Технологии

Продолжение. Начало в БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ ПОЛИМЕРЫ В АДГЕЗИВНЫХ СИСТЕМАХ (ЧАСТЬ I)

За последнее время наблюдается тенденция возвращения к использованию химических веществ, полученных на основе сельскохозяйственных материалов. Появление разработок в этой области обусловлено, в первую очередь, экологическим законодательством и охраной природы и рациональным природопользованием, но свой вклад внесла и работа по биологическому разложению отходов. Помимо работы с крахмалом, большая работа была проделана в области адгезивных материалов на основе казеина, материала, получаемого из молока.

Льняное масло является распространенным сырьем для смол и покрытий. Его можно использовать для получения нескольких высокопроизводительных полимерных смол, включая полиэфир амид. Продукты на основе конопляного масла разрабатываются для использования в качестве внешних покрытий. Эти материалы могут похвастаться отсутствием вредного воздействия на окружающую среду, а также тем, что они создаются из возобновляемых ресурсов.

Полиолы на основе касторового и соевого масел являются примерами растительных материалов, которые успешно использовались вместе с полиуретановыми смолами. Эпоксидированные масла синтезируются за счет реакции растительных масел (обычно соевого или же льняного) с перкислотами или перекисью водорода. Такие эпоксидированные масла используются в качестве биологически разлагаемых пластификаторов для адгезивов и пластмасс. Затемнители длинноцепочечных жирных кислот, которые производятся из растительных масел, вступают в реакцию с некоторым избытком первичных аминов для синтеза полиамидов, которые обычно используются в качестве отверждающих веществ в эпоксидных покрытиях и адгезивах.

Биоразлагаемые полиэфиры

Потенциально поддающиеся гидролизу эфирные связи полиэфиров делают их важными сырьевыми материалами при разработке биоразлагаемых полимеров. Семейство полиэфиров состоит из двух основных групп: алифатических (линейных) полиэфиров и ароматических (с кольцевой структурой) полиэфиров. Биологически разлагаемые полиэфиры, которые уже были разработаны для коммерческого использования, и которые находятся в настоящее время в стадии разработки, представлены в Таблице 5.

Таблица 5. Биоразлагаемые полиэфиры.

Все полиэфиры, в конечном счете, разлагается, при этом гидролиз является доминирующим механизмом. Алифатические полиэфиры обычно  используются, поскольку они легче подвергаются биологическому разложению, чем ароматические полиэфиры. Синтетические алифатические полиэфиры легко подвергаются биологическому разложению в почве. Тем не менее, эти алифатические полиэфиры стоят дороже, и не обладают той же механической прочностью, что и традиционные пластмассы. Алифатические полиэфиры часто сочетаются с крахмалом для снижения материальных затрат. Такие сочетания смешиваются с армированием из наноглины для улучшения механических свойств и барьерных эксплуатационных характеристик применений для упаковки пищевых продуктов. Наиболее широко используемым биоразлагаемым полиэфиром является полимолочная кислота (PLA).

Молочную кислоту производят преимущественно путем микробной ферментации сахарного сырья. Для производства PLA требуется на 30-50% меньше ископаемого топлива, чем для производства полимеров, которые синтезируют из углеводородов. Изменения условий полимеризации позволяют получать несколько марок PLA. Полимолочная кислота разлагается, прежде всего, с помощью гидролиза, а не за счет микробного воздействия. Она плохо поддается биологическому разложению при температурах ниже 60°C из-за того, что ее температура перехода в стеклообразное состояние близка к 60°C.

PLA обладает высокой полярностью, это затрудняет адгезию. Обычно приходится использовать соединительные слои для обеспечения связывания с не полярными полиэтиленом и полипропиленом в многослойной структуре. PLA обладает прекрасными свойствами для термической герметизации. Материалы на основе PLA, такие, как те, которые производятся компанией NatureWorks LLC под торговым названием NatureWorks, чаще всего используются при производстве упаковки в виде термоформованных продуктов, таких как стаканчики для питья, поддоны для еды, взятой с собой, и прочие виды контейнеров.

Поликапролактоновые (PCL) полиэфиры представляют собой синтетические алифатические полиэфиры с низкой вязкостью. Их сравнительно высокую стоимость можно снизить за счет добавления крахмала. Получаемые из не возобновляемых источников, PCL являются полностью биологически разлагаемыми с помощью одной технологии компостирования при температуре 60°C. Без всяких добавок они полностью биологически разлагаются спустя шесть недель в компосте, активированном жидкой густой массой. Технологические добавки повышают прочность на разрыв, но уменьшают способность подвергаться биологическому разложению. См. список компаний, которые поставляют такие материалы, в Таблице 6.

Таблица 6. Поликапролактоновые полимеры, имеющиеся на рынке.