 |
|
Композиционные биоразлагаемые полимеры
Разработаны композиции, состоящие из крахмала и сополимера этилена с виниловым спиртом, на молекулярном уровне проникшие друг в друга. Второе поколение этих материалов помимо вышеперечисленных активных компонентов включает еще алифатический биоразлагаемый полиэфир - поликапролактон, обладающий гидрофобными свойствами. Наличие этого третьего компонента облегчает переработку полимера путем повышения прочности расплава и последующего ускорения биоразлагаемости материала, уровень которой в данном случае составляет около 80% в течение 10 сут. Чем выше содержание крахмала в композиции (его можно варьировать от 40 до 95%), тем быстрее будет разлагаться модифицированный полимер. Композиционные биоразлагаемые материалы можно также получать на основе полиэфирных соединений - полигидроксаноатов (ПГА), продуцируемых различными микроорганизмами. Например, 3-полигидроксибутират, являющийся естественным продуктом аккумуляции энергии у бактерий и морских водорослей, присутствует в виде дискретных гранул в цитоплазме клетки.
Разработаны композиции, представляющие собой сополимер
3-гидроксибутирата и 3-гидроксивалерата. Доля 3-гидроксивалерата влияет на свойства конечного продукта. Разложение такого биополимера происходит на гидроксибутират и гидроксивалерат, которые служат источниками углерода для дальнейшего роста бактерий. Конечными продуктами разложения полимера в аэробных условиях являются углекислый газ и вода, тогда как при разложении в анаэробных условиях образуется метан. Биоразлагаемые полимеры можно получать ферментационными способами, но такие технологии являются дорогими. Поэтому в качестве субстрата для выработки биополимеров предлагают использовать трансгенные растения. Наиболее подходящими для этого являются масличные культуры: подсолнечник, рапс, соя, которые в аэробных условиях синтезируют большое количество химического вещества (субстрата), подвергаемого ферментации микроорганизмами. Комбинируя различные субстраты и ферменты, а также параметры процесса: температуру и концентрацию кислорода, можно получить широкий спектр модификаций биоразлагаемых полимеров. ПГА-биополимеры, выпускаемые под маркой Nodax, получают ферментативным путем. Ферментации при этом подвергают смесь сахаров и жирных кислот. В присутствии кислорода воздуха эти биополимеры разлагаются приблизительно на 80% в течение 45 суток, однако в анаэробных условиях разложение протекает медленнее и зависит от условий окружающей среды. Большая группа биоразлагаемых полимеров относится к классу алифатических и ароматических/алифатических сополиэфиров, которые являются синтетическими полимерами. Примерами таких соединений являются ароматические/алифатические сополиэфиры Eastar Bio и Ecoflex. Eastar Bio имеет линейное строение, a Ecoflex содержит длинные боковые цепи. За биоразложение алифатических и ароматических/алифатических полиэфиров ответственны алифатические мономеры, интегрированные в полиэфир. Они приводят к появлению слабых мест в полимерных цепях, способствующих гидролизу материала и его разложению в промышленном компосте.
Под совместным действием влаги и микробов алифатические полиэфиры разлагаются на углекислый газ, воду. По сравнению с ароматическими/алифатическими марками они лучше перерабатываются, и быстрее подвергаются разложению, но стоят они дороже. К алифатическим полиэфирам относится модифицированный полиэтилентерефталат (ПЭТ), промышленно выпускаемый под торговой маркой Biomax. Кроме того, следует подчеркнуть, что при производстве биополимеров энергозатраты на 20 - 30 %, а выбросы углекислого газа - на 25 - 30 % меньше, чем при выработке линейного полиэтилена низкой плотности. ПЭТ взят в качестве базы для сравнения, поскольку он принадлежит к полимерам, производство которых требует наименьших производственных затрат.