые материалы из полиэфирамидов, сополиэфиров и их смесей с крахмалом составил 200 тыс. т/год.
Если толчком к разработке биотоплива послужило желание, прежде всего Европейских стран, быть независимыми от запасов нефти и ее поставщиков, то основным толчком к разработке биополимеров стала проблема утилизации пластиковых отходов, объемы которых растут с каждым годом.
Биополимеры (полное название - биоразлагаемые полимеры) отличаются от остальных пластиков возможностью разложения на микроорганизмы путем химического или физического воздействия. Именно это свойство новых материалов позволяет решать проблему отходов. В настоящее время разработка биополимеров ведется по трем основным направлениям: производство биоразлагаемых полиэфиров на основе гидроксикарбиновых кислот, придание биоразлагаемости промышленным полимерам, производство пластических масс на основе воспроизводимых природных компонентов.
Биоразлагаемые полиэфиры (полимеры на основе гидроксикарбиновых кислот)
Одним из самых перспективных биопластиков для применения в упаковке считается полилактид – продукт конденсации молочной кислоты. Его получают как синтетическим способом, так и ферментативным брожением декстрозы сахара или мальтозы сусла зерна и картофеля, которые являются возобновляемым сырьем биологического происхождения. Полилактид – прозрачный бесцветный термопластический полимер. Его основное преимущество - возможность переработки всеми способами, применяемыми для переработки термопластов. Из листов полилактида можно формовать тарелки, подносы, получать пленку, волокно, упаковку для пищевых продуктов, имплантанты для медицины. Но широкое его применение сдерживается низкой производительностью технологических линий и высокой стоимостью получаемого продукта.
Пластические массы на основе воспроизводимых природных компонентов
Это пластмассы, в состав которых могут входить крахмал, целлюлоза, хитозан, протеин. Из композиций на их основе создают одноразовую посуду, пленки для упаковки и сельского хозяйства и т. д.
Придание биоразлагаемости промышленным полимерам
Проблема придания свойств биоразлагаемости хорошо освоенным многотоннажным промышленным полимерам (полиэтилен, полипропилен, поливинхлорид, полистирол, полиэтилентерефталат) занимает важное место в исследованиях. Активно разрабатываются три направления:
·введение в структуру биоразлагаемых молекул, содержащих в своем составе функциональные группы, способствующие фоторазложению полимера;
·получение композиций многотоннажных полимеров с биоразлагаемыми природными добавками, способными в определенный момент времени инициировать распад основного полимера;
·направленный синтез биодеградируемых пластических масс на основе промышленно освоенных синтетических продуктов.
Преимущества биоразлагаемых полимеров:
·возможность обработки, как и обычных полимеров, на стандартном оборудовании;
·низкий барьер пропускания кислорода, водяного пара (оптимально для использования в области пищевой упаковки);
·стойкость к разложению в обычных условиях;
·быстрая и полная разлагаемость при специально созданных условиях или естественных – отсутствие проблем с утилизацией отходов.
·независимость от нефтехимического сырья.
Недостатки биоразлагаемых полимеров:
·ограниченные возможности для крупнотоннажного производства;
·высокая стоимость (пока в среднем 2 – 5 евро за кг). Однако, следует учесть, что экономическая стоимость, помимо цены продукта, содержит также и затраты по утилизации и использованию. В этом смысле биоразгагаемые полимеры предпочтительнее: возобновляемые ресурсы, необходимые для их производства, более выгодны. Важно также отметить, что высокая цена материала – явление временное, пока производство биополимеров не стало массовым и процесс их выпуска до конца не отлажен. Со временем, стоимость биопластиков снизится, и они станут доступными для широкого ряда предприятий.
Перспективы развития
Несмотря на то, что в настоящее время доля биоразлагаемых пластиков на рынке чрезвычайно мала, потенциал этого рынка огромен. Дальнейшее ужесточение экологических требований может помочь биоразлагаемым пластмассам успешно конкурировать с обычными пластмассами, заменяя их. В настоящее время самая «массовая» сфера применения биоразлагаемых пластиков – тара и упаковка для пищевых продуктов. Однако уже известны примеры применения биопластиков в отраслях IT технологий, автомобилестроения, игрушек и т. д. Кроме того, вся Европа использует биоразлагаемые мешки для биологических отходов, многие страны применяют и биоразлагаемую мульчу (с/х пленка).
В России, к сожалению, биополимеры пока не производятся и не применяются. Основные тому причины: ограниченная платежеспособность как предприятий, так и конечных потребителей (неготовность платить за уникальную, экологически чистую, но дорогую упаковку), недостаточное внимание к экологическим проблемам со стороны законодательных властей и неготовность вкладывать в развитие новых технологий производства полимерных материалов. Но и у нас есть «первые ласточки»: компания «Пагода» начала производство одноразовых пищевых контейнеров из полилактида.
И еще одна хорошая новость: компания «НБ-Ретал» заявила о начале строительства в Подмосковье первого Российского завода по производству биоразлагаемой полилактидной пленки. Возможно, скоро мы сможем приобрести продукты, упакованные в биопленку отечественного производства.
