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

5.3. Разрушаемые биопластики: реалии и перспективы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 251

основным стимулом для развития этого направления. С 2006 г. некоторые

голландские упаковочные предприятия полностью перешли на использова-

ние биоразлагаемых материалов. Правительство стимулирует этот процесс.

Для этого в бюджете предусмотрено выделение средств в размере несколь-

ких миллиардов евро. Уже сегодня в странах ЕС начинают использовать

биопластики для упаковки бутербродов, изготовления одноразовой посуды, а

также пакетов для мусора.

Нельзя не отметить, что развитие производства биоразлагаемых поли-

меров требует значительных инвестиций в исследования, сельскохозяйствен-

ные работы, строительство заводов. Несмотря на это, многие европейские и

американские компании готовы идти на эти траты. Их заинтересованность

поддерживают и розничные операторы целого ряда развитых стран. Круп-

нейшие продуктовые сети Европы уже с 2003–2005 г. используют биоразла-

гаемую упаковку, в первую очередь для натуральных продуктов, овощей,

фруктов, салатов и деликатесов. В Великобритании это Tesco, Sainsburis,

Marks & Spenser; во Франции –Carrefour, Monoprix, Migros; в Италии –

Esselunga, IPER, Coop;в Китае – Migro, Coop; в Голландии – Albert Heijn и

другие. Например, бельгийская сеть супермаркетов Delhaize в 2006–2007 гг.

использовала более 7 млн PLA-контейнеров для салата, а позже она прекра-

тила использовать традиционные пакеты, заменив их одноразовыми биораз-

лагаемыми на основе крахмала. Информацию об особенностях биодегради-

рующего упаковочного материала и способах его утилизации можно увидеть

на этикетках и информационных стендах над витринами.

Прогрессивные производители продуктов питания тоже внедряют био-

упаковку. Этот маркетинговый ход помогает привлекать внимание к марке и

добиваться лояльности «экологично» настроенной европейской аудитории.

Так, макароны под маркой Birkel’s Bio фасуются только в пакеты из биораз-

лагаемого пластика на основе целлюлозы. Birkel стала первой немецкой ком-

панией, сделавшей ставку на коммерческое использование биоупаковки.

Французский производитель Richard Laleu внедрил новый материал – PLA-

фольгу Biophan – в качестве упаковки для сыра. Финская Huhtamaki стала

пионером на рынке биоразлагаемой одноразовой посуды, создав линию

BioWare (стаканы для холодных напитков, тарелки, контейнеры и ножи) из

вторичного сырья (макулатура) и биополимера NatureWorks PLA. В 2006 г.

немецкая аптечная сеть Ihr Platz предложила покупателям линию оздорови-

тельных напитков Vitamore в ПЛ-бутылках с крышками из полимера Mater-

Bi на основе крахмала. В конце 2007 г. компания Biota Brands of America

(США), заявляющая, что она заботится об окружающей среде, вывела на ры-

нок инновационный продукт – энергетическую воду Biota Spring Water. Но-

винка разлита в запатентованные биоразлагаемые бутылки Planet Friendly.

Greenery, один из ведущих европейских концернов на рынке фруктов, ово-

щей и грибов, в конце 2004 г. впервые применил биоразлагаемую упаковку

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

5.3. Разрушаемые биопластики: реалии и перспективы

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 252

для своих продуктов. Опыт оказался удачным, и в ближайшее время компа-

ния планирует полностью отказаться от традиционной полимерной упаковки.

Австралийское подразделение концерна Cadbury Schweppers заказыва-

ет биодеградирующие коррексы для коробок под шоколадные конфеты.

А Nestle уже два года поставляет в Австралию конфеты из молочного шоко-

лада Dairy Box («Молочная коробка»), коррексы для которых изготовлены из

полимолочной кислоты PLА, они моментально разлагаются при контакте с

водой. С недавнего времени Dairy Box появились и в Европе. Ирландская

компания Tipperary Water в дополнение к своим кулерам для воды предлагает

биоразлагаемые одноразовые стаканчики из полилактида. На начальном этапе, в

августе 2004 г., в Ирландии и Великобритании было продано 500 тыс. стаканчи-

ков, и всего за три года объем продаж увеличился почти до 30 млн штук в

год. Еще один пример из Ирландии: компания Alcan Packaging разработала

новую слоистую пленку для упаковки мюсли британской компании Jordans.

Пленка из целлюлозы фирмы Natureflex и материала Mater-Bi компании

Novamont рассчитана на компостирование в домашних условиях. В Дании и

Ирландии введен налог для продуктовых сетей на использование ПЭ пакетов,

а в Италии, Франции, ряде штатов США с 2010 г. использование небиоразла-

гаемых пакетов будет вообще запрещено.

В результате этих мероприятий в Западной Европе в 2006 г. было по-

треблено 19,5 тыс. т биоразлагаемой упаковки, в США – 16 тыс. т. С июля

2008 г. в Китае запрещено использование в качестве упаковки тонкой поли-

пропиленовой пленки. Согласно недавно опубликованному распоряжению

городской администрации Лос-Анджелеса, начиная с первого июля 2010 г.,

во всех супермаркетах, продуктовых магазинах, а также магазинах одежды

запрещается использование пластиковых пакетов. Взамен предполагается

использовать бумагу или иные биоразлагаемые материалы. Целью этого за-

прета является улучшение экологической обстановки в городе. В настоящее

время в магазинах Лос-Анджелеса покупателям раздается 2,3 млн полиэти-

леновых пакетов в год. Среднее время использования одного такого пакета

составляет 20 мин.

Упаковка, создаваемая на основе биоразлагаемых материалов, появи-

лась и в странах СНГ. Например, в России финская компания Huhtamaki пла-

нирует построить завод для производства различных видов упаковки и одно-

разовой посуды на основе технологии BioWare. Для выпуска некоторых из-

делий специалисты этой фирмы используют пластик, создаваемый из поли-

мера молочной кислоты (полилактида, ПЛ). Нельзя не отметить при этом, что

в настоящее время ПЛ-упаковка дороже аналогичных изделий из полипропи-

лена. В России в целом, к сожалению, пока рано говорить о производстве и

широком спросе у населения на биоразлагаемую упаковку. Однако уже сего-

дня необходимо задуматься о неизбежности перехода на биоразлагаемые

пластики, безвредные для человека и окружающей среды.

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

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 253

Сферы применения разрушаемых биопластиков расширяются. Это свя-

зано с тем, что, во-первых, появляются новые виды этой продукции с новыми

ценными коммерческими свойствами. Второе обстоятельство объясняется

тем, что по мере совершенствования технологий, биопластики становятся

дешевле и, следовательно, доступнее для потребителя.

В конце 2007 г. три немецкие компании – Institute for Recycling of the

University for Applied Sciences Braunschweig, Fraunhofer Institute for Chemical

Technologies и CTC Clean Tech Consulting GmbH – провели совместное ис-

следование и выяснили, что в мире существует не менее 73 видов биоразру-

шающихся биопластиков. В числе их производителей – компании Albis, Basf,

Biomer, Biopearls, Biotec, Dow, Enmat, GoodFellow, Hycail, Mazzucchelli,

Metabolix, Monsanto, NatureWorks, Novamont, Plantic, Polyfea, P&G, Solvay и

другие. Полный список и технические характеристики полимеров опублико-

ваны в Интернете на сайте www.bioplastics24.com

. Естественно, что не все

разработки «приживутся» на рынке, но даже само их количество свидетель-

ствует о значительном интересе к данной проблеме.

Биопластики, производимые на основе природных материалов, напри-

мер из крахмала, появились в середине 70-х гг. ХХ в. Эти полимеры, полу-

ченные из растительных волокон, растений и целлюлозы, до недавнего вре-

мени доминировали на рынке среди биоразрушаемых пластиков. Источником

сырья для производства биопластиков такого типа служат злаковые растения

и картофель. Так, из кукурузы можно получить до 80 % крахмала от зеленой

биомассы растения. Биопластик из крахмала разлагается в почве под воздей-

ствием микроорганизмов до конечных продуктов, – диоксида углерода и во-

ды. Однако крахмал растворяется в воде, поэтому изделия из него деформи-

руются при контакте с влагой. Существует иной путь получения более функ-

ционального биопластика для упаковки. Это использование крахмалсодер-

жащего сырья для микробиологической трансформации его в молочную ки-

слоту (лактид). Далее мономеры лактида подвергают полимеризации с обра-

зованием полилактида (полимолочной кислоты, ПМК) – биопластика, обла-

дающего по сравнению с крахмалом более высокими прочными свойствами.

Еще один путь производства биопластиков основан на использовании микроор-

ганизмов, способных синтезировать в специфических условиях роста полимер-

ный материал, подобный полипропилену. Это линейные термопластичные по-

лиэфиры, так называемые полигидроксиалканоаты (ПГА), которые в настоящее

время становятся лидирующим классом среди биопластиков.

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

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 254

Полностью биоразрушаемые пластики производят также из природного

сахаросодержащего сырья. В ходе многочисленных экспериментов по их

производству использовали самые разные растения – от картофеля, пшени-

цы, бобовых, подсолнечника, сахарной свеклы до древесины тополя и осины.

Одни оказались непригодными, а другие, такие как пшеница, кукуруза, са-

харная свекла, – весьма перспективными. В настоящее время используются

такие природные полимеры, как целлюлоза, натуральный каучук, полисаха-

риды, полипептиды, хитин, эпоксидированные масла, лигнин, поллулан,

сложные полиэфиры и др. Большой интерес вызывает крахмал как относи-

тельно недорогое по цене сырье, который экстрагируют из картофеля, пше-

ницы, кукурузы, риса. Однако полимеры на основе крахмала имеют сущест-

венный недостаток – нестойкость к воздействию воды. Распространенным

решением этой проблемы является внедрение композиционных материалов с

добавлением природных или синтетических компонентов для усиления водо-

стойкости.

Так, компания Rodenburg Biopolymers первой в мире предложила био-

пластик Solanyl по цене, сопоставимой с обычными синтетическими пласти-

ками. Solanyl – это разлагаемый микроорганизмами пластик, в основу кото-

рого входят субпродукты промышленной переработки картофеля. Начиная с

ноября 2001 г., самый большой в Европе завод по производству биопластика

производит около 47 000 т продукта в год. Подобное производство создано в

Нидерландах. Объем поставляемого Rodenburg Biopolymers фермерами сы-

рья для производства этого биопластика составляет около 400 000 т/год.

Области применения пластика определяются тем, что его уникальные

свойства превосходят свойства альтернативных материалов. Solanyl может

обрабатываться серийным оборудованием, выпускаемом для прессования

под давлением и получения пленки. Среди производителей, предлагающих

биопластики для упаковки на основе растительного крахмалсодержащего сы-

рья, – итальянская фирма Novamont SpA и английская компания Environmental

Polymers Group (EPG). В Италии запущены в производство четыре компози-

ции материала марки Mater-Bi, нетоксичного полиацеталя на основе крахма-

ла. Novamont – ведущий итальянский производитель биопластика. Mater-Bi –

это полностью биоразлагаемый, поддающийся биохимическому распаду

биопластик, по своей степени устойчивости и прочности не уступающий тра-

диционным разновидностям пластика, содержит в своем составе природное

сырье, отличается низким уровнем выброса в атмосферу парниковых газов и

пониженным потреблением энергоресурсов. Компанией разработана серия

материалов марки Mater-Bi

®.

Так, пленочная продукция этой марки

успешно опробована одной из

ведущих британских сетей супермаркетов в процессе фасовки и упаковки

фирменной линии натуральных овощей и фруктов. Ламинированная пленка,

представляющая собой синергическую комбинацию биоразлагаемого пла-

стика – это новая упаковка злаковых завтраков, выпущенная компанией

Jordans Cereals. На смену традиционным пластиковым пакетам приходят па-

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

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 255

кеты, производимые из слоев «NatureFlex» (Innovia Films) и Mater-Bi

. Дан-

ная комбинация гарантирует идеальные механические и изолирующие свой-

ства биоразлагаемой упаковки, рекомендуемой к использованию в сегменте

обезвоженных продуктов питания с длительными сроками годности. Экстру-

зионное покрытие – особая разновидность Mater-Bi, разработанная в целях

осуществления ламинирования способом экструзии. Переработка материала

осуществляется на основе использования стандартного промышленного обо-

рудования, при этом по своей природе он напоминает традиционные полио-

лефины по своей устойчивости, скорости производства и плотности. Благо-

даря прекрасным герметизирующим и адгезивным свойствам материала, он

рекомендуется к использованию в упаковке самого разнообразного товарного

ассортимента, в том числе и в фармацевтической промышленности.

В Австрии и Швеции McDonald’s предлагает в своих ресторанах вилки

и ножи, созданные из кукурузы, компания Goodyear выпустила первые био-

шины Biotred GT3, а магазины Carrefour во Франции, Esselunga в Италии и

Co-Op в Норвегии продают свои товары в биопластиковых пакетах из того

же Mater-Bi. В Италии планируют также производить биопластик из сахар-

ной свеклы, который разрушается водными микроорганизмами за 10 дней

при комнатной температуре. Австралийская компания CRC заявила о созда-

нии биопластика из кукурузного крахмала. Новый материал разрабатывался в

течение шести лет по заказу International Food Manufacture and Packaging

Science. Биопластик будет применяться для упаковки сухих пищевых про-

дуктов. Разработчики заявляют, что из «сиропной массы» можно создавать

полимерные пакеты, тарелки, стаканы, ложки и вилки. Например, сделанные

из пластика на основе кукурузы вилки находят широкое применение в раз-

ных странах. К тому же у биопластика, созданного из кукурузного крахмала,

есть еще одна примечательная особенность – изделия из него можно произ-

водить с расчетом срока самораспада. Некоторые виды биопластмассы на ос-

нове крахмала могут служить в течение нескольких месяцев, некоторые – в

течение нескольких лет.

Ученые из Университета Айовы

(США) разработали технологию, на-

правленную на повышение прочностных свойств биопластика с помощью

наноклея. Руководитель команды исследователей Дэвид Грэвелл заявил, что

новый пластик будет широко востребован в производстве тары и упаковки

для пищевых продуктов, и даже, возможно – цветочных горшков. Обычно

при изготовлении биопластиков

свернутые белки сои или кукурузы с помо-

щью глицерина «выпрямляют» в длинные цепочки, которые затем формиру-

ют пластик. Теперь же в ходе этого завершающего этапа производства в пла-

стик добавили наночастицы клея. Дальнейшая обработка биопластика (плав-

ление и производство готовых изделий) происходила на специальном обору-

довании от фирмы Trexel Inc.

Англичане работают над созданием особого типа поливинилового

спирта, который способен к биоразложению в горячей и холодной воде. Этот

материал предполагается использовать для производства упаковочной плен-

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

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 256

ки методом экструзии с раздувом. Предлагаемая компанией EPG технология

включает запатентованную технологию экструзии и собственные разработки

биодеградантов на основе поливинилового спирта (PVON). При этом пред-

ставители компании сообщают, что свойства изготавливаемой упаковочной

пленки будут соответствовать или даже превышать физические характери-

стики пленки из поливинилхлорида и полиэтилена, а по своей стоимости

смогут конкурировать с другими биоматериалами.

Разрабатываемые биологические пластики способны не только к био-

разложению, но также позволяют создавать упаковку, препятствующую раз-

витию болезнетворных микроорганизмов в продуктах. Одной из самых опас-

ных возбудителей человеческих болезней является бактерия под названием

листерия. Развиваясь в различных пищевых продуктах даже при весьма низ-

ких температурах, она может стать причиной серьезного заболевания, при

котором возможен даже смертельный исход. В университете Клемсон разра-

ботана биопластмасса, содержащая в качестве наполнителя низин, препятст-

вующий развитию патогенов. Низин является антибиотиком полипептидного

типа, производным молочнокислых бактерий Streptococcus lactis, при этом он

безвреден для человека.

Промышленным производством биопластиков занимаются японский

автоконцерн «Toyota» и американская компания «Cargill Dow». Объемы про-

изводства такого экологически чистого пластика до недавнего времени не

превышали 100 тыс. т в год. Toyota намерена кардинально изменить ситуа-

цию. Как заявил глава биотехнологического подразделения компании Кодза-

буро Цукисима, в 2007 г. компания построила завод мощностью до 50 тыс. т

биопластика в год, а к 2020 г. производство будет увеличено до 20 млн т, благо-

даря чему Toyota собирается зарабатывать на биопластике по 38 млрд дол.

в год. Стоимость полимера будет снижена до 2 долларов с нынешних

5–10 долларов за килограмм, таким образом, по цене он сравняется с синте-

тическими пластиками. Toyota производит биопластики из сахарного трост-

ника, кукурузы и тапиоки – муки из маниоки. Данный материал горит при

низких температурах, не выбрасывая в атмосферу вредные газы. Помимо

упаковки, Toyota планирует использовать детали из этого биопластика в сво-

их автомобилях. Уже в настоящее время элементы из биопластика входят в

комплектацию двух моделей Toyota – минивэна Raum и седана Prius. В на-

стоящее время один кг биопластика стоит 500–1 000 йен, что в 5 раз больше

цены обычного пластика, производящегося из нефти. Япония потребляет

около 14 млн т пластика в год – примерно десятую часть объема, производя-

щегося во всем мире. Из этих 14 млн т только 10 тыс. т приходится на био-

пластик.

Другой гигант автомобилестроения в Японии – компания Mazda Motor

Corp. ориентируется на производствоо биопластика из непищевого сырья.

Для выполнения данного проекта и его доведения для промышленной реали-

зация компания привлекла специалистов из университета города Хиросима.

Разработчики этого проекта акцентируют, что для производства биопластика

не будет использоваться пищевое сырье, т.е. производство биопластика не

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

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 257

нанесет ущерба пищевой промышленности. В качестве сырья планируется

использовать отходы деревообрабатывающей промышленности, опилки и

прочие отходы. Помимо упаковки, биопластик будет использован при произ-

водстве бамперов и отдельных элементов центральной консоли. Ожидается,

что «пластик из опилок» будет массово применен при производстве очередно-

го поколения Mazda-3, появление которого намечено на 2013 г. На данный же

момент компания демонстрирует достигнутые результаты на эксперимен-

тальном Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid.

В этом же автомобиле Mazda показывает другую экологически чистую

технологию – получение тканей для отделки салона из отходов деревообра-

батывающей промышленности. Как заявили представители компании Mazda,

помимо упаковочного биопластика, ими создан высокопрочный и жаростой-

кий биопластик, пригодный для применения в создании внешних поверхно-

стей автомобилей. Кроме того, он может использоваться в качестве внутрен-

них деталей транспортных средств. Недавно разработанный биопластик в три

раза прочнее и имеет на 25 % большую жаростойкость, чем сравнимый с ним

давно существующий биопластик, используемый для электрооборудования.

В отличие от обычного полипропиленового пластика на нефтяной основе,

новый биопластик имеет сравнительно большую твердость, что поможет

экономить материал и делать детали более тонкими. Нельзя не отметить, что

в настоящее время в Японии происходит настоящий бум производства био-

разлагаемых полимеров. Если в 2000 г. объемы производства экологически

безопасного материала составляли лишь 2000 т, то сегодня это уже около

50 тыс. т, а к 2010 г. эксперты прогнозируют увеличение и до 200 тыс. т. В

настоящее время только в Токио существуют более 200 компаний, специали-

зирующихся на разработке биопластиков.

В России, как отметил аналитик ИК «Проспект» Дмитрий Царегород-

цев, отечественными учеными также запатентована технология изготовления

биопластика из древесины. Однако производится он в очень малых количест-

вах и используется как сырье для прозаичных продуктов: крахмала и водки.

За рубежом разработками в области создания биоупаковки занимаются

не только коммерческие, но и различные научные организации. Так, бразиль-

ские ученые создали съедобную липкую пленку. После двенадцати месяцев

работы исследователи из государственного университета Кампинас, Сан-

Паулу нашли уникальный материал для такой пленки – муку амаранто (пита-

тельный хлебный злак, который выращивается в Южной Америке). Эта упа-

ковка перерабатывается биологическими методами, т.е. деградирует в почве

под воздействием микроорганизмов, при этом имеет высокий уровень содер-

жания белка. Кроме того, разработанная пленочная упаковка высокопрозрач-

на и обладает свойствами, которые позволяют хранить свежие фрукты и

овощи значительно дольше, чем обычно.

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

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 258

Лидером по объемам выпуска среди разрушаемых биопластиков до на-

стоящего времени оставался полилактид (полимер молочной кислоты). Этот

пластик может быть получен синтетическим способом и ферментативным

брожением сахаросодержащих субстратов. В промышленности молочную ки-

слоту получают гидролизом 2-хлорпропионовой кислоты и ее солей (100 °C)

или лактонитрила CH

CH(OH)CN (100 °C, H

) с последующим образова-

нием эфиров, выделение и гидролиз которых приводит к продукту высокого

качества. Известны другие способы получения молочной кислоты: это окис-

ление пропилена оксидами азота (15–20 °C) с последующей обработкой H

;

взаимодействие CH

CHO с СО (200 °C, 20 МПа). Полилактид получают по-

лимеризацией оптически активного лактида в растворе при 100–150 °C или в

массе при 140–200

Получают лактид также биотехнологическим способом, ферментатив-

ным брожением декстрозы сахара или мальтозы, сусла зерна или картофеля

(рис. 5.7

). Далее лактид подвергают полимеризации. Для придания ПМК

термостойкости и повышения механических свойств, как правило, получают

сополимеры полилактидов с полигликолидом.

Рис. 5.7. Сырье и этапы производства полилактидов

По данным исследовательской компании Pira, в 2007 г. доля полилак-

тида в общем объеме производства всех биодеградирующих пластиков со-

ставила 43 %. Сферы применения полилактида весьма широки. Из полилак-

тидов производят различные изделия: одноразовую посуду, обертку для кон-

фет, пленочные материалы, упаковку типа блистерной, продукцию из вспе-

ненного материала (табл. 5.1

). Пленочные материалы из биопластиков ис-

пользуют для мульчирования, так как они тут же в почве и перегнивают.

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

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 259

Упаковка из полилактида полностью разрушается за 45 дней в условиях про-

мышленного компостинга при соблюдении ряда требований (температура не

менее 60 °С, определенный уровень влажности, наличие бактерий и др.). В ес-

тественной среде процесс деградации будет длиться дольше, причем упаков-

ка может разрушиться не полностью. Свойства ПЛ представлены в табл. 5.2

Таблица 5.1

Области практического использования полилактидов

Способы переработки ПМК

и типы изделий

Конечные продукты

Нетканые материалы, волокна

Средства личной гигиены, защитная одежда, фильт-

ровальные материалы

Ориентированные пленки

Этикетки, лента

Пленка/экструзия

Посуда, упаковка пищевых и иных продуктов, плен-

ка для мульчирования

Эластичная пленка/экструзия,

раздув

Пленка для заворачивания продуктов питания, му-

сорные мешки, термоусадочная пленка

Герметизирующие покрытия

Подносы и лотки для пищевых продуктов

Инжекционное формование

Жесткая тара, упаковка для молочных продуктов

Пена

Грейферы, лотки для мясных продуктов

Таблица 5.2

Свойства полилактидов

Свойства

Полимер на основе

молочной кислоты

Физические свойства

Удельный вес, г/см

Показатель текучести, г/10 мин (190 ºС/2,16 К)

Прозрачность

1,24

4–8

Прозрачный

Механические свойства

Сопротивление разрыву при растяжении, фунтов/дюйм

(МПа)

Предел текучести при растяжении, фунтов/дюйм

(МПа)

Модуль упругости при растяжении, тыс. фунтов/дюйм

(ГПа)

Удлинение при растяжении, %

Ударная прочность по Изоду с надрезом, фут-фунт/дюйм (Дж/м)

7 700 (53)

8 700 (60)

500 (3,5)

6,0

0,24 (12.81)

Фирмой «Cargill» освоено производство полилактида ферментацией

декстрозы кукурузы мощностью до 6 тыс. т в год. В перспективе фирма пла-

нирует расширить производство до 50–150 тыс. т и снизить стоимость поли-

лактида с 250 до 2,2 дол. за кг. Стоит отметить, что из всех представленных

проектов, как полагают аналитики, наиболее успешным на данное время яв-

ляется проект, разработанный Cargill Dow, совместным предприятием, соз-

данным двумя компаниями: сельскохозяйственной корпорацией Cargill

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

5.4. Объемы производства и области применения разрушаемых биопластиков

 Современные проблемы и методы биотехнологии. Учеб. пособие 260

Corporation и одним из лидеров в производстве химических продуктов ком-

панией Dow Chemical. Cargill Dow является ведущим предприятием в произ-

водстве полимолочной кислоты – полимера, изготавливаемого из возобнов-

ляемых сельскохозяйственных ресурсов: зерновых и сахарной свеклы. В его

основе лежит растительный сахар. Разработанный Cargill Dow полимер обла-

дает хорошей прозрачностью, прочностью, влагостойкостью и так же, как и

ПЭТ, не пропускает запахи. Возможная сфера применения – это различные

упаковочные пленки, жесткие контейнеры и даже покрытия. Специалисты

компании утверждают, что упаковка из ПЛ-полимера способна полностью

разлагаться в течение сорока пяти суток при условии создания соответст-

вующей структуры компостирования. По утверждению представителей

Cargill Dow, разработанная ими технология предлагает усовершенствован-

ный контроль структуры полимеров. Преимущество данной технологии за-

ключается в возможности использовать в качестве сырья самые различные

сельскохозяйственные сахаросодержащие культуры, которые произрастают в

тех или иных регионах мира. В Европе можно использовать пшеницу или

свеклу, в Америке – кукурузу или бобы. Благодаря этой технологии исполь-

зуются практически любые сельскохозяйственные культуры, содержащие на-

туральный сахар.

Несмотря на все перечисленные достоинства полилактида, широкое

внедрение его как полимера бытового и технического назначения до послед-

него времени сдерживается низкой производительностью технологических

линий и, как следствие, высокой стоимостью продукции. Однако в отличие

от многих своих конкурентов, биополимеры от компании Cargill Dow обрели

довольно ощутимый коммерческий успех. Ряд европейских и американских

компаний уже объявили о возможности использования новых полимерных

материалов, в том числе для производства различных видов упаковки.

Говоря о биоупаковке, создаваемой из биопластика, стоит еще отме-

тить, что существуют и разрабатываются идеи производства не просто одно-

разовой биоупаковки, а пищевой упаковки, содержащей особые, убивающие

патогены бактерии. Полилактид применяют для производства как одноразо-

вой посуды, так и разнообразной упаковки, поскольку он не вреден для здо-

ровья человека. Такие процессы активно осваивает крупная японская корпо-

рация Ajinomoto; молочную кислоту получают сбраживанием сырья на осно-

ве пшеницы, такой биопластик идеально подходит для изготовления гибких

упаковочных материалов. Эксперты Biodegradable Plastics Society полагают,

что этот биопластик получит дальнейшее развитие на рынке полимерных ма-

териалов Азии.

Однако ПМК уступают обычным полимерным материалам по тепло-

стойкости, поэтому упаковка из этого материала не может быть заполнена

содержимым с температурой 50

С и выше, так как она начинает деформиро-

ваться. Кроме того, барьерные характеристики ПМК по отношению к кисло-

роду хуже (ниже в 10 раз), чем у полиэтилентерефталата (ПЭТ), полипропи-

лена, поливинилхлорида (ПВХ). Поэтому тара из ПМК чаще всего использу-

ется для упаковки сухих и некоторых замороженных продуктов, а также