바이오 플라스틱의 특성, 유형, 생산 및 용도



그 바이오 플라스틱 그들은 전분, 셀룰로오스, 젖산, 지방, 식물성 및 동물성 단백질의 바이오 매스와 같은 생물학적 기원의 원료, 즉 재생 가능 천연 자원으로부터 얻어진 플라스틱 중합체 물질이다.

바이오 플라스틱이라는 용어는 석유 유래 물로부터 합성 된 석유 플라스틱과 같은 생물학적 기원 물질을 구별하기 위해 사용됩니다.

플라스틱은 어느 정도 폭 넓은 조건을 벗어나지 않고 변형 될 수있는 성형 가능한 소재입니다. 그들이 다재다능한 재료이기 때문에 이러한 이유로.

대부분의 플라스틱은 석유에서 추출한 원료로 제조됩니다. 이 petroplastics는 재생 불가능하고 유한하고 풍요로운 천연 자원 인 오일의 추출 및 정제에서 유래합니다.

또한, 석유 화학 제품은 생분해 성이 아니며 바다에서 소위 "플라스틱 섬과 수프"와 같은 심각한 환경 문제를 야기합니다. 이로 인해 서스펜션에있는 플라스틱 미립자에 의한 바다와 공기의 오염, 물리적 인 분해로 인한 물고기와 바닷새의 엄청난 사망이 발생합니다.

또한, 석유 화학 제품의 소각은 독성이 강한 배출물을 생성합니다.

petroplastics과 달리 대부분의 바이오 플라스틱은 완전히 생분해되고 무공해 일 수 있습니다. 생태계의 역 동성을 선호 할 수도 있습니다..

색인

  • 1 바이오 플라스틱의 특성
    • 1.1 바이오 플라스틱의 경제적 및 환경 적 중요성
    • 1.2 생분해 성
    • 1.3 바이오 플라스틱의 한계
    • 1.4 바이오 플라스틱의 물성 향상
  • 2 종류 (분류)
    • 2.1 준비에 따른 분류
    • 2.2 원재료 별 구분
  • 3 바이오 플라스틱 산업 생산
  • 4 bioplastics의 용도
    • 4.1 일회용품
    • 4.2 건설 및 토목 공학
    • 4.3 약제 신청
    • 4.4 의학 신청
    • 4.5 항공, 해상 및 육상 운송 및 산업
    • 4.6 농업
  • 5 참고

바이오 플라스틱의 특성

바이오 플라스틱의 경제적 및 환경 적 중요성

최근에 재생 가능한 원료로부터 플라스틱을 생산하기 위해보다 많은 과학 및 산업적 관심이 생겨 생분해 성이있다.

이것은 세계 석유 매장량이 부족하고 petroplastics에 의한 심각한 환경 피해에 대한 인식이 커지고 있기 때문입니다..

세계 시장에서 플라스틱에 대한 수요가 증가함에 따라 생분해 성 플라스틱에 대한 수요 또한 증가하고 있습니다.

생분해 성

생분해 성 바이오 플라스틱의 낭비는 유기 폐기물, 신속하고 오염되지 않은 분해로 처리 될 수 있습니다. 예를 들어, 생물학적 과정에 의해 자연적으로 재활용되기 때문에 퇴비화시 토양 개량제로 사용할 수 있습니다.

바이오 플라스틱의 한계

생분해 성 바이오 플라스틱의 제조는 바이오 플라스틱이 식물 플라스틱 및 그 응용에 비해 열등한 특성을 갖기 때문에 성장이 제한적이기 때문에 큰 문제에 직면 해 있습니다.

바이오 플라스틱의 물성 향상

바이오 플라스틱의 특성을 향상시키기 위해 탄소 나노 튜브 및 화학 공정으로 변형 된 천연 섬유와 같은 다양한 유형의 첨가제를 사용하여 바이오 폴리머 혼합물을 개발하고 있습니다.

일반적으로 바이오 플라스틱에 적용되는 첨가제는 다음과 같은 특성을 개선합니다.

  • 강성 및 기계적 저항.
  • 가스 및 물에 대한 차단 성.
  • 내열성 및 열 안정성.

이러한 특성은 화학적 방법으로 제조 및 가공하는 방법을 통해 생물 플라스틱에서 설계 할 수 있습니다.

유형 (분류)

준비에 따른 분류

바이오 플라스틱은 다음과 같은 준비 모드에 따라 분류 할 수 있습니다.

  • 바이오 매스로부터 직접 추출 된 고분자 원료로 합성 된 바이오 플라스틱.
  • 바이오 기술 경로에 의한 합성을 통해 얻은 바이오 플라스틱 (천연 또는 유 전적으로 변형 된 미생물을 사용).
  • 생물학적 단량체 (건축을 위해 사용 된 벽돌)에서 시작하여 고전적인 화학 합성에 의해 얻어진 바이오 플라스틱.

원재료 별 구분

또한 바이오 플라스틱은 원재료의 원산지에 따라 분류 할 수 있습니다.

전분 기반의 바이오 플라스틱

전분은 물을 흡수 할 수있는 생체 고분자이며, 이들 바이오 플라스틱은 기능적이기 때문에 유연성을 제공하는 가소제 (예 : 소르비톨 또는 글리세린).

또한, 이들은 생분해 성 폴리 에스테르, 폴리 락트산, 폴리 카프로 락톤과 혼합되어 기계적 성질 및 물에 의한 분해에 대한 내성을 향상시킨다..

풍부하고 재생 가능한 경제적 원료와 같은 전분으로 정교화 된 바이오 플 라 스티코는 "전분의 열가소성 물질".

그들은 상온에서 변형 가능한 재료이며, 가열 될 때 녹으며 상태에서 경화됩니다. 유리질의 냉각시. 재가열 및 개조가 가능하지만이 절차를 통해 물리적 및 화학적 특성이 변경됩니다.

그들은 가장 많이 사용되는 바이오 플라스틱 유형이며 시장에서 바이오 플라스틱의 50 %를 차지합니다.

셀룰로오스 계 바이오 플라스틱

셀룰로오스는 육지의 바이오 매스 내에서 식물 세포벽의 구조적 구성 성분 중 가장 풍부한 유기 화합물입니다. 그것은 물, 에탄올 및 에테르에 불용성이다.

셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱은 일반적으로 셀룰로오스 에스테르 (셀룰로오스 아세테이트 및 니트로 셀룰로스) 및 그 유도체 (셀룰로이드)이다. 셀룰로스의 화학적 변형을 통해, 그것은 열가소성.

전분보다 친수성이 훨씬 적은 친수성 셀룰로오스는 기계적 강도, 낮은 가스 투과성 및 수분 저하에 대한 저항성이 개선 된 바이오 플라스틱을 생산합니다..

단백질 기반 바이오 플라스틱

우유 카세인, 밀 글루텐, 콩 단백질 등과 같은 단백질을 사용하여 바이오 플라스틱을 제조하는 것이 가능합니다..

특히, 대두 단백질로부터의 바이오 플라스틱은 물에 의한 분해에 매우 민감하고 경제적으로 생산 비용이 비싸다. 보다 저렴하고 내성이 강한 혼합물의 정교함은 현재 도전을 의미한다..

지질에서 추출한 바이오 플라 스트

바이오 플라스틱 (폴리 우레탄, 폴리 에스테르 및 에폭시 수지)은 식물성 및 동물성 지방으로부터 합성되었으며, 석유 플라스틱과 유사한 성질을 가지고 있습니다.

미세 조류로부터 식물성 오일과 저비용 오일을 생산하는 것은 이러한 유형의 바이오 플라스틱 생산에 매우 유리한 요소가 될 수 있습니다.

예를 들어, 바이오 플라스틱 폴리 아미드 410 (PA 410), 피마자 식물의 열매에서 70 %의 기름으로 생산됩니다 (Ricinus comunis). 이 바이오 플라스틱은 높은 융점 (250oC), 낮은 흡수성 및 다양한 화학 제제에 대한 내성.

또 다른 예는 폴리 아미드 11 (PA 11), 식물성 오일로 생산되지만 생분해 성이 아니다.

폴리 하이드 록시 알 카노 에이트 (PHA)

광범위한 박테리아 종은 당류와 지질을 발효시켜 화합물이라고 부르는 부산물을 생산합니다 폴리 히드 록시 알 카노 에이트 (PHAs), 탄소와 에너지의 원천으로 저장.

PHAs는 물에 녹지 않으며 생분해 성이며 무독성 임.

PHA 유형의 바이오 플라스틱은 생분해 성이있는 매우 단단한 플라스틱 섬유를 생산합니다. 그것들은 petropolymer의 사용과 관련하여 의료 기기 생산을위한 매우 유망한 대안을 제시합니다.

폴리 락트산 (PLA)

폴리 락트산 (PLA)은 옥수수 나 덱 스트로스를 원료로하여 제조 된 투명 바이오 플라스틱입니다..

그것의 생산을 위해, 전분은 옥수수 또는 다른 식물 근원에서 첫째로 추출되어야한다; 미생물의 작용으로 유산 산이 얻어지고 마지막으로 화학 공정 (젖산의 중합)이 적용되어 바이오 플라스틱을 얻는다.

PLA 바이오 플라스틱은 투명하고 내 충격성이 낮으며 내열성과 장벽 특성을 지니고있어 공기 유입을 차단합니다. 또한, 이들은 생분해 성이다.

폴리 -3- 하이드 록시 부티레이트 (PHB) 기반의 바이오 플라스틱

폴리 -3- 하이드 록시 부티레이트 (PHB)는 포도당과 옥수수 전분을 대사하는 일부 박테리아에 의해 생성되는 화합물 합성 폴리 에스테르 유형입니다.

PHB는 petroplastic polypropylene (상업적으로 널리 사용됨)과 유사한 성질을 가지고 있지만, 생산 원가는 비싼 탄소 원천을 가진 바이오 매스 생산을 포함하기 때문에 9 배 더 높다..

이 바이오 플라스틱은 투명 필름을 생산할 수 있으며 융점이 130oC 및 완전히 생분해 됨.

바이오 유래 폴리에틸렌

폴리에틸렌은 구조 단위로서 에틸렌 단량체를 갖고; 원료 인 에탄올을 원료로하여 화학 합성하여 얻을 수있다..

에탄올은 사탕 수수, 옥수수 또는 기타를 대사하는 미생물에 의한 알콜 발효로 생산됩니다.

이것이 알코올 발효와 에틸렌 및 폴리에틸렌의 화학 합성을 결합한 방법으로 생체 유도 폴리에틸렌이라고 불리는 바이오 플라스틱을 얻을 수 있습니다.

이 바이오 플라스틱 폴리에틸렌은 화학적으로 물리적으로 petroplastic과 동일합니다. 생분해 성은 없지만 재활용 할 수 있습니다..

폴리 히드 록시 우레탄

최근에 생물 분해성 폴리 우레탄의 생산에 많은 관심이있어 매우 독성이 강한 화합물이 필요하지 않습니다. 이소시아네이트.

이소시아네이트는 합성 고분자 (스폰지 플라스틱, 경질 폼, 래커, 살충제, 접착제, 폭발물 등에 적용되는 폴리 우레탄)의 산업 생산 공정에서 널리 사용됩니다..

화학적 방법이 있습니다. 폴리 히드 록시 우레탄의 교차 중합, 완전히 재활용 가능한 무료 바이오 플라스틱을 생산합니다. 이소시아네이트.

바이오 플라스틱의 산업 생산

바이오 플라스틱의 산업 생산에는 4 가지 기본 단계가 포함됩니다.

  1. 원료 확보 (바이오 매스).
  2. 고분자 합성.
  3. 정교 할 최종 생성물에 따라 원하는 특성을 갖는 기능을 갖는 중합체의 변형.
  4. 고압 또는 저압 방법으로 바이오 플라스틱을 성형하여 필요한 최종 형태를 얻습니다..

바이오 플라스틱의 용도

현재 바이오 플라스틱의 상업적 응용은 거의 없다. 왜냐하면 생산 비용과 그 물성의 향상이 여전히 해결해야 할 문제이기 때문이다.

일회용품

그러나, 바이오 플라스틱은 이미 비닐 봉지, 포장 용기 및 식품 포장지, 칼 붙이, 유리 및 식용 플라스틱 접시와 같은 많은 일회용품의 제조에 사용되고 있습니다.

건설 및 토목 공학

전분 바이오 플라스틱은 전기 설비에서 나노 섬유로 강화 된 건축 자재 및 바이오 플라스틱으로 사용되었습니다..

또한, 그들은 준비에 사용되었습니다 생물 플라스틱 xylophagous 곤충에 의해 공격받지 않으며 습기로 썩지 않는 가구.

제약 응용 분야

그들은 약물을 함유 한 바이오 플라스틱 캡슐과 천천히 방출되는 마약 제 차량으로 만들어졌습니다. 따라서, 약물의 생체 이용률은 시간이 지남에 따라 조절된다 (일정 시간 동안 환자가받는 용량).

의료 응용

임플란트, 조직 공학, 키틴 바이오 플라스틱 및 키토산에 적용 가능한 셀룰로오스 바이오 플라스틱은 상처, 뼈 조직 공학 및 인간 피부의 재생을 보호하기 위해 제조되었습니다..

셀룰로오스 바이오 플라스틱은 또한 바이오 센서, 치과 용 임플란트 제조용 하이드 록시 아파타이트, 카테터 내 바이오 플라스틱 섬유 등을 위해 제조되었습니다..

항공, 해상 및 육상 운송 및 산업

식물성 오일 (바이오 플라스틱)을 기반으로하는 경질 폼이 산업 및 운송 장치에서 모두 사용되었습니다. 자동차 부품 및 항공 우주 부품.

휴대폰, 컴퓨터, 오디오 및 비디오 장치의 전자 부품도 바이오 플라스틱으로 생산되었습니다.

농업

물을 흡수하고 유지하고 천천히 방출 할 수있는 바이오 플라스틱 하이드로 겔은 습기를 유지하고 건조한 지역과 부족한 비가 오는 계절에 농업 농원의 성장을 촉진하고 재배 토양의 보호 피복으로서 유용합니다.

참고 문헌

  1. Chen, G. 및 Patel, M. (2012). 생물 자원에서 유래 된 플라스틱 : 현재와 미래. 기술적 및 환경 적 검토. 화학 리뷰. 112 (4) : 2082-2099. doi : 10.1021 / cr.20162d
  2. Bioplastics and Biocomposites 핸드북. (2011). Srikanth Pilla 편집자. Salem, 미국 : Scrivener Publishing LLC. John Wiley와 아들에 의해 출판 됨.
  3. Lampinen, J. (2010). Bioplastic 및 Biocomposites의 동향. VTT 연구 노트. 핀란드 기술 연구소. 2558 : 12-20.
  4. Shogren, R.L., Fanta, G. 및 Doane, W. (1993). 전분 기반 플라스틱의 개발 : 역사적 관점에서 선택된 고분자 시스템의 재검토. 녹말 45 (8) : 276-280. doi : 10.1002 / star.19930450806
  5. Vert, M. (2012). biorelated 중합체 및 신청을위한 용어 (IUPAC 권고). 순수 및 응용 화학. 84 (2) : 377-410. doi : 10.1351 / PAC-REC-10-12-04