В сфере экологически чистых материалов ключевую роль играет биоразлагаемый пластик. Эти пластмассы, классифицированные в зависимости от механизмов разложения и сырья, вносят значительный вклад в экологически безопасные методы производства. По механизмам разложения биоразлагаемые пластики можно разделить на биологически разлагаемые пластики, фоторазлагаемые пластики, фото/биоразлагаемые пластики и водоразлагаемые пластики. Между тем, классификация, основанная на сырье, различает пластики на биологической основе и пластики на основе нефти. Эта система классификации дает всесторонний обзор разнообразного и экологически безопасного ландшафта биоразлагаемых пластиков.
Категория | Биоразлагаемые пластмассы | Фоторазлагаемые пластмассы | Фотобиоразлагаемые пластмассы | Водорастворимые пластмассы | Биопластики | Нефтяные пластмассы |
Введение | Пластмассы, которые при определенных условиях могут разлагаться микроорганизмами, такими как бактерии, грибы, водоросли и т. д., на низкомолекулярные соединения. | Пластики, которые постепенно разлагаются под воздействием солнечных лучей. - Тип сополимера: Синтезированный из монооксида углерода или углеродсодержащих мономеров и олефиновых мономеров. - Тип добавки: пластмассы с добавлением фотосенсибилизаторов, таких как бензоин, метиловый эфир бензоина и т. д. | Сочетание фоторазлагаемых и биоразлагаемых свойств. | Пластмассы, которые могут полностью разлагаться во влажной природной среде. | Пластмассы образуются из природных веществ, таких как крахмал, соя, целлюлоза, лигнин, растительные масла и т. д., под действием бактерий, ферментов и т. д. | Высокомолекулярные соединения, образующиеся в результате реакций полимеризации или поликонденсации с использованием ископаемого топлива, такого как нефть, в качестве сырья. |
Представительские продукты | PLA, PHA, PBAT и т. д. | Фоторазлагаемый ПЭ, ПП, ПВХ, ПС и т. д. | Пока не запущен в серийное производство. | Пластики на основе крахмала | PLA, PHA, производные полисахаридов, полимеры аминокислот | ПКЛ, ПБСА, ПБАТ |
Преимущества | Характеристики аналогичны обычным пластикам, хорошая разлагаемость и высокая безопасность. | Простой производственный процесс и низкая стоимость. | Сочетает в себе преимущества фоторазлагаемых и биоразлагаемых материалов. | Быстрая и полная деградация за короткое время, не оставляющая следов, загрязнения и низкая стоимость. | Обильные источники сырья, отсутствие токсичных веществ, уменьшенное загрязнение окружающей среды и характеристики, аналогичные обычным пластикам. | Биоразлагаемый |
Недостатки | Сложный производственный процесс по сравнению с обычными пластиками. | На процесс разложения влияет интенсивность света. | Трудности массового производства. | Плохая производительность, узкие области применения и остаточное содержание при разложении крахмала. | Более высокая стоимость. | Более высокая стоимость. |
Биоразлагаемые пластики включают в себя различные типы, яркими примерами которых являются PBAT, PLA, PBS, PCL, PHA и другие. PLA и PBAT, в частности, доминируют на рынке, выступая в качестве ключевых альтернатив традиционным пластикам. PLA, получаемый в основном из молочной кислоты, считается одним из наиболее распространенных биоразлагаемых пластиков. Он обладает высокой твердостью, прозрачностью, хорошей термопластичностью и эластичностью, что делает его экономически эффективным материалом в промышленности биоразлагаемых пластмасс. PLA находит применение в различных областях, таких как упаковка пищевых продуктов, одноразовая посуда и медицинские материалы.
С другой стороны, ПБАТ, обладающий превосходной растяжимостью и прочностью на разрыв, превосходен в пленкообразовании и широко используется в упаковке и сельском хозяйстве благодаря простоте выдувания пленки. Исследования и разработки биоразлагаемых пластиков развивались на протяжении почти шести десятилетий, переходя от пластиков, модифицированных крахмалом, к фототермически разлагаемым пластикам второго поколения и, наконец, к биоразлагаемым пластикам третьего поколения. В настоящее время в центре внимания исследований находится третье поколение биоразлагаемых пластиков, характеризующееся отличными характеристиками и быстрым разложением в естественной среде (под воздействием определенных микроорганизмов, температуры и влажности). Эти пластмассы не представляют риска белого загрязнения, что делает их преобразующим направлением для будущего зеленого развития.
Биоразлагаемый пластиковый тип | Производительность | Основные приложения |
ПБАТ | Сочетает в себе характеристики PBA и PBT. Характеристики близки к традиционным материалам на нефтяной основе, демонстрируя хорошую прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве. Отличные пленкообразующие свойства. | Пластиковые упаковочные пленки, сельскохозяйственная мульчирующая пленка, одноразовая посуда и т. д. |
НОАК | Высокая твердость, высокая прозрачность, прочность и высокая проницаемость для водяного пара и кислорода. Идеально подходит для прозрачных емкостей и сырья для производства труб. | Повседневная жизнь, сельское и лесное хозяйство, защита окружающей среды, текстиль, композитные материалы, тканевая инженерия и материалы для 3D-печати. |
ПБС | Производительность аналогична PBAT; хорошие технологические свойства. Снижение затрат достигается за счет совместного смачивания большим количеством наполнителей, таких как карбонат кальция и крахмал. | Упаковочные материалы для пищевых продуктов, упаковочные материалы из пенопласта, бутылки для предметов первой необходимости, сельскохозяйственные пленки, материалы медленного высвобождения пестицидов и удобрений и т. д. |
ПКЛ | Хорошая биосовместимость; температура плавления 60-63℃. | В основном используется в упаковочных материалах с высокой добавленной стоимостью и медицинских материалах, а также применяется в расходных материалах для 3D-печати. |
ПГА | Хорошая биосовместимость; отличная проницаемость лекарственного средства, обеспечивающая стабильное и продолжительное высвобождение лекарственного средства; сильная биоразлагаемость в различных условиях окружающей среды. | Используется в областях с высокой добавленной стоимостью, таких как медицина, фармацевтика и химическая продукция. |
Категория поколения | Технологический путь | Характеристики деградации | За и против |
Модифицированный порошковый тип | Традиционные мономеры в качестве основного материала; вводятся такие добавки, как крахмал. | Общая деградация в условиях окружающей среды; Эффективность деградации умеренная. | Не может полностью деградировать; сложно перерабатывать. |
Фототермический тип | Традиционные мономеры в качестве основного материала; добавление фотосенсибилизаторов. | Разложение в условиях освещения; период индукции деградации можно контролировать с помощью регуляторов фотодеградации. | Значительное влияние условий окружающей среды на процесс деградации. |
Биоразлагаемые пластмассы | Базовый материал по своей природе биоразлагаем. | Высокая эффективность разложения компоста. | Возможна полная деградация; высокие затраты на производство. |