Քայքայվող կենսապոլիմերներ

Վերջին ժամանակներում ամենատարբեր իրավիճակներում կարելի է հանդիպել «բիո» կամ «կենսա» նախածանցը, որը կարծես երաշխիք է, որ ապրանքն անվտանգ է բնության և մարդու համար:

Սպառողն աստիճանաբար սկսում է հարմարվել այն մտքին, որ բիոկեֆիրը լուծում է մարսողության հետ կապված բոլոր խնդիրները, կենսավառելիքը նավթի «էկոլոգիական» փոխարինիչն է, կենսաբանական հիմքով կոսմետիկան հրաշքներ է գործում և այլն:

Փաթեթավորումը ևս չի շրջանցվել, այն նույնպես դարձել է էկոլոգիական, իսկ կենսապոլիմերների արտադրությունը տարեցտարի աճում է:

Կենսապոլիմերները (կենսաքայքայվող պոլիմերներ) այլ պլաստիկներից տարբերվում են նրանով, որ շրջակա միջավայրում քայքայվում են ֆիզիկական գործոնների և միկրոօրգանիզմների՝ մանրէների և սնկերի ազդեցությամբ: Պոլիմերը, որպես կանոն, համարվում է կենսաքայքայվող, եթե վեց ամիսների ընթացքում ամբողջությամբ քայքայվում է հողում կամ ջրում, ինչը հնարավորություն է տալիս լուծել թափոնների խնդիրը: Հաճախ կենսապոլիմերների քայքայման արդյունքում ջուր և ածխաթթու գազ է առաջանում: Կենսաքայքայվող պոլիմերները կարելի է վերամշակել պլաստմասայի արտադրության ստանդարտ տեխնոլոգիաներով:

Ինովացիոն տեխնոլոգիաներով կենսապոլիմերների մշակում իրականացվում է ԱՄՆ-ում, Եվրոպայում, Չինաստանում, Ճապոնիայում Կորեայում:  Դիտարկենք կենսապոլիմերների շուկայի հիմնական առաջարկները:

Մանրէների պոլիհիդրօքսիալկանոատներ

Որոշ միկրոօրգանիզմներ, աճելով ածխածին պարունակող սննդամիջավայրում և ունենալով ազոտի ու ֆոսֆորի անբավարարություն՝ սկսում են սինթեզել և կուտակել պոլիհիդրօքսիալկանոատներ (polyhydroxyalkanoates – PHA), որոնք ծառայում են որպես էներգիայի և ածխածնի (սննդի) պահեստ: Անհրաժեշտության դեպքում այդ միկրոօրգանիզմները կարող են քայքայել PHA-ը: Մանրէների այս հատկությունը մարդը կիրառում է պոլիհիդրօքսիալկանոատների արդյունաբերական ստացման համար, որոնցից կարևորագույնը պոլիհիդրօքսիբուտիրատն է (PHB) և նրա սոպոլիմերը պոլիհիդրօքսիվալերատը (PHV):

Այսպիսով, պոլիհիդրօքսիալկանոատները լիովին կենսաքայքայվող պլաստիկ են: Պարարտանյութում 85% խոնավության և -20°С-ից մինչև -60°С ջերմաստիճանի պայմաններում 7–10 շաբաթվա ընթացքում դրանք քայքայվում են` վերածվելով ջրի և ածխաթթու գազի:
PHA կիրառման հնարավոր ոլորտներն են` մեկանգամյա օգտագործման անձեռոցիկների, անձնական հիգիենայի պարագաների, թաղանթների և մանրաթելերի, թղթի և ստվարաթղթի ջրահեռացման ծածկույթների արտադրությունը:

2010-ի ապրիլին ԱՄՆ-ում Тelles ընկերությունը ստեղծվեց PHBV արտադրության գործարան: Тelles ձեռնարկության համար՝ որպես հումք էր հանդիսանում շաքարացված եգիպտացորենի օսլայից ստացվող գլյուկոզան: Հումքի արժեքը PHBV ինքնարժեքում կազմում էր 60%: Այդ պատճառով հիմնական ջանքերն ուղղված են PHA-ի մատչելի հումքի որոնումներին:

Պոլիլակտիդ թթու

Փաթեթավորման համար ամենահեռանկարային կենսապլաստիկը պոլիլակտիդն է (պոլիլակտիկ թթուն, polylactic acid – PLA), որը կաթնաթթվի կոնդեսացման արդյունք է` գծային ալիֆատիկ պոլիէսթեր: Կաթնաթթվի պոլիմերը (ավելի ստույգ` նույն բաղադրության երկու օպտիկական իզոմերների խառնուրդը) բավականին բարձր ջերմակայունություն ունի. հալման ջերմաստիճանը 210–220°С է, կարծրացման ջերմաստիճանը` մոտավորապես 90°С: Պոլիլակտիդը թափանցիկ, անգույն թերմոպլաստիկ պոլիմեր է, կայուն ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման նկատմամբ, վատ է այրվում և այրվում է ծխի քիչ արտազատմամբ: PLA կարելի է վերամշակել թերմոպլաստների վերամշակման ժամանակ կիրառվող բոլոր եղանակներով: PLA-ից պատրաստված ապրանքը բնութագրվում է ամրությամբ, թափանցիկությամբ և փայլով՝ այս առումով հիշեցնելով պոլիստիրոլին: Պոլիլակտիդի թերթերից կարելի է ստանալ ափսեներ, սկուտեղներ, ծածկույթներ, մանրաթել, սննդամթերքի և կոսմետիկայի համար փաթեթավորման պարագաներ, բժշկության մեջ` իմպլատանտներ, կաթի, հյութերի և ջրի շշեր, սակայն կիրառելի չէ գազավորված ըմպելիքների համար, քանի որ PLA-ն ածխաթթու գազ է բաց թողնում:

Պոլիլակտիդի կենսաքայքայումը տեղի է ունենում երկու փուլով: PLA-ից պատրաստված ապրանքը կոմպոստացման ժամանակ 20-90 օրվա ընթացքում լիովին քայքայվում է` վերածվելով ջրի և ածխաթթու գազի:

Մոդիֆիկացված օսլա և այլ բնական պոլիմերներ

Փաթեթավորման պարագաների ստացման համար կիրառվող կենսաքայքայվող բնական պոլիմերները հետաքրքիր են նրանով, որ ելքային հումքի պաշարները մշտապես վերականգնվում են ու գրեթե անսահամանափակ են: Կենսաքայքայվող փաթեթավորման նյութերի արտադրման համար լայն կիրառություն ունի օսլան: Հիմնական թերությունն այս դեպքում խոնավություն ներծծելու հատկությունն է: Քիմիական մշակումը հնարավորություն է տալիս օսլայի պոլիմերի տարբեր  մասերի միջև ստեղծել լրացուցիչ կապեր, ինչն ուժեղացնում է թթուների, ջերմության և կտրող ուժի նկատմամբ կայունությունը:  Այս մշակման արդյունքում առաջանում է մոդիֆիկացված օսլա, որը քայքայվում է շրջակա միջավայրում, սակայն օժտված է առևտրային օգտակար թերմոպլաստի հատկություններով: Մոդիֆիկացված օսլան կարելի է կիրառել որպես կենսաքայքայվող պլաստմասսա: Օսլայի հիմքով պլաստիկներն օժտված են բարձր էկոլոգիական հատկություններով և կոմպոստում 30°С պայմաններում քայքայվում են երկու ամսվա ընթացքում: Մոդիֆիկացված օսլա կարելի է ստանալ սովորական պլաստմասսա արտադրող սարքերով, այն կարելի է ներկել և կնքել՝ կիրառելով սովորական տեխնոլոգիաներ: Մոդիֆիկացված օսլայի ֆիզիկական հատկություններն, ընդհանուր առմամբ, զիջում են նավթաքիմիական ճանապարհով ստացված խեժի, բարձր և ցածր ճնշման պոլիէթիլենի և պոլիպրոպիլենի  հատկություններին: Այնուամենայնիվ, օսլան որոշ շուկաներում արդեն գտել է իր կիրառությունը: Նրանից տաք ձևավորման եղանակով ստանում են սննդամթերքի տակդիրներ, ձուլման եղանակով՝ գյուղատնտեսական թաղանթներ, փաթեթավորման պենոպլաստե նյութեր, էքստրուզիայի եղանակով՝ սեղանի պարագաներ և՛ մրգերի, և՛ բանջարեղենի համար նախատեսված  ցանցե տոպրակներ:

Արդյունաբերական պոլիմերներին` կենսաքայքայման հատկության հաղորդում

Լավ զարգացած հսկայական արդյունաբերական պոլիմերներին (պոլիէթիլեն, պոլիպրոպիլեն, պոլիվինիլ քլորիդ, պոլիստիրոլ, պոլիէթիլենտերեֆտալատ) կենսաքայքայման հատկության հաղորդումը հետազոտություններում կարևոր տեղ է գրավում: Դրան կարելի է տարբեր եղանակներով հասնել: Տարբերակներից մեկը պոլիմերային մոլեկուլի մեջ հատուկ հավելումների ներմուծումն է, որոնք, որպես կանոն, անցումային մետաղների միացություններ են և լույսի կամ ջերմության ազդեցությամբ կատալիզում են պոլիմերների քայքայումը: Կենսաքայքայվող հավելումների կիրառումը նպատակահարմար է փաթեթների, գյուղատնտեսական և փաթեթավորման թաղանթների, մեկանգամյա օգտագործման տարաների, շշերի արտադրության մեջ: 

Ավանդական պլաստիկները կենսաքայքայվող դարձնելու տարածված եղանակ է բաղադրության մեջ կենսաքայքայվող մոնոմերի մակրոմոլեկուլի ներմուծումը, օրինակ, նույն օսլայի մեջ:

Շուկայի հեռանկարները

Սպասվում է, որ 2020 թ. ներկայումս ամենամատչելի կենսապլաստիկները կարող են գնով մրցել ավանդականների հետ: Բացի այդ, գիտակցելով այն իրական գինը, որը մարդկությունը պետք է վճարի իր կենսագործունեության միջավայրի պահպանման համար, կբերի զանգվածային պահանջարկ ունեցող չքայքայվող ապրանքների լուրջ սահմանափակման, անցում կկատարվի առավել թանկ, սակայն էկոլոգիական նյութերի կիրառմանը:  Այդ պատճառով շատ երկրների խոշորագույն մասնավոր ընկերությունները և գիտական կենտրոնները զբաղվում են կենսապլաստիկների ստացման նոր, առավել մատչելի տեխնոլոգիաների որոնմամբ:

Հոդվածի պատրաստման համար օգտագործվել են  www. polymery.ru, www.omnexus.com, www.simplexnn.ru, www.newchemistry.ru, www.unipack.ru և այլ կայքերի նյութերը:
 

Հարցեր, պատասխաններ, մեկնաբանություններ