Сырье для производства биодеградируемой упаковки

Сырьем для получения этих веществ является картофель, свекла, тапиока, зерновые и бобо­вые культуры, целлюлоза (древесина, хлопчатник, лигнин) и др.

В настоящее время значительное место в производстве упаковочных материалов отводится сополимеру этилена и винилацетата. В него в качестве биодеградируемого компонента вво­дится крахмал – воспроизводимый природный полимер. Он хоршо разлагается под дейст­вием воды и микроорганизмов, не загрязняя при этом почвы. Для разрушения этого мате­риала были даже предложены эффективные микроорганизмы-биодеструкторы.

Также разработана композиция полистирола с крахмалом или целлюлозой, которая исполь­зуется для выпуска пищевой упаковки и сельскохозяйственной пленки. Такой материал био­разрушается почти наполовину за 50 и практически полностью – через 80 дней.

К разрушаемым биопластикам относится сополимер оксибутирата и оксивалерата. Это по­лиоксиалканоаты, которые по своим физико-химическим свойствам сходны с полиэтиленом и полипропиленом, но способные к биодеградации. Так, для термопластичного биополимера – полиоксибутирата созданы специальные водородокисляющие микроорганизмы – водород­ные бактерии. Это полимеры нового поколения, имеющие высокий рыночный потенциал, так как в недалеком будущем они смогут заменить традиционные не разрушаемые природой полиолефины благодаря тому, что они способны включаться в глобальные биосферные циклы. Это экологически чистые полимерные материалы, разлагаемые в естественных усло­виях до конечных продуктов, т.е. до воды и диоксида углерода.

Зависимость этой отрасли от запаса мировых нефтяных ресурсов общеизвестна. И если пи­щевая промышленность все более ориентируется на использование химических компонен­тов, заменяющих натуральные, то, как ни странно, в производстве полиэтиленов и полипро­пиленов наблюдается как раз противоположная тенденция. Экологи всего мира выступают за замену сырьевой базы этих материалов на натуральные, в частности, растительные ком­поненты. Должны ли упаковочные пластики продолжать полагаться на нефть и газ в каче­стве своего исконного и надежного сырья или же концентрировать усилия на поиске новых сырьевых материалов на растительной основе?
Ответ на этот вопрос сводится, в конечном счете, к единственной точке отсчета - мировым запасам нефти. Если полагать, что емкость мировой нефтяносной скважины безгранична и поток производных - этилена, пропилена, бензола и других мономеров - нескончаем, то во­прос можно закрыть. Если же, как считают большинство ученых, уже к 2050 году человече­ство исчерпает половину глобальных запасов нефти, то это приведет к беспрецедентному скачку цен, какой обычно сопровождает убывание любого стратегического природного ре­сурса.
Пластиковая упаковка из «растительного» сырья - зерновых, древесины и т. д. - разлагается на полностью безопасные составляющие: воду, биомассу, диоксид углерода и другие естест­венные природные соединения. Абсолютная экологичность - вот что отличает биоразлагае­мую упаковку от прочих. К тому же запасы растительного сырья могут возобновляться вечно. Исходная точка проблемы - 1956 год, когда американский геофизик М. Кинг Хуберт начал пугать общественность скандальными прогнозами о грядущем истощении мировых запасов нефти и газа. Еще до возникновения нефтяной проблемы предприниматели начали поиск альтернативного сырья для полимеров. Корни этих поисков уходят уходят в 30-е годы, когда промышленный автогигант Генри Форд исследовал возможность использования пластиков на основе соевых культур для различных комплектующих своих автомобилей.
Только в последнее десятилетие исследовательские проекты в институтских лабораториях по всему миру предлагали применять самые различные растения: от привычных нашему сознанию картофеля, бобовых, пшеницы, свеклы до более экзотических тапиоки, древесины тополя, осины. Первые эксперименты с биоразлагаемыми полимерами были неудачными, в результате чего ряд проектов по их производству был закрыт."Первые биоразлагаемые пла­стики были, по сути, ошибкой. Но в последние два года перспективы роста потребления биоразлагаемых полимеров улучшаются. Сформировалась рыночная ниша, появились рен­табельные предприятия, да и свойства новых биополимеров стали приближаться к характе­ристикам традиционных пластиков - полистиролу, полипропилену и т. д. Основным препят­ствием для развития биопластиков в США является отсутствие в стране инфраструктуры переработки отходов и изготовления компостов. Американские специалисты утверждают, что «людям нужны удобрения, а не свалки».
В Европе иной подход к этим вопросам. Во-первых, там существует более разветвленная инфраструктура компостирования, а население с пониманием относится к важности утили­зации отходов и готово переплатить за упаковку, если она, по сравнению с другими, более экологична. Во-вторых, европейское законодательство благоволит к использованию биораз­лагаемых упаковочных материалов, пытаясь скоординировать директивы по переработке отходов, их захоронению и созданию системы компостов. Когда биоупаковки не подверга­ются компостированию, а собираются и захороняются как обычный мусор или вместе с ним, то их экологическая ценность сводится на нет. Если будут действовать специальные про­граммы по сбору биоразлагаемых упаковок, их раздельному складированию и приготовле­нию компостных ям, то экономическая ценность нового вида упаковки станет очевидной.
Изданные в этом году Европейским Союзом директивы как раз запрещают совместное захо­ронение различных видов отходов, предполагая раздельное захоронение. Для биоразлагае­мых упаковок выделяются специальные площади под компосты. В докладе, опубликован­ном консалтинговой фирмой SRI, наиболее перспективными с ценовой точки зрения на­званы два материала: полимолочная кислота и алифатический (ароматический) сополиэфир. Ожидается, что в ближайшие годы использование только биоразлагаемого полиэфира воз­растет на 70%. На данный момент, пожалуй, все крупные в области производства полимер-ной продукции фирмы выдвинули свои версии биоразлагаемых материалов. Немецкая ком­пания Bayer представила новый биоразлагаемый полиэфирамид. Полимер имеет полукри­сталлическую структуру и производится литьем под давлением или экструдируется на тра­диционном оборудовании. Сырьем для его производства является гексамителен диамин, бу­тандиол и адипиновая кислота. Получаемая пленка обладает степенью прозрачности, ран­жируемой от полупрозрачной до прозрачной. Процесс биоразложения упаковки происходит в течение 60-ти дней при контакте с бактериями и грибками. Предполагаемая рыночная ниша - мешки для мусора, упаковка пищевых продуктов, одноразовая посуда.
Американская компания Easten Chemiical в прошлом году начала производство сложного полиэфира Eastar Bio COPE. Конечный рынок применения - пищевая упаковка, мешки и па­кеты для садоводческого и сельскохозяйственного использования. Материал имеет полукри­сталлическую основу, хорошие свойства прозрачности, а его барьерные характеристики по кислороду выше, чем у полиэтиленовой пленки. При компостировании упаковка разлагается на диоксид углерода, биомассу и воду так же быстро, как обыкновенная газета.
Биоразлагаемые материалы немецкой компании BASF марки COPE и Ecoflex обладают тех­нологическими свойствами, аналогичными полиэтилену низкой плотности (LDPE). Пленки Ecoflex имеют высокие характеристики сопротивления проколу и водонепроницаемости. При этом, в отличие от полиэтиленовой, они воздухопроницаемы. Швейцарская фирма DuPont объявила о коммерческом производстве Biomax - гидро-биоразлагаемого полиэфира. Обладая свойствами обычного полиэтилентерефталата, он лишь немого дороже в производ­стве по сравнению со своим «нефтяным» аналогом. Точка плавления Biomax - 200°С, отно­сительное удлинение варьируется от 50 до 500%, прочностные характеристики могут регу­лироваться. Английская компания Symphony Environment Ltd. выпустила на рынок биопо­лимер на полиэтиленовой основе, в котором степень разложения контролируется специаль­ными добавками. В зависимости от количества и качества предварительно вносимых доба­вок полное разложение упаковки может варьироваться в диапазоне от 60 дней до 5 лет.
Ведутся работы над специальными сортами поливинилового спирта, который способен к биоразложению в горячей и холодной воде. Материал будет использован для производства упаковочной пленки методом экструзии с раздувом. Предполагаемая EPG технология вклю­чает два компонента: запатентованную технологию экструзии и собственные разработки биодеградантов на основе поливинилового спирта (PVON). Физические свойства изготавли­ваемой пленки будут эквиваленты, а в некоторых случаях и лучше, чем пленки из поливи­нилхлорида и полиэтилена, а по стоимости смогут конкурировать с другими биоматериа­лами. Трансгенная технология позволяет изготавливать материал со сложно структурой PHA напрямую, через процессы фотосинтеза, или косвенно, - ферментацией сахаров. Поли­мер представляет собою высококристаллический термопластик, разделяющий многие свой­ства с полипропиленом, включая идентичные точку плавления, предел прочности на разрыв, температуру склеивания и саму кристалличность. Предполагаемые рынки применения - упа­ковка для фаст-фуд, одноразовая упаковка медицинских препаратов.
Однако, из всех представленных проектов, как полагают аналитики, наиболее успешным оказался проект полимера, изготавливаемого из возобновляемых сельскохозяйственных ре­сурсов: зерновых и сахарной свеклы, то есть на основе растительных сахаров. Получаемый полимер обладает хорошей прозрачностью, прочностью, глянцем, является отличным вла­гопротектором, так же, как и ПЭТ, не пропускает запахи. Предполагаемая сфера применения - двуосноориентированные упаковочные пленки, жесткие контейнеры и даже покрытия. Упаковка из PLA-полимера способна полностью разлагаться в течение 45 дней при условии создания соответствующей структуры компостирования.
Технология усовершенствованного контроля структуры полимеров дает возможность ис­пользовать в качестве сырья самые разнообразные сельскохозяйственные сахаросодержащие культуры в различных регионах мира. Например, завод, введенный в эксплуатацию в Европе будет использовать пшеницу, а не кукурузу или бобовые, поскольку именно эта культура изобилует на европейском континенте. В других регионах в качестве возможного сырья бу­дет выбрана свекла, тапиока или другие натуральные сахара.
Биополимеры получили ощутимый коммерческий успех. Более десятка европейских и се­веро-американских фирм уже объявили о возможности использования новых полимерных материалов. Как бы положительно люди ни относились к проблемам охраны окружающей среды, их вряд ли устроит экологичная, но супердорогая упаковка». Однако в самой индуст­рии пластмасс, да и за ее пределами, все чаще обсуждается вопрос: «Оправдано ли морально использование сельскохозяйственного сырья для производства пластиков, если в мире суще­ствует голод?»
В ответ компания приводит парадоксальные цифры. Оказывается, в пищу идет лишь 1% зерновых, производимых в мире. Около половины всего урожая используется в качестве корма для животных. Еще 10% идет на изготовление сахара и сахарозаменителей. «Произ­водить биоразлагаемые материалы не означает в прямом смысле слова брать хлеб с чужого стола». Европа, США выращивают огромные количества пшеницы, не предназначенные для пищи. Для биоразлагаемых материалов можно использовать даже стебли кукурузных расте­ний в качестве сырья. Голод — это политический вопрос, нежели технологический. Его ре­шение выходит за рамки усилий по созданию биополимеров». Сфера применения возобнов­ляемых ресурсов гораздо шире, чем индустрия пластмасс. Вне зависимости от того, будут ли в ближайшее время истощены мировые запасы нефти, биодеграданты привлекут к себе еще больше внимания. Уже сейчас цены на нефть и природный газ и их поставки крайне неста­бильны. Один этот фактор побуждает производителей искать альтернативное сырье для производства полимеров. Сырье же растительное, природное, легко подвергающееся разло­жению, - лучший выход. А технические характеристики биодеградантов на данный момент не уступают их «нефтяным» аналогам.

Биоразлагаемые пакеты производятся с использованием не загрязняющей окружающую среду технологии, при которой в процессе производства LDРЕ или LDРР пленок в них до­бавляется запатентованная oксо-биоразлагаемая добавка (Tosaf Compounds LTD). Это делает пластик легкоразлагаемым при захоронении мусора на свалках или при попадании в почву, кроме того, его можно подвергать вторичной переработке без разложения

Канадская компания Cascades создала новую полистирольную упаковку Bioxo. Этот упако­вочный материал полностью разлагается под воздействием кислорода в течение 3 лет.Bioxo создана на основе TDPA добавок (Totally Degradable Plastic Additives), которая была разра­ботана компанией EPI. При взаимодействии упаковки с кислородом, ультрафиолетовым из­лучением и под механическим воздействием материал расщепляется до порошкового состо-яния. TDPA добавки делают пластик легкоразлагаемым при захоронении мусора на свалках или при попадании в почву, кроме того, его можно подвергать вторичной переработке без разложения. Реакция делает пластик хрупким и доступным для обычных агентов разложе­ния, таких, как влажность и микробы. Окисление пластика начинается примерно через 5-6 недель.

Пока биоразлагаемые упаковочные материалы дороже традиционных. Но несмотря на это многие крупные розничные сети переходят на более современную упаковку. Возрастание объемов производства таких упаковочных средств ведет к снижению ее стоимости. Ускоре­нию внедрения этих материалов способствуют соответствующее общественное мнение и законодательные способы воздействия и регулирования на управление упаковочными отхо­дами. При этом необходимыми были бы и экономические стимулы для производителей био­деградируемой упаковки, а также большая информированность населения о ее положитель­ных свойствах. Пока тенденции таковы, что рынок упаковочных материалов будет продол­жать динамично расширяться, чему активно способствует и быстро развивающийся элек­тронный бизнес. Между тем упаковка продолжает развиваться и дальше. Скоро она будет выступать в роли детектора свежести продуктов питания. Для этого на нее будут наносить пластиковый диск (конечно, из биоразрушаемого полимера), который меняет свой цвет, ко­гда продукт начинает портиться, например от бесцветного до розового или голубого в зави­симости от вида пищевого продукта. Первые диски уже появились для морепродуктов – рыбы и креветок. Другой разработкой является продуктовый «светофор», который нано­сится на вакуумную упаковку, в частности, колбасных изделий и имеет два индикатора, ко­торые и говорят о пригодности или испорченности продукта питания.

Заслуживает внимания и упаковка из молока – новый вид так называемой «съедобной» пи­щевой упаковки. На основе молочного белка - казеина получают водонепроницаемую пленку. Такие тонкие пленки можно наносить непосредственно на пищевой продукт – они хорошо выполняют свои барьерные функции, т.е. защищают продукт от механических, ат­мосферных и других неблагоприятных условий. Так, в частности, они хорошо поддержи­вают влажность и поэтому их применяют для сыров, а ламинированный пленочный казеин – для йогуртов. Казеин можно модифицировать, т.е. вводить в его состав витамины, аромати­заторы, антиоксиданты для улучшения питательных свойств и увеличения срока его хране­ния. Такие упаковки получили название «активные» упаковки, так как они принимают непо­средственное участие в производстве пищевого продукта. Это новое и рациональное на­правление в пищевой промышленности. В организме человека они при изготовлении их на основе полисахаридов или целлюлозы могут играть роль натуральных энтеросорбентов, вы­водя из организма тяжелые и токсичные металлы, радионуклиды и другие контаминанты.

С другой стороны, уделяется внимание и микроорганизмам, для которых разрабатывают специальные биопрепараты, служащие для них иммуномодуляторами. Такие вещества по­вышают продуктивность микроорганизмов и активизируют ферментные процессы, проте­кающие в ходе их жизнедеятельности. Природные штаммы-деструкторы все чаще стано­вятся объектами исследования в биотехнологии. Согласно оценкам экспертов, такие техно­логии примерно в 50 раз дешевле по сравнению с традиционными химическими способами. Поэтому продолжается работа по методам стимуляции деградативной активности микроор­ганизмов.

Сейчас во всем мире снова возрос интерес к упаковке, изготовленной из бумаги и картона. Хотя она и дороже полимерной упаковки, но потребители (особенно в развитых странах) готовы платить больше, приобретая при этом пищевой продукт, упакованный в экологиче­ски чистый материал природного происхождения. Большое внимание уделяется и перга­менту, традиционно производимому из целлюлозы. Использованная пергаментная упаковка из-под кондитерских изделий или масло/жиросодержащих продуктов не загрязняет окру­жающую среду, хорошо биоразлагается и может использоваться как вторичное сырье, на­пример для удобрений или производства компоста. Его можно использовать и как макула­турную добавку при изготовлении бумаги. Следующий путь – использование материалов на основе водорослей. Это быстрорастущее сырье, так как некоторые их виды могут за 12 ч. вырасти на целый метр. Кроме того, следует отметить, что это возобновляемый источник растительноого сырья. На их основе создан такой материал, как поропласт, который после его использования легко компостируется или подвергается вторичной переработке, напри­мер с макулатурой.

Как было установлено исследованиями, синезеленые водоросли, или цианобактерии спо­собны синтезировать целлюлозу. Ее можно использовать как биодеградируемую добавку или для изготовления бумаги, сохраняя тем самым наши леса от излишней вырубки. Это один из экологических способов получения целлюлозы, которая разрушается бактериями. Если учесть, что цианобактерии живут на нашей земле повсюду и вот уже в течение 2,8 млрд лет, то они представляют несомненный интерес для тароупаковочной промышленно­сти, являясь воспроизводимым и экологическим природным ресурсом.

Представляет интерес и так называемая биогенная упаковка. Ее можно изготовить, напри­мер из древесной массы, которая образуется в виде отходов при прочистке лесов. Она пол­ностью утилизируется под воздействием природных факторов.

Материалом для создания биогенной упаковки могут служить и отходы пищеперерабаты­вающей промышленности. Так, при изготовлении яблочного сока побочным продуктом яв­ляются яблочные выжимки, представляющие собой полисахариды, которые могут служить составной частью биодеградируемой упаковки.

К перспективной относится и упаковка из кукурузы. Основную часть ее зерна составляет целлюлоза, образующаяся за счет фотосинтеза. Из кукурузы изготавливают разнообразную упаковку, например бутылки. Выпускают и пленку, которую используют не только как пи­щевую упаковку, но и применяют в других областях. Пленку можно производить и непо­средственно из кукурузного крахмала, которым так богаты зерна этой культуры. Подобные упаковочные материалы быстро и полностью разлагаются в природных условиях и даже при сжигании не выделяют вредных веществ.

В СНГ и в частности в Украине, к сожалению, в настоящий момент отсутствует сколько-ни­будь внятная политика в области утилизации полимерных отходов. Не существует инфра­структуры раздельного сбора мусора и промышленного изготовления компостов. В таких условиях говорить о массовом спросе на биоупаковку пока не приходится, однако кое-какие подвижки в этой сфере все-таки имеются. В Красноярске ученые из Института биофизики Сибирского отделения РАН создали уникальный материал под названием биопластотан. Он способен полностью распадаться в окружающей среде и биосовместим с тканями человече­ского организма. Главной сферой применения своего материала ученые считают медицину. Нити из биопластотана помогут восстановить сосуды, а потом рассосутся, не создавая тромба. По прочности новый материал может соперничать с металлическими протезами и заменять собой костную ткань. Изготовленные из него гибкие пленки можно использовать в фармакологии, пищевой промышленности и сельском хозяй-стве. Компания «Пагода» (г. Москва) выпустила опытную партию одноразовых пищевых контейнеров из полилактида «Пагода Био». Представители компании считают, что их про-дукция заинтересует в первую очередь продуктовые бутики и торговые сети премиум-клас-са. С одной стороны, предпри­ятия данных форматов придают большое значение формирова-нию имиджа ответственной компании. С другой - возросшая цена упаковки («Пагода Био» будет стоить на 60% дороже изделий из традиционных полимеров) составит ничтожно ма-лую долю по отношению к цене реализуемых здесь товаров. Другую часть потенциальных заказчиков могут составить производители экологически чистых продуктов, которые соглас-но избранной природо­охранной стратегии захотят поместить свой товар в соответствующую упаковку. Один из мировых лидеров по выпуску одноразовой продукции финская компания Хухтамаки (Huhtamaki) реализует в России через торговую сеть Metro сверхпрочные одно-разовые та­релки Chinet. Производятся они из формованного бумажного волокна и после ис-пользова­ния утилизируются путем естественного биологического разложения в почве, не нанося вреда окружающей среде. Имеются сведения, что в связи с принятием решения о проведе­нии зимней Олимпиады в Сочи компания планирует построить в России завод по выпуску различных видов упаковки и одноразовой посуды BioWare, сырьем для которой служат ма­кулатура и продукт конденсации молочной кислоты - полилактид.

РАЗЛАГАЮЩИЕСЯ ПЛАСТМАССОВЫЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ ИЗ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ БИОКУЛЬТУРЫ.

Исследователи из Университета Уорвика, в сотрудничестве с группой фермеров, занялись выращиванием культуры, которая используется при создании пластмассовых автодеталей, разлагающихся микроорганизмами, при попадании их в почву. Эта культура - Miscanthus - выносливый многолетний злак, производящий очень высокие урожаи бамбуко-подобного тростника до высоты 3 м. Это экологически приемлемый материал для создания пластмассовых деталей. Тростник не требует использования почти никаких пестицидов и внесения удобрений, и в тоже время выдает 15 тонн с гектара на полях в Южной Англии. Фермеры уже выращивают его как топливную биомассу для получения энергии.

Университет Уорвика сейчас работает с группой из двадцати фермеров Британии, которые выращивают Miscanthus и кто вошел в общую компанию - Биомассовых Индустриальных Ограниченных Зерновых культур (BICAL), чтобы совместно эксплуатировать потенциалы этого растения. BICAL уже вырос, чтобы стать многонациональной компанией с интересами в США, странах Карибского бассейна и Европе. Ученые Уорвика разрабатывают новаторские методы использования Miscanthus, который даст большие прибыли от выгодного его применения. Исследователи уже имеют множество проектов в стадии реализации. Один из наиболее интересных из них использует Miscanthus для создания разлагаемых микроорганизмами пластмассовых автомобильных частей.

Автомобильные производители будут все более и более стремиться к тому, чтобы не только делать и продавать автомобили, но и находить методы для последующей их экологически грамотной утилизации или переработки по окончании их эксплуатационного ресурса. Они тепло приветствовали автомобильные детали, которые могут просто быть использованы в качестве компоста. Исследователи уже демонстрировали, что они могут использовать Miscanthus как разлагаемый микроорганизмами структурный заполнитель в пластмассовых автомобильных частях типа колпаков для колес.

Пластмассовые автомобильные части, созданные на аналогичной основе, не будут разлагаться в течение эксплуатации транспортного средства, но могут быть легко стимулированы к биодеградации, если они будут компостироваться под конец их жизни. Исследователи также развивают методы, чтобы использовать Miscanthus в изделиях из плотного картона, ДСП, бумажных пульпах, сжатых топливных брикетах, свечах, мыле и других химических средствах очистки.

Поиск по сайту: