Plastics_3_2015

w w w . p l a s t i c s . r u 49 СПЕЦТЕМА/ БИО- И НАНОПЛАСТИКИ П Л А С Т И К С № 3 ( 1 4 3 ) 2 0 1 5 Аддитивы для биодеградации Одним из возможных путей добиться от традиционного полимера частичных свойств биодеградации является использование спе- циальных аддитивов, вводимых в полимер на этапе экструзии, и провоцирующих его депо- лимеризациюпод действием длительной экс- позиции света и повышенной температуры. При этом длинные полимерные цепочки рас- падаются на более короткие, а пластмассовое изделие тоже как бы рассыпается. Предположения о его дальнейшем био- разложении основанына том, что мелким ча- стицам полимера куда проще деградировать под действием агрессивных условий среды (кислород как окислитель, влага), в частно- сти впитать воду («набухнуть»), а в набухшем полимере могут расселиться микроорганиз- мы, которые будут в состоянии его поедать. Полимеры с такими добавками мы отнесли к группе 2б. Проблема аддитивов такого типа в том, что они не должны разрушать полимер в период его полезной эксплуатации (в том числе на свету и опять-таки при длитель- ном использовании), а «включаться», лишь когда он окажется в природной среде. Это существенная сложность. Несмотря на то, что на рынке подобных добавок достаточно много, эффективность далеко не всех из них доказана в реальных условиях захоронения пластикового мусора. Сроки биодеградации традиционных пластиков составляют от де- вяти месяцев до пяти и более лет. Чаще всего такие добавки используются при производ- стве ПЭТ-бутылок, сельскохозяйственных пленок, одноразовой упаковки. Свойства биоразлагаемых пластиков очень разно- образны и определяют преимущественные направления их использования. Важнейшим эксплуатационным пара- метром всех полимерных материалов вне зависимости от происхождения является характерная эксплуатационная температу- ра, то есть тот температурный предел, до которого механические и реологические (характеризующие вязкость) свойства пла- стика позволяют ему исполнять свое функ- циональное назначение в том или ином из- делии. В «традиционной» углеводородной нефтехимии параметр температуры экс- плуатации является одним из целевых при создании новых материалов — чем выше эта температура, тем более технологичным считается полимер. Характеризовать по этому параметру все биополимеры невоз- можно — разброс очень широк. Однако можно отметить, что полимеры группы 4 (биоразлагаемые из возобновляемого сы- рья) в целом показывают более низкие ха- рактерные температуры, чем традиционные нефтехимические пластмассы, а полимеры группы 2 — более высокие. Есть, впрочем, и исключения. Так, PGA (группа 2) начинает терять полезные механи- ческие свойства уже при температуре около 40°С, а ацетаты целлюлозы (группа 4а) сохра- няют механические свойства вплоть до 100°С. С точки зрения технологий переработки био- пластиков как термопластов важнейшими показателями являются плотность материа- ла и минимальный характерный показатель текучести расплава (ПТР). Первый характе- ризует массу материала, которая требуется для формирования изделия с определенной объемной характеристикой, например, листа. Чем выше плотность, чем больше полимера нужно для изготовления детали. С этой точки зрения традиционные полимеры существен- но выигрывают у биоразлагаемых, обладая плотностью на 30-50% ниже. ПТР в целом характеризует скорость исте- чения расплава полимера через узкие сечения при экструзии, например, волокон, пленок и т.п. ЧемнижеПТР, тем более вязким является расплав. Это требуется, в частности, для ра- боты оборудования по экструзии пленок на высоких скоростях. Наоборот, для литья не нужна высокая вязкость расплава. Однако в индустрии упаковочных изделий все же более выгодным является более низкийПТР. Здесь традиционные полимеры выигрывают. Это позволяет, например, изготавливать из них пленки значительно тоньше, чем из биопла- стиков. Что, кстати, тоже влияет на массо- вый расход материала. С точки зрения меха- нических свойств тра- диционные пластики безусловно выигры- вают у всех биораз- лагаемых по такому параметру, как ударо- прочность. В случае с биопластиками этот показатель компен- сируется путем приго- товления компаундов с теми же традицион- Рисунок 2. Издержки при производстве PLA и PHA в сравнении с полиолефинами в США в 2012 году, долл./т (источник — «СИБУР») 1300 2300 900 1300 PHA ПЭ ПП PLA в настоящее время (на пищевом сырье) PLA, ожидания (на растительных отходах) 400 Температура Удельный объем Вязкость расплава Ценовая доступность Напряжение на разрыв Ударопрочность Традиционные пластики Биоразлагаемые из ископаемого сырья (группа 2) Биоразлагаемые из биосырья (группа 4) Рисунок 3. Качественное сопоставление основных свойств биоразлагаемых и традиционных пластиков (источник — RUPEC)