Свойства биоразлагаемости

Химические свойства пластмасс могут быть использованы в качестве критериев их дифференциации на разлагаемые и неразлагаемые полимеры [13]. Не поддающиеся биологическому разложению пластмассы, обычно известные как синтетические пластмассы, получают из нефтехимических продуктов. Они имеют много повторений небольших мономерных единиц, что делает их молекулярную массу очень высокой.

Для сравнения, биоразлагаемые пластмассы производятся из возобновляемых ресурсов, которые полностью разлагаются в их естественных формах, таких как компоненты живых растений, животных и водорослей в качестве источника целлюлозы, крахмалов, белка и водорослевых материалов. Они также могут быть продуцированы целым рядом микроорганизмов [14]. Биоразлагаемые пластмассы обычно разрушаются при взаимодействии с УФ-излучением, водой, ферментами и постепенном изменении рН. Существует четыре типа разлагаемых пластмасс: фоторазлагаемые биопластики, компостируемые биопластики, биопластики на биологической основе и биоразлагаемые биопластики [15].

Фоторазлагаемый биопластик имеет светочувствительные группы, соединенные непосредственно в основу полимера. Воздействие ультрафиолетового излучения в течение длительного времени может разрушать их полимерную структуру, делая их открытыми для дальнейшей бактериальной деградации. Однако на свалках, как правило, не хватает солнечного света, поэтому эти пластмассы не разлагаются [15].

Компостируемые биопластики разлагаются в процессе компостирования, которое происходит с той же скоростью, что и другие компостируемые материалы, не оставляя видимых токсичных остатков. Для того чтобы определить пластик как биокомпостируемый, его общая биоразлагаемость, степень разложения и возможная экологическая токсичность разлагаемых материалов должны определяться с помощью стандартизированных тестов.

Биопластики на биологической основе определяются как «пластмассы», в которых 100% углерода получают из возобновляемых сельскохозяйственных и лесных ресурсов, таких как кукурузный крахмал, соевый белок и целлюлоза.

Биоразлагаемые биопластики полностью разлагаются микроорганизмами, не оставляя видимых токсичных остатков. Термин "биоразлагаемые" относится к материалам, которые могут естественным образом распадаться на биогазы и биомассу (в основном углекислый газ и воду) в результате воздействия микробной среды и влажности [16].

Полигидроксиалкановые кислоты (ПГА) являются важным типом биоразлагаемых пластмасс, поскольку они обладают свойствами, сходными с обычными пластмассами. Они полностью биоразлагаемы, но могут быть расплавлены и смоделированы, что делает их идеальными для использования в потребительских товарах. На рисунке 2 показана типичная структура ПГА, а также структуры наиболее важных ПГА: поли (3-гидроксибутират) и поли (3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат) [17].

Рисунок 2. Структура биоразлагаемых пластических полигидроксиалканоатов (ПГА) и их производных поли(3-гидроксибутират) ПГБ и поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат) ПГВ

по данным Shah и др., 2007 [18]

Рисунок 3. Химические структуры нефтехимических пластмасс полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС), полиэтилентерефталат (ПЭТ) и полиуретан (ПУ).

Автор: Shah и др., 2008 [18]

Химическая структура

Синтетические пластмассы классифицируются по характеристикам реакций, в результате которых они образуются. Если все атомы мономеров включены в полимер, полимер называется добавочным полимером; если некоторые атомы мономера высвобождаются в небольшие молекулы, такие как вода, полимер называется конденсационным полимером. Большинство добавочных полимеров изготавливаются из мономеров, содержащих двойную связь между атомами углерода. Такие мономеры называются олефинами, а большинство коммерческих добавочных полимеров - полиолефинами. Конденсационные полимеры изготавливаются из мономеров, которые имеют две различные группы атомов, которые могут соединяться вместе, такие как эфирные или амидные связи. Они включают в себя такие полимеры, как полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиуретан и полиэтилентерефталат, показанные на рисунке 3.