Bioplastico come si verificano, tipi, vantaggi, svantaggi

IL Bioplastico Sono materiale malleabile basato su polimeri di origine petrolchimica o biomassa che sono biodegradabili. Simile alla plastica tradizionale sintetizzata dall'olio, questi possono essere modellati per produrre vari oggetti.

Secondo la sua origine, il bioplastico può essere ottenuto dalla biomassa (biobasados) o di essere di origine petrolchimica. D'altra parte, secondo il loro livello di decomposizione, ci sono bioplastici biodegradabili e non biodegradabili.

Coperto fatto di poliestere di amido biodegradabile. Fonte: Scott Bauer [dominio pubblico]

L'ascesa di bioplastici nasce in risposta agli inconvenienti generati dalla plastica convenzionale. Tra questi, si può sottolineare l'accumulo di materie plastiche non biodegradabili negli oceani e nelle discariche.

D'altra parte, le materie plastiche convenzionali hanno un'impronta di carbonio elevata e un alto contenuto di elementi tossici. D'altra parte, i bioplastici hanno diversi vantaggi poiché non producono elementi tossici e sono generalmente biodegradabili e riciclabili.

Tra i principali svantaggi della bioplastica, si possono sottolineare il suo elevato costo di produzione e una minore resistenza. Inoltre, alcune delle materie prime utilizzate sono il potenziale cibo, che solleva un problema economico ed etico.

Alcuni esempi di oggetti bioplastici sono borse biodegradabili e parti di veicoli e telefoni cellulari.

[TOC]

Caratteristiche bioplastiche

Importanza economica e ambientale della bioplastica

Vari oggetti utilitaristici realizzati con bioplastica. Fonte: Hwaja Götz [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Recentemente, è emerso un interesse più scientifico e industriale nella produzione di materie prime rinnovabili e sono biodegradabili.

Questo perché le riserve di petrolio mondiale sono esaurite e che vi è maggiore consapevolezza rispetto a gravi danni ambientali causati da petroplastico.

Con una crescente domanda di materie plastiche nel mercato mondiale, anche la domanda di materie plastiche biodegradabili.

Biodegradabilità

I rifiuti bioplastici biodegradabili possono essere trattati come rifiuti organici, degrado rapido e non innovante. Ad esempio, possono essere usati come emendamenti del suolo nel compostaggio, in quanto sono naturalmente riciclati da processi biologici.

Bioplastico con innumerevoli usi commerciali. Fonte: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/azione.in)], via Wikimedia Commons

Limitazioni bioplastiche

La produzione di bioplastici biodegradabili deve affrontare grandi sfide, perché i bioplastici hanno proprietà più basse e la loro applicazione, sebbene in aumento, è limitata.

Miglioramento delle proprietà bioplastiche

Per migliorare le proprietà bioplastiche, i biopolimeri sono in fase di sviluppo con vari tipi di additivi, come nanotubi di carbonio e fibre naturali modificate dai processi chimici.

In generale, gli additivi applicati alle bioplastici migliorano le proprietà come:

• Rigidità e resistenza meccanica.
• Proprietà della barriera gase e dell'acqua.
• Termorestabilità e termostabilità.

Queste proprietà possono essere progettate in bioplastica attraverso i metodi di preparazione e lavorazione chimica.

Come sono i bioplastici?

Bioplastico per l'imballaggio dell'amido termoplastico. Fonte: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

-Breve storia

I bioplastici sono prima della plastica sintetica convenzionale derivata dall'olio. L'uso di polimeri di materia vegetale o animale per produrre materiale plastico risale al 18 ° secolo con l'uso della gomma naturale (Brasiliensis Hevea Latex).

Il primo bioplastico, sebbene quella denominazione non fu data, fu sviluppata nel 1869 da John Wesley Hyatt Jr., che ha prodotto una plastica derivata dalla cellulosa di cotone come sostituto dell'avorio. Inoltre, alla fine del XIX secolo è stata utilizzata la caseina del latte per la produzione bioplastica.

Negli anni '40 la società Ford ha esplorato alternative per l'uso di materie prime vegetali per l'elaborazione di parti delle sue auto. Questa linea di ricerca è stata guidata dalle restrizioni sull'uso dell'acciaio per guerra.

Come risultato di ciò, nel 1941 la società sviluppò un modello di auto con corpo costruito con derivati ​​principalmente di soia. Tuttavia, dopo la fine della guerra, questa iniziativa non fu continuata.

Nel 1947 si verifica il primo bioplastico tecnico, Polyamide 11 (Rilsan come marchio commerciale). Successivamente, negli anni '90, il PLA (acido poliattico), il PHA (poliidlossialcanohi) e gli amidi plastificati sono emersi.

-Materia prima

Biobasado Bioplastics sono quelli che sono realizzati in biomassa vegetale. Le tre fonti di base di materie prime di biobasse sono le seguenti.

Polimeri di biomassa naturale

I polimeri naturali possono essere usati direttamente dalle piante, come amido o zuccheri. Ad esempio, la "plastica di patate" è una bioplastica biodegradabile a base di amido di patate.

Polimeri sintetizzati da monomeri di biomassa

Una seconda alternativa è sintetizzare i polimeri da monomeri estratti da fonti vegetali o animali. La differenza tra questo percorso e il precedente è che qui è richiesta una sintesi chimica intermedia.

Può servirti: compost: materiali, elaborazione, tipi, usi

Ad esempio, il bio-PE o il polietilene verde è prodotto dall'etanolo ottenuto dalla canna da zucchero.

Il bioplastico può verificarsi anche da fonti animali come il glicosaminoglicano (GAG), che sono proteine ​​del guscio d'uovo. Il vantaggio di questa proteina è che consente di ottenere bioplastici più resistenti.

Biotecnologia basata su colture batteriche

Un altro modo per produrre polimeri per il bioplastico è attraverso la biotecnologia attraverso le colture batteriche. In questo senso, molti batteri si sintetizzano e immagazzinano polimeri che possono essere estratti ed elaborati.

Per questo, i batteri in mezzi di coltura adeguati sono coltivati ​​in modo enorme e quindi elaborati per purificare il polimero specifico. Ad esempio, il PHA (poliidlossialcanohi) è sintetizzato da diversi generi batterici che crescono in un carbonio in eccesso e senza azoto o fosforo.

I batteri memorizzano il polimero sotto forma di granuli nel citoplasma, che vengono estratti elaborando le masse batteriche. Un altro esempio è PHBV (poliidrossibutilvalerate), ottenuto da batteri alimentati con zuccheri ottenuti dai resti vegetali.

La più grande limitazione del bioplastico.

Combinazione di polimero naturale e polimero biotecnologico

L'Università dell'Ohio ha sviluppato una bioplastica piuttosto resistente che combina gomma naturale con il bioplastico PHBV, il perossido organico e il trihacrilato di trimetilpropano (TMPTA).

-Processo produttivo

I bioplastici sono ottenuti da vari processi, a seconda della materia prima e delle proprietà desiderate. Il bioplastico può essere ottenuto attraverso processi elementari o processi industriali più complessi.

Processo di base

Cucinare e modellare può essere realizzato nel caso dell'uso di polimeri naturali, come l'amido di mais o di patate.

Pertanto, una ricetta elementare per produrre un bioplastico è mescolare l'amido di mais o l'amido di patate con acqua, aggiungendo glicerina. Successivamente, questa miscela è sottoposta a cottura fino a quando non si addensa, viene modellata e lasciata asciugare.

Processi di complessità media

Nel caso del bioplastico prodotto con polimeri sintetizzati da monomeri di biomassa, i processi sono un po 'più complessi.

Ad esempio, il bio-peer ottenuto dall'etanolo della canna da zucchero richiede una serie di passaggi. La prima cosa è estrarre lo zucchero di canna per ottenere l'etanolo mediante fermentazione e distillazione.

Quindi l'etanolo viene disidratato e si ottiene l'etilene, che deve essere polimerizzato. Infine, attraverso le macchine per il termoforming, vengono fabbricati oggetti basati su questo bioplastico.

Processi complessi e più costosi

Quando si fa riferimento al bioplastico prodotto dai polimeri ottenuti dalla biotecnologia, aumentano la complessità e i costi. Questo perché le culture batteriche che richiedono mezzi specifici di cultura e condizioni di crescita intervengono.

Questo processo si basa su alcuni batteri producono polimeri naturali in grado di conservare all'interno. Pertanto, in base agli elementi nutrizionali appropriati, questi microrganismi vengono coltivati ​​e elaborati per estrarre polimeri.

Puoi anche produrre bioplastica da alcune alghe come Botryococcus Braunii. Questa microalga è in grado di produrre e persino esplodere il mezzo idrocarburo, da cui si ottengono carburanti o bioplastici.

-Produzione di prodotti a base di bioplastica

Il principio di base è lo stampaggio dell'oggetto, grazie alle proprietà plastiche di questo composto usando pressione e calore. L'elaborazione viene eseguita per estrusione, iniezione, iniezione e soffiaggio, preforma e termoconformio e infine subisce un raffreddamento.

Ragazzi

Imballaggio fatto di acetato di cellulosa. Fonte: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Gli approcci alla classificazione delle bioplastica sono diversi e non sono esenti da controversie. In ogni caso, i criteri che si basano per definire i diversi tipi sono l'origine e il livello di decomposizione.

-Origine

Secondo un approccio generalizzato, la bioplastica può essere classificata in base alla loro origine in biobasados ​​o non -biobasados. Nel primo caso, i polimeri sono ottenuti da biomassa vegetale, animale o batterica e quindi sono risorse rinnovabili.

Da parte sua, bioplastica non -biobasado sono quelli prodotti con polimeri sintetizzati dall'olio. Tuttavia, proveniente da una risorsa non rinnovabile, alcuni specialisti considerano che non dovrebbero essere trattati come bioplastici.

-Livello di decomposizione

Per quanto riguarda il livello di decomposizione, la bioplastica può essere biodegradabile o meno. I biodegradabili sono suddivisi in periodi di tempo relativamente brevi (giorni di pochi mesi) essendo soggetti a condizioni adeguate.

D'altra parte, le bioplastici non biodegradabili si comportano come materie plastiche convenzionali di origine petrolchimica. In questo caso, il periodo di decomposizione viene misurato in decenni e fino a secoli.

Per quanto riguarda questo criterio c'è anche controversie, poiché alcuni studiosi considerano che un vero bioplastico deve essere biodegradabile.

Può servirti: qual è l'impatto dell'attività umana sull'estinzione di alcuni gruppi di esseri viventi

-Origine e biodegradazione

Quando i due criteri precedenti (origine e livello di decomposizione) sono combinati, i bioplastici possono essere classificati in tre gruppi:

1. Da materie prime rinnovabili (biobasado) e biodegradabili.
2. Quelli ottenuti da materie prime rinnovabili (biobasse), ma non sono biodegradabili.
3. Ottenuto da materie prime di origine petrolchimica, ma che sono biodegradabili.

È importante sottolineare che considerare un polimero come bioplastico deve entrare in una di queste tre combinazioni.

Biobasados-biodegradables

Tra le bioplastiche biobaste e biodegradabili abbiamo acido polilattico (PLA) e poliidlossialcanoato (PHA). Il PL è uno dei bioplastici più utilizzati ed è ottenuto principalmente dal mais.

Questo bioplastico ha proprietà simili al polietilene tereftalato (PET, plastica convenzionale dei poliesteri), sebbene sia meno resistente alle alte temperature.

Da parte sua, il PHA ha proprietà variabili a seconda del polimero specifico che lo costituisce. È ottenuto da cellule vegetali o biotecnologiche dalle colture batteriche.

Queste bioplastici sono molto sensibili alle condizioni di elaborazione e il loro costo è fino a dieci volte maggiore delle materie plastiche convenzionali.

Un altro esempio di questa categoria è PHBV (poliidrossibutilvalerate), che si ottiene dai resti vegetali.

Biodegradabile biobasados

In questo gruppo abbiamo bio-politico (bio-PE), con proprietà simili a quelle del polietilene convenzionale. Da parte sua, Bio-Pet ha caratteristiche simili al polietilene tereftalato.

Entrambi i bioplastici sono comunemente fabbricati in canna da zucchero, ottenendo il bioetanolo come prodotto intermedio.

La bio-polyamide (PA) appartiene anche a questa categoria, che è un bioplastico riciclabile con eccellenti proprietà di isolamento termico.

-Non biobasados-biodegradables

La biodegradabilità ha a che fare con la struttura chimica del polimero e non con il tipo di materia prima utilizzata. Pertanto, la plastica biodegradabile può essere ottenuta dal petrolio con una elaborazione adeguata.

Un esempio di questo tipo di bioplastici sono Polycaprolactonas (PCL), che sono utilizzati nella produzione di poliuretani. Questo è un bioplastico ottenuto dai derivati ​​del petrolio e dal succhiare il polibutilene (PBS).

Vantaggi

Dolce avvolgimento in PLA (acido polcatico). Fonte: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/azione.In)]

Sono biodegradabili

Sebbene non tutti bioplastici siano biodegradabili, la verità è che per molte persone questa è la loro caratteristica fondamentale. In effetti, la ricerca di quella proprietà è uno dei motori fondamentali dell'ascesa del bioplastico.

La plastica convenzionale derivata da petrolio e non biodegradabile richiede centinaia e fino a migliaia di anni nel decomposizione. Questa situazione rappresenta un problema serio, poiché le discariche e gli oceani sono pieni di materie plastiche.

Pertanto, la biodegradabilità è un vantaggio molto rilevante, poiché questi materiali possono decomporsi in settimane, mesi o alcuni anni.

Non inquinano l'ambiente

Poiché sono materiali biodegradabili, le bioplastici smettono di occupare lo spazio come immondizia. Inoltre, hanno il vantaggio aggiuntivo che nella maggior parte dei casi non contengono elementi tossici in grado di rilasciare l'ambiente.

Hanno un'impronta di carbonio minore

Entrambi nel processo di produzione bioplastica, come nella sua decomposizione, viene rilasciata meno CO2 rispetto al caso della plastica convenzionale. In molti casi, non rilasciano metano né lo fanno in quantità basse e quindi hanno poca incidenza nell'effetto serra.

Ad esempio, i bioplastici ottenuti dall'etanolo della canna da zucchero riducono le emissioni di CO2 fino al 75% rispetto ai derivati ​​del petrolio.

Più sicuro per trasportare cibo e bevande

Generalmente, nell'elaborazione e nella composizione delle sostanze tossiche bioplastiche non vengono utilizzate. Pertanto, rappresentano un minor rischio di contaminazione per cibo o bevande contenute in essi.

A differenza della plastica convenzionale in grado di produrre diossine e altri componenti inquinanti, il bioplastico biobido è innocuo.

Svantaggi

Gli inconvenienti sono principalmente correlati al tipo di bioplastico utilizzato. Tra gli altri abbiamo quanto segue.

Resistenza inferiore

Una limitazione presentata dalla maggior parte dei bioplastici per la plastica convenzionale, è la loro minor resistenza. Tuttavia, questa proprietà è ciò che è associato alla sua capacità di biodegradare.

Costo più elevato

In alcuni casi, le materie prime utilizzate per la produzione di bioplastici sono più costose dell'olio dall'olio.

D'altra parte, la produzione di alcune bioplastici implica maggiori costi di elaborazione. In particolare, questi costi di produzione sono più alti in quelli prodotti dai processi biotecnologici, compresa la massiccia coltivazione di batteri.

Usa il conflitto

Bioplastico prodotto dalle materie prime alimentari competono con le esigenze alimentari umane. Pertanto, essendo più redditizio per dedicare i raccolti alla produzione di bioplastici, questi vengono rimossi dal circuito di produzione alimentare.

Può servirti: rete trofica

Tuttavia, questo svantaggio non si applica a quelli bioplastici ottenuti da rifiuti non modibili. Tra questi rifiuti abbiamo resti di colture, alghe non modibili, lignina, gusci d'uovo o esoscheletri di aragosta.

Non sono facili da riciclare

Il bioplastico PLA è molto simile alla plastica PET convenzionale (polietilene tereftalato), ma non è riciclabile. Pertanto, se entrambi i tipi di plastica vengono miscelati in un contenitore di riciclaggio, questo contenuto non può essere riciclato.

In questo senso, c'è paura che il crescente uso di PL possa ostacolare gli sforzi esistenti per riciclare la plastica.

Esempi e i suoi usi dei prodotti prodotti con bioplastica

Imballaggi di vino realizzati con bioplastica da rifiuti agricoli e micelios. Fonte: Mycobond [CC BY-SA 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/2.0)]

-Oggetti usa e getta o usa e getta

Gli elementi che generano più rifiuti sono pacchetti, avvolgimenti, piatti e posate legate a fast food e borse per la spesa. Pertanto, in questo campo i bioplastici biodegradabili svolgono un ruolo rilevante.

Pertanto, sono stati sviluppati vari prodotti bioplastici per influenzare la generazione di rifiuti. Tra gli altri che abbiamo, la borsa biodegradabile prodotta con BASF Ecovio o la bottiglia di plastica fatta di piazza.

Capsule d'acqua

La società Ooho ha ideato capsule biodegradabili di alghe con acqua, anziché le bottiglie tradizionali. Quella proposta è stata molto innovativa e di successo ed è già stata testata nella maratona di Londra.

agricoltura

In alcune colture come la fragola, una pratica comune è quella di coprire il terreno con un foglio di plastica per controllare le erbacce ed evitare il congelamento. In questo senso, sono stati sviluppati cuscinetti bioplastici come Agrobifilm per sostituire la plastica convenzionale.

-Oggetti per applicazioni durature

L'uso di bioplastici non è limitato agli oggetti di utilizzo e scarto, ma può essere utilizzato in oggetti più durevoli. Ad esempio, la Zoë B Organic Company produce giocattoli da spiaggia.

Componenti di apparecchiature complesse

Toyota USA Bioplastica in alcune parti auto, come componenti dell'apparato di aria condizionata e dei pannelli di controllo. Per questo usa bioplastica come bio-pet e PLA.

Da parte sua, Fujitsu usa bioplastica per realizzare topi e tastiere di computer. Nel caso di Samsung Company, alcuni telefoni cellulari hanno gran parte del bioplastico.

-Costruzione e ingegneria civile

Le bioplastici di amido sono state utilizzate come materiali da costruzione e bioplastici rinforzati con nanofibre in installazioni elettriche.

Inoltre, sono stati usati nell'elaborazione di Legno bioplastico Per i mobili, che non vengono attaccati dagli insetti xilofagi e non marcano con l'umidità.

-Applicazioni farmaceutiche

Sono stati preparati con contenitori di capsule bioplastiche di farmaci e veicoli di droga che vengono lentamente rilasciati. Pertanto, la biodisponibilità dei medicinali è regolata nel tempo (la dose che il paziente riceve in un determinato tempo).

-Applicazioni mediche

Bioplastici di cellulosa applicabili negli impianti, ingegneria tissuta.

Sono state anche prodotte bioplastiche di cellulosa per biosensori, miscele con idrossiapatite per la produzione di impianti dentali, fibre bioplastiche nei cateteri, tra gli altri.

-Trasporto e settore dell'aria, del mare e del terreno

Sono state utilizzate schiume rigide basate su oli vegetali (bioplastici), sia in dispositivi industriali che di trasporto; auto e parti aerospaziali.

Si sono anche verificati da componenti elettronici bioplastici di telefoni cellulari, computer, dispositivi audio e video.

-agricoltura

Gli idrogel bioplastici, che assorbono e trattengono l'acqua e possono liberarli liberamente, sono utili come mantelli protettivi del suolo coltivato, mantenendo l'umidità e favorindo la crescita delle piantagioni agricole nelle regioni secche e nelle scarse stagioni delle piogge.

Riferimenti

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastico: ottenimento e applicazioni di poliidlossialcanohi. Facoltà di Farmacia, Università di Siviglia. Laurea in farmacia. 36 p.
2. Bezirhan-Arikan E e H Duygu-Ozsoy (2015). Una revisione: ricerca della bioplastica. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. Da Almeida A, Ja Ruiz, Nor López e MJ Pettinari (2004). Bioplastico: un'alternativa ecologica. Live Chemistry, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Produzione bioplastica da fonti estese. ISBN 9783639263725; VDM Verlag DR. Müller Publishing, Berlino, Germania. 145 p.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Polimeri biodegradabili. Importanza e potenziali applicazioni. National University of Distance Education. Facoltà di scienze, Dipartimento di chimica inorganica e ingegneria chimica. Master universitario in scienza e tecnologia chimica. 50 p.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia e Ak Mohanty (2013). Plastica biobaseta e bionanocompositi: stato attuale e futuro. Prog. Polimero. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satis K (2017). Bioplastici - Classificazione, produzione e le loro potenziali applicazioni alimentari. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.