Drukuj

Polimery biodegradowalne pochodzenia naturalnego

Polimery biodegradowalne pochodzenia naturalnego
Większość tworzyw sztucznych produkowana jest z polimerów syntetycznych, głównie pochodnych z przerobu ropy naftowej. Są one bardzo trwałe i co za tym idzie praktycznie nie ulegają rozkładowi w środowisku naturalnym. Wzrastające, wraz z rozwojem gospodarki, ilości odpadów z tworzyw sztucznych stanowią poważny problem ekologiczny i gospodarczy w krajach uprzemysłowionych. Około 80% odpadów z tworzyw syntetycznych stanowią odpady komunalne, głównie zużyte opakowania.

Jednocześnie obserwuje się „kurczenie się” zasobów ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla kamiennego na świecie. Jeśli do tego dodamy coraz większe naciski ekologów ukierunkowane na zastępowanie wyrobów z tradycyjnych polimerów innymi oraz nowe przepisy prawne, to możemy mówić o konieczności poszukiwania nowych tworzyw polimerowych o właściwościach biodegradowalnych.

Jedną z odpowiedzi na zarysowane wyżej problemy może być coraz szersze stosowanie polimerów biodegradowalnych pochodzenia naturalnego.

Są one już dziś stosunkowo szeroko stosowane ze względu na swój charakter prowadzący do całkowitego biorozkładu. Są bardzo podatne na przeprowadzanie procesu kompostowania, dzięki któremu można, przy pomocy mikroorganizmów, enzymów lub grzybów, doprowadzić niepotrzebny polimer do takiej postaci, która nie będzie zagrażała środowisku. Polimery pochodzenia naturalnego powstają w wyniku złożonych procesów metabolicznych. Można dokonać ich następującego podziału na:

a) poli(nukleotydy) - zaliczane do poliestrów kwasu fosforowego z rybonukleinowymi (RNA) i deoksyrybonukleinowymi kwasami (DNA). Występują one w organizmach żywych,
b) poli(węglowodany) - celuloza, skrobia, chityna oraz guma arabska,
c) poli(amidy) - zaliczane do białek-peptydów,
d) poli(węglowodory) - kauczuk będący cis-poli(izoprenem).

Skrobia

Skrobia jest polimerem, który powszechnie występuje w świecie roślinnym, dlatego korzystnie na skalę przemysłową otrzymuje się ją z nasion, różnego rodzaju korzeni czy bulw. Skrobia jest otrzymywana z ziemniaków, kukurydzy, ryżu i itp., zaś celuloza występuje w drewnie, a jej zawartość zależy od jego gatunku i wynosi od 41 do 50%. Ponadto celuloza występuje w bawełnie, gdzie jej zawartość dochodzi nawet do 98%.

Oprócz wykorzystania skrobi w przemyśle spożywczym na skalę przemysłową, istnieje zapotrzebowanie na środki powodujące modyfikację skrobi, takie jak: środki adhezyjne, tworzywa biodegradowalne (ulegające procesowi fragmentyzacji) oraz dodatki biodegradowalne do tworzyw sztucznych takich jak: włókna ze skrobi, folie i wiele innych.

Dzięki modyfikacji skrobi uzyskano nową grupę tworzyw i włókien chemicznych, które ulegają biodegradacji lub fragmentacji, czyli procesom przyjaznym dla środowiska naturalnego. Istotny postęp obserwuje się ostatnio w użyciu skrobi w procesie fragmentacji do otrzymywania kwasu mlekowego niezbędnego do produkcji PLA oraz jego kopolimerów. W tym przypadku surowcem jest skrobia kukurydziana.

Skrobia posiada budowę koncentryczno - warstwową, czyli składa się z zewnętrznej warstwy amylopektyn, które posiadają łańcuchy rozgałęzione oraz wewnętrznej amylozy o budowie linearnej, rozpuszczalnej w wodzie. Skrobia ulega całkowitej hydrolizie pod wpływem działania gorących i rozcieńczonych kwasów. W celu otrzymania polimeru o pożądanych właściwościach należy skrobię podać odpowiedniej modyfikacji.

W zależności od procesu można otrzymać skrobię plastyczną poprzez poddanie jej termicznej obróbce podczas wytłaczania. Ponadto można otrzymać produkt w postaci żelu, który charakteryzuje się różną lepkością lub rozpuszczalnością. Skrobia jest modyfikowana metodą wytłaczania w temperaturze 160 – 175oC przy odpowiedniej zawartości wody. Jeśli do procesu dodana zostanie wysoka zawartość wody, wtedy otrzymamy skrobię w postaci żelu. Jeżeli zaś zostanie wprowadzona mała ilość wody, wtedy uzyskuje się skrobię termoplastyczną. Otrzymana skrobia termoplastyczna jest stosowana do termoformowania kubków oraz tacek i zawiera takie dodatki jak: gliceryna, woda oraz środki smarne w postaci olejów roślinnych.