Пластикова історія: від розквіту до занепаду: Полімери, Популярна

01.08.2015

Пластикова історія: від розквіту до занепаду: Полімери

    Пластикова історія: від розквіту до занепаду: Полімери, Популярна
    Пластикова історія: від розквіту до занепаду: Полімери, Популярна
    Пластикова історія: від розквіту до занепаду: Полімери, Популярна
    Пластикова історія: від розквіту до занепаду: Полімери, Популярна
    Пластикова історія: від розквіту до занепаду: Полімери, Популярна
    Слово «полімер» — грецького походження. Ще Буквально, полімер — це молекула, що складається з багатьох («полі») частин («мерос»), кожна з яких являє собою мономерную, тобто складається з однієї («монос») частини, молекулу. Простіше кажучи, полімери — це розгалужені ланцюжки із звичайних молекул мономерів. Так виглядає процес вироблення пластику сьогодні Це не фрукт, а гранула крохмалю (збільшення 1500 разів), яка накопичує вологу і розширюється, руйнуючи матеріал На наших очах вилка зникає Як виховують суперпластик Вчені створили генетично модифіковану рослину, в насінні якої міститься органічний полімер PHBV. Ще З нього роблять саморазрушающийся термопластик. Деякі види бактерій виробляють полімери начебто PHBV, використовуючи їх як сховище енергії, як крохмаль у рослин або глікоген у тварин

У XX столітті людство пережило синтетичну революцію. Її головним завоюванням можна сміливо назвати винахід пластику. Зараз навіть важко уявити собі, що ще на початку минулого століття його просто не існувало і все навколо робилося з модних нині натуральних матеріалів.

Гра в м’яч

Людство, можна сказати, догралося до винаходу пластику. В історії цього матеріалу простежується містична зв’язок з любов’ю людей до гри з м’ячем. У II столітті до нашої ери греки грали в м’яч з жовчного міхура свині, наповненого повітрям. Цей спортивний снаряд за формою нагадував яйце або, якщо завгодно, м’яч для регбі. Вже тоді наші предки шукали спосіб виправити форму м’яча і зробити його абсолютно круглим. Стародавні греки без кінця пробували різні рослинні добавки, щоб надати стінок свинячого міхура еластичність.

Індіанці майя робили м’яч з шкірки плодів, обернутої в натуральний каучук, який вони добували з фікусів. Схожу технологію використовували жителі островів Океанії та Південно-східної Азії. До розуму, втім, її довели тільки європейці. У XIX столітті з Малайзії в Європу було привезено гуттаперчевое дерево, з молочного соку якого стали добувати гуттаперчу. Першим виробом з нового матеріалу стали кулі для гольфу (а зовсім не циркові хлопчики). Сьогодні цей матеріал використовують для ізоляції підводних і підземних кабелів і виробництва клеїв.

Від м’яча естафетна паличка перейшла до більярду. У 1862 році британський хімік Олександр Паркес вирішив придумати дешевий замінник дорогої слонової кістки, з якої робилися більярдні кулі. Результатом стало відкриття першого пластифікатора. Читати далі

Спершу Паркес винайшов нітроцелюлозу. Однак її властивості не підходили для гральних куль, так як матеріал виявився легкобьющимся. Потрібна була добавка, яка б пом’якшила його, не зменшивши головне корисна властивість — пружність. Паркес вирішив додати камфору. Суміш нітроцелюлози, камфори і спирту підігрівалася до текучого стану, далі заливалася в форму і застигала при нормальному атмосферному тиску. Так на світ з’явився паркезин — перший напівсинтетичний пластик. На жаль, як це часто буває, його першовідкривач не досяг комерційного успіху.

Зате послідовник Паркеса, американець Джон Хайт, заробив на першому пластиці ціле стан. Він заснував компанію і став виробляти гребінці, іграшки і масу інших виробів з целулоїду. На жаль, матеріал виявився высоковоспламеняемым, тому зараз з нього роблять лише кульки для настільного тенісу та шкільні лінійки.

У 1897 році німецькі хіміки відкрили казеїн — протеїн, який утворюється при згортанні молока під дією протеолітичних ферментів (тих самих речовин, з допомогою яких ми переварюємо їжу). Вчені виявили, що казеїн надає матеріалам еластичні властивості, а при охолодженні — твердість і міцність. З казеїну налагодили випуск гудзиків і в’язальних спиць.

Перший цілком синтетичний пластик був розроблений Лео Беикеландом в США в 1907 році. Беикеланд шукав синтетичний замінник для шелаку — воскоподібних речовини, що виділяється тропічними комахами. Його у величезних кількостях споживала грамофонна та електротехнічна промисловість: з шелаку робили платівки та ізолятори. Вчений винайшов рідке речовина, що нагадує смолу, яке після застигання перетворювалося в матеріал з дивовижними властивостями. Вироби з нього були міцними і не розчинялися навіть в кислоті. Перші телефонні апарати були зроблені саме знахідки Беикеланда. Пластик миттєво (менш ніж за рік) поширився по всьому світу.

Початок биоэры

Однак пластик, крім всіх своїх чудових властивостей, має два важливих недоліку. По-перше, він проводиться з невідновлюваних природних ресурсів — нафти, вугілля і газу. По-друге, його головне достоїнство — довговічність, — за яким так гналися винахідники пластику на початку минулого століття, сьогодні обернулося недоліком. Чим більше пластмаси ми використовуємо, тим швидше ростуть гори відходів, які не розкладаються в середовищі ні при яких умовах. Мільйони тонн пластику накопичуються в природі, забруднюючи навколишнє середовище.

Тому ближче до кінця минулого сторіччя вчені задумалися про те, щоб створити матеріал, схожий за властивостями з пластиком. При цьому потрібно, щоб замінник пластику можна було робити з відновлювальних компонентів (наприклад, рослин) і щоб він був по зубах бактеріям, тобто міг розкладатися в природних умовах. В середині 1990-х, як гриби після дощу, стали з’являтися сенсаційні повідомлення про винахід біопластика — пластику з натурального крохмалю, розкладається під дією різних мікроорганізмів. Але тоді про великомасштабне впровадження нововведення в наше повсякденне життя не могло бути й мови: виробництво біопластика виявилося занадто дорогим задоволенням.

З настанням нового століття ситуація змінилася кардинальним чином. Вчені знайшли спосіб знизити собівартість виготовлення біопластика і стверджують, що незабаром вона наблизиться до вартості виготовлення звичайної пластмаси. Більш того, деякі експерти вважають, що ціна на розкладається, ретельно знищує пластмасу штучно завищується комерційними виробниками і нафтовими компаніями (нафтовики не шанують біопластик тому, що його масове виробництво може призвести до падіння цін на нафту). А адже, якщо порахувати витрати на переробку пластмасових відходів і внести цю цифру на вартість звичайного пластику, ще невідомо, який з них буде дорожче.

Пластикові плантації

Звичайний пластик не піддається розкладанню в середовищі з-за того, що він складається із занадто довгих полімерів, які тісно пов’язані один з одним. Зовсім по-іншому поводиться пластик, містить більш короткі натуральні полімери рослин.

Біопластик можна робити з крохмалю, який є природним полімером і виробляється рослинами в процесі фотосинтезу. У великій кількості крохмаль міститься в злакових, картоплі та інших невибагливих рослинах. Урожай крохмалю з кукурудзи доходить до 80% від усієї зібраної зеленої маси. Тому виробництво пластику нового покоління повинно стати досить рентабельним. Біопластик ламається і кришиться при будь-якій температурі, в якій активні мікроорганізми. Залишковими продуктами цього процесу є двоокис вуглецю і вода.

З-за того що крохмаль добре розчиняється у воді, вироби з нього легко деформуються при найменшому контакті з вологою. Для того щоб надати крохмалю більшу міцність, його обробляють специфічними бактеріями, розкладницькими полімери крохмалю в мономери молочної кислоти. Потім хімічним способом мономери змушують з’єднатися в ланцюжки полімерів. Ці полімери набагато міцніше, але при цьому не так довгі, як полімери, пластмаси, і можуть розкладатися мікроорганізмами. Отриманий матеріал назвали полилактидом (PLA). У минулому році в штаті Небраска відкрився перший у світі завод по виготовленню PLA.

Інший спосіб отримання біопластика полягає у використанні бактерій Alcaligenes eutrophus. В процесі своєї життєдіяльності вони виробляють гранули органічного пластику, що отримав назву «полигидроксиалканонат» (PHA). Вже були зроблені успішні експерименти з впровадження генів цих бактерій в хромосоми рослин, щоб ті змогли надалі робити пластик всередині своїх власних клітин. Це означає, що пластик можна буквально вирощувати. Правда, такий спосіб поки залишається дорогим. До того ж, так як процес включає в себе втручання на генетичному рівні, він має і своїх супротивників.

Кукурудзяні качани

Біопластик вже сьогодні знаходять широке практичне застосування у багатьох країнах. Полилактид можна використовувати для виробництва одноразових підгузників і посуду. Він не шкідливий для людського організму, тому не так давно його почали застосовувати в медицині в якості основи для тимчасових імплантатів і хірургічних ниток. «Кукурудзяні» вироби можуть бути зроблені з розрахунком на термін розпаду, який вимагає специфіка його вживання. Деякі види біопластика розчиняються дуже швидко, інші можуть служити місяці, а то й роки.

Італійська компанія Novamont вже давно приступила до випуску біопластика під назвою MaterBi. В Австрії і Швеції McDonald’s пропонує у своїх ресторанах «кукурудзяні» вилки і ножі, компанія Goodyear випустила перші биошины Biotred GT3, а магазини Carrefour у Франції, Esselunga в Італії і CoOp в Норвегії продають свої товари в биопластиковых пакетах з того ж MaterBi.

Австралійські вчені з Дослідницького міжнародного центру продовольчої і пакувальної індустрії теж рекламують свою продукцію з кукурудзяного крохмалю. Серед нововведень — горщики для розсади, які саморазлагаются в ґрунті під дією вологи, і чорна плівка, чудові властивості якої порадують будь-городника.

Вже з’явилися ідеї виробництва не просто одноразових биоупаковок, а харчових упаковок, які містили б у собі специфічні бактерії, які вбивають патогени — збудників різних хвороб. Одним з найнебезпечніших патогенів є бактерія під назвою «лістерія». Вона розвивається в харчових продуктах навіть при низьких температурах і може стати причиною смертельної хвороби, що супроводжується високою температурою і нудотою. Вчені з Університету Клемсон винайшли біопластик, який містить бактерії низина, не дозволяють лістерії розмножуватися. Низин представляє собою антибіотик, який виробляється молочнокислими бактеріями Streptococcus lactis. Він нешкідливий для живого організму і швидко руйнується ферментами людського кишечника.

Є й інші не менш цікаві проекти. Фантазії дослідникам не займати. Так що цілком може статися, скоро гори сміття з довговічного пластику підуть у минуле, а на їх місці будуть побудовані заводи по випуску «кукурудзяних» пластмасових виробів.

Короткий опис статті: з чого роблять пластмасу На зміну найпоширенішим матеріалом пластику приходить біопластик. Незважаючи на схожість назви та властивостей спільного між ними досить мало

Джерело: Пластикова історія: від розквіту до заходу: Полімери — Популярна механіка

Також ви можете прочитати