Биологиялық ыдырайтын пластмассалар био негізіндегі немесе қазбалы отын негізіндегі болуы мүмкін. Пластмассаның ластану мәселесін шешу үшін соңғы жылдары пластмассалардың жаңа түрлері, әсіресе табиғи жағдайларда, оларды тоздыруға қажетті уақытты қысқартуға тырысады. Дегенмен, қазіргі биологиялық ыдырайтын пластиктердің барлығы да бұл мақсатқа жете алмады.
Биологиялық ыдырайтын пластмассалардың анықтамасы
Биологиялық ыдырайтын пластмассалар - бұл су және көмірқышқыл газы сияқты табиғи соңғы өнімдерді шығару үшін микробтардың әсерінен қисынды уақыт аралығында ыдырауы мүмкін пластиктер. Толығымен ыдырау үшін қажетті уақыт материалға, температура мен ылғал сияқты қоршаған орта жағдайларына және биоыдырайтын өнімдер институты (BPI бет. 2) бойынша ыдырау орнына байланысты.
Компостталатын пластмассалар тез биоыдырап, металдармен ластанбаған гумусқа айналатындар. Барлық биологиялық ыдырайтын пластмассалар компост бола бермейді; кейбіреулері ғана.
Материалдар құрлықта биологиялық ыдырайтын және компосттелетін деп аталу үшін ASTM D6400 немесе D6868 техникалық сипаттамаларына және теңіз орталарына арналған ASTM D7081 спецификацияларына сәйкес келуі керек. ASTM - дүниежүзілік өнім стандарттары тобы.
Биологиялық ыдырайтын бионегізделген полистерлі пластмассалар
Өсімдіктерден алынатын пластмассалар бионегізделген пластмассалар деп аталады. Бұлардың барлығы биологиялық ыдырауға жатпайды; мысалы, төзімді болу үшін био негізіндегі ПЭТ бөтелкелер бар. Биологиялық ыдырайтын бионегізделген пластмассалар екі материалдан жасалған: биомасса және өсімдіктерден алынған полистер. Биологиялық негіздегі полистерлердің екі түрі бар: полилактид қышқылы (PLA) және полигидроксиалканоат (PHA).
Полигидроксиалканоат (PHA)
PHA табиғи жолмен бактериялар мен генетикалық түрлендірілген ағзалар (ГМО) өсімдіктері арқылы өндіріледі, бірақ тамақ қалдықтарынан өндіруді сынап көру жоспарда бар. Полигидроксибутират немесе PHB сонымен қатар кеңінен қолданылатын PHA түрі болып табылады. PHA-ны жасау қымбат, өйткені бактериялардан шектеулі мөлшерде ғана өндірілуі мүмкін.
- Қолданылуы:PHA тамақ орауыштары, шыныаяқтар, тәрелкелер, қағаз бен картонға арналған жабын ретінде пайдаланылады және «көптеген медициналық мақсатта, соның ішінде тігістерді, дәкелерді және дәрілік заттарға арналған жабындыларды қолдану» Өнеркәсіп пен білім саласындағы ынтымақтастық орталығының (CIEC есебі) есебіне сәйкес. Ол қазіргі уақытта қолданылатын PE, PS, PVC және PET сияқты негізгі қазбалы отын негізіндегі пластик түрлерінің көпшілігін алмастыра алады және Bio Based Press көрсетеді.
- PHA араласқан крахмал/целлюлоза пластмассалары: Кейбір пластмасса заттар толығымен PHA-дан жасалған, су бөтелкелеріндегідей Bio Based Press ескертеді. Дегенмен, PHA өндіру қымбат болғандықтан, оны үнемді ету үшін оны крахмал және целлюлоза араластырады. Бұл Дартмут бакалавриат ғылыми журналына (DUJS) сәйкес ыдырау жылдамдығын жақсартудың қосымша артықшылығына ие.
- Биодеградация: Ол микробтар мен саңырауқұлақтарға бай орталарда, әсіресе топырақта толығымен компостталатын болуы мүмкін. Бұл микробтар ферменттердің көмегімен PHA-ны ыдыратады. Деградацияға қажетті уақыт қоршаған ортадағы микробтардың концентрациясына байланысты.
- PHA-ның аулада ыдырауы екі айға созылады, деп хабарлайды Bio Based Press.
- Теңіз суларында ыдырау жылдамдығы әлдеқайда баяу, олардың 50%-дан азы алты айдан кейін CalRecycle қосады (6-бет). PHA алты айда 30% ыдырауды көрсету арқылы ASTM D7081 сынағынан өтті (7-бет).
Полилактид қышқылы (PLA)
DUJS PLA бактериялар арқылы ашыту арқылы жасалған термопластика екенін түсіндіреді. PLA шын мәнінде көптеген сүт қышқылы молекулаларының ұзын тізбегі болып табылады. Сүт қышқылын өндірудің көптеген арзан құралдары болғандықтан, оларды тек полимерлеу немесе біріктіру керек. Сондықтан PLA PHA қарағанда арзанырақ. Дегенмен, PLA сынғыш және оның қолданылуы PHA-ға қарағанда шектеулі. Өндірушілер бұл мәселені қоспаларды немесе полимерлерді қосу арқылы шешеді.
- Қолданылуы: Ол азық-түлік пакеттеріне, азық-түлік қаптамаларына, бөтелкелерге, шыныаяқтарға және табақтарға жасалады. Қышқылдардың қатысуымен жақсы ыдырайтындықтан, ол CIEC есебінде 90 күннен кейін еритін медициналық тігістер мен пластиналар сияқты кейбір медициналық қолданбаларда қолданылады. Ол нысандарды 3D басып шығаруда да қолданылады.
- PLA және полимер қоспалары: PHA DUJS сәйкес сапасын жақсарту үшін жаңартылатын көздерден алынған полимерлермен де араластырылуы мүмкін.
- Биодеградация: PLA-ны аулада оңай компосттау мүмкін емес, себебі бұл ортада қажетті температура мен су деңгейлері жоқ.
- PLA топырақта ыдырауы алты-12 айға созылуы мүмкін.
- PLA коммерциялық нысандарда нашарлау үшін үш-алты ай қажет, деп хабарлайды World Centric.
- Оттегінің қатысуымен ыдырау кезінде соңғы өнімдер көмірқышқыл газы мен су болып табылады.
- Егер PLA ыдырауы оттегісіз полигондарда орын алса, ол Америка химиялық қоғамы шығарған көмірқышқыл газынан 20 есе көп қоршаған ортаға зиян келтіретін метан газын шығарады (2-бет).
- PLA ASTM D7081 сынағынан өтпеді, өйткені CalRecycle (7-бет) бойынша алты айдан кейін теңіз суларында тек 3% ыдырайды.
PLA топырақта немесе теңіз суында тез ыдырамайтындықтан, бұл қоқыс кезінде проблемаға айналуы мүмкін.
Биомасса негізіндегі биоыдырайтын пластмассалар
Биомасса негізіндегі пластмассалар егін қалдықтарынан алынған крахмал мен целлюлозадан, сондай-ақ ағаштардағы ағаштан жасалған.
Целлюлоза ацетаты
Целлюлоза ацетаты (CA) – өсімдіктің әр бөлігінде кездесетін целлюлозадан алынатын синтетикалық өнім. Целлюлоза қазіргі уақытта 2018 жылғы ғылыми жарияланымға сәйкес мақта, ағаш және өсімдік қалдықтарынан пайдаланылады. Бұл пішінделген қатты пластмассаларды, темекі сүзгілерін, жабындарды, фотопленкаларды және сүзгілерді қалыптастыру үшін пайдаланылуы мүмкін. Целлофан - целлюлозадан алынатын биологиялық ыдырайтын қабық. Phys.org сайты бойынша суға төзімді және биологиялық ыдырайтын қалдық дақылдар мен ағаш материалдарынан жаңа пластикалық пленкаларды табу үшін жаңа зерттеулер жүргізілуде.
Биологиялық ыдырау: Зерттеулер көрсеткендей, СА табиғатта 18 айдан кейін ыдырайтын және салмағының 70%-ға азаяды.
Крахмал
2017 жылғы шолуда крахмал термопластика алу үшін жылумен, сумен және пластификаторлармен өңделеді. Оның беріктігін жақсарту үшін ол басқа материалдардан жасалған толтырғыштармен біріктіріледі. Крахмалдың негізгі көздері – жүгері, бидай, картоп және маниок. Бұл пластмасса қаптамада, сөмкелерде және ауылшаруашылық мульча пленкаларында, ыдыс-аяқтарда, гүл құмыраларында қолданылады және орауыш пен тұтыну тауарларын жасау үшін қалыпталады. Азық-түлік орау форумына сәйкес ол полистиролға (PS) балама ретінде қарастырылады. Крахмал бионегізделген және кәдімгі пластмассаларға биологиялық ыдырайтын ету үшін қосылады 2017 Phys есебінде.
Биологиялық ыдырағыштық: Крахмал негізіндегі пластмассалар компостталатын немесе тек биологиялық ыдырайтын болуы мүмкін. Компостталатын нұсқалардың өнеркәсіптік нысандарда ыдырауы үшін 90 күн қажет, ал биологиялық ыдырайтын нұсқалардың 46% ыдырауы үшін 100 күн және толық тозуы үшін екі жылға дейін қажет.
Қазбалы отын негізіндегі биоыдырайтын пластмассалар
Биопластика нұсқаулығына сәйкес, биоыдырауға болатын бірнеше жаңа қазбалы отын пластиктері бар. Ең көп таралғандары: полибутилен сукцинаты (PBS), поликапролактон (ПКЛ), полибутират-адипаттерефталат (PBAT) және поливинил спирті (PVOH/PVA).
- PBAT – қазбалы отын туындыларынан алынатын және кейде крахмалмен бірге қолданылатын полимер. Бұл полимерді жаңартылатын көздерден өндіруге күш салынуда. Биопластика бойынша нұсқаулық оны LDPE және HDPE алмастырғыш ретінде қарастырады. Ол қоқыс қаптарын, орауыш пленкаларды, бір рет қолданылатын орауыштарды және ыдыс-аяқтарды (кесе, ыдыс-аяқ, т.б.) жасауға қолданылады. Ол тек биологиялық ыдырайтын емес, сонымен қатар компостталатын.
- PCL – медициналық мақсатта (тігістер мен талшықтар), беткі жабындар, аяқ киім мен былғарыға арналған желім, аяқ киім мен қатайтқыштар ретінде компостталатын қаптарды жасау үшін қолданылатын синтетикалық полистер. ортопедиялық шиналар. Бұл пластик ашытқылармен ыдырауы мүмкін. Бұл материалдан жасалған пленкалардың 90%-дан астамы және көбіктің 40%-ы 15 күнде тозуы мүмкін.
- PBS – қазба отындарынан өндірілетін шайыр немесе Succinity (1, 5-беттер) бойынша бионегізде де болуы мүмкін. Оның сапасын жақсарту үшін оны басқа бионегізделген полимерлермен немесе джут сияқты талшықтармен біріктіруге болады. PBS тағамдық қаптамаларды, қызмет көрсететін бұйымдарды, ауылшаруашылық жабындарын, құмыраларды, жаялықтар сияқты гигиеналық өнімдерді және балық аулау торларын жасау үшін қолданылады.
- PVOH - LDPE және HDPE алмастыра алатын орау пленкаларын жасау үшін пайдалануға болатын шайыр. Оның басқа маңызды қолданбалары азық-түлік қаптамалары форумына сәйкес қағаз және картон өндірісіне арналған жабындар мен қоспалар болып табылады.
Төрт қазбалы отын негізіндегі пластмассалардың барлығы InnProBio (4-бет) бойынша өнеркәсіптік компостингте үш айда, ауладағы компостингте бір жылда және топырақта/полигондарда бір-екі жылда биоыдырады (4-бет).
Қайта өңдеу және компосттау
Тіршілік циклінің соңында оларды өңдеу үшін әртүрлі биологиялық ыдырайтын пластмассалардың қасиеттерін есте сақтау керек, деп ескертеді Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA).
- EPA биологиялық ыдырайтын пластмассаларды кәдімгі пластиктерді қайта өңдейтін жәшіктерге қосуға болмайтынын түсіндіреді, өйткені олар әртүрлі материалдардан жасалған. Бұл бионегізге де, қазбалы отын түрлеріне де қатысты.
- Пластиктер биологиялық ыдырайтын және компосттелетін деп белгіленгенімен, олардың көпшілігі коммерциялық компосттау қондырғыларында қол жетімді жағдайларда ғана тозуы мүмкін; Жақын жердегі компост зауыты туралы ақпарат алу үшін жергілікті қайта өңдеу агенттіктеріне хабарласыңыз. 2017 жылы АҚШ-та осындай 200 ғана нысан болған, сондықтан мұндай орталықтарды көбейту керек.
- Сөмкелерді компост жәшіктеріне салмас бұрын өнім нұсқауларын орындау арқылы үйде компост жасауға болатынын растаңыз.
- Биологиялық ыдырайтын пластмассадан материалды қалпына келтіру қайта өңдеу арқылы мүмкін емес, бұл қондырғылардың болмауына байланысты.
Тиімді сегрегация, жинау және деградация био негізіндегі және биологиялық ыдырайтын пластиктердің артықшылығын пайдалану үшін қажет. Ол болмаған жағдайда биоыдырайтын пластмассалардың көпшілігі полигондарға түседі.
Биологиялық ыдырайтын пластмассалардың болашағы
Пластиктердің биологиялық ыдырайтын табиғаты, егер олар дұрыс жойылмаса, пластиктің ластану мәселесін шеше алмайды. Сондай-ақ тұтынушы мінез-құлқы кәдімгі қазбалы отын пластиктерінен биоыдырайтын пластмассаға ауысудан пайда алу үшін тұтынуды азайтуға немесе пластикті қайта өңдеуге баса назар аударуы қажет.
