ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БИОРАЗЛАГАЕМОГО СЫРЬЯ

ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 8
1.1 Анализ производства биоразлагаемых пластиков 8
1.2 Предлагаемые в мире решения 10
1.2.1 Биоразлагаемые материалы 10
1.2.2 Биоразлагаемые добавки для традиционных полимеров 12
1.3 Основные производители биоразлагающих добавок 13
1.4 Российский рынок биоразлагаемой упаковки 14
1.5 Общие сведения о полимерах 14
1.5.1 Свойства полимеров 16
1.5.2 Способы получения полимеров 17
1.6 Биоразлагаемые полимеры 18
1.6.1 Классификация биоразлагаемых полимеров 18
1.6.2 Получение и применение биоразлагаемых полимеров 19
1.6.3 Полимеры на основе полиэфиров и гидроксикарбоновых кислот 20
1.7 Полилактид (PLA) 21
1.8 Лактид 23
1.8.1 Получение лактида 25
1.9 Молочная кислота 27
2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 30
2.1 Схема исследования 30
2.2 Концентрирование водного раствора молочной кислоты 30
2.3 Концентрирование молочной кислоты с помощью азеотропной отгонки воды 32
2.4 Основы азеотропной очистки молочной кислоты 34
2.5 Методы анализа 35
2.5.1 Определение молочной кислоты 35
2.5.2 Определение кислотного числа 36
2.5.3 Определение молекулярной массы линейных полиэфиров 37
2.6 Инфракрасная спектроскопия 37
2.7 Дифференциальный термический анализ 39
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 41
3.1 Концентрирование раствора молочной кислоты 42
3.2 Синтез лактида 50
3.3 Очистка лактида 51
3.4 Обсуждение результатов 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 58

Весь текст будет доступен после покупки

К числу глобальных экологических вызовов относится решение проблемы загрязнения окружающей среды отходами пластиков, характеризующихся низкой способностью к разложению в естественных природных условиях. Одним из реализуемых подходов к решению данной проблемы является замещение традиционных полимеров, главным образом в сфере производства изделий одноразового применения, на биоразлагаемые полимерные материалы [1]. К числу наиболее распространенных биоразлагаемых полимеров относится полилактид (ПЛА), представляющий собой полиэфир молочной кислоты.
Традиционно пластики изготавливаются из синтетических полимеров, имеющих структуру, не встречающуюся в природе. Основываясь на последних достижениях в понимании взаимосвязи между структурой полимера, его свойствами и природными процессами, были разработаны новые материалы, по своим свойствам не уступающие обычным пластикам, но являющиеся биоразлагаемыми [2].
В последнее время все чаще в самых разных ситуациях можно встретить приставку «био» – это своего рода гарантия того, что товар безопасен для природы и человека. Этот тренд активно продвигают различные средства массовой информации, и потребитель начинает постепенно привыкать к тому, что биокефир обещает решить все проблемы с пищеварением, био-топливо – «экологичная» замена нефти, а био-экстракты заставляют косметику творить чудеса. Упаковка, посуда, пакеты и тара различного значения, также стали экологичной, а производство биополимеров растет год от года. Но если толчком для разработки биотоплива послужило желание европейских стран быть независимыми от запасов нефти и ее поставщиков, то основным стимулом к разработке биополимеров стала проблема утилизации пластиковых отходов, объемы которых растут с каждым годом.
Биоразлагаемые (биодеградируемые) полимеры – это полимерные материалы, разрушающиеся в результате естественных природных (микробиологических и биохимических) процессов. Продуктами полного разложения в основном являются углекислый газ, вода и гумус [3].
Уже два десятилетия полимеры из возобновляемых источников сырья пользуются большим интересом в связи с насущными причинами ограниченность нефтяных ресурсов и экологические проблемы, из которых можно выделить наиболее значимые, такие как накопление и утилизация коммунального мусора, устойчивость к агрессивным средам, отрицательно сказывающихся на окружающей среде. Разработка новых биоразлагаемых полимеров на основе растительных биополимеров и их производных с синтетическими полимерами. Исследование свойств и структуры биоразлагаемых полимеров представляют большой интерес и открывают возможности для создания новых биодеградируемых систем.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР


1.1 Анализ производства биоразлагаемых пластиков

На сегоднящний день биопластики составляют около 1 % от 418 млн. т пластиков, производимых ежегодно. Учитывая последние данные Европейского института биопластиков (European Bioplastics) и научно-исследовательского института nova-Institute (Хюрт, Германия), которые являются передовыми организациями в области изучения биополимеров, глобальные производственные объёмы по выпуску биопластиков увеличатся примерно с 2,4 млн. т в 2022 году до приблизительно 3,0 млн. т в 2024 году (рисунок 1) [6].


Рисунок 1 – Объёмы производства биоразлагаемых полимеров 2020–2021 г

В число биоразлагаемых полимеров входят: PBS — полибутилен сукцинат, РВАТ — полибутилен адипат/терефталат, крахмальные смеси, PHA — полигидроксиалканоаты, PLA — полимолочная кислота. Основной интерес сегодня уделяется двум последним в перечне биополимерам.
В последнее время на рынок выходит в коммерческом масштабе семейство полимеров PHA, которые некоторое время находилось в разработке. По оценкам экспертов, в течение следующих трех лет производственные мощности PHA увеличатся в два раза. Кроме того, удвоятся производственные мощности PLA к 2024 году. PLA является отличной заменой для PS (полистирола), ABS (акрилонитрилбутадиенстирола) и PP (полипропилена). Эти сложные полиэфиры на 100 % биоосновные и биоразлагаемые [7].
Биоосновные, никак не поддающиеся биологическому разложению пластики на основе PA (полиамид на биооснове), PE (полиэтилен на биооснове) и на основе PET (полиэтилентерефталат на биооснове) в настоящее время составляют до 50 % (1,2 млн. т) от мировых мощностей по производству биопластиков.
В ближайшее время в Европе намечается запуск новых мощностей с помощью современных технологий для его производства, поэтому прогнозируется, что выпуск полиэтилена на биооснове будет продолжать расти.
Планы увеличить мощности для производства PET на биологической основе не были реализованы с теми темпами, которые предсказывались в прошлые годы. При этом упор сместился на разработку PEF (полиэтиленфураноата), нового полимера, который, появился на рынке в 2021 году. PEF сопоставим с PET, но на 100 % состоит из биологического сырья и имеет отличные барьерные и термические свойства, что делает его близким к совершенству материалом для упаковки напитков, пищевых и непродовольственных товаров [8].
Также ожидается, что с потенциалом в росте благодаря использованию в широком диапозоне секторов, на рынок в коммерческом масштабе выйдет PP (полипропилен) на биологической основе. PUR (полиуретаны) на биооснове — это еще одна принципиальная категория полимеров, которые имеют огромные производственные мощности с хорошо развитым рынком и, как ожидается, станут расти быстрее, нежели традиционный рынок PUR, за счёт своей универсальности. Данные об объемах производственных мощностей полиуретанов на биологической основе отсутствуют.

Весь текст будет доступен после покупки

1. FacePla: цифровой ресурс: Позитивные новости экологии, технологии, энергетики и природы, 2014 - 2021. – URL: http://www.facepla.net. – Текст: непосредственный.
2. Pandia: цифровой ресурс: Энциклопедия знаний, 2009 – 2022. –URL: http://www.pandia.ru. – Текст: непосредственный.
3. Plastice: цифровой ресурс: Коржан А., Биоразлагаемые полимеры и пластики, 2022 – URL: http://www.plastice.org – Текст: непосредственный.
4. Тасекеев, М.С. Производство биополимеров как один из путей решения проблем экологии и АПК (обзор) // М.С. Тасекеев, Еремеева Л.М. – НЦ НТИ, 2009. – 200 с. – Текст: непосредственный.
5. Newchemistry: цифровой ресурс: Новые химические технологии, 2022 – URL: http://www.newchemistry.ru/ – Текст: непосредственный.
6. European bioplastics: цифровой ресурс: Официальный сайт Европейской ассоциации биопластиков, 2022. – URL: https://www.european-bioplastics.org – Текст: непосредственный.
7. Балов, А. Мировой рынок полимеров / А. Балов, О. Ашпина // The Chemical Journal. Март 2019, с.48-53. - Текст: непосредственный.
8. The Chemical Journal: цифровой ресурс: Мировой рынок биополимеров, 2022. – URL: http://tcj.ru – Текст: непосредственный.
9. Борисов, Е. «В центре внимания – биоразлагаемые полимеры» / Е. Борисов // The Chemical Journal. Май 2005, с.68-71 – Текст: непосредственный.
10. Салова, И. Биопластиковая перспектива / И. Салова // Коммерсантъ business guide. 2018, с. 8-10 – Текст: непосредственный.
11. ИХТЦ: цифровой ресурс: Всё о биоразлагаемых пластиках. Мировой рынок биополимеров, 2016 - 2022. – URL: http://ect-center.com – Текст: непосредственный.
12. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года (утв. Правительством РФ 24.04.2012 № 1853п-П8) – Текст: непосредственный.
13. Techart: цифровой ресурс: Пармухина Е.Л. Российский рынок биоразлагаемой упаковки /Экологический вестник России, с.32-34 URL: http://www.techart.ru – Текст: непосредственный.
14. Сутягин, В.М. Химия и физика полимеров // В.М. Сутягин, Л.И. Бондалетова / Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – 208 с. – Текст: непосредственный.

Весь текст будет доступен после покупки