Презентация к курсу Вторичная переработка полимеров и создание

Презентация к курсу «Вторичная переработка полимеров и создание экологически чистых полимерных материалов»

АВТОРЫ • Тюкова • Ирина Степановна • доцент кафедры высокомолекулярных соединений, к. х. н. • Суворова • Анна Исааковна • профессор кафедры высокомолекулярных соединений, д. х. н.

ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ Население земного шара увеличивается в год на 1, 5 – 2%, а объем мусорных свалок – на 6%

АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ТБО • Объем ТБО непрерывно возрастает как в абсолютных величинах, так и на душу населения. • Состав ТБО резко усложняется, включая в себя все большее количество экологически опасных компонентов. • Отношение населения к традиционным методам сваливания мусора на свалки становится резко отрицательным; • • Законы, ужесточающие правила обращения с отходами, принимаются на всех уровнях правительства. Новые технологии утилизации отходов, в том числе современные системы разделения компонентов мусора, мусоросжигательные заводы, производящие тепловую и электрическую энергию, санитарные полигоны для захоронения, все более широко внедряются в жизнь.

Количество бытовых отходов, производимых в разных регионах мира. Страна Всего в год, млн. тонн США (1988) 180 На душу населения в день, кг 1. 82 США (1995) 200 1. 91 США (2000) 216 2. 00 СССР (1989) 57 0. 23 Российская Федерация (1991) Западная Европа 26 0. 17 123 - Великобритания 18 0. 9 Источник: Организация переработки и использования твердых бытовых отходов: опыт США и проблемы России. http: /www. mirrabot. com

Распределение отходов по категориям в различных странах. Источник: О. М. Черп, В. Н. Винченко. Проблемы твердых бытовых отходов: комплексный подход. М. : Эколайн – Ecologia. 1996 г, с. 17.

Примерный состав ТБО в СССР в 1989 г. Источник: О. М. Черп, В. Н. Винченко. Проблемы твердых бытовых отходов: комплексный подход. М. : Эколайн – Ecologia. 1996 г, с. 19.

Сравнение объемов и состава ТБО в России и США. Соединенные Штаты Россия Ежегодное количество ТБО Всего (млн. тонн) 162. 9 56. 0 На душу населения (кг) 665 195 Количество по категориям, (%) Бумага и картон 40. 0 20 -36 Стекло 7. 0 5 -7 Металлы 8. 5 2 -3 Пластик 8. 0 3 -5 Текстиль 2. 1 3 -6 Резина и кожа 2. 5 1. 5 -2. 5 Древесина 3. 6 1 -4 Пищевые отходы 7. 4 20 -38 Другое 20. 9 10 -35. 5 Источник: Организация переработки и использования твердых бытовых отходов: опыт США и проблемы России. http: /www. mirrabot. com

Схема утилизации ТБО.

Стоимость переработки вторсырья из муниципальных отходов на Западе. Источник: О. М. Черп, В. Н. Винченко. Проблемы твердых бытовых отходов: комплексный подход. М. : Эколайн – Ecologia. 1996 г, с. 27.

Различные технологии компостирования Минимальная технология. Компостные кучи – 4 метра в высоту и 6 метров в ширину. Переворачиваются раз в год. Процесс компостирования занимает от одного до трех лет в зависимости от климата. Необходима относительно большая санитарная зона. Технология низкого уровня. Компостные кучи – 2 метра в высоту и 3 -4 в ширину. В первый раз кучи переворачиваются через месяц. Следующее переворачивание и формирование новой кучи – через 1011 месяцев. Компостирование занимает 16 -18 месяцев. Технология среднего уровня. Кучи переворачиваются ежедневно. Компост готов через 4 -6 месяцев. Капитальные и текущие затраты выше. Технология высокого уровня. Требуется специальная аэрация компостной массы во вращающихся биотермических барабанах. Компост готов уже через 2 -7 дней.

ПРЕИМУЩЕСТВА СОРТИРОВКИ МУСОРА • Возможность извлечения содержащихся в мусоре ценных компонентов, востребованных в народном хозяйстве. • • Значительное сокращение объемов отходов, что приводит к сокращению площадей земельных отводов под полигоны и свалки. • Экономия природных ресурсов.

Схема станции по сортировке содержимого «желтых мешков» (LF – легкая фракция, HF – тяжелая фракция). Источник: О. А. Будникова, , Б. О. Будников Утилизация полимерных материалов. Немецкий опыт и российская реальность. Packing International/ПАКЕТ № 5, 2005.

Энергетическая ценность некоторых полимерных материалов, соединений, продуктов и топлива Материалы, соединения и продукты Полистирол Полиэтилен Домашний мусор Энергия, выделяемая Материалы, при сжигании, соединения и МДж/кг продукты 46, 0 Пропан 46, 0 7, 8 -10, 0 Энергия, выделяемая при сжигании, МДж/кг 50, 0 Бутан 49, 3 Керосин 46, 5 Кожа 18, 9 Тяжелая нефть 42, 9 Поливинилхлорид 18, 9 Уголь сухой перегонки 30, 6 Антрацит 29, 7 Древесный уголь 33, 7 Бумага и дерево 16, 0 -16, 8 Природный газ 53, 4

Распределение способов утилизации ТБО в Европе в 1990 г. , % Страна Сжигание без Сжигание с утилизацией тепла утилизации тепла Захоронение Дания 60 10 29 Франция 30 16 53 Германия Греция 32 0 0 0 67 100 Италия 7 6 86 Испания 10 8 81 Великобритания 2 8 89 Австрия 25 0 75 Норвегия 8 16 75 Швеция 56 0 43 Швейцария 72 7 20 Источник: N. Akechara Macromolecular Symposia, 1998, V. 135, P. 359

Меры, обеспечивающие безопасную эксплуатацию санитарных полигонов : • процедуры исключения опасных отходов и ведение записи по всем принимаемым отходам и точным координатам их захоронения; • обеспечение ежедневного покрытия сваливаемых отходов грунтом или специальной пеной для предотвращения разноса отходов; • борьба с переносчиками болезней, обычно обеспечиваемая использованием ядохимикатов; • откачка взрывоопасных газов из недр свалки; • на полигон должен осуществляться только контролируемый доступ людей и животных – периметр должен быть огорожен и охраняться; • гидротехнические сооружения должны минимизировать попадание дождевых стоков и поверхностных вод на полигон, а все поверхностные стоки с полигона должны направляться на очистку; жидкость, которая выделяется из отходов не должна попадать в подземные воды – для этого создаются специальные системы гидроизоляции; • эта жидкость должна собираться системой дренажных труб и очищаться перед попаданием в канализацию или природные водоемы; • регулярный мониторинг воздуха, грунтовых и поверхностных вод в окрестностях полигонах.

Схема рекуперации энергии и материалов для ТБО.

УТИЛИЗАЦИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ • Производство полимерных материалов составляет 230 млн. т в год • Ежегодно производство увеличивается на 5 - 6% • Потребление полимеров на душу населения 85 – 90 кг (в индустриально развитых странах)

Ассортимент и объемы выпуска полимеров Группа полимеров Ассортимент Производство, % Стандартные пластики ПЭНД, ПЭВД, ПП, ПВХ, ПС 80 Конструкционные пластики ПЭТ, ПММА, полиамиды, поликарбонаты, полиуретаны 19 Полимеры специального назначения Полиэфиркетоны, полиимиды, полифениленсульфид и др. 1

СРОКИ СЛУЖБЫ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРОВ • ~ 36% эксплуатируются менее одного года (тара, упаковка, одноразовая посуда, медицинские шприцы и пр. ) • ~ 28% имеют срок службы от 1 года до 10 лет (бытовая электротехника, посуда, другие потребительские товары) • ~ 36% работают более 10 лет (полимерные материалы для строительства, детали, используемые в автомобиле-, самолето-, судостроении) Пропорционально расту выпуска полимеров растет их доля в промышленных и бытовых отходах. Сегодня это 18 – 20% по объему. Лидером мусорных свалок является упаковка.

Образование полимерных отходов (в %) по отраслям народного хозяйства. Источник: В. Снежков, Ю. Громыко Жизнь после жизни Pakkograff № 4, 2003.

Объемы используемых пластмасс, образующихся отходов и рециклинга. Сиаиистика и прогноз по Западной Европе. Источник: В. Снежков, Ю. Громыко Жизнь после жизни Pakkograff № 4, 2003.

ИСТОЧНИКИ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ • Технологические отходы производства, которые возникают при синтезе и переработке полимеров. • Отходы производственного потребления – накапливаются в результате выхода из строя изделий из полимерных материалов, используемых в различных отраслях народного хозяйства. • Отходы общественного потребления, которые накапливаются у нас дома, на предприятиях общественного питания и т. д.

Промышленные отходы полимеров ПЭ Отходы составили 41, 3 % в 1996 г. , 43 % - в 1998 г. , 54 % - в 1999 г. , около 80 % - в 2001 г. от общего количества полимерных отходов. Рециклинг, повторное использование, отходов ПЭ составляет 40 %, остальные 60 % вывозятся на полигоны. ПП Отходы в 1996 -1998 гг. составили 11, 1 - 24, 5 % общей массы полимерных отходов. Рециклинг таких отходов оценивается в 67, 7 % в 1996 г. , 45, 7 % - в 1998 г. , 64, 2 % - в 2001 г. ПВХ Наблюдается снижение объема отходов с 16, 2 % в 1996 г. до 6, 9 % в 1998 г. , 1999 г. - 4, 7 %.

«жизнь» полимерного материала 1. синтез→ 2. переработка→ 3. модификация→ 4. применение→ 5. сбор и сепарация отходов → 6. вторичная переработка→ 7. повторное применение до окончательной утилизации отходов.

Сбор и выделение Предварительная сортировка и очистка Измельчение и фракционирование Отмывка Классификация по видам (сепарация) Сушка Грануляция Переработка в изделие Схема вторичной переработки полимеров

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ Измельчение полимерных отходов позволяет: • механизировать процесс переработки, • повысить качество материала за счет усреднения его технологических характеристик, • сократить продолжительность других технологических операций, • упростить конструкцию перерабатывающего оборудования. Классификация измельчения по размерам частиц • грубое измельчение > 20 мм • среднее измельчение от 1 мм до 20 мм • тонкое измельчение от 20 мкм до 1 мм • самое тонкое измельчение < 20 мкм

Принцип измельчения Ударное измельчение Резка Самое грубое измельчение Гильотинный резак Среднее измельчение Резательные мельницы Грубое и среднее измельчение Молотковые мельницы Мелкое и мельчайшее измельчение Универсальные мельницы Измельчитель с режущими роликами Классификация принципов измельчения.

Принцип просеивания

Схематическое деление способов фракционирования в потоке

Принцип работы зигзагообразного сортировщика.

Пластификация Гомогенизация Стабилизация Фильтрация расплава Грануляция Схема процесса грануляции.

Маркировки полимеров.

Свойства пластмасс, которые учитываются при сортировке. СОРТИРОВКА Объемные продукты магнитные свойства спектроскопические свойства Измельченный продукт плотность смачиваемость электрические свойства растворимость низкотемпературные свойства магнитные свойства

98% ПЭ (d. ПЭ=0, 91 -0, 96 г /см 3) ПС ПЭ ПВХ Измельчение Флотация (плотность флотореагента 0, 97 г/см 3) Промывание Фильтрование 95% ПС Флотация (плотность флотореагента 1. 00 г/см 3) (d. ПС=1, 05 г /см 3) 98% ПВХ (d. ПВХ=1, 35 -1, 45 г/см 3) Схема флотационного разделения смеси ПВХ, ПС и ПЭ.

Схема гидроциклона.

Схема сортировочной центрифуги. Источник: А. К. Бледзки, В. Е. Шпербер, С. Вольф Способы предварительной обработки. В сб. «Вторичная переработка пластмасс» . Под ред. Ф. П. Ла Мантиа. С-Петербург: «Профессия» 2006. 400 с.

Подъемный магнитный сепаратор.

Сортирующий магнитный сепаратор.

Сепаратор на основе вихревых токов.

Относительное удлинение при разрыве в зависимости от времени экспозиции для пленки из ПЭНП. Источник: F. La Mantiy European Polymer Journal, 1984, 20, 993.

Возможные реакции деструкции ПЭ • OOH • • (-CH 2 –CH 2 -)n • • • -CH 2 -CH 2 -CH=O + HO-CH 2 -CH·- + H· -CH=CH- + H 2 -CH 2 -CH· -CH 2 -CH-

Свойства пленки из ПЭНП и двух повторно переработанных образцов. ПЭНП. Свойство Сырьевой ПЭНП Содержание геля, % 0 ПЭНП (из упаковочной пленки) 0 Показатель текучести расплава, г/10 мин Прочность при растяжении, МПа 0, 295 0, 316 0, 451 15, 2 13, 4 11, 5 Относительное удлинение при разрыве, % Энергия разрыва, Дж 577 550 423 9, 1 8, 6 6, 6 Источник: F. La Mantiy European Polymer Journal, 1984, 20, 993. ПЭНП (из тепличной пленки) 5

Модуль упругости образца ПЭВП в зависимости от числа циклов экструзии. Переработка на двухшнековом (1) и на одношнековом (2) экструдере. Источник: M. Kostadinova Loultcheva, M. Proietto, N. Jilov Polymer Degradation and Stability, 1997, 57, 77

Относительное удлинение при разрыве образца ПЭВП в зависимости от числа циклов экструзии. Переработка на двухшнековом (1) и на одношнековом (2) экструдере. Источник: M. Kostadinova Loultcheva, M. Proietto, N. Jilov Polymer Degradation and Stability, 1997, 57, 77

Средний состав смешанных полимерных отходов. Полимер ПЭВП ПЭНП ПП ПВХ ПС США 29, 5 20, 2 7, 4 16, 5 18, 3 Европа 47, 3 23, 7 6, 3 7, 3 15, 4

Применение вторично переработанного ПЭТ. Потребление Европа. × 103, т Европа, % США. × 106, фунтов США, % Волокно 81, 3 77, 2 255 53, 7 Лист 14, 0 13, 3 62 13, 1 Ремни 5, 0 4, 8 52 10, 9 Бутылки 4, 0 3, 8 75 15, 8 Прочее 1, 0 0, 9 31 6, 5 105, 3 100 475 100 Продукт Всего Источник: Йен Х. Шут Вторичный ПЭТФ: новые подходы. Plastics Technology№ 2, Р. 37, 1998.

Продукты термического распада некоторых полимеров Полимер Т 0 С Глубина распада Продукты распада, % Мономер Олигомер Углеводороды ПММА 300 60% за 0, 5 часа 100 Следы ПС 336 50% за 2 часа 39 57 Толуол – 3 Другие – 1 ПЭ 330 3, 4% за 0, 5 часа 0, 2 96 Бутен – 1 Бутан – 0, 8 Другие - 2

Выход мономера при пиролизе полимеров Полимер Процент Полимер мономера Процент мономера ПММА 100 Полиметилакрилат 0 ПС 42 ПЭ < 1 Поли-α-метилстирол 100 ПП 2 Полиакрилонитрил < 5 Полиизобутилен 32 Полиметаакрилонитрил 100 Полибутадиен 1, 5 ПТФЭ 100 Полиизопрен 12

Стоимость захоронения и сжигания ТБО в разных регионах Источник: О. М. Черп, В. Н. Винченко. Проблемы твердых бытовых отходов: комплексный подход. М. : Эколайн – Ecologia. 1996 г, с. 18.

• Цена переработки отходов полимеров возрастает по мере увеличения затрат на их сбор и разделение: • смешанные полимеры в бытовых отходах → • смесь полимеров с бумагой и пр. → • смешанные загрязненные полимеры → • сортированные полимеры одного типа.

Рекомендованные способы вторичной переработки для отходов полимеров различного типа. Тип полимерных Вторичная Химическая Сжигание с отходов переработка извлечением энергии Сортированные + + Смесь полимеров + + + Смесь полимеров с - - + + полимеры одного типа бумагой и пр. Полимеры в бытовых отходах (-) – не рекомендуется, (+) – подходит, (+ + ) – предпочтительный.

СОЗДАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ • Экология – наука об отношении растительных и животных организмов и их сообществ между собой и окружающей средой.

Биоразлагаемый полимерный материал • Полимерные материалы, которые после применения могут под действием различных факторов окружающей среды разлагаться на вещества, безопасные для человека и природы, и способны естественным путем вовлекаться в круговорот веществ в природе называются биоразлагаемыми полимерными материалами. • Их разложению способствуют различные природные факторы, действующие обычно совместно

Биодеградация полимеров в природе Природные факторы Солнечный свет Тепловые излучения Вода Кислород воздуха Микроорганизмы Механические воздействия

Особенности строения и структуры, способствующие естественному биоразложению полимеров 1. Наличие гетероатомов в главной цепи полимера СH-О-СH , СH-NH-CO-CH -O-CO-. 2. Аморфная структура полимера. 3. Наличие групп в цепи, чувствительных к действию кислорода, света С=С-С=С -С 6 Н 4 -

Деградация и биодеградация • Деградация- это изменение химической структуры полимера, изменение и ухудшение его свойств под влиянием факторов окружающей среды(свет, вода, температура, микроорганизмы). • Биодеградация - это комплекс процессов разложения полимера или полимерного материала под влиянием биохимических агентов, которые в итоге приводят к получению из макромолекулярного соединения. более простых химических структур

Определения понятия «биодеградация» в стандартах разных стран Стандарт Биодеградация полимеров ISO 472 -1988 Значительные изменения в химической структуре под действием окружающих природных условий, в том числе под действием микроорганизмов, за определенное время, с потерей свойств, которые могут быть измерены стандартными методами. ASTM D 20 -96 Деградация пластмассы под действием встречающихся в природе микроорганизмов, а также грибов и водорослей. DIN 103, 2 -1993 Пластмасса называется подвергшейся биоразложению, если ее органическая часть подверглась полному процессу разложения под действием биологических агентов и результат разложения может быть подтвержден стандартными методами испытания. Японское общество по биодеградации пластмасс Полимерный материал изменяет свой молекулярный вес до уровня низкомолеклярных соединений в процессе метаболизма с участием встречающихся в природе организмов.

Примеры стандартов по оценке биодеградации Стандарт Что определяется Усло вия опреде ления Измеряемый параметр ASTM Разложение D 5210 -92 полимерного материала в условиях муниципальног о мусора Анаэро бные CH 4 ASTM Так же D 5209 -92 Аэроб ные CO 2 ASTM Изменение ММ Аэроб D 5247 -92 полимера под ные действием микроорганизм ов определенного вида Mw

МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА БИОРАЗЛОЖЕНИЯ • Ферментативное разложение природных полимеров вызывают специфические для данного класса полимеров ферменты (целлюлазы, амилазы, хитиназы). Механизм их действия носит эндо- (1) или экзо-характер (2), что определяется местом прикрепления молекулы фермента к полимерной цепи. • В первом случае цепь рвется на крупные отрезки, размер которых постепенно сокращается. Во втором случае атака фермента направлена на концы цепи и сопровождается сразу выделением низкомолекулярного вещества. .

СТАДИИ БИОРАЗЛОЖЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ • Первичная биодеградация - это изменения в химической структуре и специфических свойствах полимера. • Полная биодеградация - это общая минерализация полимера с образованием CO 2 или CH 4, а также воды, минеральных солей и новой биомассы (новых клеточных компонентов).

Оценка результатов биодеградации в почве, компосте • Визуальное наблюдение и фотофиксация образцов полимеров до и после опыта. • Оценка потери массы образцов, путем взвешивания, проводимого периодически или в конце опыта. • Оценка механических свойств образцов (в сравнении со свойствами не подвергавшихся биоразложению образцов).

Биодеградация пленок полиамидов с крахмалом • Кинетика биоразложения смесей сополиамида (СПА) 6/66/610 с крахмалом: • крахмал(1), 30(2), 20(3), 15(4), 10(5) % крахмала в смеси; • 1 - суспензия почвы с СПА.

Биодеградация пленок крахмала и его смеси с метилцеллюлозой

Контроль биоразложения образцов в почве • Визуальное наблюдение изменения целостности образцов • Оценка потери массы образцов, проводимая периодически. • Оценка механических свойств подвергавшихся биоразложению образцов. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ С ДАННЫМИ ИСХОДНЫХ ОБРАЗЦОВ

ЦЕЛЛЮЛОЗА – ВАЖНЕЙШИЙ БИОРАЗЛАГАЕМЫЙ ПОЛИМЕР • Практическое значение имеют ацетаты-, ацетобутираты и другие эфиры целлюлозы, которые биоразлагаемы , но в меньшей степени, чем нативная целлюлоза

НОВЫЕ РАСТВОРИТЕЛИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Гемицеллюлозы – спутники целлюлозы • Гемицеллюлозы – это полисахариды, выделяемые щелочной экстракцией из биомассы высших растений растворами щелочей. (Целлюлоза в этих условиях не экстрагируется). Ггемицеллюлозы составляют 50% биомассы однолетних и многолетних растений. • Гемицеллюлозы самостоятельные полимерные вещества, структура которых отличается от целлюлозы

ГЕМИЦЕЛЛЮЛОЗЫ КАК БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ ПОЛИМЕРЫ Галактоманнан Глюкоманнан

Структура макромолекул полисахарида крахмала Крахмал состоит из макромолекул двух типов: • линейных молекул амилозы • разветвленных молекул амилопектина

МОДЕЛЬ СРОЕНИЯ АМИЛОПЕКТИНА • АМИЛОПЕКТИН ИМЕЕТ СЛОЖНУЮ РАЗВЕТВЛЕННУЮ СТРУКТУРУ, РЕАЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ КОТОРЫХ СОСТАВЛЯЮТ СОТНИ АНГСТРЕМ

КРАХМАЛ - ПОЛИСАХАРИД, ВЫДЕЛЯЕМЫЙ ИЗ РАСТЕНИЙ • ГРАНУЛЫ КРАХМАЛА ЗЛАКОВ ОТЛИЧАЮТСЯ СВОИМИ РАЗМЕРАМИ И СОДЕРЖАНИЕМ АМИЛОЗЫ И АМИЛОПЕКТИНА

СТРУКТУРА АМИЛОЗЫ КРАХМАЛА • Амилоза содержит кристаллические структуры А- и Втипов, построенные из параллельно скрученных правых двойных спиралей, упакованных антипараллельно. Виток спирали содержит 6 остатков -D-глюкозы. • А - структура имеет элементарную орторомбического ячейку: : • а = 11. 90. 10 -10 м, в = 17. 70. 10 -10 м, с = 10. 52. 10 -10 м, • В- структура характеризуется гексагональной элементарной ячейкой: • а = в = 18. 5. 10 -10 м, с = 10. 4. 10 -10 м. • Конформации двойной спирали амилозы в А- и В- структурах одинаковы

ВНЕДРЕНИЕ МОЛЕКУЛ ВОДЫ В СТРУКТУРУ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ АМИЛОЗЫ КРАХМАЛА

Термопласты крахмала • Термопластичный крахмал - это полимерный маткриал, содержащий крахмал, воду или другие пластификаторы. • В термопластичном крахмале образуется сетка водородных связей за счет -ОН групп амилопектина, в разветвлениях его цепей, и ( в меньшей степени) цепей макромолекул амилозы.

СВОЙСТВА СМЕСЕЙ КРАХМАЛА Состав смеси полимеров (в масс. ч) Теплота плавления смеси после ее экструзии (Дж/г) Крахмал –ЭВА (40 : 60) 101, 0 Крахмал –ЭВАМА (40 : 60), содержание МА в сополимере оставляет 18 масс. ч 46, 9 Крахмал –ЭВАМА (40 : 60), содержание МА в сополимере оставляет 28 масс. ч 56, 6 МА - малеиновый ангидрид, ЭВА – сополимер этилена с винилацетато

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СМЕСЕЙ КРАХМАЛА • СМЕСИ КРАХМАЛА с ПВС или ПОЛИКАПРОЛАКТОНОМ основа материала MATER Bi, который применяют как пористый наполнитель, готовят из него пленки, предметы посуды для индустрии быстрого питания

СМЕСИ на основе КРАХМАЛА для упаковки

Mater –Bi в сравнении с ПЭ Свойство Mater-Bi, тип ZF 03 Mater-Bi, Z 101 U ПЭ Напряжение при разрыве м. Па 31 28 8 - 10 Удлинение разрыве, % 886 780 100 - 600 Модуль Юнга, м. Па 185 180 100 - 200 Усилие при раздире, Н/мм 68 55 60

ПОЛУЧЕНИЕ СЕТЧАТЫХ ПОЛИМЕРОВ КРАХМАЛА

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ ХИТОЗАНА • ХИТОЗАН – ПРОДУКТ ЩЕЛОЧНОГО ГИДРОЛИЗА ХИТИНА ПРИРОДНОГО ПОЛТСАХАРИДА. • ХИТОЗАН РАСТВОРИМ В РАСТВОРАХ КИСЛОТ И ЩЕЛОЧЕЙ, МОЖЕТ ПЕРЕРАБАТЫВАТЬСЯ ИЗ РАСТВОРОВ

СТАДИИ ВЫДЕЛЕНИЯ ХИТИНА ИЗ ПОКРОВНЫХ ТКАНЕЙ КРАБООБРАЗНЫХ • Сырье, содержащее панцири крабов, креветок. • Механическое измельчение панцирей. • Депротонирование сырья при многократной обработке 2 N HCl, а затем 1 N Na. OH. • Промывка. • Деминерализация 37% HCl, 90% HCOOH. • Повторная промывка. • Сушка полученного хитина.

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ХИТИНА ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПОЛУЧЕНИЕ ХИТОЗАНА ПРИ ГИДРОЛИЗЕ ХИТИНА Ca. CO 3 + 2 Na. OH Na 2 CO 3 + Ca(OH)2+2 HCl Ca. Cl 2 + 2 H 2 O (Хит(NHCOCH 3)n+ n Na. OH Хитозан(NH 2)n +n. CH 3 СOOH Степень дезацетилирования от 40 до 98%

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ХИТОЗАНА

ХИТОЗАН ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ВОДЫ И ДРУГИХ СРЕД Механизм сорбции ионов и молекулярных частиц сетчатым хитозаном может быть связан с различными процессами: • комплексообразованием, • хелатированием, • кислотно-основным взаимодействием, • образованием водородной связи, • гидрофобным взаимодействием между компонентами, • физической адсорбцией, в зависимости от природы поглощаемого загрязнителя.

Сшитый хитозан как сорбент для удаления загрязнителей из водной среды Сшивающий агент Форма сорбента Загрязнители Глутаровый альдегид Гранулы Ni 2+ , Cu 2+, Zn 2+ Глутаровый альдегид Бусины Ni 2+ , Cu 2+, Zn 2+ Эпихлоргидрин Гранулы Красители Глутаровый альдегид Мембраны Ni 2+ , Cu 2+ Бензохинон Гранулы Cu 2+, Zn 2+ Диглицидиловый эфир этиленгликоля Гранулы Cu 2+

ХИТОЗАН И ДРУГИЕ ПРИРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ИОНОВ

ХИТОЗАН В СОВРЕМЕННОМ КАТАЛИЗЕ • Частицы кремнезема, покрытые слоем привитого к поверхности хитозана, сорбировавшего палладий – активный наноразмерный катализатор

Совместимость синтетического сополиамида 6/66/610 с хитозаном • ПОЛИМЕРЫ СОВМЕСТИМЫ ТОЛЬКО В ОБЛАСТИ СОСТАВОВ, ОБОГАЩЕННЫХ СИНТЕТИЧЕСКИМ ПОЛИМЕРОМ. ПРИ БОЛЬШИХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ ПОЛИСАХАРИДА В СМЕСИ ПОЛИМЕРОВ КОМПОНЕНТЫ НЕСОВМЕСТИМЫ

Основные принципы «зеленой химии» : 1. Проводимые процессы создания новых материалов должны быть экономичными, безотходными. 2. Все реагенты при создании новых материалов должны быть использованы при получении конечного продукта, чтобы избежать образования отходов. 3. Синтез должен быть проведены с использованием нетоксичных, негорючих реагентов и растворителей. 4. Процессы должны быть проведены с экономным использованием энергии, с применением катализаторов, которые могут быть регенерированы

ХАКТЕРИСТИКА МОЛЕКУЛ БИОРАЗЛАГАЕМОГО ПОЛИМЕРА • Химические связи в цепи, аналогичны связям в природных полимерах; • соотношене атомов С : О и С : N в цепи должно соответствовать значению 10 : 1; • полимер должен быть гидрофильным; • продукты разложения полимера не должны быть токсичными, но быть подобными веществам, выделяемым из природных полимеров.

ОКСИКИСЛОТЫ ДЛЯ СИНТЕЗА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРОВ • В СИНТЕЗЕ ИСПОЛЬЗУЮТ ОКСИКИСЛОТЫ: • -кислоты: HO-CH 2 -COOH гликолевой кислоты; • HO-CH(CH 3)-COOH молочной кислоты; • - кислоты: HO-CH(R)-CH 2 -COOH производные 3 гидроксимасляной кислоты, где R=Н, или 3 гидроксивалериановой, где R=СН 3; • - кислоты: HO-CH(R)-(CH 2)2 -COOH производные 4 гидроксибутановой кислоты; • - кислоты: HO-(CH 2)5 -COOH -капроновой кислоты.

синтез ВКЛЮЧАЕТ: 1. Димеризацию мономеров с получением циклических лактидов и лактонов. 2. Полимеризацию циклических продуктов и получение линейного полимера: {-O-CHR-(CH 2)n-CO-}m

БИОСИНТЕЗ ПОЛИОКСИКИСЛОТ

Сравнение физических характеристик 3 полигидроксибутирата и полипропилена СВОЙСТВО 1. Мол. масса 3 -ПГБутират 3. 105 2. % кристалличности 80 3. Тпл, 0 С 175 4. Тс, 0 С +4 5. Плотность, кг/м 3 1260 6. Разрывная прочность. , м. Па 40 7. Растворимость в Плохая средах 8. Сопротивление УФ излучению Хорошее Полипропилен 2. 106 70 165 -170 - 10 910 38 Хорошая Плохое

10% БИОДЕГРАДАЦИЯ ШОВНОГО МАТЕРИАЛА И ПЛЕНОК из ПОЛИОКСИКИСЛОТ • Полимер Время (дни) PLLA(8%)co-PGA(92%) шовный материал Vicry l 18. 8 • PGA - шовный материал Dexon 22, 9 • PHBV (20% HV, Mw 3. 105) 229(4. 7%)* • PHBV (12% HV, Mw 3, 5. 105) 229(5. 6%)* • PHB (Mw 8. 105) 1229(5. 6%)* 104 (18%)* * реално достигнуто

ХИРУРГИЧЕСКАЯ СЕТКА и ФИКСАТОР ТКАНЕЙ из ПОЛИЛАКТИДА

Полилактиды в упаковке замороженных продуктов

Средняя стоимость биоразлагаемых полимеров Полимер PLA Сополимеры молочной кислоты Biopol PHBV Смеси с крахмалом Термопласты крахмала Mater Bi Полиэтилен Полистирол Источник получения полимера Синтетич. , + природное сырье Аналогично Цена, $/кг Аналогично Синтетич. , + природное сырье Природное сырье Синтетич. , + природное сырье Нефтяное сырье 6 – 10 1, 5 – 2, 5 2 – 4, 5 2– 3 2 – 2, 5 3 – 4, 4 0, 9 - 1, 1 1, 2

ЗНАЧЕНИЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРОВ 1. Применение биоразлагаемых полимеров может решить экологические проблемы «полимерного мусора» . 2. Биополимеры, их смеси с синтетически-ми полимерами решают экологические проблемы вовлечения отходов полиме- ров в круговорот веществ в природе. 3. Синтез биоразлагаемых полимеров расширяет возможности решения экологических проблем использования полимеров кратковременного срока службы.