Выберите номер:

Считается, что биоразлагаемые пластмассы полностью оправдывают свое название, в сжатые сроки разлагаясь в естественной среде с образованием безопасных для окружающей среды веществ. Однако утилизация биопластиков все еще вызывает много вопросов. В то время как одни биополимеры способны разлагаться в природе, другие могут разлагаться только в специальных условиях, для создания которых необходимы хорошо налаженная инфраструктура и развитая культура обращения с отходами среди населения.

В связи с тем что недавно в Беларуси было запущено производство пакетов из кукурузного крахмала, возникает закономерный вопрос: насколько хороши биопластики в качестве замены традиционным полимерам?
 

КАК ДЕЛАЮТ ПЛАСТИК ИЗ КУКУРУЗЫ?

Кукуруза сегодня является одним из наиболее востребованных типов сырья для производства биопластиков. Полимеры из кукурузного сырья можно условно разделить на две группы: материалы на основе крахмала, которые являются полимерами «от природы», и полилактиды (полилактаты, ПЛА), т.е. полимеры на основе молочной кислоты, образующейся после молочнокислого брожения сахаристых веществ.

Производство полимеров на основе крахмала сводится к их выделению из биосырья или модификации структуры без сборки полимерной цепи. Полилактиды же производят иначе: в ходе биологического процесса образуется мономер, после чего химическим путем осуществляется сборка полимера.

В обоих случаях основным сырьем служит крахмал — один из наиболее распространенных полисахаридов природного происхождения.

По своей структуре крахмал — полимерный углевод, мономером которого является глюкоза. Процесс получения термопластичного крахмала заключается в разрушении его кристаллической структуры под воздействием давления и нагревания выше температуры стеклования и плавления. Из-за высокой гигроскопичности и нестойкости к гидролизу в чистом виде крахмал не является истинным термопластом, поэтому для придания стабильных свойств его в процессе обработки модифицируют различными пластификаторами, такими как вода, глицерин, ксилит, сорбит, формамид и др.

Это приводит к образованию материала, который поддается обработке классическими методами, применяемыми и для традиционных пластмасс (экструзией, литьем, горячим и выдувным формованием и др.).

Впрочем, по техническим характеристикам такой материал все равно уступает полиэтилену и полипропилену. Пожалуй, самыми существенными недостатками биопластика на основе крахмала являются его непрочность и нестойкость к действию воды, от контакта с которой он теряет свои потребительские качества. И все же способность к полному биоразложению в естественной среде делает этот вид пластика привлекательным для экологически ответственных производителей и потребителей.

Сегодня материал на основе крахмала уже нашел применение на некоторых рынках: из него делают поддоны для пищевых продуктов, сельскохозяйственные пленки, пенопластовые упаковочные материалы, столовые приборы, сеточки для овощей и фруктов.

Чтобы устранить недостатки полимеров на основе крахмала, нередко их смешивают с другими полимерами природного (например, пектином, целлюлозой) или синтетического (например, поликапролактоном) происхождения, способными к биодеградации. Несмотря на то что крахмал сам по себе отлично разлагается, в некоторые композиции дополнительно вводят полиэфиры, что позволяет ускорить процесс разложения.

Перспективными являются также полимеры на основе молочной кислоты — полилактиды, линейные алифатические полиэфиры. Для их создания в ходе переработки из крахмала получают неочищенную глюкозу, которая при ферментации превращается в молочную кислоту. Затем методом прямой поликонденсации молочной кислоты или полимеризации промежуточного продукта — лактида — с раскрытием цикла получают ПЛА. Второй способ предпочтительнее, потому что он позволяет получить высокомолекулярный ПЛА, а также различные сополимеры на его основе относительно быстро и без дополнительных затрат.

ПЛА часто смешивают с крахмалом для повышения рентабельности и способности материала к биоразложению. К этим смесям также добавляют пластификаторы или другие разлагаемые полиэфиры, чтобы сделать их более эластичными.

Сегодня из ПЛА изготавливают экологически чистые биоразлагаемые (компостируемые) изделия с коротким сроком службы: пищевую упаковку, одноразовую посуду[1], пакеты, различную тару для воды, соков и молока (но не газированных напитков, т.к. для ПЛА характерен высокий коэффициент диффузии CO₂). Этот материал может обладать такими же внешними и техническими характеристиками, какими обладают полиэтилен, полипропилен и полистирол.

Между тем, как и любой новый материал, ПЛА имеет ряд недостатков. Одним из наиболее существенных является его низкая термостойкость: при температуре выше 60 °C он начинает терять жесткость. Однако технологии производства биополимеров постоянно совершенствуются, что позволяет создавать новые материалы, не уступающие по качеству традиционным пластмассам.