Основные принципы «зеленой» химии и пути их реализации. «Design for Degradation»

Введение 3
2. Биоразлагаемые полимеры 4
3. Классификация биоразлагаемых полимеров 6
4. Биоразлагаемые полимерные материалы на основе природных полимеров 7
5. Примеры соединений 8
6. Синтетические биоразлагаемые полимеры 9
7. Модификация синтетических полимеров 10
8. Заключение 11
9. Список использованной литературы 12

Весь текст будет доступен после покупки

Разработка легко разлагаемых материалов представляет собой один из двенадцати принципов зеленой химии. Принцип "Design for degradation" направлен на создание продуктов, которые после своего использования разлагаются на безвредные вещества, не оставляющие негативных следов в окружающей среде. Увеличение производства и потребления создает проблему утилизации отходов после использования материалов и изделий, произведенных из них. Особенно сложной является утилизация синтетических полимерных отходов, которые почти не разлагаются в естественных условиях и не подвержены воздействию факторов окружающей среды. В связи с этим внимание исследователей все больше привлекает задача разработки синтетических полимерных систем, обладающих биоразлагаемостью: такие системы сохраняли бы свои свойства в течение срока службы, а по его окончании разлагались бы на безвредные для природы компоненты при определенных условиях физико-химических и биохимических процессов. В развитых странах отходы полимерных материалов, медленно разлагающиеся в естественных условиях, представляют серьезную угрозу для окружающей среды. На сегодняшний день большая часть пластмассовых отходов не утилизируется (49%) и складируется на свалках, часть сжигается (19%) или перерабатывается вторично (9%). Также существует доля пластмассовых отходов, которые неправильно утилизируются. Согласно современным прогнозам, в условиях отсутствия эффективных методов переработки количество пластмассовых отходов может увеличиться втрое к 2060 году.

Весь текст будет доступен после покупки

Биоразлагаемые полимеры
Наиболее экологичным и эффективным способом снижения полимерных отходов является разработка биоразлагаемых полимеров, т. е. полимеров, которые сохраняют эксплуатационные характеристики только в течение периода потребления, а затем претерпевают физико-химические и биологические превращения под действием факторов окружающей среды (света, температуры, влаги, воды) и легко включаются в процессы метаболизма природных биосистем (бактерий, дрожжей, грибов, водорослей). При этом высокомолекулярные вещества разлагаются на низкомолекулярные (вода и углекислый газ), гуминовые вещества и биомассу. Таким образом совершается естественный круговорот веществ, способный поддерживать экологическое равновесие в природе.
Создание и использование биоразлагаемых полимерных материалов преследует своей целью экономические и экологические преимущества:
• утилизация и переработка пластиковых отходов, объемы которых растут с каждым годом;
• низкая стоимость полимеров из возобновляемого сырья;
• снижение потребности в синтетических полимерах, ухудшающих экологическую обстановку;
• сокращение парниковых испарений на 15–60% при замене полимерных материалов прошлого поколения на биоразлагаемые полимеры.
Стоит уточнить, что под «биоразлагаемым» подразумевается полимер, деструкция, ухудшение прежних качеств которого может быть вызвана хотя бы частично биологической системой. В целом деструкция полимера включает первичные процессы поглощения тепла и света, диффузии компонентов среды в материале, его обрастания микроорганизмами. Ферменты инициируют дальнейшие реакции разрыва химических связей в макромолекуле. Склонность полимеров к биодеструкции определяется не только химическим строением, наличием разветвлений, размером макроцепи, но и их надмолекулярной микро- и макроструктурой.
Природные и синтетические полимеры, содержащие связи, которые легко подвергаются гидролизу, обладают высокой способностью к биодеструкции (сложные полиэфиры, полиамиды, полиуретаны и т.п.). Присутствие заместителей в полимерной цепи часто способствует повышению биодеструкции. Последняя зависит также от степени замещения цепи и длины ее участков между функциональными группами, гибкости макромолекул.
Таким образом, биоразрушаемые полимеры должны:
1. быть гетероцепными и содержать доступные для биоразложения связи: R=CH2; R=CH–R1; R–CH2–OH; R–CH(OH)–R; R–CO–H; R–CO–R1 и др.;
2. содержать фрагменты, которые включают подряд не более 5 групп CH2;
3. иметь в составе объемные заместители. Чем больше объем заместителя, тем быстрее разрушается полимер;
4. включать в макромолекулярную цепь естественные продукты – крахмал, целлюлозу, лактозу, магний, мочевину, которые могут быть применены в качестве наполнителей, и тогда микроорганизмы поглощают их.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Vroman I. Biodegradable Polymers / I. Vroman, L. Tighzert // Materials. – 2009. – Vol. 2. – № 2. – P. 307-344.
2. Baidurah S. Methods of Analyses for Biodegradable Polymers: A Review / S. Baidurah // Polymers. – 2022. – Vol. 14. – Methods of Analyses for Biodegradable Polymers. – № 22. – P. 4928.
3. Panchal S. S. Biodegradable Polymeric Materials: Synthetic Approach / S. S. Panchal, D. V. Vasava // ACS Omega. – 2020. – Vol. 5. – Biodegradable Polymeric Materials. – № 9. – P. 4370-4379.
4. Filiciotto L. Biodegradable Plastics: Standards, Policies, and Impacts / L. Filiciotto, G. Rothenberg // ChemSusChem. – 2021. – Vol. 14. – Biodegradable Plastics. – № 1. – P. 56-72.

Весь текст будет доступен после покупки