Первые эксперименты с биоразлагаемыми полимерами были неудачными, в результате чего ряд проектов по их производству был закрыт. Первые биоразлагаемые пластики были, по сути, ошибкой.

Они не были по-настоящему биоразлагаемыми и подвергались серьезной критике со стороны Greenpeace и Федеральной торговой комиссии США, – говорит профессор Маккеффи. – Кроме того, вялый маркетинг и слабые продажи привели к тому, что многие фирмы, занимающиеся этим бизнесом, были просто выкинуты с рынка". Так, корпорация Churchhil Technology, производитель биоразлагаемых добавок, полимеров специального назначения и водорастворимых материалов, обанкротилась в 1997 г., предварительно пустив на ветер 24 млн. долларов. Компании пришлось продать свой патент на биоразлагаемые материалы итальянской фирме Novamont SpA. Последние два года перспективы роста потребления биоразлагаемых полимеров улучшаются. Сформировалась рыночная ниша, появились рентабельные предприятия, да и свойства новых биополимеров стали приближаться к характеристикам традиционных пластиков – полистиролу, полипропилену и т.д.

Основным препятствием для развития биопластиков в США является отсутствие в стране инфраструктуры переработки отходов и изготовления компостов. Американские специалисты утверждают, что "людям нужны удобрения, а не свалки".

В Европе иной подход к этим вопросам. Во-первых, там существует более разветвленная инфраструктура компостирования, а население с пониманием относится к важности утилизации отходов и готово переплатить за упаковку, если она, по сравнению с другими, более экологична. Во-вторых, европейское законодательство благоволит к использованию биоразлагаемых упаковочных материалов, пытаясь скоординировать директивы по переработке отходов, их захоронению и созданию системы компостов. В последнем докладе по европейскому рынку биоразлагаемых материалов консультант фирмы Frost&Sullivan Ян Хэнкок указывает, что "значимость создания системы компостов для биоразлагаемых материалов нельзя переоценить. Когда биоупаковки не подвергаются компостированию, а собираются и захороняются как обычный мусор или вместе с ним, то их экологическая ценность сводится на нет. Если будут действовать специальные программы по сбору биоразлагаемых упаковок, их раздельному складированию и приготовлению компостных ям, то экономическая ценность нового вида упаковки станет очевидной".

Изданные в этом году Европейским Союзом директивы как раз запрещают совместное захоронение различных видов отходов, предполагая раздельное захоронение. Для биоразлагаемых упаковок выделяются специальные площади под компосты. В докладе, опубликованном консалтинговой фирмой SRI, наиболее перспективными с ценовой точки зрения названы два материала: полимолочная кислота и алифатический (ароматический) сополиэфир. Ожидается, что в ближайшие годы использование только биоразлагаемого полиэфира возрастет на 70 %.

На данный момент, пожалуй, все крупные в области производства полимерной продукции фирмы выдвинули свои версии биоразлагаемых материалов. Немецкая компания Вауеr представила новый биоразлагаемый полиэфирамид. Полимер имеет полукристаллическую структуру и производится литьем под давлением или экструдируется на традиционном оборудовании. Сырьем для его производства является гексамителен диамин, бутандиол и адипиновая кислота.

Получаемая пленка обладает степенью прозрачности, ранжируемой от полупрозрачной до прозрачной. Процесс биоразложения упаковки происходит в течение 60 дней при контакте с бактериями и грибками. Предполагаемая рыночная ниша – мешки для мусора, упаковка пищевых продуктов, одноразовая посуда.

Американская компания Easten Chemiical в прошлом году начала производство сложного полиэфира Eastar Bio COPE. Конечный рынок применения – пищевая упаковка, мешки и пакеты для садоводческого и сельскохозяйственного использования.

Материал имеет полукристаллическую основу, хорошие свойства прозрачности, а его барьерные характеристики по кислороду выше, чем у полиэтиленовой пленки. При компостировании упаковка разлагается на диоксид углерода, биомассу и воду так же быстро, как обыкновенная газета.

Биоразлагаемые материалы немецкой компании ВАSF марки СОРЕ и Ecoflex обладают технологическими свойствами, аналогичными полиэтиленунизкой плотности (LDPE) Пленки Ecoflex имеют высокие характеристики сопротивления проколу и водонепроницаемости. При этом, в отличие от полиэтиленовой, они воздухопроницаемы.
Швейцарская фирма DuPont объявила о коммерческом производстве Biomax – гидро-биоразлагаемого полиэфира. Обладая свойствами обычного полиэтилентерефталата, он лишь немого дороже в производстве по сравнению со своим "нефтяным" аналогом. Точка плавления Bio-max – 200°С, относительное удлинение варьируется от 50 до 500 %, прочностные характеристики могут регулироваться. Компания ведет активный маркетинг нового полимера как в Европе, так и в США.

Ряд компаний предлагают материалы, в которых параметры биоразложения можно регулировать. Английская компания Symphony Environment Ltd выпустила на рынок биополимер на полиэтиленовой основе, в котором степень разложения контролируется специальными добавками. В зависимости от количества и качества предварительно вносимых добавок полное разложение упаковки может варьироваться в диапазоне от 60 дней до 5 лет.

Среди других производителей, предлагающих нестандартные разработки, – итальянская фирма Novamont SpA и английская компания Environmental Polymers Group (EPG). Первая разработала четыре композиции материала марки Mater Bi, нетоксичного полиацеталя на основе крахмала. Вторая – компания EPG – работает над специальными сортами поливинилового спирта, который способен к биоразложению в горячей и холодной воде. Материал будет использован для производства упаковочной пленки методом экструзии с раздувом. Предполагаемая EPG технология включает два компонента: запатентованную технологию экструзии и собственные разработки биодегра-дантов на основе поливинилового спирта (PVON).

Специалисты компании утверждают, что физические свойства изготавливаемой пленки будут эквиваленты, а в некоторых случаях и лучше, чем пленки из поливинилхлорида и полиэтилена, а по стоимости смогут конкурировать с другими биоматериалами. Новейшие технологии использовала американская корпорация Metabolix, концентрирующая свои усилия на РНА, материале со сложно структурой, производимом с помощью трасгенной технологии (know how) компании. Технология позволяет изготавливать РНА напрямую, через процессы фотосинтеза, или косвенно, – ферментацией Сахаров. Полимер представляет собою высококристаллический термопластик, разделяющий многие свойства с полипропиленом, включая идентичные точку плавления, предел прочности на разрыв, температуру склеивания и саму кристалличность. Предполагаемые рынки применения – упаковка для фаст-фуд, одноразовая упаковка медицинских препаратов.

Однако, из всех представленных проектов, как полагают аналитики, наиболее успешным оказался проект, предложенный Cargill Dow, совместного предприятия двух компаний: сельскохозяйственного гиганта Cargill Corporation и лидера в производстве химических продуктов – корпорации Dow Chemical. Предприятие Cargill Dow является лидером в производстве полимолочной кислоты (PLA) – полимера, изготавливаемого из возобновляемых сельскохозяйственных ресурсов: зерновых и сахарной свеклы, то есть на основе растительных Сахаров. Получаемый полимер обладает хорошей прозрачностью, прочностью, глянцем, является отличным влагопротектором, так же, как и ПЭТ, не пропускает запахи.

Предполагаемая сфера применения – двуосноориентированные упаковочные пленки, жесткие контейнеры и даже покрытия. Компания утверждает, что упаковка из PLA-полимера способна полностью разлагаться в течение 45 дней при условии создания соответствующей структуры компостирования.

По утверждению представителей Cargill Dow, технология совместного предприятия предлагает усовершенствованный контроль структуры полимеров. Преимущество данной технологии заключается в возможности использовать в качестве сырья самые разнообразные сельскохозяйственные сахаросодержащие культуры в различных регионах мира. Например, завод, вводимый в эксплуатацию в Европе в 2002 г., скорее всего, будет использовать пшеницу, а не кукурузу или бобовые, поскольку именно эта культура изобилует на европейском континенте. В других регионах в качестве возможного сырья будет выбрана свекла, тапиока или другие натуральные сахара.

В отличие от своих конкурентов, биополимеры от Cargill Dow получили ощутимый коммерческий успех. Более десятка европейских и северо-американских фирм уже объявили о возможности использования новых полимерных материалов совместного предприятия. В списках потенциальных партнеров – немецкая фирма Hoechst Trespaphan Gmbh, второй по величине в мире производитель ориентированной полипропиленовой пленки.

Сотрудничество двух крупнейших в своем бизнесе компаний обеспечивает возможность поддерживать приемлемые цены на биоразлагаемый полимер, делая его доступным. Аналитики Cargill Dow подтверждают, что "многие предыдущие проекты провалились, попросту "утопив" себя высокой стоимостью. Как бы положительно люди ни относились к проблемам охраны окружающей среды, их вряд ли устроит экологичная, но супердорогая упаковка".

Однако в самой индустрии пластмасс, да и за ее пределами, все чаще обсуждается вопрос: "Оправдано ли морально использование сельскохозяйственного сырья для производства пластиков, если в мире существует голод?" Иными словами – не забирает ли Cargill Dow у голодающих пшеницу?

В ответ компания приводит парадоксальные цифры. Оказывается, в пищу идет лишь 1 % зерновых, производимых в мире. Около половины всего урожая используется в качестве корма для животных.

Еще 10 % идет на изготовление сахара и сахарозаменителей. "Производить биоразла-гаемые материалы не означает в прямом смысле слова брать хлеб с чужого стола", -утверждает Пат Грубер, представитель Cargill Dow. – Европа, США выращивают огромные количества пшеницы, не предназначенные для пищи. Мы же можем использовать даже стебли кукурузных растений в качестве сырья. Голод – очень сложная комплексная проблема. Скорее, это политический вопрос, нежели технологический. Его решение выходит за рамки усилий по созданию биополимеров". Сфера применения возобновляемых ресурсов гораздо шире, чем индустрия пластмасс. На производство пластиков уходит менее 1 % от мировой добычи нефти.

Вне зависимости от того, будут ли в ближайшее время истощены мировые запасы нефти, био-деграданты привлекут к себе еще больше внимания. Уже сейчас цены на нефть и природный газ и их поставки крайне нестабильны. Один этот фактор побуждает производителей искать альтернативное сырье для производства полимеров. Сырье же растительное, природное, легко подвергающееся разложению, – лучший выход. А технические характеристики биодеградантов на данный момент не уступают их "нефтяным" аналогам.

Термин "biodegradable polymer" стал неотъемлемой частью "зеленого словаря" сравнительно недавно. Первоначально усилия исследователей в области синтеза полимеров были направлены на создание материалов, отличающихся исключительно высокой стойкостью к воздействию факторов" окружающей среды. Угроза нарушения биосферного равновесия на планете полимерными отходами показала всю сложность проблемы использования полимеров, инертных к окружающей среде и способных сохранять присущие им свойства неизменными в течение длительного времени.

На современном этапе развития общества возник новый подход к разработке полимерных материалов, диаметрально противоположный традиционному. Он имеет целью получение полимеров, которые сохраняют эксплуатационные характеристики только в течение периода потребления, а затем претерпевают физико-химические и биологические превращения под действием факторов окружающей среды и легко включаются в процессы метаболизма природных биосистем. Способность полимеров разлагаться и усваиваться микроорганизмами зависит от ряда их структурных характеристик. Наиболее важными являются химическая природа полимера, молекулярная масса, разветвленность макроцепи (наличие и природа боковых групп), надмолекулярная структура.

Природные и синтетические полимеры, содержащие связи, которые легко подвергаются гидролизу, обладают высокой способностью к биодеструкции. Присутствие заместителей в полимерной цепи часто способствует повышению биодеструктируемости. Последняя зависит также от степени замещения цепи и длины ее участков между функциональными группами, гибкости макромолекул.

Важным фактором, который определяет стойкость полимера к биоразложению, является величина его молекул. В то время как мономеры или олигомеры могут быть поражены микроорганизмами и служат для них источником углерода, полимеры с большой молекулярной массой являются стойкими к действию микроорганизмов.

Биодеструкцию большинства технических полимеров, как правило, инициируют процессами небиологического характера (термическое и фотоокисление, термолиз, механическая деградация и т.п.). Упомянутые деградационные процессы приводят к снижению молекулярной массы полимера. При этом возникают низкомолекулярные биоассимили-руемые фрагменты, имеющие на концах цепи гидроксильные, карбонильные или карбоксильные группы. Не менее значимым фактором, оказывающим влияние на биодеградацию, является надмолекулярная структура синтетических полимеров. Компактное расположение структурных фрагментов полукристаллических и кристаллических полимеров ограничивает их набухание в воде и препятствует проникновению ферментов в полимерную матрицу.

 Это затрудняет воздействие ферментов не только на главную углеродную цепь полимера, но и на биоразрушаемые части цепи. Аморфная часть полимера всегда менее стойка к биодеструкции, чем кристаллическая. Известны различные технологические подходы к созданию биоразлагаемых полимеров. Среди них можно выделить следующие направления.

Селекция специальных штаммов микроорганизмов, способных осуществлять деструкцию полимеров. Пока это направление увенчалось успехом только в отношении поливинилового спирта. Японские ученые выделили из почвы бактерии Pseudomonas SP, которые вырабатывают фермент, расщепляющий поливиниловый спирт. После разложения макроцепи ее фрагменты полностью усваиваются бактериями. Бактерии Pseudomonas добавляют к активному илу на водоочистных сооружениях для более полной очистки сточных вод от этого полимера.

Синтез биоразлагаемых полимеров методами биотехнологии. Таким образом, получен микробный полиоксибутират, который по своим пластическим свойствам близок к классическим полимерам – полиэтилену и полипропилену.

Полиоксибутират и изделия из него легко поддаются разложению под действием микроорганизмов, а также ферментов плазмы животных тканей. Этот полимер применяют не только в качестве упаковочного материала, отходы которого разрушаются естественной почвенной микрофлорой до мономеров, но и используют в хирургии и фармакологии. Английская фирма "ICI" создала новые полимерные материалы, получаемые с помощью бактерий на натуральных субстратах: сахаре, этаноле, смеси газов (СО2 и Н2). Синтезируемый бактериями полимер – поли-3-гидроксибутират – относится к термопластам и по своим физическим свойствам аналогичен полипропилену.

Однако он неустойчив к действию растворителей и имеет низкую теплостойкость. В поли-3- гидроксибутират вводят другой продукт бактериального синтеза – поли-3-гидроксивалериановую кислоту и получают полимерную композицию BiopolTM, которая полностью разрушается микроорганизмами в течение нескольких недель.

Синтез биоразлагаемых полимерных материалов, имеющих химическую структуру, сходную со структурой природных полимеров
Примером такого синтеза является поддающийся биодеструкции сложный полиэфир алифатического ряда, имеющий химическую структуру, аналогичную структуре полиоксиацетобутирата целлюлозы. Синтетически получены полимеры: аналог лигнина (метоксиоксистирол); биодеструктируемый полиамид; разрушающийся микроорганизмами сложный полиэфир, в состав которого входят молочная и фенилмолочная кислоты.

Разработка материалов, производимых с использованием возобновляющихся биологических ресурсов. В связи с тем, что традиционные источники сырья для синтеза полимеров ограничены, данное направление, по оценкам специалистов, является наиболее перспективным и экономически выгодным. Кроме того, есть мнение, что применение таких материалов уменьшит "парниковый эффект", так как выращиваемое для их производства растительное сырье поглощает углекислый газ.

Здесь известны следующие технологические решения: использование природных полимеров для производства биоразлагаемых материалов. В упаковочной отрасли широко распространены пленки на основе целлюлозы, хитина и хитозана, желатина, полипептидов и др. В последние годы возрос интерес к крахмалу как к одному из наиболее дешевых видов сырья для организации промышленного производства биопластиков. Крахмал – полисахарид, накапливаемый в процессе жизнедеятельности растений в их клубнях, семенах, стеблях и листьях. Основными источниками для его промышленного производства являются картофель, пшеница, кукуруза, рис.

В растениях крахмал присутствует в виде гранул, диаметр которых колеблется от 2 до 100 мкм. Структура этих надмолекулярных образований сложна и оказывает существенное влияние на физические и технологические свойства крахмала.

В чистом виде крахмал не является пленкообразующим веществом, поэтому его переработка на стандартном технологическом оборудовании (экструдерах, литьевых машинах и др.) возможна только совместно с пластификаторами. Поскольку крахмал является типичным гидрофильным полимером, он может содержать до 30…40 % связанной влаги. Это свойство позволяет использовать воду как один из наиболее доступных пластификаторов крахмала.

Такого рода пластификация проводится при одновременном воздействии температуры и механических напряжений. В результате происходят значительные изменения физических и механических свойств крахмала. Пластифицирующее действие на крахмал оказывают также глицерин и олиго-мерные полигликоли. Обычно их используют в сочетании с водой.

Из крахмала, пластифицированного водой или другими гидроксилсодержащими веществами, методами компрессионного прессования и экструзии формуют термопластичные материалы одноразового или недолговременного применения.
Существенным недостатком таких материалов является их нестойкость к действию воды. Поэтому большое число исследований последних лет посвящено смесям крахмала с другими природными полимерами, такими, как пектины, целлюлоза и др., или с продуктами их химической модификации.

Экструзией смесей кукурузного крахмала и микрокристаллической целлюлозы и метилцеллю-лозы с добавками пластификаторов (полиолов) или без них получены съедобные пленки, предназначенные для защиты пищевых продуктов от потери массы (за счет снижения скорости испарения влаги) и порчи. Пленки обладают высокой сорбционной способностью (в том числе к радионуклидам, ионам тяжелых металлов и др. вредным соединениям), что предопределяет их положительное физиологическое воздействие на организм.

Способность съедобных пленок удерживать (иммоби-лизировать) различные соединения позволяет обогащать продукты питания полезными веществами (минеральными солями, витаминами, комплексами микроэлементов и т.п.), компенсируя дефицит этих необходимых человеку компонентов пищи. Возможно введение в съедобную пленку специальных добавок (ароматизаторов, красителей) для регулирования вкусо-ароматических свойств упакованного пищевого продукта.

Методом инжекционного формования получены пластифицированные триацетилглицерином термопластичные пленки из смеси картофельного или кукурузного крахмалов с диацетом целлюлозы (ДАЦ).

По своим механическим свойствам они близки к пленкам из полистирола, но способны к биодеградации. Процесс биоразложения композиционных пленок начинается с крахмала и пластификатора, после чего начинается деструкция ДАЦ. Материалы на основе крахмала можно также получить химической модификацией, заключающейся в проведении полимераналогичных превращений (чаще всего путем этерификации гидроксильных групп) или во введении в макромолекулу полисахарида фрагментов иной химической природы (получение привитых сополимеров). Значительно меньшей гигроскопичностью, чем нативный крахмал, обладают его ацетилированные продукты. Однако ацетаты крахмала менее способны к биоразложению, так как этерификация препятствует воздействию энзимов на крахмал.

Из высокозамещенного ацетата кукурузного крахмала по экструзионной технологии получены вспененные упаковочные материалы, по пластичности; и прочности при сжатии превосходящие вспененные полистиролы. В качестве перспективных композиций предлагаются смеси ацильных производных крахмала с другим биоразлагаемым полимером – поли-3-гидроксибутиратом. На мировом рынке упаковки группа биоразлагаемых пластиков на основе природных полимеров представлена материалами NovonTM, BiopacTM, BiocetaTM, BioflexTM.

Получение сополимеров, в молекулярные цепи которых входят легко разрушающиеся под действием микроорганизмов химические связи

Это достигается методами сополимеризации природных, легко деструктируемых и синтетических соединений. Синтезирован полиуретан, содержащий низкомолекулярную целлюлозу или амилозу. Методами привитой сополимеризации изготовлены сополимеры полиуретана с крахмалом и целлюлозой, осуществлен синтез сополимера, состоящего из полиэтилакрилата и желатина. Однако до настоящего времени не решена проблема деструкции синтетического остатка, образующегося после полного разрушения природного полимера.

Создание композиций, содержащих, кроме высокомолекулярной основы, органические наполнители

(крахмал, целлюлозу, амилозу, амилопектин, декстрин и др.), являющиеся питательной средой для микроорганизмов. Наиболее дешевым методом получения композиций "полимер – наполнитель" является прямое смешивание компонентов. В этом случае наполнитель присутствует в пластике в виде конгломератов размером 10…100 мкм.

Величина макрочастиц определяется энергией межфазного взаимодействия и сдвиговым напряжением в процессе экструзии. Полученный из такой смеси материал является частично биоразлагаемым, так как матрица синтетического полимера в лучшем случае распадается на кусочки. При смешивании наполнителя с синтетическим полимером на микроуровне (размер частиц менее 10 мкм) компоненты смеси образуют взаимопроникающую сетчатую структуру, которая обеспечивает наполненному полимеру эффект дополнительной деструкции.

Как известно, наполнитель может скапливаться в менее упорядоченных областях полимера. Кроме того, плотность упаковки макромолекул в граничных слоях системы "полимер-наполнитель" приблизительно вдвое меньше, чем в остальном объеме неупорядоченной фазы полимера.

Поэтому при уничтожении наполнителя бактериями облегчается доступ микроорганизмов к менее стойкой по отношению к биодеструкции части полимера. Биоразлагаемые материалы с активным растительным наполнителем впервые появились в 1970–80-е гг. на рынке упаковки в США, Италии, Германии. Это были композиции крахмала с различными синтетическими полимерами. По сравнению с термопластами на основе пластифицированного крахмала они удачно сочетали технологичность и высокие эксплуатационные характеристики, присущие синтетическому компоненту, со способностью к биодеструкции, обусловленной наличием в их составе природного полимера (крахмала).

Чаще всего крахмалом модифицировали полиэтилен – пластик, наиболее востребованный не только в индустрии упаковки, но имеющий широкий диапазон использования в пищевой и легкой промышленности, медицине и других отраслях.

Для получения термопластичных смесей "полимер– крахмал" полисахарид обычно пластифицировали глицерином и водой. Смешивание компонентов осуществлялось в экструдере при температуре 150 ОС. Биоразложение композиционного материала, полученного по такой технологии, начиналось с поверхности пленки, обогащенной
крахмалом. Для интенсификации биодеструкции в состав композиций вводили фотосенсибилизаторы или самоокисляющиеся добавки, вызывающие деструкцию полимерной цепи с образованием участков, достаточно малых для того, чтобы быть усвоенными микроорганизмами.

Среди коммерческих продуктов, изготовленных на основе композиций "полиэтилен–крахмал" следует назвать разработанный фирмой "Archer Daniels Midland" (США) концентрат PolycleanTM для производства биоразлагаемых пленок.

Кроме крахмала (40 %), в его состав входит окисляющая добавка, действующая как катализатор биодеструкции крахмала не только на свету, но и в темноте. Фирма "St. Sawrence Starch" (США) предлагает концентрат EcostarplusTM. Он содержит самоокислитель и фотодеградант (органометаллические соли), который синергически взаимодействует с биоразрушающим компонентом – крахмалом. Материал используется как добавка при изготовлении мешков под компост.

Крахмал плохо совместим с неполярным полиэтиленом, поэтому современные исследования по улучшению сродства природного и синтетического полимеров проводятся в двух направлениях: 1) получение смесей крахмала с сополимерами этилена или другими, более полярными полимерами; 2) модифицирование крахмалов с целью повышения их совместимости с полиэтиленом.

Наиболее часто в смесях с крахмалом используют сополимеры этилена с винилацетатом (СЭВА) или продукты омыления ацетатных групп в этих сополимерах. Изучены также композиции крахмала с сополимером этилена и пропилена, полистиролом. Экструзией получены смеси крахмалов восковой или нативной кукурузы, а также высокоамилозного крахмала марки Hylon с сополимером этилена и винилового спирта (ЭВС, 56 % звеньев СН2СH(ОН)).

Хорошо формуются композиции крахмала с сополимером этилена, пропилена и малеинового ангидрида, а также с сополимером полистирола и малеинового ангидрида. Они обладают удовлетворительными механическими характеристиками и способны к биоразложению под действием спор грибков Penicillium fimiculogum.

В отношении улучшения сродства с неполярными полимерами типа полиэтилена и полипропилена перспективными являются эфиры крахмала и высших жирных кислот. Причем эфирные группы с длинными алкильными радикалами не только увеличивают совместимость крахмала с неполярным синтетическим компонентом, но и действуют как внутренние пластификаторы.

Однако скорость биодеградации таких композитов по сравнению со смесями "полиэтиленнемодифици-рованный крахмал" меньше.

Из смеси полиэтилена высокого давления и крахмала, модифицированного введением в его молекулы холестериновых остатков, получены раздувные пленки. По сравнению с материалами из нативного крахмала пленки более однородны и характеризуются большей прочностью. Их биодеградация в компосте проходит быстрее, очевидно, за счет разрыхления структуры крахмала крупными холестериновыми фрагментами. Наиболее известным и крупнотоннажно выпускаемым синтетическим продуктом, содержащим в качестве активного био-разлагаемого наполнителя крахмал, является материал Mater-BiTM (марки AT 05H, AF 05H, А 105Н, АВ 05Н, АВ 06Н, AF 10H).

Его промышленное производство осуществляет фирма Novamont S.p.A (Италия). Композит получают на основе смеси крахмала с поликапролактоном или ЭВС. Он высоко экономичен, подвергается вторичной переработке. Стоимость – 60 тыс. итальянских лир за 1 кг. Разлагается в почве как в аэробных, так и в анаэробных условиях без выделения вредных продуктов и твердых остатков за 60 суток. Этот материал способен также разлагаться в воде и компосте. В водной среде быстро вымывается пластификатор.

Основные способы переработки (в зависимости от марки) – экструзия (в том числе с последующим раздуванием заготовки), термоформование, литье под давлением, штамповка. Как одно из новых направлений решения проблемы пластмассовых отходов является создание второго поколения пластиков – биодеградабельных, способных разлагаться в природных условиях под действием микроорганизмов до безвредных составляющих.

В связи с этим определяются пути создания биодеградабельных полимеров:

• синтез биодеградабельных полимеров с помощью микроорганизмов (биополиэфиры, биополисахариды);
• биоразлагаемые полимеры на основе природных веществ (природные полисахариды, смеси ПЭ с крахмалом);
• получаемые методом химического синтеза (синтетические полиэфиры).

Такие исследования по получению саморазрушающихся в почве и воде полимеров ведутся в настоящее время главным образом в США, Японии, странах Европы [20].

Получены полубиодеградабельные полимеры путем последовательного вкрапления крахмала в полимерные цепочки. Этот вид полимеров может использоваться для сумок, контейнеров, почтовых упаковок, других целей. В Италии создан первый в мире полностью деградабельный пластик, изготовлен из ПЭ ткани, содержащей пустоты, которые заполнены кукурузным крахмалом (10…50 %). Пластик до окиси углерода и воды и течение полугода разлагается микроорганизмами.

В Австрии на основе крахмала разработаны материалы для производства биодеградабельпых чашек, полотенец, емкостей для яиц, кухонной посуды.

К добавкам, которые сами легко усваиваются микроорганизмами, относятся: крахмал (рисовый, пшеничный, картофельный карбоксиметил-целлюлоза, маниит, лактоза, др.) казеин, дрожжи, мочевина и другие соединения природного происхождения. С их использованием сейчас изготавливают фармацевтические капсупы, которые до сих пор получали из желатина, мешки из крахмальной пленки, которые компостируют вместе с морковной ботвой: стаканчики разового применения для прохладительных напитков, оберточные материалы для кондитерских изделий, вспомогательные детали упаковки (соединительные колечки, зажимы и пр.) со сроком разложения от 3 месяцев до 2 лет.

Американская компания JCJ создала в 1990 г. первый в мире биодеградабельный термопластик биопол. Новый полиэфир образуется путем фермента цепи Сахаров бактериями Alcaligenes eutrophus. Однако стоимость этого полимера пока что очень дорогая – 33 доллара за 1 кг.

После пуска ферментационного завода стоимость его начнет снижаться и биопол будет использоваться в производстве пленок, бутылей, упаковочных нетканых материалов. Биопол производится сбраживанием таких видов сельскохозяйственного сырья, как сахар и крахмал. Использование упаковки из биопола, можно беспрепятственно вывозить на действующие свалки, нe нарушая при этом экологический баланс. Биопол полностью разлагается, в земле под действием грибков и бактерий.

Термопластичный алифатический полиэфир (полигидроксибутилат)

Так же, как и ПП (точка плавления кристалличность и др.), перерабатывается как обычные термопласты. По мнению специалистов фирмы "JCJ" использование сахара или крахмала для производства биопола оправдано с точки зрения экономики и экологии. Прогнозы экономистов позволяют сделать вывод, что в недалеком будущем цены на сахар снизятся в связи с интенсификацией сельского хозяйства. И даже сегодня производство биопола экономически оправдано в странах, не обладающих запасами нефти для производства пластмасс.

Разработан материал, разлагающийся в воде за 45 с при температуре 25 °С. Он может найти применение для упаковывания химических добавок агротехнического назначения. Поместив упаковку с такими веществами в слегка подогретую воду, сразу получают раствор вещества. Упаковка полностью растворяется и не влияет на свойства удобрений. Аналогичный тип пластмасс получен в Японии в Токийском институте технологии. Этот биопластик синтезируется микроорганизмами и разрушается микроорганизмами, не загрязняет окружающую среду. Учитывая возросший интерес потребителей к биодеградабсльным материалам японское правительство утвердило трехлетний проект системы исследований для изучения биодеградабельных полимеров по следующим направлениям: полимерные материалы, произведенные микроорганизмами; создание технологий по утилизации биомассы; разработка технологий по молекулярному конструированию и управляемому получению новых полимерных материалов; биологический поиск и изучение микроорганизмов (аэробных и анаэробных), способных образовывать биодеградабельные полимеры.

Новые полимерные материалы должны удовлетворять требованиям специалистов по охране окружающей среды. С точки зрения рециклинга природных ресурсов биодеградабельные пластмассы будут лишь способствовать ускорению протекания углеродного цикла. Выброшенные на свалку или захороненные в почве отходы будут саморазрушаться с выделением CO2, который в конечном счете будет потребляться микроорганизмами для синтезирования новых биодеграда-бельных материалов.

Осуществление рециклинга полимерных отходов позволит высвободить полезные посевные площади от неконтролируемых свалок и улучшить экологическую обстановку региона. Однако организация многоступенчатых способов рециклирования требует больших затрат на отбор и сортировку отходов, которые могут быть значительно сокращены при маркировке пластмассовых изделий в процессе их изготовления.
Попавшие в отходы маркированные недеградабельные изделия после вторичной переработки могут быть вновь использованы для изготовления новых изделий, что даст существенную экономию средств.

Наиболее оптимальным решением проблемы предотвращения полимерных свалок является создание экологически чистых биодеградабельных пластмасс, которым, очевидно, принадлежит будущее. Наибольший прогресс в производстве новых биодеградабельных пластмасс произойдет после создания фундаментальной технологии изготовления полимерных материалов с различными свойствами, основные принципы которой разрабатываются в настоящее время крупнейшими лабораториями и фирмами различных стран.

"Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов": учебное пособие / А.С. Клинков, П.С. Беляев, М.В. Соколов – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. 80 с.