Войнов Н.А., Волова Т.Г., Зобова Н.В. Современные проблемы и методы биотехнологии

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.1. Освоение экологически чистых материалов – актуальное направление критических технологий XXI века

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 231

масс – тара и упаковочная продукция, включая затаривание пищевых про-

дуктов и напитков.

На Российском рынке сформировались следующие основные сегменты

продукции из пластмасс в период с 2000 по 2007 гг.: тара и упаковка с долей

30–40 %, изделия и детали производственного назначения – 15–18 %, пленки –

16–17 %, профильно-погонажные изделия – 5–18 %, изделия культурно–

бытового и хозяйственного назначения – 10–14 %, трубы – 4–9 %, листы –

2–3 %. Крупнейшими потребителями изделий из пластмасс являются: строи-

тельство – 26 %, производство упаковочных материалов для пищевых про-

дуктов – 25 %, домашние хозяйства – 10 %. Среднегодовые темпы роста

спроса внутреннего рынка на период до 2015 г. на изделия из пластмасс со-

ставят 6,0–10,0 %.

Рис. 5.1. Прогноз развития рынка потребления различных типов пла-

стиков в 2007–2011 гг., тыс. т (представлено с учетом данных «European

Bioplastics»): – синтетические, биоразрушаемые; – биопластики,

не биоразрушаемые; – биопластики, биоразрушаемые

По прогнозам, рост потребления пластиков неизбежен, при этом наи-

больший прирост объемов выпуска, как полагают, придется на новый вид

пластиков – разрушаемые биопластики. На рис. 5.1

с использованием данных

рабочей группы «European Bioplastics» представлены ситуация и прогноз по

развитию рынка пластасс разных типов.

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.1. Освоение экологически чистых материалов – актуальное направление критических технологий XXI века

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 232

Синтетические полимеры (нейлон, полиэтилен, полиуретан) совершили

революцию в нашем образе жизни, но их применение создает ряд проблем.

Во-первых, синтетические полимеры получают из невозобновляемых ресур-

сов; во-вторых, – применение не разрушаемых в природной среде пластиков

и их накопление ведут к загрязнению окружающей среды и создают глобаль-

ную экологическую проблему. Объемы выпуска не разрушаемых в природ-

ной среде синтетических пластмасс, главным образом полиолефинов (поли-

этиленов и полипропиленов), получаемых в процессах нефтеоргсинтеза ог-

ромны, к настоящему моменту они достигли 180 млн т в год и ежегодно воз-

растают примерно на 25 млн. При этом основная их часть складируется на

свалках, так как повторной переработке в развитых странах подвергается не

более 16–20 %.

В настоящее время для очистки окружающей среды от пластмассовых

отходов активно разрабатываются два основных подхода: захоронение и ути-

лизация. Захоронение пластмассовых отходов – это «бомба замедленного

действия» и перекладывание сегодняшних проблем на плечи будущих поко-

лений. Кроме того, под полигоны и свалки твердых бытовых отходов еже-

годно отчуждается до 10 тыс. га земель, в том числе и плодородных, изымае-

мых из сельскохозяйственного оборота. Возможные пути сокращения ги-

гантских отходов синтетических пластиков – это утилизация, которую можно

разделить на ряд главных направлений: сжигание, пиролиз, рециклизация и

переработка. Однако как сжигание, так и пиролиз отходов тары и упаковки и

вообще пластмасс кардинально не улучшают экологическую обстановку. Бо-

лее того, сжигание – это дорогостоящий процесс, к тому же еще и приводя-

щий к образованию высокотоксичных, а также супертоксичных (таких, как

фураны и диоксины) соединений. Повторная переработка пластмасс в опре-

деленной степени решает этот вопрос, но это требует значительных трудовых

и энергетических затрат, так как для этого необходимы следующие действия:

отбор из бытового мусора пластической тары и упаковки, разделение соб-

ранных отходов по виду пластиков, мойка, сушка, измельчение и только за-

тем переработка в новое полимерное изделие.

Необходимость проведения мероприятий для рециклизации пластмас-

совых отходов, в особенности из тары и упаковки, в ряде стран закреплена

законодательно. В странах ЕС законодательные инициативы и акты обязы-

вают производителей пластмассовой упаковки использовать при этом до 15 % в

качестве сырья вторичные пластмассы. Так, для Германии эта квота состав-

ляет 50 % и должна увеличиться до 60 %. Связано это с тем, что захоронение

и сжигание не решают проблемы рецикла многомиллионных синтетических

отходов, и их аккумуляция в биосфере грозит глобальной экологической ка-

тастрофой. Переход на новые типы материалов, которые разрушаются в при-

родной среде естественным путем до безвредных продуктов, становится на-

сущной проблемой.

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.1. Освоение экологически чистых материалов – актуальное направление критических технологий XXI века

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 233

Переход на такие материалы в настоящее время становится все более

предпочтительным по мере роста цен на нефть и другие виды нефтехимиче-

ского сырья. Полимеры, получаемые из природного сырья или синтезируе-

мые микроорганизмами (так называемые биополимеры, или биопластики), в

отличие от нефтепродуктов, практически не вносят вклад в пополнение пар-

никовых газов и глобальное потепление. Одним из преимуществ использова-

ния биоразлагаемых полимеров на биооснове – помочь обновить «углерод-

ный цикл» или «реинкарнацию углерода» (рис. 5.2

). Полимеры из нефти также

могут рассматриваться как возобновляемые, так как потребуется более мил-

лиона лет для превращения растительной биомассы в ископаемые источники

топлива, которые используются в качестве сырья в производстве синтетиче-

ских полимеров. В связи с тем, что объемы потребления пластиков намного

выше уровня восполнения ископаемых углеродсодержащих ресурсов, в «уг-

леродном цикле» возникает большой дисбаланс.

Рис. 5.2. Цикл углерода полимеров, полученных из нефти, и биополиме-

ров. Путь возобновляемых ресурсов (пунктирные стрелки); путь иско-

паемых (невозобновляемых) ресурсов (черные стрелки); путь возобнов-

ляемых и невозобновляемых ресурсов (сплошные стрелки)

Напротив, биодеградируемые полимеры, полученные из растительных

возобновляемых материалов, таких как зерно и зерновой крахмал, могут быть

произведены и превращены в биомассу за сравнимые временные промежутки

(рис. 5.2

). Поэтому страны, развивающие это направление, автоматически ос-

вобождаются от квот на выбросы, налагаемых Киотским протоколом. Так,

Евросоюз взял на себя обязательства с 2008 по 2012 гг. сократить объем вы-

бросов СО

в атмосферу на 8 % относительно уровня 1990 г. Аналогичное

обязательство приняла на себя и Япония, в этот период она планирует сокра-

тить выбросы углекислого газа на 6%.

В 2000 г. ЕС приняла стандарт EN 13432, регламентирующий требова-

ния к биоразлагаемым полимерам. По решению Европейской Комиссии

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.1. Освоение экологически чистых материалов – актуальное направление критических технологий XXI века

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 234

№2001/524/WE он приведен в соответствие с директивой №94/62/WE. Стан-

дарт внедряет критерии оценки и процедуры, касающейся возможности есте-

ственного гниения биоразлагаемых синтетических материалов в компостных

ямах, а также их обработку без присутствия кислорода (т.е. рециклинг орга-

нических веществ, а не сжигание).

На рис. 5.3

схематично представлен путь трансформации биополиме-

ров в процессах компостирования.

Рис. 5.3. Схема производства, потребления и утилизации биополимеров, полу-

ченных из возобновляемых источников, включающая стадию компостирова-

ния: 1) путь от сбора урожая до получения продукта; 2) путь от сбора урожая

до утилизации биополимеров; 3) путь от сбора урожая до сбора урожая

Путь от урожая через получение, использование к переработке полиме-

ров тем или иным способом можно образно назвать «от колыбели к могиле»

[3].

Если продукт либо упаковка компостируются, образуется гумус и диоксид

углерода. Диоксид углерода используется растениями в ходе фотосинтеза, а

гумус возвращается в землю в качестве удобрений для получения питатель-

ных веществ, потребляемых растениями. Цикл процессов от сбора урожая до

возвращения продуктов преобразования полимеров в землю для выращива-

ния новой биомассы и до следующего сбора урожая относится к процессу

«от колыбели к колыбели». Обычно после использования пластики, полу-

ченные из нефти, особенно пластики, используемые в упаковке и сельском

хозяйстве, содержат примеси, снижающие возможность повторного исполь-

зования; таким образом, они заканчивают существование на мусорных

свалках, где влага и кислород присутствуют в небольшом количестве или

Экстракция

Фермента-

ция

Полимеризация,

конверсия

Сбор отходов

Использование

компоста для

выращивания

растений

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.1. Освоение экологически чистых материалов – актуальное направление критических технологий XXI века

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 235

совсем отсутствуют. Поэтому на мусорной свалке они разлагаются крайне

медленно.

Напротив, биоразрушаемые пластики под воздействием почвенных и

водных микроорганизмов трансформируются до гумуса и далее до диоксида

углерода и воды (конечных продуктов распада органики) в срок от несколько

месяцев до десятков суток в ходе компостирования. Сроки, необходимые для

разложения тароупаковочных материалов в естественных условиях, могут

составлять многие годы и десятилетия. Разложение в природной среде синте-

тических полимерных материалов составляет десятки и сотни лет, в то время,

как использование биополимеров приводит к значительному сокращению

этих сроков.

Скорость разложения материалов зависит от ряда факторов – вида по-

лимера, влажности, температуры, светового воздействия, микробной состав-

ляющей среды и др. Наиболее высокой способностью к биодеструкции обла-

дают полимеры, которые содержат химические связи, легко подвергаемые

гидролизу. Присутствие заместителей в полимерной цепи часто способствует

повышению биодеструкции, зависящей также от степени замещения цепи и

длины ее участков между функциональными группами, гибкости макромоле-

кул и т. д. На скорость разрушения полимеров влияет также величина их мо-

лекул. В то время как мономеры или олигомеры могут легко гидролизоваться

и окисляться микроорганизмами, полимеры с большой молекулярной массой

более стабильны. Биодеструкцию большинства технических полимеров ини-

циируют процессы небиологического характера, такие как термическое и фо-

тоокисление, термолиз, механическая деградация и т.п.

Процессы биологической деструкции биопластиков могут протекать в

аэробных условиях с образованием диоксида углерода и воды, а также в

аноксигенной среде, без участия кислорода, с образованием метана и воды.

Компостирование – преимущественно аэробный процесс и может рассматри-

ваться как природный путь переработки отходов. Компост может произво-

диться не только в больших масштабах на коммерческих компостирующих

мощностях, но и в малом масштабе, например на заднем дворе небольшой

фермы.

Таким образом, утилизация синтетических материалов – огромная эко-

логическая проблема, и рассматриваемые проекты как захоронения и компо-

стирования, так и возможной реутилизации химических пластиков не опти-

мистичны [4

, 5]. Полагают, что это технически невозможно, так как для

транспортных и непищевых упаковок возможно применение до 25 % вторич-

ных пластмасс, но не для упаковок пищевых продуктов. Нельзя не отметить,

что сбор и повторная переработка полимерной тары и упаковки неизменно

приводит к ее удорожанию, а качество рециклизованного полимера и изде-

лий при этом снижается. Если предположить, что значительная часть тары и

упаковки будет в будущем использована повторно, для этого необходимо

знать, какая кратность переработки является допустимой и когда неизбежно

изделия попадут на свалку.

ГЛАВА 5. БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 236

–

Радикальным решением проблемы «полимерного мусора», по мнению

специалистов, является создание и освоение широкой гаммы полимеров, спо-

собных при соответствующих условиях биодеградировать на безвредные для

живой и неживой природы компоненты. Именно биоразлагаемость высоко-

молекулярных соединений и будет тем приоритетным направлением, которое

позволит исключить значительное число проблем «пластмассового мусора»,

возникающего при использовании полимерной тары и других изделий из не-

разрушаемых синтетических полимеров.

Нельзя не отметить также, что, помимо глобальной экологической про-

блемы, связанной с накоплением полимерных отходов, необходимость пере-

хода на разрушаемые пластики, получаемые из возобновляемых источников,

диктуется экономической ситуацией. Связано это с тем, что до 98 % мирово-

го объема полимерных материалов производится из невозобновляемого ис-

копаемого сырья – нефти, газа, продуктов переработки угля, запасы которых

истощаются. Критический рост цен на нефть и нефтепродукты, наблюдаемый

в настоящее время, приводит к тому, что стоимость синтетических пластиков

повышается.

Так, за период с июня 2005 г. по июнь 2008 г. цены на нефть выросли с

53–54 до 130 дол. США за баррель и полипропилена, соответственно, с 940–950

до 1350–1400 дол. США за тонну (по данным фондовой биржи Нью-Йорка).

Происходящий в настоящее время повсеместно рост цен на термопластичные

пластмассы неизбежно приведет к повышению спроса на биопластики. По

состоянию на второй квартал 2008 г. в Европе наибольший рост показал по-

липропилен, стоимость которого повысились на 25 евро/т. Цены на линей-

ный ПВД, полиэтилен для выдувного формования и полиэтилен для инжек-

ционного формования повысились на 10 евро/т, что не прогнозировалось.

Пленочный полиэтилен ПВД и ПНД подорожали почти так же. Поливинил-

хлорид подорожал на 5 евро/т. Цены на полистирол возросли 20 евро за тон-

ну. Производители полимеров предвидят, что последующий рост цен на

нефть может послужить новым толчком к росту цен на контрактные поставки

для этилена и пропилена. В цепочке потребления стирола также намечаются

ценовые изменения. Производители планируют увеличить цены на полисти-

рол на 70 евро/т и 150 евро/т на вспененный полистирол (ПСВ-С).

На этом фоне необходимость перехода на новые типы материалов ста-

новится еще более востребованной. В настоящее время все большее значение

приобретают экологичные материалы, получаемые из возобновляемого сы-

рья, источником которого служит биомасса растений. Биополимеры пред-

ставляют собой продукты синтеза на основе сахара, крахмала, целлюлозы,

лигнина и растительных масел. В течение «жизненного цикла» биополимеров

(от синтеза до полной деструкции) образуется значительно меньше углеки-

слого газа, чем у синтетических пластмасс из нефтехимического сырья.

ГЛАВА 5 БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.2. Разрушаемые полимеры – способ избавления от синтетических полимерных отходов

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 237

Производство полимеров на основе растительного сырья – это путь

сбережения энергии. Например, в сравнении с полиэтиленом при производ-

стве тонны биопластика экономится от 12 до 40 ГДж энергозатрат. Биоразла-

гаемые пластики из натурального сырья облегчают проблему захоронения,

компостирования пластиковых отходов, в частности тарных материалов,

имеющих весьма короткий жизненный цикл и составляющих значительную

часть твердых бытовых отходов. Наконец, развитие «зеленых» технологий

способствует развитию агропромышленного комплекса. Все это служит ос-

нованием для бурного роста интереса в мире к биополимерам и биотопливу.

В США распространено выражение «thinking outside the oil barrel» – думать

за пределами нефтяного барреля, для русского уха привычнее «вне нефтяной

трубы». Потребности мирового рынка во всевозможных полимерных мате-

риалах и изделиях из них продолжают быстро расти, особенно это касается

Китая, Индии и других стран Юго-Восточной Азии. В Европе спрос на пла-

стики растет более медленными темпами, там идет в основном структурная

перестройка элементов производства полимеров и изделий из них.

Оценка сложившейся ситуации по разработке и освоению биодегради-

руемых пластиков позволяет выделить три основных направления в этой об-

ласти:

– получение пластмасс на основе воспроизводимых природных поли-

меров,

– придание биоразлагаемости широко используемым в настоящее вре-

мя высокомолекулярным синтетическим материалам,

– синтез биоразрушаемых полиэфиров гидроксикарбоновых кислот.

Получение биопластмасс на основе природных биоразлагаемых поли-

меров типа крахмала, целлюлозы, хитозана или протеинов представляют со-

бой, как правило, создание композиционных материалов с различными до-

бавками. Так, для получения биоразрушаемой водорастворимой пленки из

смеси крахмала и пектина в состав композиции вводят в качестве пластифи-

каторов глицерин или полиоксиэтиленгликоль. Получаемые из таких компо-

зитов биоразлагаемые пленки используют в сельском хозяйстве и в качестве

упаковки. Для снижения себестоимости материалов такого типа, как правило,

используют неочищенный крахмал, смешанный с поливиниловым спиртом,

тальком и другими добавками.

Водостойкие биоразлагаемые композиции получают из смеси эфиров

крахмала и полиоксиэтиленгликоля. Биоразлагаемые подгузники, гигиениче-

ские подушечки, хорошо впитывающие жидкость, получаются на основе

гидрофильной композиции, содержащей деструктированный крахмал, про-

питанный сополимером этилена с виниловым спиртом и алифатическими по-

ГЛАВА 5 БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.2. Разрушаемые полимеры – способ избавления от синтетических полимерных отходов

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 238

лиэфирами. Пленка на основе такого материала обладает высокой прочно-

стью, сохраняет свойства при выдержке при температуре 50

С в течение

3 месяцев. Такая пленка используется в сельском хозяйстве для мульчирова-

ния и при упаковке пищевых продуктов.

На основе крахмала фирма Biotec GmbH для различных областей при-

менения производит компостируемые пластические массы (литьевой био-

пласт в виде гранул для литья изделий разового назначения; пеноматериалы

для упаковки пищевых продуктов; гранулы для получения компостируемых

раздувных и плоских пленок Biofle и др.). Высокая экологичность и способ-

ность разлагаться в компосте при 30

С в течение 2 месяцев с образованием

благоприятных для растений продуктов распада делает применение таких

материалов весьма перспективным.

В качестве возобновляемого природного биоразлагаемого начала при

получении термопластов активно разрабатываются и другие композиты, –

целлюлоза/хитин или целлюлоза/крахмал. Например, полимеры, полученные

взаимодействием целлюлозы с эпоксидным соединением и ангидридами ди-

карбоновых кислот, полностью разлагаются в компосте за 4 недели. На их

основе формованием получают бутыли, разовую посуду, пленки для мульчи-

рования. Для придания более высокой биоразлагаемости материалам на ос-

нове сложных эфиров целлюлозы в композицию рекомендуется вводить по-

лиэфиры лимонной кислоты либо ацетат целлюлозы, частично переэтерифи-

цированный 6-гидроксикапроновой кислотой.

Компостируемые материалы, получаемые из смеси растительных и на-

туральных исходных продуктов, где основным компонентом является цел-

люлоза или ее производные, широко применяются в настоящее время в каче-

стве исходного сырья для изготовления одноразовых изделий для упаковки и

предметов первой необходимости. В последнее время особое внимание раз-

работчиков привлекают композиции, содержащие хитозан и целлюлозу. Из

них получают биоразлагаемые пластики, пленку с хорошей прочностью и во-

достойкостью, когда в смеси содержится 10–20 % хитозана. Из тройной ком-

позиции – хитозан, микроцеллюлозное волокно и желатин – получают плен-

ки с повышенной прочностью, способные разлагаться микроорганизмами

при захоронении в землю. Природные белки или протеины также использу-

ются для получения биоразлагаемых пластиков, предназначенных для упа-

ковки сухой и влажной пищи и др. Для получения биоразлагаемого упако-

вочного материала пищевых продуктов, парфюмерии и лекарственных пре-

паратов используют метакрилированный желатин, казеин, производные се-

рина, кератиносодержащие натуральных продуктов. Так, фирмой Showa

(Япония) разработан биодеструктируемый термопластичный полимер для

внешнего корпуса телевизоров и персональных компьютеров. В целом, дан-

ное направление по использованию природных полимеров с целью создания

биоразлагаемых пластиков интересно прежде всего тем, что ресурсы исход-

ного сырья возобновляемы.

ГЛАВА 5 БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.2. Разрушаемые полимеры – способ избавления от синтетических полимерных отходов

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 239

Второе направление ориентировано на придание свойства биоразру-

шаемости синтетическим полимерам, выпускаемым в огромных количествах, –

полиэтилену, полипропилену, поливинилхлориду, полистиролу и полиэти-

лентерефталату. Названные синтетические полимеры и изделия из них при

захоронении могут храниться «вечно», поэтому вопрос возможности прида-

ния им способности биоразлагаться чрезвычайно актуален. Для это в струк-

туру пластиков можно вводить молекулы, содержащие в своем составе функ-

циональные группы, способствующие ускоренному фоторазложению поли-

мера, получать композиции с биоразлагаемыми природными добавками, спо-

собными в определенной степени инициировать распад основного полимера,

а также направленно синтезировать биодеградируемые пластические массы

на основе промышленно-освоенных синтетических продуктов.

К фоторазлагаемым полимерам относятся сополимеры этилена с окси-

дом углерода. Винилкетоновые мономеры являются фотоинициаторами раз-

ложения полиэтилена и полистирола. Введение их в количестве 2–5 % в каче-

стве сополимера к этилену или стиролу позволяет получать пластики со свойст-

вами, близкими к полиэтилену или полистиролу, но способные к фотодеграда-

ции при действии ультрафиолетового излучения в пределах 290–320 нм. Свето-

чувствительные добавки – дитиокарбамата железа и никеля позволяют полу-

чать разрушаемые в почве пленочные материалы. С целью ускорения фото- и

биоразложения из полиэтилена, полипропилена или полиэтилентерефталата в

них вводят пульпу целлюлозы, алкилкетоны или фрагменты, содержащие

карбонильные группы. Такие пленки сохраняются в течение 8–12 недель,

прежде чем они начнут фото- и биоразлагаться. Следует, однако, отметить,

что в последнее время проблема решения вопроса биоразлагаемости синте-

тических полимеров приемом введения в их состав природных компонентов

не находит существенного развития, о чем свидетельствует сокращение ко-

личества публикаций по данному вопросу.

Приоритетным направлением получения биоразлагаемых синтетиче-

ских пластиков в настоящее время является синтез соответствующих поли-

эфиров и полиэфирамидов. Разлагаемые сополиэфиры получают на основе

алифатических диолов и органических дикарбоновых кислот. На основе та-

кого полиэфира в 1995 г. фирма BASF освоила полностью биоразлагаемый

пластик Ecoflex F, применяемый для изготовления мешков, сельскохозяйст-

венной пленки, гигиенической пленки, для ламинирования бумаги. Механи-

ческие свойства Ecoflex F сравнимы с полиэтиленом низкой плотности. Из него

получают пленку с высокой разрывной прочностью, гибкостью, водостойко-

стью и проницаемостью водных паров. Он перерабатывается методом экс-

трузии с раздувом и с охлаждением на валках, как полиэтилен низкой плот-

ности, его способность к деформации позволяет получить тонкие пленки

(менее 20 мкм), которые не требуют специальной обработки.

ГЛАВА 5 БИОТЕХНОЛОГИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ: БИОСИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

5.2. Разрушаемые полимеры – способ избавления от синтетических полимерных отходов

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 240

Фирмой BASF также освоен выпуск биоразлагаемых пластиков на ос-

нове полиэфиров и крахмала. Начиная со второй половины 90-х гг. фирма

BAYER AG выпускает новые компостируемые биоразлагаемые в аэробных

условиях термопласты ВАК-1095 и ВАК-2195 на основе полиэфирамида.

Данный материал имеет высокую адгезию к бумаге, что позволяет широко

использовать его для изготовления влаго- и погодостойкой упаковки, исполь-

зуемой в пищевой промышленности, и в сельском хозяйстве. Другой алифа-

тический полиэфирамид ВАК-2195 легко перерабатывается литьем под дав-

лением. Он может содержать наполнители: целлюлозу, древесную муку,

крахмал, придающие ему достаточную жесткость и прочность.

С целью понижения стоимости материалов на основе полиэфиров и по-

лиамидов фирмы используют для их выпуска имеющиеся свободные произ-

водственные мощности, а в качестве исходного сырья применяют хорошо ос-

военные промышленностью продукты. Переработка таких композиций в ко-

нечные изделия ведется на стандартном оборудовании. Указанным подходом

можно в сжатые сроки освоить выпуск новых экологически безопасных по-

лимеров и в значительной степени решить задачу понижения цены биоразла-

гаемых пластиков, тем самым в значительной степени уменьшить проблему

полимерного мусора из отходов тары и упаковки и сократить захоронения

полимеров в землю.

По данным фирмы BASF, потенциальный рынок Западной Европы на

компостируемые биодеструктируемые материалы из полиэфирамидов, сопо-

лиэфиров и их смесей с крахмалом составляет 200 тыс. т/год. Прозрачный, с

хорошей формуемостью биоразлагаемый сополиэфир для получения пленок,

листов синтезируют полимеризацией с раскрытием цикла и переэтерифика-

цией лактида с ароматическими полиэфирами на основе тере(изо)фталевой

кислоты и алифатических диолов. В последнее время активно разрабатыва-

ются биоразлагаемые композиции, содержащие в своих составах как поли-

эфир-полиамидные, так и уретановые, карбонатные группы и в особенности

фрагменты гидроксикарбоновых кислот. Это позволяет получать на их осно-

ве широкую гамму компостируемых изделий, обладающих высокими физи-

ко-механическими свойствами и приемлемой ценой.

В настоящее время большинство крупных зарубежных компаний, рабо-

тающих в области производства полимерной продукции, предлагают серию

модификаций синтетических материалов, способных к биоразложению. Так,

немецкая компания Bayer представила новый биоразлагаемый полиэфира-

мид, который имеет полукристаллическую структуру и производится с по-

мощью литья под давлением. Сырье для его производства – гексамителен

диамин, бутандиол и адипиновая кислота. Получаемая таким образом пленка

обладает определенной степенью прозрачности. Она может быть полу- или

полностью прозрачной. Процесс биологического разложения упаковки про-

исходит в течение трех месяцев после контакта с бактериями и почвенными

грибами. Этот материал предполагается использовать в производстве мешков

для мусора, упаковки пищевых продуктов, а также при выпуске одноразовой

посуды.