バイオプラスチックの特性、種類、製造方法および用途



の バイオプラスチック それらは、生物由来の原料から得られる、すなわちとりわけ再生可能な天然資源、例えば澱粉、セルロース、乳酸、脂肪、植物性および動物性タンパク質のバイオマスから得られるプラスチックポリマー材料である。.

バイオプラスチックという用語は、石油誘導体から合成される石油プラスチックから、これらの生物由来の材料を区別するために使用されます。.

プラスチックは容易に成形可能な材料であり、多かれ少なかれ広範囲の条件に入ることなく変形することができます。それは彼らが非常に多様性の材料であるのはこの理由のためです.

ほとんどのプラスチックは石油由来の原料から製造されています。これらの石油プラスチックは石油の抽出と精製に由来しています。.

さらに、石油プラスチックは生分解性ではなく、海洋におけるいわゆる「プラスチックの島とスープ」のような深刻な環境問題を発生させる。これらは、物理的劣化から、懸濁液中のプラスチック微粒子による海と空気の汚染のために、魚や海鳥の大量死を引き起こします。.

さらに、石油プラスチックの焼却は非常に有毒な排出物を生み出します.

石油プラスチックとは異なり、ほとんどのバイオプラスチックは完全に生分解性で汚染のないものです。彼らは生態系のダイナミクスさえも好むことができます.

索引

  • 1バイオプラスチックの特徴
    • 1.1バイオプラスチックの経済的および環境的重要性
    • 1.2生分解性
    • 1.3バイオプラスチックの限界
    • 1.4バイオプラスチックの特性改善
  • 2種類（分類）
    • 2.1準備による分類
    • 2.2原材料による分類
  • 3バイオプラスチックの工業生産
  • 4バイオプラスチックの用途
    • 4.1使い捨て商品
    • 4.2建設および土木
    • 4.3医薬品用途
    • 4.4医療用途
    • 4.5航空、海上および陸上輸送および産業
    • 4.6農業
  • 5参考文献

バイオプラスチックの特性

バイオプラスチックの経済的および環境的重要性

近年、再生可能な原料からプラスチックを製造すること、そして生分解性であることに対する科学的および産業的な関心が高まっています。.

これは、世界の石油埋蔵量が枯渇していることと、石油プラスチックによって引き起こされる深刻な環境被害についての認識が高まっているという事実によるものです。.

世界市場でプラスチックの需要が高まるにつれて、生分解性プラスチックの需要も増加しています.

生分解性

生分解性バイオプラスチックの廃棄物は、急速で汚染のない分解の有機廃棄物として扱うことができます。例えば、それらは生物学的プロセスによって自然にリサイクルされるので、それらは堆肥化における土壌改良剤として使用することができる。.

バイオプラスチックの限界

バイオプラスチックは石油プラスチックより劣った性質を有し、その用途は、成長しているにもかかわらず、限られているため、生分解性バイオプラスチックの製造は大きな課題に直面している。.

バイオプラスチックの特性改善

バイオプラスチックの特性を改善するために、カーボンナノチューブや化学プロセスで改質された天然繊維などの様々な種類の添加剤を含むバイオポリマーの混合物が開発されています。.

一般に、バイオプラスチックに適用される添加剤は、次のような特性を向上させます。

  • 剛性と機械的耐性.
  • ガスや水に対するバリア性.
  • 熱抵抗と熱安定性.

これらの特性は、調製および加工の化学的方法を通じてバイオプラスチックにおいて設計することができる。.

タイプ（分類）

あなたの準備に応じた分類

バイオプラスチックは、その製造方法によって次のように分類できます。

  • バイオマスから直接抽出された高分子原料から合成されるバイオプラスチック.
  • バイオテクノロジー経路による合成によって得られるバイオプラスチック（天然または遺伝子組み換え微生物を使用）.
  • 生物学的モノマーから出発して古典的な化学合成によって得られるバイオプラスチック.

原材料による分類

バイオプラスチックは原料の由来によっても分類できます。

デンプンベースのバイオプラスチック

デンプンは水を吸収することができるバイオポリマーであり、そしてこれらのバイオプラスチックは機能的であり、それらは柔軟性を提供する可塑剤を添加されている（例えばソルビトールまたはグリセリン）。.

さらに、それらは、それらの機械的性質およびそれらの水による劣化に対する耐性を改善するために、とりわけ生分解性ポリエステル、ポリ乳酸、ポリカプロラクトンと混合される。.

豊富で再生可能な、経済的な原料のような澱粉から作られたバイオプラスチックは、「熱可塑性澱粉」と呼んでいます。.

それらは室温で変形可能な材料であり、加熱されると溶融しそして状態で硬化する。 硝子体 冷やすとき。それらは再加熱されそして改造されることができるが、それらはこれらの手順でそれらの物理的および化学的性質の変化を経験する.

それらは最も使用されているバイオプラスチックタイプであり、市場でバイオプラスチックの50％を占めています。.

セルロース系バイオプラスチック

セルロースは陸生バイオマスの中で最も豊富な有機化合物であり、植物細胞の壁の構造成分です。水、エタノール、エーテルに不溶.

セルロースベースのバイオプラスチックは、一般にセルロースエステル（セルロースアセテートおよびニトロセルロース）およびそれらの誘導体（セルロイド）である。セルロースの化学修飾を通して、それは熱可塑性物質になることができます.

セルロースは、デンプンよりもはるかに親水性が低い（水に似ている）ので、機械的強度が改善され、ガス透過性が低く、そして耐水劣化性がより大きいバイオプラスチックを製造する。.

タンパク質系バイオプラスチック

ミルクカゼイン、小麦グルテン、大豆タンパク質などのタンパク質を使用してバイオプラスチックを製造することが可能です。.

特に、大豆タンパク質由来のバイオプラスチックは、水による分解を非常に受けやすく、製造するのに経済的に高価である。より安価でより耐性のある精巧な混合物は現在の挑戦を意味する.

脂質由来のバイオプラスト

バイオプラスチック（ポリウレタン、ポリエステルおよびエポキシ樹脂）は、植物性および動物性脂肪から合成されており、石油プラスチックと同様の特性を持っています。.

微細藻類からの植物油および低価格油の生産は、この種のバイオプラスチックの生産にとって非常に好ましい要因となり得る。.

例えば、バイオプラスチック ポリアミド410 （PA 410）、それはヒマシの実の果実からの70％の油で生産されます（PA 410）。リシヌスコムニス）このバイオプラスチックは高い融点を持っています（250○C）、低吸水性および様々な化学薬品に対する耐性.

別の例は ポリアミド11 （PA 11）、植物油から製造されているが生分解性ではない.

ポリヒドロキシアルカノエート（PHAs）

多種多様な細菌種が糖や脂質を発酵させ、化合物と呼ばれる副産物として産生する ポリヒドロキシアルカノエート 炭素とエネルギーの源として貯蔵する（PHAs）.

PHAは水に溶けず、生分解性で無毒です。.

ＰＨＡタイプのバイオプラスチックは、生分解性の非常に硬いプラスチック繊維を製造する。それらは、医療機器の製造のための、石油ポリマーの使用に関して、非常に有望な代替品を表します。.

ポリ乳酸（PLA）

ポリ乳酸（PLA）は、原料としてトウモロコシまたはデキストロースから製造される透明なバイオプラスチックです。.

その生産のために、デンプンは最初にトウモロコシまたは他の植物源から抽出されなければなりません。その後、微生物の作用のおかげでこれから乳酸が得られ、そして最後に化学プロセス（乳酸の重合）がバイオプラスチックを得るために適用される。.

ＰＬＡバイオプラスチックは透明であり、耐衝撃性が低く、熱抵抗性およびバリア性を有し、空気の進入を阻止する。さらに、それらは生分解性です。.

ポリ-3-ヒドロキシブチレート（PHB）をベースにしたバイオプラスチック

ポリ-3-ヒドロキシブチレート（PHB）は、グルコースとコーンスターチを代謝するいくつかのバクテリアによって生産される化合物ポリエステルタイプです。.

ＰＨＢは石油プラスチックポリプロピレン（商業的に広く使用されている）と同様の特性を有するが、それは高価な炭素源を有するバイオマスの生産を含むので、その生産コストは９倍高い。.

このバイオプラスチックは透明なフィルムを製造することができ、融点は130です。○Cおよび完全に生分解性.

バイオ由来ポリエチレン

ポリエチレンは構造単位としてエチレンモノマーを有する。エタノールを原料とした化学合成により得られる.

エタノールはサトウキビ、トウモロコシまたは他のものを代謝する微生物によるアルコール発酵で生産されます.

これが、アルコール発酵とエチレンとポリエチレンの化学合成を組み合わせて、バイオ由来ポリエチレンと呼ばれるバイオプラスチックを得ることができる方法です。.

このバイオプラスチックポリエチレンは石油化学と化学的および物理的に同一です。それは生分解性ではありませんがリサイクルすることができます.

ポリヒドロキシウレタン

最近、バイオプラスチックポリウレタンの製造に注目が集まっています。 イソシアネート.

イソシアネートは、合成ポリマー（スポンジ状プラスチック、硬質フォーム、ラッカー、殺虫剤、接着剤、爆発物などに使用されるポリウレタン）の工業生産プロセスで、農業および医療の両方で広く使用されています。.

という化学的方法があります ポリヒドロキシウレタンの交差重合, それは完全にリサイクル可能で無料のバイオプラスチックを生産します イソシアネート.

バイオプラスチックの工業生産

バイオプラスチックの工業生産には、4つの基本的なステップがあります。

  1. 原料（バイオマス）の入手.
  2. ポリマー合成.
  3. 合成される最終製品に応じて所望の特性を有するように機能するポリマーの修飾.
  4. 必要な最終形態を得るために、高圧法または低圧法によってバイオプラスチックを成形する.

バイオプラスチックの用途

それらの製造の経済的コストおよびそれらの特性の改善は依然として解決すべき問題を表しているので、現在のところバイオプラスチックの商業的用途はほとんどない。.

使い捨て商品

しかし、バイオプラスチックは、ビニール袋、包装容器、食品包装紙、カトラリー、グラス、食用プラスチック皿など、多くの使い捨て商品の製造にすでに使用されています。.

建設および土木

デンプンバイオプラスチックは、建築資材として使用されており、電気設備のナノファイバーで強化されています。.

さらに、それらはの準備で使用されました バイオプラスチックの森 木虫に攻撃されず、湿気で腐らない家具用.

医薬品への応用

それらは、ゆっくりと放出される薬物および薬物ビヒクルを含有するバイオプラスチックカプセルで製造されてきた。したがって、薬物のバイオアベイラビリティは経時的に調節される（特定の時間内に患者が受ける用量）。.

医療アプリケーション

インプラント、組織工学、キチンバイオプラスチックおよびキトサンに適用可能なセルロースバイオプラスチックは、創傷の保護、骨組織工学およびヒトの皮膚の再生のために製造されてきた。.

セルロースバイオプラスチックはまた、とりわけバイオセンサー、歯科インプラントの製造のためのヒドロキシアパタイトとの混合物、カテーテル中のバイオプラスチック繊維のために製造されてきた。.

航空、海上および陸上輸送および産業

植物油（バイオプラスチック）をベースとした硬質フォームは、工業用および輸送用装置の両方に使用されてきました。自動車部品および航空宇宙部品.

携帯電話、コンピュータ、オーディオおよびビデオ機器の電子部品もバイオプラスチックから製造されています。.

農業

水を吸収して保持し、ゆっくりと放出することができるバイオプラスチックヒドロゲルは、耕作地の保護カバーとして有用であり、その湿度を維持し、乾燥地帯および梅雨の少ない季節に農業用プランテーションの成長を促進する.

参考文献

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