Здавалка
Главная | Обратная связь

Биополимеры как экологически безопасная альтернатива



Черепанова Эльмира Рамилевна

«СИНТЕЗ ПОЛИЛАКТИДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАТАЛИЗАТОРОВ РАЗЛИЧНОГО ТИПА»

Диссертация на соискание ученой степени магистра химических наук

 

Научный руководитель:

д.б.н. профессор Иларионов С.А.

Консультант:

д.х.н. профессор Глушков В.А.

 

Работа допущена к защите____________

Заведующий кафедрой_______________

Дата представления____________

Дата защиты________________

Оценка________________________

 

Пермь 2012

 

Реферат

магистерской диссертации Черепановой Эльмиры Рамилевны на тему «Синтез полилактидов с использованием катализаторов различного типа».

В данной работе проводился анализ влияния катализаторов различного типа на реакцию полимеризации лактида. В ходе исследования были изучены следующие катализаторы: замещенные имидазолы, их соли, металлорганические соединения, неорганические соединения. Оценили их способность к полимеризации циклического эфира молочной кислоты – лактида. Определили температуры плавления и температуры стеклования полученных соединений.


Оглавление

Введение

Литературный обзор

Биополимеры как экологически безопасная альтернатива

2. Классификация биоразлагаемых полимеров

3. Виды биополимеров

4. Композиционные биоразлагаемые полимеры

5. Биоразлагаемые полиэфиры (полимеры на основе

гидроксикарбоновых кислот)

6. Пластические массы на основе воспроизводимых

природных компонентов

7. Придание биоразлагаемости синтетическим полимерам

8. Катализаторы, используемые при поликонденсации лактида

8.1 Использование в качестве катализаторов

металлоорганических комплексов

8.2 Использование в качестве катализаторов

N - гетероциклических карбенов

9. Перспективы развития

Экспериментальная часть

Заключение

Список используемых источников


Введение

Одной из значительных проблем современности является проблема утилизации отходов. Одним из вариантов ее решения является разработка полимеров, поддающихся быстрому разложению под действием факторов окружающей среды. Ведутся разработки в полимерной отрасли. Промышленное производство биоразлагаемых полимеров налаживается в Европе и Америке. Статистика показывает неуклонный рост их потребления. К примеру, общее потребление биоразлагаемых пластмасс в 15 основных странах ЕС в 2001 г. составляло 20 тыс. тонн; в 2003 г – 30-35 тыс. тонн (причем, в области упаковки рост составил от 1 тыс. тонн до 5–10 тыс. тонн, т.е. налицо появление нового рынка); в 2005 г., по некоторым оценкам, биоразлагаемые пластики заняли значительную нишу на рынке полимерных материалов - около 10 % от общего объема европейского рынка пластиков (40 млн. тонн). Такой рост обусловлен проблемой утилизации полимерных отходов, которая с каждым годом становится все острее [1].

Эти полимеры подвергаются разложению под действием различных факторов окружающей среды (вода, воздух, свет) и жизнедеятельности микроорганизмов почвы. Такая способность может решить проблему накопления отходов. В настоящее время биоразлагаемые полимеры разрабатываются на основе гидроксикарбоновых кислот, на основе воспроизводимых природных компонентов. Ведутся разработки по приданию биоразлагаемости промышленным полимерам.

Повседневные упаковочные материалы достаточно прочны и водонепроницаемы, защищают товар от загрязнения и разложения. Но помимо достоинств у них есть ряд серьезных недостатков. Для их производства нужны невосполнимые природные ресурсы. Кроме того, эти материалы в естественных условиях очень стабильны, что приводит к накоплению отходов и проблеме их утилизации.

Пятая часть всех пластмасс используется в качестве упаковки, которая как правило, является одноразовой. Эти материалы необходимо перерабатывать или уничтожать. Чаще всего их уничтожают сжиганием, что пагубно влияет на окружающую среду, а переработка бывает финансово невыгодна. Количество отходов на свалках неуклонно растет, что наносит все больший вред окружающей среде, поэтому необходимо искать альтернативные пути утилизации данных материалов.

Переработка использованных пластмасс (ресайклинг) является одним из таких путей [2], но он применим лишь к ограниченному количеству видов пластмасс. Кроме того, серьезную проблему представляет поиск рынка сбыта переработанного материала, имеющего, в основном, худшие качественные показатели. Помимо того, перед началом переработки требуется сортировка пластика по виду, цвету, что удорожает стоимость процесса вторичной переработки. Аэробное сбраживание органической части отходов представляет иной подход к ликвидации, который во многих случаях более предпочтителен, тем не менее для его жизнеспособности нужны пластмассы, способные полностью и безопасно разлагаться в естественной среде. Такие полимеры уже существуют или располагаются в конечной стадии разработки [2].

Таким образом, разработанные ранее устойчивые и стабильные материалы пытаются заменить на биоразлагаемые полимеры, которые должны сохранять эксплуатационные характеристики только в течение непродолжительного периода. После окончания эксплуатации они должны претерпевать превращения под действием окружающей среды и включаться в процессы метаболизма природных биологических систем. Конечными продуктами превращений должны быть вода, углекислый газ и биомасса.


Литературный обзор

Биополимеры как экологически безопасная альтернатива

В настоящее время разрабатываются материалы, которые превосходят по своим свойствам традиционные пластмассы. В течение нескольких месяцев они разлагаются на вещества, которые далее могут участвовать в природном цикле. Для производства упаковочных материалов, одноразовой посуды уже широко применяются материалы на основе крахмала, целлюлозы, лигнина. Классификация полимеров, подвергающихся разложению под действием факторов окружающей среды представлена в таблице 1.

 


Таблица 1

Классификация биоразлагаемых полимеров

Продукты из биомассы, из сельскохозяйственных ресурсов (агрополимеры)   Из микроорганизмов (получаются извлечением) От биотехнологий (традиционный синтез из мономеров биологического происхождения) Из нефтехимических продуктов (традиционный синтез из синтетических мономеров)
Полисахариды Белки, липиды Полигидрокси- алканоат (ПГА) Полилактиды Поликапролактаны (ПКЛ)
Крахмалы: пшеничный, картофельный, кукурузный Животные: казеин, сыворотка, колаген/желатин Поли (гидроксибутират) (ПГБ), поли(гидроксибутират со-гидроксивалерат (ПГБВ) Поли(молочная) кислота Полиэфирамиды (ПЭА)
Лигно-целлюлозные продукты: древесина, солома Растительные: соя, глютен     Алифатические сополиэфиры
Прочие: пектины, хитозан/хитин, камедь       Ароматические сополиэфиры

Из множества предложенных биоразлагаемых пластмасс
поли-α-гидроксипропионаты — иначе говоря, полимеры молочной кислоты, полилактаты (ПЛ) — становятся, по-видимому, наиболее перспективным заменителем традиционных пластмасс, т.к., кроме великолепных физико-механических свойств, они поддаются с незначительными модификациями обработке на обычном экструзионном и выдувном оборудовании. Кроме того, с помощью полилактатов можно получать пластмассы с разными техническими характеристиками. В качестве биоразлагаемых полиэфиров используют так же полигидроксибутираты и полигидроксивалераты.

Мономером для производства полилактида служит молочная кислота с химической формулой СН3-СН(ОН)-СООН. Молочную кислоту получают ферментацией углеводов (глюкозы, сахарозы, лактозы) или неочищенного сырья (крахмала, патоки или молочной сыворотки) при помощи бактерий, относящихся к следующим видам: Lactobacillus, Pediococcus, Lactococcus и Streptococcus, а также с помощью грибкового штамма вида Rhizopus Oryzae. В Европе сахарозу обычно получают из сахарной свеклы, а крахмал — из пшеницы и, в меньшей степени, из картофеля или кукурузы. В США основным источником крахмала является кукуруза. В России молочную кислоту производят ферментационным путем из мелассы, картофеля и ряда других крахмалсодержащих веществ.

Второй стадией является получение олигомеров молочной кислоты, при термическом расщиплении котрых образуется димер (лактид). Конечной стадией является получение самого полимера из ранее произведенного димера.

Продуктом объемной поликонденсации молочной кислоты является хрупкий стекловидный полимер. В качестве сырья для производства полилактида можно использовать вещества, извлеченные из сельскохозяйственных отходов, например, черной патоки (меласса) или сыворотки. Полученную из данного сырья молочную кислоту необходимо тщательно очищать, что существенно повышает расходы при производстве полилактида.

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.