Bioplastik – masa depan industri plastik

Tanpa plastik moden, pembangunan besar dalam industri automotif, aeroangkasa dan perubatan tidak akan dapat dilaksanakan. Kebanyakan plastik dihasilkan hasil daripada pemprosesan bahan mentah asas yang tidak boleh diperbaharui – minyak mentah – dan tidak boleh terbiodegradasi, yang merupakan kelemahan utamanya. Melihat dari perspektif global, eksploitasi berterusan minyak mentah membawa terus kepada kehabisan sumbernya. Ini adalah masalah yang ketara, walaupun tidak begitu ketara pada masa ini seperti masalah jumlah sisa yang dijana selepas menggunakan plastik . Anda harus sedar bahawa masa penguraian mereka dalam persekitaran semula jadi boleh sehingga beberapa generasi.

Masalah pembaziran – apakah statistiknya?

Penyelidikan menunjukkan bahawa 75 %daripada plastik yang telah diperkenalkan ke pasaran sejak permulaan pengeluarannya telah menjadi sisa. Ini adalah 6.3 bilion tan , yang mana kurang daripada 10%telah dikitar semula, dan 12%tertakluk kepada pemulihan tenaga. Ini bermakna kira-kira 5 bilion tan plastik dikumpul di tapak pelupusan sampah , tetapi juga dibuang di hutan, perairan, pantai dan tapak pelupusan sampah haram yang tersebar di seluruh dunia. Bahan buangan yang berlaku di persekitaran marin inilah yang memberi kesan paling besar kepada alam sekitar semula jadi dan manusia. Pada masa ini, masalah terbesar ialah sisa perbandaran, termasuk pembungkusan sekali sahaja . Walaupun ia membentuk kira-kira 8 %daripada jumlah berat semua sampah, disebabkan berat spesifik yang rendah ia menduduki jumlah yang ketara, membentuk hampir 30 %daripada jumlah semua sisa. Kumpulan ini termasuk terutamanya botol yang diperbuat daripada polietilena tereftalat (PET) dan beg membeli-belah, beg sarapan pagi atau pembungkusan foil yang diperbuat daripada polietilena (PE) atau polipropilena (PP). Penerima terbesar pembungkusan ialah industri makanan , yang menggunakan kira-kira 60 %daripada semua pembungkusan.

Alternatif ekologi – bioplastik

Disebabkan masalah yang semakin meningkat dengan pengurusan sisa plastik, penyelidikan sedang dijalankan untuk membangunkan bahan polimer terbiodegradasi baharu, yang secara bahasa dirujuk sebagai bioplastik . Bahan tersebut harus mempunyai sifat berguna yang setanding dengan yang diperoleh melalui kaedah konvensional. Ia diperoleh pada skala perindustrian daripada bahan mentah boleh diperbaharui dan petrokimia. Berbanding dengan plastik tradisional yang dihasilkan daripada sumber fosil, bio-plastik mempunyai beberapa kelebihan yang berharga. Pertama sekali, mereka membenarkan bahan mentah disimpan berkat penggunaan biojisim yang diperbaharui secara kitaran. Di samping itu, pengeluaran dan penggunaannya adalah neutral karbon, yang bermaksud bahawa pemprosesannya tidak menyumbang kepada pengeluaran karbon dioksida. Selain itu, beberapa jenis bioplastik boleh terbiodegradasi.

Apakah jenis bioplastik?

Bioplastik boleh dibahagikan kepada tiga kumpulan bergantung kepada sumber asal dan kebolehbiodegradan:

• plastik yang diperoleh daripada bahan mentah boleh diperbaharui , tetapi tidak boleh terbiodegradasi – cth poliamida (PA), polietilena tereftalat (PET),

• plastik biodegradasi , tetapi bukan daripada bahan mentah boleh diperbaharui – cth 1,4-butylene 1,4-butylene 1,4-butadiena terephthalate (PBAT) atau polycaprolactone (PCL),

• bahan berasaskan bio yang diperoleh daripada bahan mentah boleh diperbaharui (polimer terbiodegradasi), boleh terbiodegradasi – cth polilaktida, iaitu bahan berasaskan asid polilaktik (PLA), poliglikolid berasaskan asid glikolik (PGA) atau kanji yang diubah suai.

Di antara bahan yang disebutkan di atas, peranan dominan dimainkan oleh PLA (polylactide), yang secara kuantitatif menyumbang kira-kira 40 %daripada semua polimer terbiodegradasi. Ia sering dipanggil ‘hijau berganda’ kerana ia boleh terbiodegradasi dan diperoleh daripada bahan mentah yang boleh diperbaharui. Polilaktida ialah polimer dengan sifat yang serupa dengan polistirena, kerana ia kaku dan rapuh. Ia dicirikan oleh suhu peralihan kaca lebih kurang. 57°C dan takat lebur dalam julat 170-180°C. Ia juga mempunyai sifat kekuatan yang baik (modul kekuatan 60 MPa).

Di mana bahan berasaskan bio boleh terbiodegradasi digunakan?

Sekumpulan plastik berasaskan bio berasaskan polimer terbiodegradasi menemui aplikasi dalam dua kawasan. Yang pertama ialah cabang perubatan dan kejuruteraan tisu yang sangat khusus, di mana jenis plastik ini digunakan untuk menghasilkan unsur-unsur seperti benang pembedahan bioresorbable, pendakap, klip, implan, kapsul untuk dos terkawal ubat-ubatan, dll. Kawasan kedua ialah berkaitan dengan pengeluaran besar-besaran pembungkusan, foil khusus untuk produk makanan, foil termoforming, beg buangan, dulang, cawan, botol, kutleri, foil taman, produk pakai buang, elemen reka bentuk dalaman, bahan salutan kertas dan untuk percetakan. Penggantian pembungkusan yang dihasilkan daripada plastik konvensional dengan pengganti terbiodegradasi adalah sebahagian daripada trend ekonomi pembangunan mampan dan pengurangan sisa.

Kelemahan bioplastik

Walaupun banyak kelebihan, perlu diingat bahawa bahan polimer terbiodegradasi juga mempunyai kelemahan yang mengehadkan penggunaannya secara meluas. Atas sebab ini, mereka masih kalah di banyak kawasan kepada rakan sejawatannya yang tidak boleh terbiodegradasi. Pertama sekali, bioplastik terbiodegradasi adalah lebih mahal daripada yang ada di pasaran, walaupun perlu diperhatikan bahawa harganya sentiasa menurun . Ia diramalkan bahawa pada tahun-tahun akan datang ia mungkin sama dengan harga bahan polimer klasik asal petrokimia. Kebanyakannya adalah lebih rendah daripada bahan konvensional juga dari segi sifat mekanikal, iaitu ia terlalu rapuh atau kaku atau ia mempunyai kekuatan tegangan yang terlalu rendah. Disebabkan penggunaan bahan ini yang kerap untuk pengeluaran pembungkusan makanan , sifat penghalang yang sesuai juga diperlukan. Mereka penting kerana kebolehtelapan oksigen, karbon dioksida dan wap air, yang boleh menjejaskan produk yang dibungkus. Di samping itu, disebabkan oleh kepekaan polimer terbiodegradasi kepada haba, kelembapan dan tegasan ricih, mereka lebih menuntut dalam proses pembuatan daripada rakan sejawatannya yang tidak boleh terbiodegradasi. Atas sebab-sebab ini, bio-plastik mungkin sebahagiannya terdegradasi sudah pada peringkat pemprosesan. Kelemahan bahan polimer terbiodegradasi yang disebutkan adalah asas untuk menjalankan penyelidikan dalam bidang menambah baik sifatnya atau mengehadkan ciri fungsi yang tidak menguntungkan.

Bahan tambahan mengubah suai sifat plastik terbiodegradasi

Bioplastik mengandungi, sebagai tambahan kepada polimer, bahan dan bahan tambahan lain yang bersama-sama menentukan kemungkinan pemprosesan dan ciri produk akhir. Ini boleh menjadi bahan tambahan yang digunakan untuk menstabilkan bahan, pigmen, pelbagai pengisi atau bahan tambah plasticizing ( plasticizers ). Walaupun bahan tambah pemplastikan mewakili peratusan kecil daripada semua komponen dalam plastik, adalah amat penting bagi plastik terbiodegradasi bahawa kesemuanya juga boleh terbiodegradasi. Aditif yang diperkenalkan semasa pemprosesan tidak mengubah struktur biopolimer, tetapi hanya bertindak balas dengan strukturnya. Ini mengubah sifat fizikokimia bahan, memberikan produk sifat boleh guna yang diperlukan. Selari dengan pembangunan dinamik bioplastik khusus untuk pembungkusan pakar, terdapat keperluan yang semakin meningkat untuk bahan tambahan pengplastikan yang akan serasi dengan polimer terbiodegradasi dan akan memberikan plastik sifat yang diingini.

Projek bio baharu dalam Kumpulan PCC

Hasil kerja bersama jabatan penyelidikan PCC MCAA MCAA dan PCC Exol, kumpulan produk baharu sedang dibangunkan sebagai sebahagian daripada projek CITREX. Ini adalah produk pemplastikan khusus untuk pembungkusan pakar, filem, laminat makanan , tetapi juga berpotensi digunakan dalam pengeluaran mainan. Pembangunan produk yang memenuhi keperluan pasaran dan pada masa yang sama menjadi inovasi produk merupakan cabaran penyelidikan utama. Kedua-dua sintesis produk tersebut dan aplikasinya memerlukan pengiktirafan menyeluruh dalam banyak bidang, termasuk yang berkaitan dengan laluan sintesis, kaedah analisis, kemungkinan aplikasi dan maklumat mengenai pengguna dan pesaing di pasaran sasaran. Oleh itu, matlamat asas projek ini bukan sahaja untuk membangunkan bahan tambahan plasticizing, tetapi di atas semua untuk mendapatkan pengetahuan tentang sifat dan aplikasi produk ini.

Keperluan untuk plasticizer untuk bioplastik

Kriteria utama yang perlu dipenuhi dengan bahan tambah pemplastikan khusus untuk polimer terbiodegradasi ialah:

• tiada penghijrahan plasticizer daripada bioplastik di bawah pengaruh suhu tinggi dan masa penyimpanan

Mengurangkan penghijrahan bahan tambahan plastik adalah aspek utama dalam membangunkan strukturnya. Fenomena migrasi secara bahasa boleh ditakrifkan sebagai "kebocoran" plasticizer plastik. Dalam kes produk siap, ia boleh mengakibatkan kehilangan sifat bahan dan kemerosotan estetikanya – perubahan warna produk atau herotan bentuknya.

Dalam amalan, migrasi boleh dihadkan dengan melaraskan berat molekul yang sesuai bagi plasticizer (jisimnya) dan mengubah suai struktur kimianya ke arah yang lebih bercabang atau linear.

• biodegradasi

Bahan tambah pemplastikan yang ditambahkan pada bioplastik mesti memenuhi kriteria kebolehbiodegradan. Ini bermakna ia harus dengan mudah menjalani proses penguraian semula jadi, contohnya dengan pengkomposan, yang tidak mengakibatkan pembentukan bahan berbahaya. Salah satu cara untuk meningkatkan kebolehbiodegradan produk ialah penggunaan bahan mentah asal semula jadi, seperti asid karboksilik dan bahan mentah terbiodegradasi lain dalam sintesis kimia.

Kriteria yang diterangkan di atas merujuk kepada kedua-dua pengubahsuaian struktur kimia dan pemilihan bahan mentah yang digunakan, sambil mengekalkan berat molekul yang sesuai bagi sebatian yang disintesis. Pemenuhannya adalah cabaran penyelidikan yang besar dari sudut pandangan mereka bentuk bahan tambahan plasticizing yang sesuai dan menjalankan sintesis mereka. Oleh itu, pelaksanaan projek memerlukan banyak ujian makmal untuk mendapatkan sebatian kualiti dan struktur yang boleh diulang.

Inovasi produk yang dibangunkan

Daya tarikan produk baharu itu di pasaran juga terhasil daripada inovasinya . Bahan tambahan pengplastik yang dibangunkan dalam projek CITREX dicirikan oleh gabungan inovatif asid bio karboksilik (ambar dan sitrik) semula jadi, poliol yang dihasilkan oleh PCC Rokita dan alkohol lauril yang digunakan dalam produk kosmetik, dan oleh itu tidak toksik. Pada masa yang sama, produk perkilangan mempunyai berat molekul yang ditetapkan dengan ketat, yang bertujuan untuk mengehadkan penghijrahan bahan tambahan daripada produk akhir. Matlamat utama dalam reka bentuk struktur molekul baru adalah untuk mencipta molekul sedemikian yang akan berinteraksi dengan biopolimer yang terkandung dalam bioplastik (pada prinsip "seperti menarik seperti"), yang juga mempunyai kesan ke atas mengurangkan proses migrasi dan akan menyumbang kepada memenuhi keperluan untuk bahan tambah plastik. Mendapatkan sampel makmal produk adalah peringkat awal penyelidikan pertama yang dijalankan sebagai sebahagian daripada projek CITREX. Pada masa yang sama, ia adalah permulaan peringkat seterusnya, iaitu menguji sifat aplikasi produk yang diberikan. Pemeriksaan menyeluruh terhadap sifat produk ini adalah asas dalam pemilihan aplikasi yang disasarkan.

Masa depan pasaran bioplastik

Pasaran bioplastik dan bio-aditif sememangnya pasaran yang menjanjikan dan berkembang pesat, yang amat ketara sejak kebelakangan ini. Ini disebabkan, antara lain, peningkatan kesedaran pengguna tentang kesan negatif plastik terhadap alam sekitar . Pengguna yang sedar semakin beralih kepada pengganti ekologi untuk pembungkusan dan produk pakai buang yang diperbuat daripada plastik konvensional. Akibatnya, terdapat peningkatan yang berterusan dalam permintaan untuk pelbagai elemen yang diperbuat daripada bioplastik, seperti bekas atau kutleri yang diperbuat daripada PLA.