Biopolimerek 2. Dr. Tábi Tamás Tudományos Munkatárs

Biopolimerek 2

Dr. Tábi Tamás Tudományos Munkatárs

MTA–BME Kompozittechnológiai Kutatócsoport Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki kar, Polimertechnika Tanszék

2016. December 2.

A lebontható polimerek fő képviselői

Lebontható polimerek csoportosítása

Agro-polimerek

Lebontható poliészterek

Keményítő, Termoplasztikus keményítő (TPS)

Keményítő Ez milyen polimer? A poliszacharidok csoportjába tartozik a szénhidrát alapú keményítő (C6H10O6), amely egy (az 1,4 (vagy 1,6) szénatomok pozíciójában) ismétlődő glükóz egységekből álló természetes, poláros polimer. Hogyan állítják elő? A növények a fotoszintézis során megtermelt szőlőcukrot (glükóz, monoszacharid) keményítő (poliszacharid) formájában raktározzák, azaz energiatároló funkciót lát el. A keményítő az évenként sokmillió tonnás nagyságrendben képződő biomassza egyik fő alkotója (Magyarországon a 2008-as adatokat tekintve 16 millió tonna gabonát termesztettek, amelynek fő része a búza és a kukorica). Megtalálható az évenként megújuló gabonafélékben (pl. búza, kukorica), a burgonyafélékben, és a hüvelyes növényekben (pl. borsó). Egységnyi tömegű kukoricának 67m% a keményítőtartalma, a búzának 68m%, a burgonyának 18m%, a rizsnek pedig 75m%.

Keményítő Szerkezete, tulajdonságai? Maga a keményítő egy színtelen, szagtalan, ízetlen fehér por. Mikroszkóp alatt pedig megfigyelhető a szemcsés szerkezete. Vízben elkeverve dilatáns folyadékot alkot, vagyis a deformáció-sebesség növelésével a viszkozitás nő („vízen járás”). Két óriásmolekula, a lineáris amilóz és az elágazó amilopektin alkotja.

A keményítő alkalmazása? A keményítőt leginkább élelmiszeripari célokra használják tészták készítésére, mártások, levesek, főzelékok sűrítésére, ipari szőlőcukor gyártásra, de például a gyógyszeripari tabletták hordozóanyaga is ez.

Keményítő

Keményítő és termoplasztikus keményítő Feldolgozása? A keményítő szemcsés szerkezettel rendelkezik, amely önmagában nem feldolgozható termoplasztikus polimer feldolgozási technikákkal, mivel a bomlási hőmérséklete kisebb, mint az olvadási hőmérséklete. A hozzáadott lágyítótartalom és nyírás segítségével azonban elnyírható a szemcseszerkezete és egy homogén massza képződik. Ez a folyamat a lágyító-anyag tartalom függvényében eredményezhet élelmiszeripari keményítőt vagy úgynevezett termoplasztikus keményítőt (TPS – ThermoPlastic Starch). A TPS valójában nem hőre, hanem hőre és nyírásra együttesen lágyuló (termo-mechano-plasztikus).

Keményítő és termoplasztikus keményítő

Termoplasztikus keményítő A TPS tulajdonságai: Mivel most már termoplasztikus így feldolgozható hagyományos polimer alakadási technológiákkal Olcsó, mivel a keményítőből előállítható, ami nagy mennyiségben rendelkezése áll Jó oxigén és szén-dioxid záró képességgel rendelkezik, de zsírokkal, olajokkal szemben nem ellenálló Mechanikailag gyenge (nagymértékben függ a lágyítótartalmától) Nagyfokú zsugorodással rendelkezik Nedvességfelvétele nagy, sőt, vízoldható Öregszik, azaz idővel változnak a mechanikai tulajdonságai Mindezek alapján önmagában csak erős korlátokkal használható

Termoplasztikus keményítő Lebomlása? Könnyen, gyorsan lebomlik, többek között az emberi szervezetben is, hiszen emészthető, valamint naponta esszük. Nem csak komposztálható, de biotikus környezetben is lebomlik! Alkalmazása? Mivel önmagában csak erős korlátokkal használható, így legtöbb esetben a szintén lebomló PCL-lel társítják. Így jutunk el a Novamont vállalat Mater-Bi termékcsaládjához. Ezek az alapanyagok leginkább az LDPE és PP-hez hasonló tulajdonsággal rendelkeznek, így komposztáló zsákokként, bevásárlózacskóként, talajtakaró fóliaként, egyszer használatos evőeszközökként használható. Ára jelenleg 2,5-3 Euró/kg körül alakul. Másik fő alkalmazási területe a Polivinil-alkohollal (PVOH) való társítása, amely esetében vízoldható fóliához jutunk, vagy habosítása esetén vízoldható térkitöltő csomagolóanyaghoz. Pusztán a keményítőt (tehát nem TPS-t) töltőanyagként gumiabroncsokban is használják kisebb gördülési ellenállás, csökkentett zajhatás, csökkentett fogyasztás és CO2 kibocsátás elérésére.

Termoplasztikus keményítő Hagyományos polimerek helyettesítése? Önmagában semmit, de TPS/PCL keverékként jó eséllyel helyettesítheti az LDPE-t és a PP-t, valamint a TPS/PVOH keverékként a habosított PS-t („Hungarocell”).

Mater-Bi (=TPS/PCL keverék)

Politejsav (PLA)

Tejsav, Politejsav Ez milyen polimer? A Politejsav (Poly(Lactic Acid) (PLA)) egy termoplasztikus (részben kristályos), alifás poliészter. Hogyan állítják elő? Megújuló erőforrásból, pontosabban keményítőből (poliszacharid) vagy cukorból (diszacharid). Első lépésként a keményítőt (vagy cukrot), mint glükóz-származékot savas hidrolízissel szőlőcukorra (glükóz) bontják, amelynek tejsavas erjesztésekor (fermentáció) pedig tejsav képződik. A tejsavbaktériumok (Lactobacillus) jelenlétében a folyamat során a szőlőcukorból (C6H12O6) tejsav (C3H6O3) képződik:

C6H12O6 = 2C3H6O3 A tejsav alkalmazása? A tejsavat leginkább élelmiszeriparban hasznosítják antioxidánsként, élelmiszerek savanyítására (káposzta) vagy tartósítószerként (E270). Emellett az emberi szervezet is termeli (izomláz), valamint fertőtlenítő hatása is van, így például a szájban, belekben is megtalálható.

Tejsav, Politejsav Szőlőcukor (keményítőből előállítva) tejsavas erjesztése során tejsav képződik

Tejsav, Politejsav

Poly(lactid acid) vagy Poly(lactide)? Mindkettő PLA rövidítésű PLLA – Poli-L-tejsav (részben-kristályos) PDLA – Poli-D-tejsav (részben-kristályos) PDLLA – Poli-D,L-tejsav (amorf) PLA – Politejsav (általában <5% D-laktid tartalom)

Tejsav, Politejsav

A Politejsav tulajdonságai A PLA tulajdonságai: Mechanikailag kiváló (60-65 MPa szilárdság, 3 GPa merevség), de rideg (PS-hez hasonló tulajdonságok), azaz csak 3-5% körüli szakadási nyúlással rendelkezik és ütőszilárdsága is kicsi Zsugorodása csekély (0,3-0,5%) Lassú kristályosodás jellemzi, ömledékállapotból lehűtve nagy valószínűséggel teljesen amorf terméket kapunk Átlátszó termékek gyárthatóak belőle, de a kristályosság növelésével átlátszósága elvész Mivel a Tg=55-65°C, így a hőállósága is kicsi (amorf termék esetén) Tg fölé melegítve intenzív hideg-kristályosodás indul be Hagyományos technológiákkal feldolgozható, de a feldolgozásra érzékeny (hőmérséklet, tartózkodási idő) Hidrofil, de nem vízoldható; vízgőz és gázzáró képessége a PET-nél jelentősen rosszabb, ugyanakkor aromazárása és zsírállósága kitűnő, erősen poláros UV fénynek, alkoholnak ellenáll, de savaknak, lúgoknak nem Széleskörűen módosítható ömledékkeveréssel (extruzió) Ára jelenleg a PC ára körül alakul (1,9 Euro/kg)

A Politejsav kristályosodása, termo-mechanikai tulajdonságai

PLA kristályossága, közvetlen újrafeldolgozása

Exoterm

1000

→

Növekvő felfűtési sebesség

100

dQ/dT [mW]

1°C/perc 2°C/perc

10

5°C/perc 10°C/perc

1

15°C/perc 20°C/perc

0,1 0

20

40

60 80 100 Hőmérséklet [°C]

120

140

160

0

20

40

60

100 90 80 Relatív intenzitás [-]

Tárolási modulusz [MPa]

10000

70 60 50 40 30 20 10 0 5

7,5

10

12,5

15 17,5 20 2 teta szög [°]

22,5

25

27,5

30


140

160

180

PLA kristályossága, közvetlen újrafeldolgozása 100

→

90

Exoterm

70 60 50

dQ/dT [mW]

Relatív intenzitás [-]

80

40 30 20 10 0 5

7,5

10

12,5

15 17,5 20 2 teta szög [°]

22,5

25

27,5

30

0

20

40

60


140

160

180

0

20

40

60


140

160

180

100

Exoterm

1000

→

Növekvő kristályosság 80°C, 10 perc 80°C, 20 perc

dQ/dT [mW]

Tárolási modulusz [MPa]

10000

80°C, 30 perc

10

80°C, 40 perc 80°C, 50 perc

1

80°C, 60 perc 100°C, 10 perc

0,1 0

20

40


Hőkezelési idő és hőmérséklet 80°C, 10 perc 80°C, 20 perc 80°C, 30 perc 80°C, 40 perc 80°C, 50 perc 80°C, 60 perc 100°C, 10 perc 120°C, 10 perc

120

140

160

Kristályosodási csúcs [°C] entalpia [J/g] 105,4 -18,4 100,9 -16,3 99,4 -17,8 95,4 -13,2 91,1 -11,4 96,4 -7,5 nincs nincs nincs nincs

Kristályolvadási csúcs [°C] entalpia [J/g] 150,8 20,9 152,1 21,4 151,9 21,8 152,1 23,0 150,9 24,5 150,4 23,4 151,4 25,8 151,6 29

Kristályosság [%] 3,3 6,7 5,3 13,0 17,3 21,0 34,1 38,4

A Politejsav feldolgozása

PLA fröccsöntése

- Hosszú, intenzív hűtés (Tg=60°C) - Hosszú utónyomási idő, hogy az elosztórendszer is lunkermentes legyen - Szerszámüreg oldalferdesége (csekély zsugorodás) - Torlónyomás az ömledék homogenitás érdekében - Lehetőség szerint lefuvatás alkalmazása

0,50

0,50

0,45

0,45

0,40

0,40

0,35

0,35

Zsugorodás [%]

Zsugorodás [%]

PLA zsugorodása

0,30 0,25 0,20 0,15

H0

0,10

HSZ KE

0,05 0,00 1

10 Idő [óra]

100

HSZ KE KH

0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05

KH

0,1

H0

1000

0,00 300

400

500 600 Utónyomás [bar]

700

800

PLA fröccsöntése

PLA vákuumformázása

PLA palackfúvása

PLA habosítása PLA fizikai hab (CO2) + Talkum + Lánchossz növelő

PLA fizikai hab (CO2)

A Politejsav módosítása

PLA alapanyag módosítások

Keményítő töltésű PLA

Keményítővel töltött Politejsav (0-10-20-30%)

Húzó rugalmassági modulusz [MPa] 3260 ± 210 (97%) Hajlító rugalmassági modulusz [MPa] 2680 ± 190 (73%)

Szakítóvizsgálat Húzószilárdság [MPa] 60,1 ± 2,2 (94%) Hajlítóvizsgálat Hajlítószilárdság [MPa] 85,9 ± 0,8 (69%)

Maximális erőnél mért nyúlás [%] 2,03 ± 0,11 (84%) Maximális erőnél mért nyúlás [%] 2,15 ± 0,06 (57%)

Cél a lebomlási idő csökkentése rövidtávú alkalmazásokhoz

Keményítő töltésű PLA vízfelvétele

33

9

Keményítő tartalom eredeti PLA

6

extrudált PLA

5

5m% keményítő 10m% keményítő

4

15m% keményítő

3

20m% keményítő 25m% keményítő

2

30m% keményítő

1 0

7

Tárolási idő

6 5 4

y = 0,1025x + 0,53 R2 = 0,9854 y = 0,0625x + 0,39 R2 = 0,9829

3 2 1 0

0

100

200

300 400 500 Tárolási idő [óra]

600

700

0

5

10 15 20 25 Keményítő tartalom [m%]

Mért tömegnövekedés

8

Felvett vízmennyiség [m%]

y = 0,2348x + 0,62 R2 = 0,9933 y = 0,1998x + 0,62 R2 = 0,9922 y = 0,1717x + 0,62 R2 = 0,9911 y = 0,1284x + 0,58 R2 = 0,9897

8

7



8

Számolt tömegnövekedés

7

30

c 3 ) m

3

 ( 2t 

c [g/s]

m∞ [m%]

R2 [-]

0,000675 0,001035 0,001665 0,002183 0,002610 0,002993

1,49 2,65 4,30 5,52 6,54 7,56

0,989 0,997 0,998 0,998 0,997 0,998

m(t )[ g ]  m  1  e

6 5 4 3 2 1

Keményítő tartalom

0 0

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Tárolási idő [óra]

Keményítőtartalom [m%] 5 10 15 20 25 30

22 óra 50 óra 77 óra 149 óra 246 óra 653 óra

Krétapor töltésű PLA

Krétaporral töltött Politejsav (0-10-30-50%) 5500 5000

Merevség [MPa]

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

10

20 30 Krétapor tartalom [m%]

40

Cél az ár csökkentése

50

A Politejsav újrahasznosítása

PLA újrafeldolgozási lehetőségei

Húzószilárdság [MPa]

60 50 40 30

AI1031 AI1031_1x_újra

20 10 0

110

Hajlítószilárdság [MPa]

100 90 80 70 60

AI1031

50

AI1031_1x_újra

40 30 20 10 0

Hajlító rugalmassági modulusz [MPa]

70

Húzó rugalmassági modulusz [MPa]

PLA közvetlen újrahasznosítása darálékként

3500 3000 2500 2000 1500


1000 500 0

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0


PLA közvetlen újrahasznosítása darálékként

0,45

Átlagos zsugorodás [%]

0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00


A Politejsav lebomlása

A Politejsav (PLA) lebomlása Lebomlása? Lebomlásával nem szennyezi a környezetet (víz, humusz, szén-dioxid keletkezik). Lebomlása komposztban (T>~60°C) pár hónap alatt végbemegy, ugyanakkor csakis egy kezdeti hidrolízis után indul meg (észter-kötés), azaz szobahőmérséklet mellett szinte teljesen stabil, és a belőle készített termék hosszútávon, évekig használható marad (biotikus környezetben nem bomlik). Sajnos még nem áll rendelkezésre akkora komposztálási kapacitás, ami meg tudna bírkózni több 10.000 tonna PLA-val évente.

PLA laboratóriumi lebontása

PLA/30m% keményítő

PLA

PLA/15m% cellulóz

PLA laboratóriumi lebontása

10

10

5

5 0

-5

0

25

50

75

100

125

150

175

-10 -15 -20 -25 -30

PLA PLA/30m%keményítő PLA/15m%cellulóz

-35

200

225

250

Tömegváltozás [%]

Tömegváltozás [%]

0

-5

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

-10 -15 -20 -25 -30

PLA PLA/30m%keményítő PLA/15m%cellulóz

-35 Lebontási idő [óra]

Lebontási idő [óra]

Enzimes oldat

Desztillált víz

PLA


PLA/15m% cellulóz

250

Hőmérséklet [°C]

Hőmérséklet a komposztban

Idő [nap]

~1 hét

PLA komposztálása

PLA


PLA/15m% cellulóz

Termékek házi komposztálása (0.hét)












Megvalósult Politejsav alkalmazások, termékek

A világban megvalósult alkalmazások PLA-ból

ICO Zrt. PLA termékcsalád




Politejsav Alkalmazása? Átlátszósága miatt potenciálisan alkalmazható a csomagolóiparban, ugyanakkor folyadékok esetében jelenleg még nem vagy csak korlátokkal alkalmazható a szén-dioxid, oxigén és vízgőz áteresztő képessége miatt. Tekintve, hogy ellenáll az alkoholnak, így parfümök „csomagolására” alkalmas. Elektronikai iparban már készítettek belőle különböző számítógép perifériákat, billentyűzetet, egeret (elsősorban a burkolatokat), vagy DVD lemezt. Szál és ezáltal szövet formájában is használható kendők, ruhák létrahozására.

Hagyományos polimerek helyettesítése Politejsavval

Politejsav Hagyományos polimerek helyettesítése? Főképpen a merev, nagy szilárdságú polimereket, mint például a PMMA-t, PET-et, PS-t helyettesítheti, de lágyításával akár a PA-t, vagy PP-t is.

További lebontható polimerek

Lebontható polimerek csoportosítása

Agro-polimerek

Lebontható poliészterek

Polihidroxialkanoátok (PHA, PHB, PHBV)

Polihidroxialkanoát Ez milyen polimer? A polihidroxialkanoátok (PHA) a termoplasztikus (részben kristályos), alifás poliészterek csoportjába tartoznak. A PHA a sejtek citoplazmájában halmozódik fel és energiaraktárként szolgál; akár a sejt tömegének 90%-át is adhatja. Algák, gombák vagy baktériumok termelik. Fő képviselője PHAknak a polihidroxibutirát (PHB). Hogyan állítják elő? Kémiai vagy biológiai (biotechnológiai) úton állítanak elő cukor tartalmú anyagokból (glükóz, fruktóz, vagy répacukor) erjesztéssel, majd izolálással, oldószeres kioldással és végül lecsapatással. Tulajdonságai? Magas fokú kristályosság (40-80%) jellemzi, ömledékhőmérséklete 170180°C körül, üvegesedési hőmérséklete 5°C körül alakul. A PHB szűk feldolgozási tartománnyal rendelkezik (közel van egymáshoz az olvadási és bomlási hőmérséklete), azaz extruzió, fröccsöntés során a viszkozitás és a molekulatömeg jelentősen csökken a nyírás, a hőmérséklet és a tartózkodási idő növelésével.

Polihidroxialkanoát Tulajdonságai? Áttetsző, rideg polimer (kis ütőszilárdság), hőtűrése csekély, olajokkal, oldószerekkel, UV sugárzással és nedvességgel szemben ellenálló, savakkal, lúgokkal szemben viszont nem. Oxigén áteresztő képessége kétszer kisebb a PET-nél, így alkalmas oxigén-érzékeny termékek, élelmiszerek csomagolására (élelmiszerrel, bőrrel való érintkezése megengedett). Nedvességgel való ellenálló-képessége (relatíve ellenáll a hidrolízisnek) kiemeli a többi lebontható poliészter közül, amelyek sokkal érzékenyebbek a hidrolízisre. Széles felhasználási tartománnyal rendelkezik (-30-120°C), de a ridegsége korlátozza alkalmazhatóságát (ridegebb és kevéssé átlátszó, mint a PLA). A hátrányai kiküszöbölésére kopolimerizálják PHBV-vé (Poli-3hidroxi-butirát-3-hidroxi-kovalerát), aminek kisebb a kristályos részaránya, és emiatt nagyobb a szívóssága (kevéssé rideg).

Polihidroxialkanoát Lebomlása? Komposztálva 5-6 hét alatt lebomlik. Aerób és anaerób körülmények között is lebomlik, vagy akár tengervízben is (ott lassabban). Komposzt körülmények híján évekig sértetlenek maradnak a belőle készült termékek. Kémiailag „emészthető”, azaz forró savas közegben is bontható.

Alkalmazása? A relatíve magas ára (10-12 Euró/kg), a kis mértékű szívóssága, és az olvadási-, bomlási hőmérsékleteinek közelsége egyelőre meggátolta a széleskörű ipari felhasználását. A magas árat pedig a lassú gyárthatóság (baktériumok szintetizálják) okozza. Jelenleg fóliák, lemezek, fröccsöntött termékek, palackok, bevonatok és habok készíthetőek belőle. PLA/PHA blend: A PHA növeli a PLA lebonthatóságát, hidrolízissel szembeni ellenálló-képességét, gázzáró képességét, amíg a PLA növeli a PHA átlátszóságát, szilárságát, ütőszilárdságát és javítja a feldolgozhatóságát (kisebb termikus érzékenység).

Polikaprolakton (PCL)

Polikaprolakton Ez milyen polimer? A Polikaprolakton (PCL) egy részben kristályos, termoplasztikus, alifás poliészter. Hogyan állítják elő? Az ε-kaprolaktonból lehet előállítani gyűrűfelnyitásos polimerizációval. Napjainkban leginkább kőolajból állítják elő, nem pedig megújuló erőforrásból, ugyanakkor utóbbit is tervezik a jövőben. Tulajdonságai? Kis olvadási hőmérséklete miatt (65ºC) keverékként, kopolimerizálva, vagy térhálósítva hasznosítják, ugyanakkor ennek megfelelően kis mértékű a feldolgozási energiaigénye, egyben kicsi a viszkozitása. Alacsony üvegesedési hőmérséklettel rendelkezik (-60°C), kis mértékű kristályosság jellemzi. Jó víz-, olaj-, és oldószer állósággal rendelkezik.

Polikaprolakton Lebomlása? Komposztálva is, és biotikus környezetbe helyezve is gyorsan elbomlik enzimatikus úton, köszönhetően az alacsony olvadási hőmérsékletének. Alkalmazása? Biokompatibilitása és gyors lebomlása miatt gyógyszertartalmú kapszulák bevonásánál (időzített lebomlás), sebészetben varrófonalként, implantátumként, illetve csomagolástechnikában alkalmazzák (főleg keményítővel társítva) leginkább rugalmas termékek (fóliák) anyagaként. Európában leginkább a termoplasztikus keményítővel társított keverékből gyártott lebomló szemeteszsákként terjedt el (Mater-Bi). Keményítő jelenléte jelentősen gyorsítja a lebomlását, ugyanakkor a keményítő jelenléte a vízfelvételt növeli.

Poliészteramid (PEA)

Poliészteramid Ez milyen polimer? A Poliészteramid (PEA) egy részben kristályos, termoplasztikus, alifás poliészter. Hogyan állítják elő? Poliamid monomer és adipinsav statisztikus kopolimerizációjával állítható elő. Tulajdonságai? Erősen poláris jelleget mutat, így kompatibilis más, poláris anyagokkal, ugyanakkor jelentős nedvszívó-képességgel rendelkezik. Feldolgozható extruzióval, fröccsöntéssel, melegalakítással, továbbá hegeszthető. Szívós, nagy szakadási nyúlású alapanyag.

Poliészteramid Lebomlása? Jelenleg vita tárgya, hogy komposztálás után pozitív vagy negatív ökotoxikológiai hatása van-e a környezetre. Mindenesetre enzimatikus úton gyorsan bomlik. Alkalmazása? Felhasználható mezőgazdasági fóliák, zacskók, egyszer használatos evőeszközök anyagaként, „elültethető” palántázó cserepek anyagaként ugyanakkor akár szálas anyagként vagy „programozott”, úgynevezett retard hatású kapszulák bevonataként is.

Polibutilén-szukcinát-adipát (PBSA)

Polibutilén-szukcinát-adipát Ez milyen polimer? A Polibutilén-szukcinát-adipát (PBSA) egy részben kristályos, termoplasztikus, alifás poliészter. Hogyan állítják elő? Petróleum alapú kémiai szintézissel gyártanak, azaz kőolajszáramzékból és nem megújuló erőforrásból. 1,4-butándiol (tetrametilén-glikol), borostyánkősav és adipinsav polikondenzációjával. Tulajdonságai? Ez egy részben kristályos polimer, amelynek a mechanikai tulajdonságai a kis sűrűségű polietilén (LDPE) és a polipropilén (PP) között vannak. Kiválóan feldolgozható fröccsöntéssel, extrudálással, fóliafúvással, mivel termikusan stabil 200°C-ig.

Polibutilén-szukcinát-adipát Lebomlása? Biotikus környezetbe helyezve is lebomlik, ugyanakkor keményítővel társítva jelentősen felgyorsul a PBSA lebomlása. Alkalmazása? Talajtakaró fóliák, csomagolástechnikai fóliák, zsákok. Ára jelenleg 3 Euró/kg körül alakul.

Cellulóz Acetát (CA)

Cellulóz Acetát Ez milyen polimer? A cellulóz acetát egy amorf termoplasztikus polimer. Hogyan állítják elő? Cellulózból (poliszacharid) állítják elő a cellulóz hidroxil-csoportjainak részben vagy egészében acetil-csoportokkal való kicserélésével. Tulajdonságai? Szívós, ütésálló, víztisztán átlátszó. A legjelentősebb, ipari forgalomban kapható cellulóz származék. Penészedésnek, olajoknak, zsíroknak ellenáll, elégetése során nem képződik égetési maradék.

Cellulóz Acetát Lebomlása? Mint minden cellulóz származék, a biológiai lebomlása a cellulózhoz képest gátolt, nem megy végbe mivel kellenek a glükóz egységek az enzimatikus lebontáshoz. Ugyanakkor nem mindig cserélik le az összes hidroxil-csoportot a cellulóz acetát gyártásnál (ezt az úgynevezett szubsztitúciós fok (DS) méri). Ha DS<2,5, akkor a lebomlás végbemegy, de nagyon lassú, ugyanakkor lágyítókkal gyorsítható. Környezeti körülmények között továbbra is tartós marad. Minél kevesebb hidroxil-csoportot cseréltek le acetil-csoporttá a gyártás során annál jobb biológiai bonthatósággal rendelkezik. Ha a DS<2,2, akkor komposztálható lesz.

Alkalmazása? Főleg felületek bevonatolására használják, de bonyolultabb termékek alapanyaga is lehet (szemüvegkeretek, fésük).

Polivinil-alkohol (PVOH)

Polivinil-alkohol Ez milyen polimer? Egy meglévő polimer, a polivinilacetát (PVA) egyfajta származéka. Hogyan állítják elő? Első lépésben vinil-acetátból PVA-t polimerizálnak, majd ennek hidrolizálásával alakul ki a PVOH. Etanolból megoldható a gyártása. Tulajdonságai? Minél nagyobb a hidrolízisfok, annál inkább nedvességtűrő lesz. Nehezen dolgozható fel, mert a bomlási hőmérséklete közel van az olvadási hőmérsékletéhez, ezért sok esetben lágyítják.

Polivinil-alkohol Lebomlása? 5-6 hét alatt lebomlik bakteriális környezetben (komposzt). Alkalmazása? Főképpen ragasztók, valamint filmek gyártásakor használják.

Lebontható polimerek főbb tulajdonságai

87

Biokompozitok

Biokompozit definíció Mire utal a „bio” szó? Bio, mint biológiai eredetű, azaz vagy megújuló vagy pedig természetes erőforrásból előállított (bio-based, renewable resource based) -

Bio, mint biológiai úton bontható (biodegradable)

-

Bio, mint biokompatibilis, azaz emberi szervezetbe beültethető (biocompatible)

Biokompozit definíció Biokompozit (többféle definíció ismeretes): Tágabb értelmezés szerint: A biokompozit olyan kompozit, amely teljesíti az alábbi kritériumok egyikét: - legalább az egyik komponense természetes, megújuló erőforrásból származik, vagy abból szintetizálható, - legalább az egyik komponense biológiai úton lebontható, - összességében és részegységeiben (mátrix, erősítőanyag, határfelület) is biokompatibilis. Szűkebb értelmezés szerint: Olyan polimer kompozit, amelynek alkotóelemei, azaz a mátrixanyag és az erősítőanyag is külön-külön megújuló vagy természetes erőforrásból előállítható és biológiai úton le is bontható, vagy emberi szervezetbe beültethető (emberi szervezetben felszívódó). Következésképpen maga a biokompozit is biológiai úton lebontható.

Biopolimerek 2. Dr. Tábi Tamás Tudományos Munkatárs

Recommend Documents