|
Использование полимеров в быту. полимеры на кухне. Предмет исследования полезные свойства полимеров, их использование на кухне. Объект исследования
Актуальность: полимеры сегодня находят широкое применение во многих отраслях промышленности: медицине и фармакологии, пищевой и химической технологии, строительстве, приборо- и автомобилестроении, в легкой промышленности при изготовлении товаров широкого потребления. Увеличивающийся ежегодно объем применения полимерных материалов обусловлен высокой функциональностью этих материалов и легкостью переработки в товары промышленного назначения по сравнению с другими материалами, применяемыми в данных отраслях (металлы, минеральные строительные материалы и др.). Между тем, спектр экологических проблем, связанных с производством, переработкой, эксплуатацией и утилизацией данных компонентов достаточно широк.
Предмет исследования: полезные свойства полимеров, их использование на кухне.
Объект исследования: изделия из полимеров, особенности их использования.
Введение Слайд 2
Человек издавна знаком с полимерами, поскольку последние составляют основу как растительного, так и животного мира. Однако в самостоятельную группу веществ полимеры были выделены лишь в конце XIX века, когда были предприняты первые попытки синтеза полимеров.
Полимеры - это высокомолекулярные вещества, без которых сегодня трудно представить науку и технику, удобство и комфорт, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных элементов - звеньев, соединенных в цепочки химическими связями, в количестве, достаточном для возникновения специфических свойств. К специфическим свойствам следует отнести следующие способности: способность к значительным механическим обратимым высокоэластическим деформациям; к образованию анизотропных структур; к образованию высоковязких растворов при взаимодействии с растворителем; к резкому изменению свойств при добавлении ничтожных добавок низкомолекулярных веществ. Такие материалы служат достойной заменой металлов.
Понятие полимеров: Слайд 3
Полимеры – это вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных повторяющихся элементарных звеньев, которые представляют одинаковую группу атомов. Молекулярная масса молекул составляет от 500 до 1000000. В молекулах полимеров различают главную цепь, которая построена из большого числа атомов. Боковые цепи имеют меньшую протяженность.
Полимерные материалы имеют в своем составе высокомолекулярные цепочки, которые повторяются с определенным промежутком. Благодаря этому полимеры обладают такими свойствами, как:
Малая теплопроводность. Наглядный пример: во время нагревания чайника на огне пластмассовая ручка остается холодной;
Высокий уровень температурного расширения. Молекулярная структура позволяет добиться увеличения размера в несколько раз больше, чем металл при равной температуре;
Гибкость, благодаря чему полимерами покрывают элементы изделий из металла, чтобы защитить их от ржавчины;
Низкий показатель коэффициента трения, вследствие чего на предметах не видны механические повреждения;
Электроизоляция. Предметы из полимеров не проводят электричество;
Неподверженность изменению формы при долгих нагрузках. После остановки действия полимер возвращается в свой первоначальный вид.
Повышенная горючесть. Это свойство определяет тот факт, что во многих отраслях полимеры не используют. При горении они выбрасывают токсины или горючий дым.
Классификация полимеров
Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.
Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно.
Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.
Классификация по структуре: Слайд 4
Таблица 1 – Классификация полимеров по структуре
Линейные
|
Разветвленные
|
Пространственные
|
Состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру.
Целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон
|
Макромолекулы разветвленных имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной
Крахмал
|
Химические связи имеются и между цепями, образуя пространственную структуру
Резина, фенолформальдегидные смолы
|
Классификация по происхождению Слайд 5
По способу получения полимеры делятся на: природные, синтетические и искусственные.
Таблица 2 – Классификация полимеров по происхождению
Природные волокна
|
Синтетические волокна
|
Искусственные
|
Непосредственно существуют в природе
хлопок
шерсть
натуральный шелк
|
Получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации
капрон
найлон
лавсан
|
Получают модификацией натуральных полимеров
ацетатное волокно
целлулоид
вискоза
|
Классификация по химическому характеру Слайд 6
Таблица 3 – Классификация полимеров по химическому характеру
Полиэфирные полимеры
|
Полиамидные полимеры
|
Элементоорганические
|
Содержат группу -СОО-
Лавсан (полиэтилентерефталат)
|
Содержат группу
-СО-NH2—
Найлон, капрон
|
Содержат атомы других хим. элементов (Si и др.).
Кремнийорганические полимеры
|
Классификация по способу получения Слайд 7
Таблица 4 – Классификация полимеров по способу получения
Полимеризация
|
Поликонденсация
|
процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул мономера к активным центрам в растущей молекуле полимера.
Побочные продукты, как правило, не образуются.
Полиэтилен, полипропилен и др.
|
процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (обычно это вода).
При этом образуется низкомолекулярный побочный продукт.
Фенолформальдегидная смола, капрон
|
Слайд 8. Классификация полимеров
Полимеризация
Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.
Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2–CH2–)n
Степень полимеризации важна тем, что от нее зависят многие свойства высокомолекулярных соединений и особенно их физико-механически характеристики. Обычно рост этого показателя, т.е. удлинение полимерной цепи, ведет к увеличению температуры плавления пластиков и повышению их прочностных свойств. Как правило, и эксплуатационные показатели полимеров растут с увеличением степени полимеризации в разумных пределах.
Физические и химические характеристики олигомеров также повышаются при увеличении длины их молекул. Однако, при определенном критической величине этой длины продолжение ее роста начинает влиять на характеристики незначительно. Такая точка условно считается переходным значением от олигомерного материала к полимерному.
Характерные признаки полимеризации.
В основе полимеризации лежит реакция присоединения.
Полимеризация – цепная реакция, включает стадии инициирования, роста и обрыва цепи.
Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков.
Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.
Например, схема сополимеризации этилена с пропиленом:
Таблица 5 - Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и области их применения:
Полимер
|
Мономер
|
Характеристики полимера
|
Применение полимера
|
Полиэтилен
(–СН2–СН2–)n
|
Этилен
СН2=СН2
|
Синтетический, линейный,
термопластичный, химически стойкий
|
Упаковка, тара
|
Полипропилен
|
Пропилен
СН2=СН–СН3
|
Трубы, упаковка, нетканый материал
|
Поливинилхлорид
|
Винилхлорид
СН2=СН–Сl
|
Синтетический линейный полимер, термопластичный
|
Натяжные потолки, окна, пленка, трубы, полы, изолента
|
Полистирол
|
Стирол
|
Синтетический линейный полимер, термопластичный
|
Упаковка, посуда, потолочные панели
|
Полиметилметакрилат
Метиловый эфир метакриловой кислоты
|
Синтетический линейный полимер, термопластичный
|
Очки, корпуса фар, ламп, душевые кабины, мебель и т.д
|
Тефлон
(политетрафторэтилен)
|
Тетрафторэтилен
|
Синтетический линейный полимер.
Термопластичный (t = 260-3200C)
Обладает очень высокой химической стойкостью
|
Посуда, пластины утюгов, ленты и скотч, упаковка, изоляция
|
Искусственный каучук
Мономер: бутадиен-1,3 (дивинил)
|
Синтетический, линейный, эластомер, содержит двойные связи
|
Резина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
|
Натуральный каучук
Мономер: 2-метилбутадиен-1,3
|
Природный, линейный, эластомер, содержит двойные связи
|
Хлоропреновый каучук
Мономер: 2-хлорбутадиен-1,3
|
Синтетический, линейный, эластомер, содержит двойные связи
|
Резина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
|
Полиакрилонитрил
|
Акрилонитрил
|
Синтетический, линейный
|
Волокна, пластмассы
|
Поликонденсация
Характерные признаки поликонденсации.
В основе поликонденсации лежит реакция замещения.
Поликонденсация – процесс ступенчатый, т.к. образование макромолекул происходит в результате последовательного взаимодействия мономеров, димеров или n-меров как между собой, так и друг с другом.
Помимо высокомолекулярного соединения, в реакции поликонденсации образуется второе, низкомолекулярное вещество (обычно это вода).
Таблица 6 - Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией поликонденсации, и области их применения:
Полимер и мономер
|
Характеристики полимера
|
Применение полимера
|
Капрон
Мономер: 6-аминокапроновая кислота (лактам)
|
Синтетический, линейный, термопластичный, очень эластичный
|
Полиамидные волокна (нитки, ткани, парашюты, втулки и т.д.)
|
Найлон
Мономер: 1,6-диаминогексан и адипиновая кислота (1,6-гександиовая)
|
Синтетический, полиамидный, линейный, термопластичный
|
Изготовление втулок, вкладышей, ниток
|
Лавсан (полиэтилентерефталат)
Мономер: Этиленгликоль, терефталевая кислота
|
Синтетический линейный полимер, термопластичный, полиэфирный
|
Натяжные потолки, окна, пленка, трубы, изолента
|
Фенолформальдегидная смола
Мономеры: фенол и формальдегид
|
Синтетический, пространственный (сетчатый) полимер
|
ДСП, лаки, клей
|
Крахмал
Мономер: α-глюкоза
|
Природный, полиэфирный, разветвленный
|
Пищевая, текстильная, бумажная промышленность
|
Целлюлоза
Мономер: β-глюкоза
|
Природный, полиэфирный, линейный
|
Производство бумаги, искусственных волокон, пленок, пластмасс
|
ДНК
Мономер: Дезоксирибоза, ортофосфорная кислота, азотистые основания
|
Природный, полиэфирный, линейный
|
Функционирование живых организмов
|
РНК
Мономер: Рибоза, ортофосфорная кислота, азотистые основания
|
Применение полимеров на кухне Слайды 9-12
Сложно переоценить значение полимеров с точки зрения их практического применения. В современном мире практически не найдется ни одной сферы жизни человека и общества, науки и бизнеса где не применялся бы хотя бы один вид полимеров.
самым известным для массового потребителя является вопрос использования полимеров для нужд пищевой промышленности.
Следует отметить, что полимеры в пищевой промышленности должны соответствовать комплексу определенных санитарно-гигиенических требований, обусловленных контактом этих материалов с продуктами питания. Обязательное условие применения полимерных материалов в пищевой промышленности — разрешение органов санитарного надзора, которое выдается на основании комплекса испытаний, включающих оценку органолептических свойств, а также санитарно-химические и токсикологические исследования полимеров и отдельных ингредиентов, входящих в состав композиционных материалов и изделий.
В повседневной жизни полимеры окружают нас повсеместно. Рассмотрим примеры, когда мы можем встретить полимеры на кухне.
Таблица 7 – Применение полимеров на кухне
Область применение
|
Полимер
|
Примеры
|
Периметр кухни
|
Поливинилхлорид
|
Натяжной потолок, пластиковые окна
|
Полиметилметакрилат
|
Корпуса осветительных приборов
|
Кухонная мебель и бытовая техника
|
Полиакрилонитрил, поливинилхлорид, фенолформальдегидная смола
|
Фасады кухонных гарнитуров, корпуса бытовой техники
|
Упаковочный материал
|
Полиэтилен
Полипропилен
|
Пакеты, стрейч-пленка, рукава для запекания и тд.
|
Посуда, контейнеры
|
Одноразовая посуда, пластиковые стаканчики, трубочки для коктейля, контейнеры для хранения и заморозки продуктов и тд.
|
Кухонные приборы
|
Полистирол
|
Пластиковые лопаточки, венчики, шумовки, разделочные доски и тд.
|
Формы для запекания
|
Силикон, каучук
|
Силиконовые формы для запекания, прихватки, коврики и тд.
|
Сантехника
|
Поливинилхлорид
|
Акриловые раковины, трубы ПВХ, соединительные элементы труб и тд.
|
Бытовая химия
|
Полиэтиленгликоль
|
Моющие средства, средства для прочистки труб и тд.
|
Маркировка полимерных материалов и их использование Слайды 13-14
На пластик наносится маркировка в соответствии с его характеристиками для удобства распознавания и использования. Он может быть опасным, что тоже отображается на пиктограмме. Маркирование проходят не все товары, поэтому иногда бывает сложно понять, возможно ли, например, использовать повторно тару для пищевых продуктов, ведь некоторые виды пластмасс выделяют тяжелые металлы, фталаты или другие ядовитые вещества при использовании больше одного раза.
Рисунок 1 – Примеры маркировки полимерных материалов
Также в зависимости от символа маркировки пластик либо перерабатывается повторно, либо нет. Одни виды пластмасс принимают в любом пункте переработки, другие – не везде, а третьи не принимают в принципе.
Маркировочные символы могут располагаться либо на этикетках, либо на самом предмете. На бутылках и емкостях для жидких веществ маркировка часто выбивается на донышке. Также такие символы встречаются на днищах пластиковых тарелок и пищевых тар.
В России маркировка пластика законодательно не регламентируется, поэтому обозначающие знаки есть далеко не на всех изделиях из пластмассы, а контроль за соответствием маркеров не осуществляется.
Используемые знаки маркировки
Классификация пластмасс производится с помощью нанесения на изделия значка в виде треугольника из трех стрелок. В треугольнике располагается число от 1 до 19 – буквенное обозначение типа пластмассы.
Также существуют специальные символы, указывающие, возможна ли заморозка материала и хранение его в холодильнике, разогрев в микроволновке, использование для пищевых целей и мойка с использованием посудомоечной машины.
Пластики
Литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп (классов). Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров (polyester). К сложным полиэфирам относятся полиэтилентерефталат (ПЭТ, ПЭТФ) и поликарбонат (ПК).
Полиолефины
Наиболее известные их представители: полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полипропилен (ПП), сополимеры этилена с другими мономерами (ПП, винилацетатом), полибутен, поли-4-метилпентен и т.п.
Виниловые полимеры
Наиболее известные представители: поливинилхлорид (ПВХ, PVC), поливинилиденхлорид, сополимеры винилхлорида с винилиденхлоридом, винилхлорида с винилацетатом, поливиниловый спирт. Полистирол и его сополимеры
Полистирольные пластики представляют собой многочисленную группу термопластичных материалов, химический состав полимерной части которых содержит мономер стирол или продукты его сополимеризации. Широко используются полистирол общего назначения (ПС), вспенивающийся полистирол, ударопрочный полистирол (УПС) и АБС-сополимеры.
Полиэтилентерефталат
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) — сложный полиэфир, выпускается в России под названием «лавсан», за рубежом — «майлар», «терилен».
Поликарбонат
Поликарбонат (ПК) — линейный полиэфир угольной кислоты. Он очень необычен из-за сочетания высокой термостойкости, высокой ударной вязкости и прозрачности.
Полиамиды (ПА)
Полиамиды (ПА) — это группа пластмасс с известными названиями: «капрон», «найлон», «анид» и др. ПА обладают высокой прочностью при ударе и продавливании, легко свариваются высокочастотным методом. ПА обладает очень высокой паропроницаемостью и низкой проницаемостью по отношению к газам, поэтому их применяют в вакуумной упаковке. На ПА легко наносится печать.
Разберем, что означают цифры внутри треугольника, какой вид пластика в них зашифрован и как правильно использовать предметы из этого материала.
1. PET – полиэтилентерефталат
ПЭТ распространен чаще, чем все другие виды пластика. Изделия из PETE наиболее ценны для переработки и принимаются в любом пункте раздельного сбора сырья.
К достоинствам продукции, изготовленной из PET, можно отнести легкость и дешевизну, а недостатком является то, что изделия пропускают ультрафиолет, который может попросту испортить содержимое при длительном нахождении на солнце.
Из полиэтилентерефталата изготавливаются:
Бутылки для соков, воды и газированных напитков
Упаковки для молочной продукции
Бутыли с растительными маслами
Упаковки из-под соусов и кетчупов
Емкости с косметическим содержимым: шампунями, гелями для душа, средствами для умывания и т.д.
Упаковки для стиральных порошков
Контейнеры для специй и сыпучих продуктов питания
Бутылки от пищевых масел не принимаются для повторной переработки, так как масла вступают в реакцию с пластиковой упаковкой и въедаются в нее.
Важно:
Пластик под маркировкой 1, что символично, можно использовать только один раз. При повторном использовании он выделяет токсичное вещество фталат. Фталат разрушительно влияет на внутренние органы: почки, печень, ЦНС и гормональную систему. Поэтому нельзя повторно использовать бутылки для воды. Купите для этих целей специальную бутыль из стекла или многоразового пластика.
2. PEHD (HDPE) – полиэтилен высокой плотности
ПЭВП также называют полиэтиленом низкого давления (ПНД). Его можно использовать многократно, до года. Как и некоторые другие виды пластмасс, пригоден для вторичной переработки. Непрозрачен.
К плюсам HDPE можно отнести стойкость к перепадам температур, жирам, щелочам и кислотам. Минус – выделяет формальдегид, пагубно влияющий на дыхательную и нервную системы человека.
Из пластика 02 типа изготавливают:
Крышки для пластиковых бутылок
Упаковки для молочной продукции
Упаковку для порошков и чистящих средств
3. PVC – поливинилхлорид 
Код переработки ПВХ – тройка. Его называют пластиком-отравителем и из него противопоказано изготавливать пищевые продукты, но они все равно изготавливаются. В других областях поливинилхлорид может быть использован многократно, он дешевый и обладает высокими прочностными характеристиками.
Поливинилхлорид выделяет бисфенол А (токсин, накапливающийся в организме и вызывающий рак), фталаты, и кадмий.
Важно: ПВХ не принимается на переработку в России. Для утилизации этого материала нужны специально оборудованные заводы с мощной очистительной системой, так как в процессе выделяется большое количество токсинов. Поэтому лучше вообще не приобретать изделия третьего класса.
Из PVC изготавливают:
Дренажные и водонапорные трубы
Клеенку, занавески для душа
Пищевую и промышленную пленку
4. PELD (LDPE) – полиэтилен низкой плотности
LDPE также называют полиэтиленом высокого давления (ПВД, ПЭВД). Это мягкий и эластичный материал. В России его перерабатывают, но в основном в Москве, Петербурге и некоторых других крупных городах.
Из ПВД производят:
Пакеты, в том числе мусорные
5. PP – полипропилен
Тип пластика под номером 05 – полипропилен. Материал безопасный, если его не нагревать, иначе может выделять формальдегид. Также может выделять фенол, контактируя со спиртом. На повторную переработку PP5 принимают, но не везде.
ПП обладает множеством плюсов: он прочный, нервущийся, стойкий к перепаду температур (от -40 до +130 по Цельсию), не реагирует с кислотами. Часто используется в промышленных областях.
Продукция из полипропилена:
Стаканы для йогуртов и сметаны, этикетки
Пакеты и упаковки для пищевой продукции
Блистеры и банки для таблеток
6. PS – полистирол
Полистирол используется в пищевой промышленности и является одноразовым. Его нельзя нагревать в микроволновой печи и использовать как емкость под алкоголь, иначе выделяется стирол – ядовитый химикат, разрушающий нервную, репродуктивную и выделительную системы.
ПС не принимается для повторной переработки. Основные характеристики пластика типа 06 – это бесцветность, хрупкость и легкость окраски.
Изделия из полистирола:
Прозрачная упаковка для рыбы, мяса, контейнеры для продуктов
Сэндвич-панели и строительные плиты для теплоизоляции
Одноразовая посуда, вилки и ложки
7. O (OTHER) – прочие виды
Пластмасса вида Other включает в себя полиамид, поликарбонат и другие виды пластика. Тип О не принимается для вторичной переработки. Его не стоит использовать чаще одного раза из-за выделения бисфенола А.
Продукция, изготавливаемая из пластика с маркировкой 07:
Бутылочки для детского питания, воды
Упаковки из-под кофе, корма для животных
9. ABS – АБС-пластик
Этот вид пластика характеризуется высокой эластичностью и ударной прочностью. Из-за этого АБС-пластик часто используется в промышленных и строительных сферах. Другие плюсы: безвредность и нетоксичность, долговечность, стойкость к кислотам, щелочам и маслам. Под длительным воздействием УФ-лучей может терять некоторые свои свойства.
ABS по своим характеристикам схож с PTB-пластиком (ПТБ), который тоже является высокопрочным, эластичным конструкционным полимером. АБС пригоден для вторичной переработки.
Эти материалы относятся к категории термопластичных полиэфиров, устойчивы к перепадам температур и обладают массой плюсов, из-за которых их применяют в различных областях производства.
Из него изготавливают:
Электронные приборы и их детали
10. d2w – оксоразлагаемый пластик Слайд 15
d2w – добавка, применяемая при производстве пластиковых пакетов, медицинских изделий, полимерных и пузырчатых пленок, одноразовых контейнеров и посуды. По заверениям производителей, изделия, содержащие в составе эту присадку, самостоятельно разлагаются под воздействием окружающей среды в течение нескольких лет, в отличие от других типов пластмасс, распад которых в природе занимает около четырех столетий.
Считается, что при добавлении в состав пакетов d2w получается безопасный пластик, однако это далеко не так. В 2019 году вышло исследование, подтверждающее, что заявления производителей относительно времени разложения биоразлагаемого пластика не выполняются. За три года пакет с добавкой d2w не только не разрушился, но и сохранил свои прочностные свойства, как и обычные полиэтиленовые мешки.
Важно: d2w-изделия требуют специальных условий захоронения на полигонах и не поддаются повторной переработке. В России таких полигонов нет, так что правильно утилизировать такой пластик в нашей стране невозможно. Лучше вообще не покупать предметы, помеченные зеленым значком капли с надписью «d2w» внутри. Пользуйтесь бумажными пакетами и тканевыми сумками для покупок, чтобы сократить количество использованного пластика.
Специальные знаки маркировки
Значок «Тарелка и ложка перечёркнуты» 
Маркировка говорит о том, что пластик недопустимо нагревать, для горячей пищи он не предназначен.
Значок «Бокал-вилка» 
Такой значок — прерогатива одноразовой посуды. Он говорит о том, что пластик прошёл сертификацию, и его можно использовать в пищевых целях. Обычно значок размещают на днище посуды.
Значок «Снежинка» 
Этот пластик легко переносит низкие температуры, его можно размещать в холодильных камерах.
Значок «Микроволновая печь» 
Подобная маркировка говорит о том, что пластик можно нагревать. Посуда с таким значком предназначена для микроволновых печей.
Значок «Посудомоечная машина» 
Пиктограмма для ёмкостей, которые можно загружать в посудомоечную машину.
Биоразлагаемый пластик Слайд 16
Биоразложение — это процесс распада органических материалов на экологически безопасные вещества за счёт бактерий или других биологических процессов. Органический материал может распадаться аэробно (с кислородом) или анаэробно (без кислорода).
Биоразлагаемые пластики – это не какой-то определённый вид пластика, а большое семейство различных полимеров. Эти полимеры производятся из растительного сырья и разлагаются до диоксида углерода и воды. Сырьём для этого пластика выступают кукуруза, пшеница, сахарный тростник и другие растения. К биоразлагаемым пластикам также относятся полимеры, химически синтезированные из мономеров, полученных из растительного сырья, например, полилактид (РLA). Ряд пластиков разлагаются в природных условиях (например, пластики на основе крахмала). Другим пластикам, например, полилактиду требуются повышенная температура и влажность. Необходимые условия достигаются при промышленном компостировании, в естественных условиях такой пластик также может разлагаться в компостной куче.
Обратная сторона Слайд 17-19
Борьба с загрязнением пластиком ведется на нескольких фронтах. Одна из проблем этого материала в том, что он способен сохраняться в окружающей среде в течение длительного времени, а в некоторых случаях даже столетий. Изменяя процесс производства пластика, ученые надеются предложить его функциональные формы, которые быстро, безопасно и естественным образом разлагаются за короткое время. И недавние открытия предполагают, что в будущем это возможно.
Сегодня чаще всего пластмассы изготавливаются из химического вещества, полученного из нефти. Оно обрабатывается для образования прочных углеродных связей между отдельными мономерами, которые объединяются в длинные цепи, образуя полимер полипропилен. Таких процессов не происходит в природе, поэтому в естественной среде обитания таким связям очень трудно распасться.
Значительная часть исследований пластмасс сосредоточена на новых методах переработки, которые могут более эффективно разорвать эти цепи и позволить повторно использовать материал. При этом некоторые ученые стремятся создать пластик, который полностью перерабатывается, например, из натуральных материалов и со специальными ферментами, которые расщепляют материал после использования.
Биопластик из древесного порошка: разлагается за 3 месяца
Команда из Йельского университета совместила древесный порошок и биоразлагаемый растворитель. В итоге, ученые превратили отходы с лесопильных заводов в суспензию органических полимеров и целлюлозы с водородными связями и переплетением на наноразмерном уровне. Затем, в ходе исследования, ученые отлили суспензию в виде биопласта.
После, ученые провели эксперимент. Они закапали листы биопластика в почву, где молекулярные связи начали распадаться за две недели, и полностью образцы разложились за три месяца. Биопластик также продемонстрировал высокую механическую прочность, стабильность при удерживании жидкостей и устойчивость к УФ-излучению.
В дополнение к быстрому разложению, биопластик также можно вернуть в его первоначальную суспензионную форму. Это позволяет извлекать и повторно использовать растворитель.
Биопластик из отходов: биоразлагается за 12 месяцев
Ученые из Института производственных систем и технологий дизайна им. Фраунгофера в Германии использовали промышленные отходы в виде жиры, которые содержат большое количество остаточных минералов.
В камере ферментации генетически модифицированные бактерии метаболизировали эти минералы, превращая их в биополимер полигидроксибутират. Микробы хранили его в своих клетках в жидкой форме в качестве источника энергии.
После того, как PHB был впоследствии растворился, ученые смешали его с запатентованными химическими добавками. С их помощью PHB быстро затвердевали. В результате получился полиэфир, полученный биологическим путем. Авторы разработки показали, что материал проявляет свойства, аналогичные свойствам полипропилена.
Также эксперименты показали, что, если сложный полиэфир на основе PHB поместить на обычную свалку, естественные микроорганизмы полностью разрушат его в течение 6-12 месяцев.
Встроенные ферменты разлагают материал за несколько дней
Ученые из Лаборатории Беркли разработали способ встраивать небольшие количества коммерческих ферментов непосредственно в сам пластик, чтобы материал разрушался сам по себе, где бы они ни оказался.
При этом, чтобы пластик оставался в стабильной форме, исследователи добавили в материал четырехмономерный статистический гетерополимер (RHP). Его задача — рассеивать ферменты на расстоянии нескольких нанометров друг от друга.
В результате получается пластик, который остается стабильным при регулярном использовании, но начинает разрушаться только при контакте с компостной почвой или горячей водой. В ходе испытаний команда обнаружила, что замачивание пластика в воде при комнатной температуре в течение трех месяцев не привело к его разрушению — этот процесс запускается только при небольшом повышении температуры.
Команда уже подала заявку на патент на новый разлагаемый пластик и основала стартап, чтобы помочь коммерциализировать его.
Биопластик на растительной основе: разрушается за 4 года
Компания NEC также работает над формами экологически чистого пластика и создала рецепт воздания материала, который долговечен, как и традиционный пластик, но гораздо более безопасен для окружающей среды. Новый материал NeCycle на 50% состоит из целлюлозы, полученной из несъедобных растений — древесины и соломы. Авторы разработки отмечают, что его можно использоваться для литья под давлением, как и обычные пластмассы.
Это дает ему те же характеристики, что и у обычных пластиков. При этом, при его создании не используются ископаемые ресурсы, а также он не загрязняет естественную среду, разлагаясь примерно за четыре года. В компании NEC заявили, что уже готова к массовому производству NeCycle.
Пластик распадается за неделю на солнечном свете
Исследователи из Китая создали новый вид пластика, который разлагается всего за неделю под воздействием солнечного света и кислорода.
Новый материал появился случайно, когда автор исследования Лян Ло из Китайского университета науки и технологий Хуачжун работал над усовершенствованным типом химического датчика. Ученый-материаловед разрабатывал новую полимерную пленку, которая меняла цвет в зависимости от уровня pH. Этот процесс был обусловлен уникальной молекулярной структурой материала: цепочки мономеров придают пленке темно-красный цвет и уносят его, когда эти связи разрываются.
В ходе экспериментов своей команды Луо обнаружил, что темно-красный цвет пленки быстро исчез, а сам материал разложился после нескольких дней нахождения на солнечном свете. Разрыв этих связей как раз является общей целью исследований по переработке пластмасс.
Пластик не подходит для использования в бутылках из-под газировки или сумках для покупок, поскольку под воздействием солнечного света и воздуха он быстро разлагается и полностью разлагается в течение недели. При этом не оставляя после себя разрушающих окружающую среду фрагментов микропластика. Где новый пластик пригодится, так это в гибкой электронике или смартфонах — там он будет изолирован от воздуха и света в течение всего срока службы.
Выводы Слайд 20 Мы каждый день сталкиваемся с искусственными полимерами в нашей повседневной жизни. Благодаря своим ценным свойствам полимеры применяются в современном мире в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, в быту полимеры - текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы. Полимеры широко применяются во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения. Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки.
|
|
|
Скачать 318.65 Kb.