Биологийн задралд ордог полимер: ойлголт, шинж чанар, бэлтгэх арга, урвалын жишээ

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Сүүлийн 10 жилийн хугацаанд нэрэндээ "био" гэсэн угтвар нэмсэн бүтээгдэхүүнүүд түгээмэл болсныг та анзаарсан байх. Энэхүү бүтээгдэхүүн нь хүн болон байгальд аюулгүй гэдгийг мэдээлэх зорилготой юм. Үүнийг хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр идэвхтэй сурталчилж байна. Энэ нь бүр инээдтэй зүйл болсон - ундаа сонгохдоо тэд биокефирийг хамгийн шилдэг нь гэж үздэг бөгөөд био түлш нь газрын тосны өөр хувилбар биш, харин байгаль орчинд ээлтэй бүтээгдэхүүн юм. Гоо сайхны бүтээгдэхүүнийг "гайхамшиг" болгодог био хандыг мартаж болохгүй.

Ерөнхий мэдээлэл

Одоо нухацтай ярилцъя. Ихэнхдээ зам дагуу явж байхдаа аяндаа овоолгуудыг харж болно. Үүнээс гадна хүний хог хаягдлыг хадгалдаг бүрэн хэмжээний хогийн цэгүүд бий. Энэ нь тийм ч муу биш юм шиг санагдаж байна, гэхдээ нэг хасах зүйл бий - задрах хугацаа хэтэрхий урт. Үүнийг засах олон тооны арга байдаг - энэ бол хог хаягдлыг дахин боловсруулах, задлагчийг хурдан устгадаг хор хөнөөл багатай материалыг ашиглах явдал юм. Хоёр дахь тохиолдлын талаар ярилцъя.

Энд олон оноо байна. Сав баглаа боодол, дугуй, шил, химийн үйлдвэрийн дериватив. Тэд бүгд шаарддаганхаарал. Гэсэн хэдий ч тусгайлсан бүх нийтийн жор байдаггүй. Иймд байгаль орчны бохирдлоос урьдчилан сэргийлэхийн тулд юуг хэрхэн яаж хангах талаар тодорхой мэдэж байх шаардлагатай.

Биологийн задралд ордог полимеруудыг хуванцар хог хаягдлыг зайлуулах асуудалд хариулт болгон боловсруулсан. Тэдний хэмжээ жил бүр нэмэгдэж байгаа нь нууц биш юм. Биополимер гэдэг үгийг мөн товчилсон тэмдэглэгээнд ашигладаг. Тэдний онцлог юу вэ? Тэд физик хүчин зүйл, бичил биетний үйл ажиллагааны улмаас хүрээлэн буй орчинд задардаг - мөөгөнцөр эсвэл бактери. Полимер нь зургаан сарын дотор бүх масс нь ус эсвэл хөрсөнд шингэсэн тохиолдолд ийм гэж тооцогддог. Энэ нь хог хаягдлын асуудлыг хэсэгчлэн шийддэг. Үүний зэрэгцээ задралын бүтээгдэхүүнийг олж авдаг - ус ба нүүрстөрөгчийн давхар исэл. Хэрэв өөр зүйл байгаа бол аюулгүй байдал, хорт бодис байгаа эсэхийг шалгах шаардлагатай. Тэдгээрийг шахах, үлээлгэх, термоформ хийх, шахах хэлбэрт оруулах зэрэг ихэнх стандарт хуванцар үйлдвэрлэлийн технологиор дахин боловсруулж болно.

Бид ямар чиглэлээр ажиллаж байна?

Биологийн задралд ордог полимер олж авах нь нэлээд хүнд ажил юм. Аюулгүй материал олж авах боломжийг олгодог технологийг хөгжүүлэх ажлыг АНУ, Европ тив, Япон, Солонгос, Хятадад идэвхтэй явуулж байна. Харамсалтай нь Орос улсад үр дүн нь хангалтгүй байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. Хуванцарыг биологийн аргаар задлах технологийг бий болгож, сэргээгдэх түүхий эдээр үйлдвэрлэх нь үнэтэй таашаал юм. Үүнээс гадна тус улс полимер үйлдвэрлэхэд хангалттай газрын тостой хэвээр байна. Гэхдээ бүх зүйлҮүнтэй адил гурван үндсэн чиглэлийг ялгаж болно:

1. Гидоксикарбоксилын хүчилд суурилсан биологийн задрах полиэфир үйлдвэрлэл.
2. Дахин үржихүйц байгалийн орц найрлагад суурилсан хуванцар бүтээх.
3. Үйлдвэрлэлийн полимерууд нь био задралд ордог.

Гэхдээ практик дээр яах вэ? Биологийн задралд ордог полимерүүд хэрхэн бүтдэгийг нарийвчлан авч үзье.

Бактерийн полигидроксиалканатууд

Бичил биетүүд ихэвчлэн шим тэжээлийн нүүрстөрөгчтэй орчинд ургадаг. Энэ тохиолдолд фосфор эсвэл азотын дутагдал байдаг. Ийм тохиолдолд бичил биетүүд полигидроксиалканатуудыг нэгтгэж, хуримтлуулдаг. Тэд нүүрстөрөгч (хүнсний нөөц) болон эрчим хүчний нөөц болдог. Шаардлагатай бол тэд полигидроксиалканатуудыг задалж болно. Энэ өмчийг энэ бүлгийн материалын үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлд ашигладаг. Бидний хувьд хамгийн чухал нь полигидрокси бутират ба полигидрокси валерат юм. Тиймээс эдгээр хуванцарууд нь био задралд ордог. Үүний зэрэгцээ тэдгээр нь хэт ягаан туяанд тэсвэртэй алифатик полиэстер юм.

Усан орчинд хангалттай тогтвортой байдаг ч далай, хөрс, бордоо, дахин боловсруулах орчин нь биологийн доройтолд нөлөөлдөг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Мөн энэ нь маш хурдан болдог. Жишээлбэл, бордоо нь 85%, 20-60 хэмийн чийгшилтэй бол нүүрстөрөгчийн давхар исэл, усанд задрахад 7-10 долоо хоног шаардагдана. Полигидроксиалканотуудыг хаана хэрэглэдэг вэ?

ТэдБиологийн аргаар задалдаг сав баглаа боодол, нэхмэл бус материал, нэг удаагийн салфетка, утас, хальс, хувийн арчилгааны бүтээгдэхүүн, картон, цаасны ус зэвүүн бүрээс үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Дүрмээр бол тэдгээр нь хүчилтөрөгчийг дамжуулж чаддаг, химийн түрэмгий бодисуудад тэсвэртэй, дулааны харьцангуй тогтвортой байдал, полипропилентэй харьцуулах чадвартай байдаг.

Биологийн задралд ордог полимеруудын сул талуудын талаар ярихад тэдгээр нь маш үнэтэй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Жишээ нь Биополь. Энэ нь уламжлалт хуванцараас 8-10 дахин их үнэтэй. Тиймээс үүнийг зөвхөн анагаах ухаанд, зарим үнэртэй ус, хувийн арчилгааны бүтээгдэхүүнийг савлахад ашигладаг. Полигидроксиалканатуудын дунд илүү алдартай нь эрдэнэ шишийн цардуулаас гаргаж авсан мирел юм. Үүний давуу тал нь харьцангуй бага зардал юм. Гэсэн хэдий ч түүний үнэ нь уламжлалт бага нягтралтай полиэтиленээс хоёр дахин өндөр хэвээр байна. Үүний зэрэгцээ түүхий эд нь зардлын 60% -ийг бүрдүүлдэг. Мөн гол хүчин чармайлт нь хямд төсөр хүмүүсийг олоход чиглэгддэг. Улаан буудай, хөх тариа, арвай зэрэг үр тарианы цардуул яригдаж байна.

Полилактик хүчил

Савлах зориулалттай био задрах полимер үйлдвэрлэх ажлыг мөн полилактидыг ашиглан хийдэг. Энэ нь мөн полилактик хүчил юм. Тэр юуг төлөөлдөг вэ? Энэ нь сүүн хүчлийн конденсацийн бүтээгдэхүүн болох шугаман алифатик полиэфир юм. Энэ нь полилактидыг нянгаар зохиомлоор нийлэгжүүлдэг мономер юм. Бактерийн тусламжтайгаар түүнийг үйлдвэрлэх нь уламжлалт аргаас илүү хялбар гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Эцсийн эцэст, полилактидыг технологийн энгийн процессоор байгаа элсэн чихэрээс бактери үүсгэдэг. Полимер нь өөрөө ижил найрлагатай хоёр оптик изомерын холимог юм.

Үйлдвэрлэсэн бодис нь дулааны тогтвортой байдал нь нэлээд өндөр байдаг. Тэгэхээр шилжилт нь 90 хэмийн температурт, хайлах нь 210-220 хэмд явагддаг. Түүнчлэн, полилактид нь хэт ягаан туяанд тэсвэртэй, бага зэрэг шатамхай бөгөөд шатаж байвал бага хэмжээний утаатай байдаг. Термопластикт тохиромжтой бүх аргыг ашиглан боловсруулж болно. Полилактидаас гаргаж авсан бүтээгдэхүүн нь өндөр хатуулаг, гялгар, ил тод байдаг. Эдгээр нь хавтан, тавиур, хальс, эслэг, суулгац (биологийн задралын полимерийг анагаах ухаанд ийм байдлаар ашигладаг), гоо сайхны бүтээгдэхүүн, хүнсний бүтээгдэхүүний савлагаа, ус, жүүс, сүүний сав (гэхдээ карбонатлаг ундаа биш, учир нь материал нь дамждаг) хийхэд ашиглагддаг. нүүрстөрөгчийн давхар исэл). Мөн даавуу, тоглоом, гар утасны гэр, компьютерийн хулгана. Таны харж байгаагаар биологийн задралын полимерийн хэрэглээ маш өргөн цар хүрээтэй байдаг. Энэ нь зөвхөн тэдний нэг бүлэгт зориулагдсан юм!

Полилактик хүчлийн үйлдвэрлэл ба био задрал

Анх удаа түүнийг үйлдвэрлэх патентыг 1954 онд гаргажээ. Гэхдээ энэхүү биопластикийг арилжаалах нь зөвхөн 21-р зууны эхэн үеэс буюу 2002 онд эхэлсэн. Гэсэн хэдий ч үүнийг үйлдвэрлэдэг олон тооны компаниуд байдаг - зөвхөн Европт тэдний 30 гаруй нь байдаг. Чухал давуу талполилактик хүчил харьцангуй бага зардалтай - энэ нь аль хэдийн полипропилен, полиэтилентэй бараг ижил түвшинд өрсөлддөг. 2020 онд полилактид нь тэдгээрийг дэлхийн зах зээлд түлхэж эхлэх боломжтой гэж таамаглаж байна. Биологийн задралыг нэмэгдүүлэхийн тулд цардуулыг ихэвчлэн нэмдэг. Энэ нь бүтээгдэхүүний үнэд ч эерэг нөлөө үзүүлдэг. Үнэн бол үүссэн хольц нь нэлээд эмзэг бөгөөд эцсийн бүтээгдэхүүнийг илүү уян хатан болгохын тулд сорбитол эсвэл глицерин зэрэг хуванцаржуулагчийг нэмэх шаардлагатай болдог. Асуудлыг шийдэх өөр шийдэл бол бусад задрах полиэфиртэй хайлш үүсгэх явдал юм.

Полилактийн хүчил хоёр үе шаттайгаар задардаг. Нэгдүгээрт, эфирийн бүлгүүд усаар гидролиз болж, сүүн хүчил болон бусад цөөн хэдэн молекулууд үүсдэг. Дараа нь тэд микробын тусламжтайгаар тодорхой орчинд задардаг. Полилактид энэ процессыг 20-90 хоногийн дотор хийх ба дараа нь зөвхөн нүүрстөрөгчийн давхар исэл болон ус үлдэнэ.

Цардуулын өөрчлөлт

Байгалийн түүхий эдийг ашиглах нь сайн, учир нь түүний нөөц нь байнга шинэчлэгдэж байдаг тул бараг хязгааргүй байдаг. Энэ талаар цардуул хамгийн их алдартай болсон. Гэхдээ энэ нь сул талтай - чийг шингээх чадвар нэмэгдсэн. Гэхдээ хэрэв та эфир дээр гидроксил бүлгийн зарим хэсгийг анзаарсан бол үүнээс зайлсхийх боломжтой.

Химийн боловсруулалт нь полимерийн хэсгүүдийн хооронд нэмэлт холбоо үүсгэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь халуунд тэсвэртэй, тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг.хүчил ба зүсэлтийн хүч. Үүний үр дүнд өөрчлөгдсөн цардуулыг био задрах хуванцар болгон ашигладаг. Энэ нь хоёр сарын дотор бордоонд 30 градуст задардаг тул байгальд ээлтэй.

Материалын өртгийг бууруулахын тулд түүхий цардуулыг тальк, поливинил спирттэй хольж хэрэглэдэг. Үүнийг энгийн хуванцартай ижил тоног төхөөрөмж ашиглан үйлдвэрлэж болно. Өөрчлөгдсөн цардуулыг уламжлалт техникээр будаж, хэвлэж болно.

Энэ материал нь статикийн эсрэг шинж чанартай гэдгийг анхаарна уу. Цардуулын сул тал нь түүний физик шинж чанар нь ерөнхийдөө нефтийн химийн аргаар үйлдвэрлэсэн давирхайгаас доогуур байдаг. Энэ нь полипропилен, түүнчлэн өндөр ба нам даралтын полиэтилен юм. Гэсэн хэдий ч үүнийг хэрэглэж, зах зээлд борлуулдаг. Тиймээс хүнсний бүтээгдэхүүн, хөдөө аж ахуйн хальс, сав баглаа боодлын материал, хутганы хэрэгсэл, жимс, хүнсний ногооны тор зэрэгт ашигладаг.

Бусад байгалийн полимер ашиглах

Энэ бол харьцангуй шинэ сэдэв - био задрах полимер. Байгалийн зохистой менежмент нь энэ чиглэлээр шинэ нээлт хийхэд хувь нэмэр оруулдаг. Хитин, хитозан, целлюлоз зэрэг бусад олон тооны байгалийн полисахаридуудыг биологийн задралын хуванцар үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Зөвхөн тусад нь биш, бас хослуулан. Жишээлбэл, хитозан, микроцеллюлозын эслэг, желатинаас их хэмжээний хүч чадал бүхий хальсыг авдаг. Хэрэв та үүнийг газарт булж авбал энэ нь хурдан болнобичил биетээр задалдаг. Үүнийг сав баглаа боодол, тавиур болон ижил төстэй зүйлд ашиглаж болно.

Үүнээс гадна целлюлозыг дикарбоксилийн ангидрид, эпокси нэгдлүүдтэй хослуулах нь нэлээд түгээмэл байдаг. Тэдний хүч чадал нь дөрвөн долоо хоногийн дотор задардаг. Үүссэн материалаас шил, хальс, нэг удаагийн ширээний хэрэгсэл хийдэг. Тэдний бүтээл, үйлдвэрлэл жил бүр идэвхтэй өсч байна.

Үйлдвэрлэлийн полимерүүдийн биологийн задрал

Энэ асуудал нэлээд хамааралтай. Байгаль орчинд үзүүлэх урвалын жишээг дээр дурдсан биологийн задралд ордог полимерууд нь байгаль орчинд нэг жил ч тэсвэрлэхгүй. Аж үйлдвэрийн материалууд түүнийг хэдэн арван жил, бүр олон зууны турш бохирдуулдаг. Энэ бүхэн нь полиэтилен, полипропилен, поливинил хлорид, полистирол, полиэтилен терефталатад хамаарна. Тиймээс тэдний доройтох хугацааг багасгах нь чухал ажил юм.

Энэ үр дүнд хүрэхийн тулд хэд хэдэн боломжит шийдлүүд байдаг. Хамгийн түгээмэл аргуудын нэг бол полимер молекулд тусгай нэмэлтийг нэвтрүүлэх явдал юм. Мөн дулаан эсвэл гэрэлд тэдгээрийн задралын үйл явц хурдасдаг. Энэ нь нэг удаагийн ширээний хэрэгсэл, шил, савлагаа, хөдөө аж ахуйн хальс, уутанд тохиромжтой. Гэхдээ харамсалтай нь бас асуудал байна.

Эхнийх нь нэмэлтийг хэвлэх, цутгах, шахах зэрэг уламжлалт аргаар ашиглах ёстой. Энэ тохиолдолд полимерууд температурт өртдөг ч задрах ёсгүйболовсруулах. Нэмж дурдахад нэмэлтүүд нь гэрэлд полимерийн задралыг хурдасгах ёсгүй бөгөөд түүний дор удаан хугацаагаар хэрэглэх боломжийг олгодог. Өөрөөр хэлбэл, доройтлын үйл явц тодорхой цаг мөчөөс эхэлж байгаа эсэхийг шалгах шаардлагатай. Энэ нь маш хэцүү юм. Технологийн процесс нь түүхий эдийг халаах нь 12 минутаас хэтрэхгүй бол жижиг ердийн боловсруулалтын аргын нэг хэсэг болох 1-8% нэмэлтийг (жишээлбэл, өмнө нь хэлэлцсэн цардуулыг нэвтрүүлсэн) нэмнэ. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн тэдгээр нь полимер массад жигд тархсан байх ёстой. Энэ бүхэн нь доройтлын хугацааг есөн сараас таван жил хүртэлх хугацаанд барих боломжтой.

Хөгжлийн хэтийн төлөв

Хэдийгээр биологийн задралд ордог полимерүүдийн хэрэглээ эрчимжиж байгаа ч нийт зах зээлийн өчүүхэн хувийг эзэлж байна. Гэсэн хэдий ч тэд нэлээд өргөн хэрэглээг олж, улам бүр түгээмэл болж байна. Одоо тэд хүнсний сав баглаа боодлын салбарт нэлээд сайн нэвтэрсэн байна. Үүнээс гадна био задрах полимерийг нэг удаагийн шил, аяга, таваг, аяга, тавиур зэрэгт өргөн ашигладаг. Тэд мөн хүнсний хог хаягдлыг цуглуулах, дараа нь бордоо болгох уут, супермаркетад зориулсан уут, хөдөө аж ахуйн кино, гоо сайхны бүтээгдэхүүн хэлбэрээр зах зээлд өөрсдийгөө бий болгосон. Энэ тохиолдолд био задрах полимер үйлдвэрлэх стандарт тоног төхөөрөмжийг ашиглаж болно. Давуу талуудаараа (хэвийн нөхцөлд эвдрэлд тэсвэртэй, усны уур, хүчилтөрөгчийн саад багатай, хог хаягдлыг зайлуулахад асуудалгүй, нефть химийн түүхий эдээс хараат бус) тэд ялалт байгуулсаар байна.зах зээл.

Үндсэн сул талуудаас том хэмжээний үйлдвэрлэлийн хүндрэл, харьцангуй өндөр өртөгийг эргэн санах хэрэгтэй. Энэ асуудлыг томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлийн системээр тодорхой хэмжээгээр шийдэж болно. Технологийг сайжруулснаар илүү бат бөх, элэгдэлд тэсвэртэй материал авах боломжтой. Үүнээс гадна "эко" угтвартай бүтээгдэхүүнд анхаарлаа хандуулах хандлага хүчтэй байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. Үүнийг хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэл, засгийн газрын болон олон улсын дэмжлэгийн хөтөлбөрүүд хоёуланг нь дэмжиж байна.

Хамгаалах арга хэмжээг аажмаар чангатгаж байгаа бөгөөд үүний үр дүнд зарим оронд уламжлалт хуванцар бүтээгдэхүүнийг хориглосон байна. Жишээлбэл, багцууд. Тэднийг Бангладеш (ус зайлуулах системийг хааж, хоёр удаа их хэмжээний үер болгосны дараа) болон Италид хориглодог. Буруу шийдвэр гаргасны төлөө төлөх ёстой бодит үнийг аажмаар ухаардаг. Байгаль орчны аюулгүй байдлыг хангах шаардлагатай гэдгийг ойлгох нь уламжлалт хуванцарыг улам бүр хязгаарлахад хүргэнэ. Аз болоход, илүү үнэтэй, гэхдээ байгаль орчинд ээлтэй материал руу шилжих эрэлт хэрэгцээ байна. Түүнчлэн олон орны судалгааны төвүүд болон хувийн томоохон компаниуд шинэ, хямд технологи хайж байгаа нь сайн мэдээ юм.

Дүгнэлт

Тиймээс бид био задрах полимер гэж юу болох, эдгээр материалын үйлдвэрлэлийн арга, хамрах хүрээг авч үзсэн. Тогтмол байдагтехнологийг сайжруулах, сайжруулах. Тиймээс ойрын жилүүдэд биологийн задралд ордог полимерын өртөг уламжлалт аргаар гаргаж авсан материалыг гүйцээнэ гэж найдъя. Үүний дараа илүү аюулгүй, байгаль орчинд ээлтэй бүтээн байгуулалт руу шилжих нь зөвхөн цаг хугацааны асуудал байх болно.