МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БИОПЛАСТИКА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 678

МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БИОПЛАСТИКА

М. В. Васильев Научный руководитель - Е. М. Сычева

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: mister.max2000@yandex.ru

Статья посвящена проблеме утилизации и переработки изделий из биопластика. Представлен анализ методов переработки наиболее распространенных биопластиков. Указаны их преимущества и недостатки.

Ключевые слова: биопластик, возобновляемые источники сырья, технология переработки биопластика, полилактид, био-ПЭ, био-ПЭТ, полигидроксиалканоаты.

METHODS OF PROCESSING BIOPLASTICS PRODUCTS

M. V. Vasilev Scientific supervisor - E. M. Sycheva

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: mister.max2000@yandex.ru

The article is devoted to the problem of recycling and recycling of bioplastics products. The analysis of the processing methods of the most common bioplastics is presented. Their advantages and disadvantages are indicated.

Keywords: bioplastics, renewable sources of raw materials, bioplastics processing technology, polylactide, bio-PE, bio-PET, polyhydroxyalkanoates.

Полностью биоразлагаемых пластиков в мире почти не существует. Биодеградация - это разложение полимерной системы в результате происходящих в клетках (ячейках) явлений [1].

Существует несколько международных стандартов, определяющих биоразлагаемость биопластиков. Например, в стандарте ГОСТ EN 13432-2015 говорится, что для компостирования биопластиков, они должны разлагаться на 90 % и минерализоваться в течение трех месяцев [2].

Однако в зависимости от типа биопластика и условий скорость его разложения может быть ниже, особенно в условиях неправильного сбора мусора. Также недостатком биодеградации является то, что свойства молекулярной структуры полимера тоже теряются. Поэтому следует работать над подходом экономики замкнутого цикла производства, при котором биопластики перерабатываются, чтобы восстановить их свойства.

После сбора, сортировки и очистки отходов из биопластика существуют следующие методы их переработки:

- механическая переработка (шнековая экструзия, литье под давлением, выдувное формование и т. д.);

- пиролиз полимера путем нагревания в инертной среде с катализаторами или без них

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 2

(превращает пластиковые отходы в органические пары, уголь и газы в отсутствие кислорода);

- химическая переработка путем гидролиза, алкоголиза и гликолиза.

Рассмотрим наиболее перспективные биополимеры. Полимолочная кислота или полилактид (PLA) составляет 10 % рынка биопластиков и является отличной заменой для полистирола, полипропилена и акрилонитрилбутадиенстирола. Производство полигликолевой кислоты (PGA) менее 1 %, тем не менее, она доминирует на рынке шовных биоматериалов из-за хороших механических свойств, отличной биодеградации и биосовместимости. Полигидроксиалканоаты (PHA) составляют лишь 1,4 % рынка биопластиков, но по оценкам экспертов производственные мощности увеличатся в четыре раза. Полиэтилентерефталат (бш-ПЭТ) на биологической основе занимает 9 % рынка, биополиэтилен (био-ПЭ) 26 % [3].

Характеристика методов переработки перспективных биопластиков представлена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика методов переработки перспективных биопластиков_

Вид биопластика Метод переработки Характеристика

Полилактид (PLA) Механическая переработка Переработка приводит к снижению качества. можно добавить удлинитель цепи, который помогает частично восстановить механические свойства.

Биодеградация Происходит только в среде с высокой температурой и влажностью в присутствии необходимых микробов.

Гидролиз Менее энергоемкая и позволяет избежать дорогостоящего разделения, необходимого для отделения молочной кислоты от ферментационного бульона.

Алкоголиз Деполимеризация дает метиллактат, этиллактат и пропиллактат, которые являются ценными веществами. Кроме того, алкиллактаты могут быть преобразованы в лактид, который затем может быть преобразован в PLA.

Полигликолид (PGA) Биодеградация Нити из 100 % гликолида, имеют самое быстрое время абсорбции, из Х-лактида, самое длительное.

Полигидроксибутират (PHB) Механическая переработка При экструзии в третьем цикле предел прочности при растяжении гомополимера снижается на 50%. Может быть добавлен к сополимеру для вторичной переработки.

Биодеградация Легко разлагается в компосте, почве, морской среде. Белки, липиды и минералы бактериальных деструкторов могут использоваться в качестве кормов для животных и обладают антимикробным действием.

Пиролиз Проводится при умеренных температурах и энергиях активации с получением нескольких продуктов.

Био- полиэтилентерефталат (бто-ПЭТ) Механическая переработка Используется для изготовления волокон, имеет пониженные реологические, механические и термические свойства.

Гидролиз Условия гидролиза могут быть кислотными, щелочными или нейтральными. Недостатками являются высокие требования к температуре и давлению, а также длительное время реакции.

Алкоголиз Проводят при высоких температурах и давлении, для повышения скорости используют катализаторы. Образуются несколько побочных продуктов, разделение которых делает процесс более дорогостоящим.

Окончание таблицы 1

Вид биопластика Метод переработки Характеристика

Гликолиз Гликолиз можно использовать для достижения экономики замкнутого цикла, поскольку получаемый бис-гидроксиэтилтерефталат (ВНЕТ) можно реполимеризовать в первичный ПЭТ. Кроме того, полученные ВНЕТ, димеры и олигомеры могут служить исходными материалами для производства ненасыщенных полиэфирных смол.

Био-полиэтилен (био-ПЭ) Механическая переработка Может подвергаться переработке путем экструзии расплава до 40 циклов без существенного изменения механических свойств или технологичности.

Пиролиз Проводится при высоких или низких температурах в инертной среде. Термическое разложение приводит к образованию твердого полукокса и летучей фракции. Фракция может быть разделена на конденсируемое углеводородное масло и неконденсируемый газ.

Оптимальным путем переработки биополимеров должно быть их повторное использование, затем механическая переработка, пока они не станут низкокачественными, и химическая переработка.

Каждый биополимер имеет более выгодный метод переработки. PLA следует перерабатывать путем алкоголиза, поскольку в процессе можно получить ценные вещества и лактид для создания нового пластика. Точно так же био-ПЭТ следует перерабатывать путем гликолиза. Био-ПЭ обладает высокой устойчивостью к растворителям, поэтому его можно перерабатывать только путем пиролиза. PGA используется только в медицинских целях, где он полностью биоразлагается. PHA следует подвергать биодеградации, поскольку это снижает потребность в антибиотиках и кормах для животных [4].

Для снижения затрат на производство биопластиков следует разработать инфраструктуру переработки и внедрить более совершенные схемы сбора пластиковых отходов.

Библиографические ссылки

1. ГОСТ 34281-2017 Оксо-биоразлагаемая упаковка. Метод оценки оксо-биодеградации полимерных пленок. М.: Стандартинформ, 2018. 20 с.

2. ГОСТ EN 13432-2015 Упаковка. Требования к использованию упаковки посредством компостирования и биологического разложения. Проверочная схема и критерии оценки для распределения упаковок по категориям. Минск: Евразийский совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2015. 28 с.

3. Костин А. А. Биопластики: перспективы в России. М: Информационно-аналитический центр RUPEC, 2014. 36 с.

4. Lamberti F. M., Román-Ramírez L. A., Wood J. Recycling of Bioplastics: Routes and Benefits. J Polym Environ 28, 2020. С 2551-2571.

© Васильев М. В., 2022