Гранулы полимолочной кислоты и полигидроксиалканоатов

Глобальное загрязнение пластиком и потребность в устойчивых альтернативах

Пластиковые отходы заполняют свалки и загрязняют океаны по всему миру. Брошенный пластик становится все более серьезной проблемой в большинстве стран, где он наносит вред дикой природе и естественной среде обитания.

Переработка отходов частично помогает, но не полностью решает проблему. В большинстве стран пластик, который подвергается вторичной переработке, теряет свое качество уже через несколько циклов. Широкое использование ископаемого топлива при производстве пластика требует поиска экологически чистых альтернатив. Биоразлагаемые альтернативы представляют собой перспективное решение. Пластмассы, способные разлагаться естественным образом, могут снизить нагрузку на нашу экосистему и привести к созданию более чистых экосистем.

Биоразлагаемые пластики: Полимолочная кислота и полигидроксиалканоаты

Полимолочная кислота и полигидроксиалканоаты - два самых популярных биоразлагаемых пластика. Они производятся в результате различных природных процессов. Полимолочная кислота производится из возобновляемых ресурсов, таких как кукуруза и сахарный тростник. Полигидроксиалканоаты получают в результате микробной ферментации. Оба этих материала разлагаются, не оставляя вредных остатков. Их химическая структура позволяет полезным организмам или природной среде расщеплять их до более простых форм. Большинство исследователей и инженеров считают эти пластики подходящей заменой традиционным пластмассам.

Почему полимолочная кислота и полигидроксиалканоаты считаются экологически чистыми

Полимолочная кислота разлагается при промышленном компостировании. Для ее разложения на углекислый газ и воду необходимы тепло и вода. Особенность полигидроксиалканоатов в том, что большинство их форм естественным образом разлагаются в почве и воде. Это происходит благодаря помощи обычных бактерий.

Оба вида пластика имеют меньший углеродный след, чем обычные пластики, которые производятся из нефти. Для их производства используется возобновляемое сырье. Это означает меньшее потребление ископаемого топлива.

Многочисленные испытания также показали, что после разложения эти материалы выделяют меньше токсичных химикатов. Они не оставляют после себя токсичных химикатов, которые могут навредить местной флоре и фауне. Тот факт, что природа так легко справляется с этими пластиками, дает нам надежду на чистое и безотходное будущее.

Что происходит при контакте этих гранул с почвой, водой или микробами

Гранулы полимолочной кислоты и полигидроксиалканоатов разрушаются при контакте с водой, почвой или микроорганизмами. Полимолочная кислота медленно распадается на молочную кислоту при контакте с водой и правильной температуре. Для полигидроксиалканоатов важную роль играют бактерии, обитающие в природе. Бактерии выделяют ферменты, которые расщепляют длинные полимерные цепи на более короткие. Далее они распадаются на воду и углекислый газ. Этот процесс имитирует естественную деградацию, например, растительного сырья. Скорость деградации этих гранул зависит от условий окружающей среды. Температура, влажность и популяция микроорганизмов влияют на скорость разложения. В идеальных условиях некоторые полигидроксиалканоаты полностью разлагаются за несколько недель или месяцев. Однако в более холодных или сухих районах этот процесс идет медленнее.

Сравнение полимолочной кислоты и полигидроксиалканоатов

Полимолочная кислота и полигидроксиалканоаты имеют много общих положительных качеств. Но у них есть и несколько важных различий. Полимолочная кислота нуждается в большем количестве тепла для правильной деградации. Лучше всего она работает в условиях контролируемого тепла и влажности, как, например, в промышленных установках для компостирования. Полигидроксиалканоаты разлагаются более естественно. Они хорошо работают в различных условиях, например, в естественной почве и водной среде. Механические свойства также различаются. Полимолочная кислота, как правило, более прочная и жесткая. Это делает ее пригодной для изготовления таких предметов, как столовые приборы и упаковка. Полигидроксиалканоаты более гибкие. Они обычно используются в медицинских приборах и пленках. Стоимость производства и технологические процессы также различаются. Полимолочная кислота достигла уровня крупномасштабного производства. Полигидроксиалканоаты по-прежнему являются более специализированными и иногда более дорогими в производстве.

Применение и влияние

Эти биоразлагаемые гранулы находят применение в различных областях. В пищевой промышленности полимолочная кислота используется в одноразовых столовых приборах, стаканах и контейнерах. Упаковочная промышленность использует ее прочность и прозрачность. Полигидроксиалканоаты хорошо зарекомендовали себя в медицинской промышленности. Из них изготавливают системы доставки лекарств, швы и раневые повязки. Некоторые производители используют их для изготовления сельскохозяйственных пленок. Их экологические преимущества позволяют уменьшить загрязнение почвы при использовании. Города и муниципалитеты могут испытывать меньше проблем с утилизацией отходов при использовании этих материалов. В целом, в большинстве случаев продукция, изготовленная из этих полимеров, помогает снизить воздействие на окружающую среду. Реальные испытания показали, что замена пластиков, работающих на ископаемом топливе, на биоразлагаемые пластики снижает выбросы парниковых газов. По мере того как все больше компаний становятся "зелеными", эти биоразлагаемые пластики занимают ведущее место в развитии более экологичной экономики.

Идея STEM-эксперимента

Простой эксперимент иллюстрирует процесс деградации. Возьмите небольшое количество гранул полимолочной кислоты и столько же гранул полигидроксиалканоатов. Поместите их в банки с влажной почвой. Держите банки при постоянной теплой температуре. Отмечайте любые изменения в консистенции материала в течение нескольких недель. Обратите внимание на изменение формы, цвета и веса. Можно заметить такие признаки, как появление фрагментов или размягчение. Быстрый тест с помощью простого набора для определения pH также покажет изменения в процессе образования органических кислот.

Этот эксперимент предлагает практический способ наблюдения за распадом материала и позволяет учащимся увидеть естественные процессы. Он хорошо подходит для школьных проектов или школьного научного клуба, а также позволяет закрепить основные понятия в области экологии и материаловедения.

Заключение

Биоразлагаемые пластики - перспективная альтернатива для планеты, заваленной традиционными пластиковыми отходами. Полимолочная кислота и полигидроксиалканоаты - два таких преимущества на практике. Оба они производятся из возобновляемого сырья и могут естественным образом разлагаться при соблюдении необходимых условий. Они снижают потребление ископаемого топлива и нагрузку на нашу планету. Для получения дополнительной информации и проведения STEM-экспериментов, пожалуйста, посетите Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

F: Что используется для производства гранул полимолочной кислоты?

В: Они производятся из возобновляемых растительных ресурсов, таких как кукуруза и сахарный тростник.

F: Как полигидроксиалканоаты распадаются в окружающей среде?

В: Природные бактерии выделяют ферменты, которые разлагают полимер до углекислого газа и воды.

F: Каковы преимущества этих биоразлагаемых пластиков?

В: Они снижают потребление ископаемого топлива, выбросы парниковых газов и загрязнение окружающей среды.