ลักษณะของพลาสติกชีวภาพประเภทการผลิตและการใช้งาน

พลาสติกชีวภาพ เป็นพลาสติกโพลีเมอร์ที่ได้จากวัตถุดิบของแหล่งกำเนิดทางชีวภาพกล่าวคือจากทรัพยากรธรรมชาติที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เช่นชีวมวลของแป้งเซลลูโลสกรดแลกติกไขมันผักและโปรตีนจากสัตว์เป็นต้น.

คำพลาสติกชีวภาพใช้เพื่อแยกแยะวัสดุเหล่านี้ของแหล่งกำเนิดทางชีวภาพจากปิโตรเคมีซึ่งสังเคราะห์จากอนุพันธ์ปิโตรเลียม.

พลาสติกเป็นวัสดุที่ขึ้นรูปได้ง่ายที่สามารถเปลี่ยนรูปได้โดยไม่ต้องแบ่งออกเป็นหลายเงื่อนไข ด้วยเหตุนี้จึงเป็นวัสดุที่มีความคล่องตัวสูง.

พลาสติกส่วนใหญ่ผลิตจากวัตถุดิบที่ได้จากปิโตรเลียม ปิโตรเคมีเหล่านี้มาจากการสกัดและการกลั่นน้ำมันซึ่งเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่ไม่หมุนเวียน จำกัด และใช้แล้วหมดไป.

นอกจากนี้ปิโตรพลาสติกยังไม่สามารถย่อยสลายได้และสร้างปัญหาสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงเช่นที่เรียกว่า "เกาะพลาสติกและซุป" ในมหาสมุทร สิ่งเหล่านี้ทำให้ปลาและนกทะเลตายไปอย่างมากเนื่องจากมลภาวะของทะเลและอากาศด้วยพลาสติกขนาดเล็กที่แขวนลอยจากการเสื่อมสภาพทางกายภาพ.

นอกจากนี้การเผาผนึกของปิโตรเคมีทำให้เกิดการปล่อยสารพิษสูง.

พลาสติกชีวภาพส่วนใหญ่นั้นสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและไม่ก่อให้เกิดมลพิษ พวกเขายังสามารถสนับสนุนพลวัตของระบบนิเวศ.

ดัชนี

• 1 ลักษณะของพลาสติกชีวภาพ
  • 1.1 ความสำคัญทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมของพลาสติกชีวภาพ
  • 1.2 ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ
  • 1.3 ข้อ จำกัด ของพลาสติกชีวภาพ
  • 1.4 การปรับปรุงคุณสมบัติของพลาสติกชีวภาพ
• 2 ประเภท (การจัดหมวดหมู่)
  • 2.1 การจำแนกประเภทตามการเตรียมการ
  • 2.2 การจำแนกประเภทตามวัตถุดิบ
• 3 อุตสาหกรรมการผลิตพลาสติกชีวภาพ
• 4 การใช้พลาสติกชีวภาพ
  • 4.1 บทความที่ใช้แล้วทิ้ง
  • 4.2 การก่อสร้างและวิศวกรรมโยธา
  • 4.3 การใช้งานด้านเภสัชกรรม
  • 4.4 แอปพลิเคชันทางการแพทย์
  • 4.5 การขนส่งทางอากาศทางทะเลและทางบกและอุตสาหกรรม
  • 4.6 เกษตรกรรม
• 5 อ้างอิง

ลักษณะของพลาสติกชีวภาพ

ความสำคัญทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมของพลาสติกชีวภาพ

เมื่อไม่นานมานี้มีความสนใจด้านวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมมากขึ้นในการผลิตพลาสติกจากวัตถุดิบทดแทนและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ.

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าปริมาณสำรองน้ำมันในโลกกำลังหมดลงและมีการรับรู้มากขึ้นเกี่ยวกับความเสียหายด้านสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากปิโตรเคมี.

ด้วยความต้องการพลาสติกที่เพิ่มขึ้นในตลาดโลกความต้องการพลาสติกย่อยสลายได้ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน.

ย่อยสลายทางชีวภาพ

ขยะพลาสติกชีวภาพที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพนั้นสามารถบำบัดให้เป็นขยะอินทรีย์ได้อย่างรวดเร็วและไม่ก่อให้เกิดมลพิษ ตัวอย่างเช่นพวกเขาสามารถใช้เป็นการแก้ไขดินในการทำปุ๋ยหมักเพราะพวกเขาจะถูกรีไซเคิลตามธรรมชาติโดยกระบวนการทางชีวภาพ.

ข้อ จำกัด ของพลาสติกชีวภาพ

การผลิตพลาสติกชีวภาพย่อยสลายทางชีวภาพต้องเผชิญกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่เนื่องจากพลาสติกชีวภาพมีคุณสมบัติด้อยกว่าปิโตรเคมีและการใช้งานถึงแม้ว่าการเติบโตจะมี จำกัด.

การปรับปรุงคุณสมบัติของพลาสติกชีวภาพ

เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของพลาสติกชีวภาพได้มีการพัฒนาส่วนผสมของพอลิเมอร์ชีวภาพด้วยสารเติมแต่งประเภทต่าง ๆ เช่นคาร์บอนนาโนทิวบ์และเส้นใยธรรมชาติที่ดัดแปลงโดยกระบวนการทางเคมี.

โดยทั่วไปสารเติมแต่งที่นำไปใช้กับพลาสติกชีวภาพปรับปรุงคุณสมบัติเช่น:

• ความแข็งแกร่งและความต้านทานเชิงกล.
• คุณสมบัติป้องกันสิ่งกีดขวางกับก๊าซและน้ำ.
• ทนความร้อนและทนต่อความร้อน.

คุณสมบัติเหล่านี้สามารถออกแบบในพลาสติกชีวภาพด้วยวิธีทางเคมีในการเตรียมและการแปรรูป.

ประเภท (การจัดหมวดหมู่)

การจำแนกประเภทตามการเตรียมของคุณ

พลาสติกชีวภาพสามารถจำแนกได้ตามวิธีการเตรียมใน:

• พลาสติกชีวภาพที่สังเคราะห์จากวัตถุดิบพอลิเมอร์สกัดโดยตรงจากชีวมวล.
• พลาสติกชีวภาพที่ได้จากการสังเคราะห์โดยกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพ (ใช้จุลินทรีย์ท้องถิ่นหรือดัดแปลงพันธุกรรม).
• พลาสติกชีวภาพที่ได้จากการสังเคราะห์ทางเคมีแบบดั้งเดิมเริ่มต้นจากโมโนเมอร์ชีวภาพ (ซึ่งจะเป็นอิฐที่ใช้ในการก่อสร้าง).

การจำแนกประเภทตามวัตถุดิบ

นอกจากนี้พลาสติกชีวภาพยังสามารถจำแนกตามแหล่งกำเนิดของวัตถุดิบ:

พลาสติกชีวภาพขึ้นอยู่กับแป้ง

แป้งเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่มีความสามารถในการดูดซับน้ำและสำหรับพลาสติกชีวภาพเหล่านี้สามารถใช้งานได้พวกมันจะเพิ่มพลาสติกที่ให้ความยืดหยุ่น (เช่นซอร์บิทอลหรือกลีเซอรีน).

นอกจากนี้ยังมีการผสมกับพอลิเอสเทอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ, กรดโพลิแลกติก, โพลีคาโรแลคตินและอื่น ๆ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของพวกมัน.

bioplásticosที่ทำจากแป้งเช่นวัตถุดิบทางเศรษฐกิจที่อุดมสมบูรณ์และทดแทนได้เรียกว่า "เทอร์โมพลาสติกของแป้ง".

พวกเขาเป็นวัสดุ deformable ที่อุณหภูมิห้องละลายเมื่อถูกความร้อนและแข็งอยู่ในสถานะ คล้ายแก้ว เมื่อระบายความร้อน พวกเขาสามารถอุ่นและปรับปรุงใหม่ แต่พวกเขาได้รับการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของพวกเขาด้วยวิธีการเหล่านี้.

เป็นพลาสติกชีวภาพที่มีการใช้มากที่สุดและคิดเป็น 50% ของพลาสติกชีวภาพในตลาด.

พลาสติกชีวภาพที่ใช้เซลลูโลส

เซลลูโลสเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีอยู่มากที่สุดภายในชีวมวลบกซึ่งเป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์พืช มันไม่ละลายในน้ำเอทานอลและอีเธอร์.

พลาสติกชีวภาพที่มีเซลลูโลสเป็นเซลลูโลสเอสเทอร์ (เซลลูโลสอะซิเตทและไนโตรเซลลูโลส) และอนุพันธ์ของพวกเขา (เซลลูโลส) ผ่านการดัดแปลงทางเคมีของเซลลูโลสมันสามารถกลายเป็นเทอร์โมพลาสติก.

เซลลูโลสซึ่งเป็น hydrophilic (คล้ายกับน้ำ) น้อยกว่าแป้งมากผลิตพลาสติกชีวภาพที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้นของความแข็งแรงเชิงกลการซึมผ่านของก๊าซลดลงและความต้านทานต่อการเสื่อมสภาพของน้ำที่มากขึ้น.

พลาสติกชีวภาพที่มีโปรตีนเป็นพื้นฐาน

เป็นไปได้ที่จะสร้างพลาสติกชีวภาพโดยใช้โปรตีนเช่นเคซีนนมโปรตีนจากข้าวสาลีโปรตีนถั่วเหลืองและอื่น ๆ.

โดยเฉพาะอย่างยิ่งพลาสติกชีวภาพจากโปรตีนถั่วเหลืองมีความอ่อนไหวต่อการเสื่อมสภาพของน้ำและมีราคาแพงในการผลิต สารผสมที่ซับซ้อนซึ่งมีราคาถูกกว่าและมีความต้านทานมากกว่าหมายถึงความท้าทายในปัจจุบัน.

พลาสติกชีวภาพที่ได้มาจากไขมัน

พลาสติกชีวภาพ (polyurethanes, polyesters และ epoxy resins) ถูกสังเคราะห์จากผักและไขมันสัตว์ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับปิโตรเคมี.

การผลิตน้ำมันพืชและน้ำมันต้นทุนต่ำจากสาหร่ายขนาดเล็กอาจเป็นปัจจัยที่ดีมากสำหรับการผลิตพลาสติกชีวภาพประเภทนี้.

ตัวอย่างเช่นพลาสติกชีวภาพ ใยสังเคราะห์ 410 (PA 410) ผลิตด้วยน้ำมัน 70% จากผลไม้ของโรงงานละหุ่ง (Ricinus comunis) พลาสติกชีวภาพนี้มีจุดหลอมเหลวสูง (250^หรือC) การดูดซึมน้ำต่ำและความต้านทานต่อสารเคมีต่างๆ.

อีกตัวอย่างหนึ่งคือ ใยสังเคราะห์ 11 (PA 11) ซึ่งผลิตจากน้ำมันพืช แต่ไม่สามารถย่อยสลายได้.

Polyhydroxyalkanoates (PHAs)

ความหลากหลายของแบคทีเรียสายพันธุ์หมักน้ำตาลและไขมันผลิตเป็นผลพลอยได้ที่เรียกว่าสารประกอบ polyhydroxyalkanoates (PHAs) ซึ่งจัดเก็บเป็นแหล่งของคาร์บอนและพลังงาน.

PHAs ไม่ละลายในน้ำย่อยสลายได้และไม่เป็นพิษ.

พลาสติกชีวภาพประเภท PHAs ผลิตเส้นใยพลาสติกที่ค่อนข้างแข็งย่อยสลายได้ทางชีวภาพ พวกเขาเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มมากเกี่ยวกับการใช้งานของ Petropolymers สำหรับการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์.

กรด Polylactic (PLA)

Polylactic acid (PLA) เป็นพลาสติกชีวภาพโปร่งใสที่ผลิตจากข้าวโพดหรือเดกซ์โทรสเป็นวัตถุดิบ.

สำหรับการผลิตแป้งจะต้องสกัดจากข้าวโพดหรือผักอื่นก่อน ต่อมากรดแลคติคได้มาจากสิ่งนี้ต้องขอบคุณการกระทำของจุลินทรีย์และในที่สุดก็ใช้กระบวนการทางเคมี (พอลิเมอไรเซชันของกรดแลกติก) เพื่อให้ได้พลาสติกชีวภาพ.

พลาสติกชีวภาพของ PLA นั้นมีความโปร่งใสมีความต้านทานต่อแรงกระแทกต่ำมีคุณสมบัติในการต้านทานความร้อนและการกีดขวางกั้นการเข้ามาของอากาศ นอกจากนี้ยังย่อยสลายได้ทางชีวภาพ.

พลาสติกชีวภาพขึ้นอยู่กับ poly-3-hydroxybutyrate (PHB)

Poly-3-hydroxybutyrate (PHB) เป็นสารเคมีชนิดโพลีเอสเตอร์ที่ผลิตโดยแบคทีเรียบางตัวที่เผาผลาญกลูโคสและแป้งข้าวโพด.

PHB มีคุณสมบัติคล้ายกับ petroplastic polypropylene (ใช้กันอย่างแพร่หลายในเชิงพาณิชย์) แต่ต้นทุนการผลิตสูงขึ้นเก้าเท่าเนื่องจากเกี่ยวข้องกับการผลิตชีวมวลที่มีแหล่งคาร์บอนราคาแพง.

พลาสติกชีวภาพนี้สามารถผลิตฟิล์มใสมีจุดหลอมเหลว 130^หรือC และย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์.

โพลีเอททีลีนที่ได้จากชีวภาพ

เอทิลีนมีเอทธิลีนโมโนเมอร์เป็นหน่วยโครงสร้าง ซึ่งสามารถหาได้จากการสังเคราะห์ทางเคมีเริ่มจากเอทานอลเป็นวัตถุดิบ.

เอทานอลผลิตจากการหมักแอลกอฮอล์โดยจุลินทรีย์ที่เผาผลาญน้ำตาลอ้อยข้าวโพดหรืออื่น ๆ.

นี่คือวิธีรวมการหมักแอลกอฮอล์และการสังเคราะห์ทางเคมีของเอทิลีนและโพลีเอทิลีน, พลาสติกชีวภาพที่เรียกว่าโพลีเอทิลีนชีวภาพ.

เอทิลีนพลาสติกชีวภาพชนิดนี้มีคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพเหมือนกับเปโตรพลาสติก มันไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพ แต่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้.

ท่อปัสสาวะ Polyhydroxy

เมื่อเร็ว ๆ นี้มีความสนใจอย่างมากในการผลิตโพลียูรีเทนพลาสติกชีวภาพซึ่งเป็นสารประกอบที่มีพิษสูงที่เรียกว่า isocyanate.

Isocyanate ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมของพอลิเมอร์สังเคราะห์ (โพลียูรีเทนที่ใช้กับพลาสติกที่เป็นรูพรุน, โฟมแข็ง, แล็กเกอร์, ยาฆ่าแมลง, กาว, วัตถุระเบิด, กาว, วัตถุระเบิด).

มีวิธีการทางเคมีที่เรียกว่า การข้ามพอลิเมอไรเซชันของโพลีไฮดรอกซียูรีเทน, ที่ผลิตพลาสติกชีวภาพที่สามารถรีไซเคิลได้และปลอดจากสารเคมีอย่างสมบูรณ์ isocyanate.

อุตสาหกรรมการผลิตพลาสติกชีวภาพ

กระบวนการผลิตพลาสติกชีวภาพในอุตสาหกรรมประกอบด้วย 4 ขั้นตอนพื้นฐาน:

1. การรับวัตถุดิบ (ชีวมวล).
2. การสังเคราะห์พอลิเมอร์.
3. การดัดแปลงของพอลิเมอร์ในการทำงานของการมีคุณสมบัติที่ต้องการตามผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่จะทำอย่างละเอียด.
4. ขึ้นรูปพลาสติกชีวภาพด้วยวิธีแรงดันสูงหรือต่ำเพื่อให้ได้รูปแบบสุดท้ายที่ต้องการ.

การใช้พลาสติกชีวภาพ

ปัจจุบันมีการใช้พลาสติกชีวภาพในเชิงพาณิชย์น้อยเนื่องจากต้นทุนทางเศรษฐกิจของการผลิตและการปรับปรุงคุณสมบัติของพวกเขายังคงเป็นปัญหาในการแก้ปัญหา.

รายการที่ใช้แล้วทิ้ง

อย่างไรก็ตามพลาสติกชีวภาพถูกนำไปใช้ในการผลิตสิ่งของที่ใช้แล้วทิ้งเช่นถุงพลาสติกภาชนะบรรจุภัณฑ์และเครื่องห่ออาหารช้อนส้อมแว่นตาและอาหารพลาสติก.

การก่อสร้างและวิศวกรรมโยธา

พลาสติกชีวภาพจากแป้งถูกใช้เป็นวัสดุก่อสร้างและพลาสติกชีวภาพที่เสริมด้วยเส้นใยนาโนในการติดตั้งระบบไฟฟ้า.

นอกจากนี้พวกมันยังถูกใช้ในการเตรียมการ ไม้พลาสติกชีวภาพ สำหรับเฟอร์นิเจอร์ที่ไม่ได้ถูกโจมตีจากแมลงชนิดหนึ่งและไม่เน่าเพราะความชื้น.

การใช้ยา

พวกเขาทำด้วยพลาสติกชีวภาพแคปซูลประกอบด้วยยาและยานพาหนะยาที่จะปล่อยช้า ดังนั้นการดูดซึมของยาเสพติดถูกควบคุมในช่วงเวลา (ปริมาณที่ได้รับจากผู้ป่วยในเวลาที่แน่นอน).

การใช้งานทางการแพทย์

เซลลูโลสพลาสติกชีวภาพที่ใช้ในการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อวิศวกรรมไคตินพลาสติกชีวภาพและไคโตซานได้รับการผลิตเพื่อป้องกันบาดแผลวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกและการฟื้นฟูผิวมนุษย์.

เซลลูโลสพลาสติกชีวภาพได้รับการผลิตสำหรับไบโอเซนเซอร์, ผสมกับไฮดรอกซีอะพาไทต์สำหรับการผลิตรากฟันเทียม, เส้นใยพลาสติกชีวภาพในสายสวน, และอื่น ๆ.

การขนส่งทางอากาศทางทะเลและทางบกและอุตสาหกรรม

มีการใช้โฟมแบบแข็งที่ใช้น้ำมันพืช (พลาสติกชีวภาพ) ทั้งในอุตสาหกรรมและอุปกรณ์ขนส่ง ชิ้นส่วนรถยนต์และชิ้นส่วนอากาศยาน.

ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของโทรศัพท์มือถือคอมพิวเตอร์อุปกรณ์เสียงและวิดีโอก็ผลิตจากพลาสติกชีวภาพเช่นกัน.

การเกษตร

ไฮโดรเจลแบบพลาสติกชีวภาพที่ดูดซับและกักเก็บน้ำและสามารถปล่อยมันออกมาอย่างช้าๆมีประโยชน์ในการปกป้องดินที่ปลูกการบำรุงรักษาความชื้นและนิยมปลูกพืชเกษตรในพื้นที่แห้งและในฤดูฝนที่ขาดแคลน.

การอ้างอิง

1. Chen, G. และ Patel, M. (2012) พลาสติกที่ได้มาจากทรัพยากรชีวภาพ: ปัจจุบันและอนาคต การตรวจสอบทางเทคนิคและสิ่งแวดล้อม รีวิวเคมี 112 (4): 2082-2099 ดอย: 10.1021 / cr.20162d
2. คู่มือพลาสติกชีวภาพและไบโอคอมโพสิต (2011) Srikanth Pilla Editor Salem, USA: Scrivener Publishing LLC. เผยแพร่โดย John Wiley และบุตรชาย.
3. Lampinen, J. (2010) แนวโน้มของพลาสติกชีวภาพและไบโอคอมโพสิต บันทึกการวิจัย VTT ศูนย์วิจัยทางเทคนิคของประเทศฟินแลนด์ 2558: 12-20.
4. Shogren, R.L, Fanta, G. และ Doane, W. (1993) การพัฒนาพลาสติกที่ผลิตจากแป้ง: การตรวจสอบซ้ำของระบบโพลีเมอร์บางตัวในมุมมองทางประวัติศาสตร์ แป้ง 45 (8): 276-280 ดอย: 10.1002 / star.19930450806
5. Vert, M. (2012) คำศัพท์สำหรับโพลีเมอร์ biorelated และแอปพลิเคชัน (คำแนะนำ IUPAC) เคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ 84 (2): 377-410 ดอย: 10.1351 / PAC-REC-10-12-04