Bioplásico como eles ocorrem, tipos, vantagens, desvantagens

O Bioplásico Eles são qualquer material maleável com base em polímeros de origem petroquímica ou de biomassa que são biodegradáveis. Semelhante aos plásticos tradicionais sintetizados a partir do petróleo, eles podem ser moldados para produzir vários objetos.

De acordo com sua origem, a bioplásica pode ser obtida da biomassa (biobasados) ou de origem petroquímica. Por outro lado, de acordo com seu nível de decomposição, existem bioplásicos biodegradáveis ​​e não biodegradáveis.

Coberto feito de poliéster de amido biodegradável. Fonte: Scott Bauer [Domínio Público]

A ascensão dos bioplásticos surge em resposta aos inconvenientes gerados pelos plásticos convencionais. Entre eles, o acúmulo de plásticos não biodegradáveis ​​nos oceanos e aterros podem ser apontados.

Por outro lado, os plásticos convencionais têm uma pegada de alto carbono e alto teor de elementos tóxicos. Por outro lado, os bioplásticos têm várias vantagens, pois não produzem elementos tóxicos e geralmente são biodegradáveis ​​e recicláveis.

Entre as principais desvantagens dos bioplásticos, seu alto custo de produção e menor resistência podem ser apontados. Além disso, algumas das matérias -primas utilizadas são alimentos em potencial, o que levanta um problema econômico e ético.

Alguns exemplos de objetos bioplásicos são sacos biodegradáveis, bem como partes de veículos e telefones celulares.

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Características bioplásicas

Importância econômica e ambiental dos bioplásticos

Vários objetos utilitários feitos com bioplásico. Fonte: Hwaja Götz [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)], via Wikimedia Commons

Recentemente, surgiram mais interesse científico e industrial na produção de plásticos a partir de matérias -primas renováveis ​​e são biodegradáveis.

Isso ocorre porque as reservas mundiais de petróleo estão esgotadas e que há maior consciência em relação a sérios danos ambientais causados ​​por petroplásticos.

Com uma demanda crescente por plásticos no mercado mundial, a demanda por plásticos biodegradáveis ​​também está aumentando.

Biodegradabilidade

Os resíduos bioplásicos biodegradáveis ​​podem ser tratados como resíduos orgânicos, degradação rápida e não poluente. Por exemplo, eles podem ser usados ​​como emendas do solo na compostagem, pois são naturalmente recicladas por processos biológicos.

Bioplásico com inúmeros usos comerciais. Fonte: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/Deed.em)], via Wikimedia Commons

Limitações bioplásicas

A fabricação de bioplásticos biodegradáveis ​​enfrenta grandes desafios, porque os bioplásticos têm propriedades mais baixas e sua aplicação, embora aumente, é limitado.

Melhoria das propriedades bioplásicas

Para melhorar as propriedades bioplásticas, os biopolímeros estão sendo desenvolvidos com vários tipos de aditivos, como nanotubos de carbono e fibras naturais modificadas por processos químicos.

Em geral, os aditivos aplicados aos bioplásticos melhoram as propriedades como:

• Rigidez e resistência mecânica.
• Propriedades de barreira de gase e água.
• Termorestabilidade e termostabilidade.

Essas propriedades podem ser projetadas em bioplásico por meio de métodos de preparação e processamento químicos.

Como estão bioplásticos?

Bioplásico para embalagem de amido termoplástico. Fonte: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

-Breve história

Bioplásico são anteriores aos plásticos sintéticos convencionais derivados de petróleo. O uso de polímeros de matéria vegetal ou animal para produzir material plástico data do século XVIII com o uso de borracha natural (Hevea Latex Brasiliensis).

O primeiro bioplástico, embora essa denominação não tenha sido dada, foi desenvolvida em 1869 por John Wesley Hyatt Jr., que produziu um plástico derivado da celulose de algodão como um substituto de marfim. Além disso, no final do século 19, a caseína de leite para produção bioplásica foi usada.

Nos anos 40, a Ford Company explorou alternativas para o uso de matérias -primas vegetais para a elaboração de partes de seus carros. Esta linha de pesquisa foi impulsionada pelas restrições sobre o uso de aço por guerra.

Como resultado disso, durante 1941 a empresa desenvolveu um modelo de carro com o corpo construído a partir de derivados principalmente de soja. No entanto, após o fim da guerra, esta iniciativa não foi continuada.

Em 1947, o primeiro bioplástico técnico, poliamida 11 (Rilsan como marca comercial) ocorre. Posteriormente, nos anos 90, o PLA (ácido polímico), o PHA (poli -hidroxialsoatos) e amidos plastificados emergiram.

-Matéria prima

Os bioplásticos biobasados ​​são aqueles que são feitos de biomassa vegetal. As três fontes básicas de matérias -primas de biobasses são as seguintes.

Polímeros naturais de biomassa

Polímeros naturais podem ser usados ​​diretamente feitos por plantas, como amido ou açúcares. Por exemplo, "plástico de batata" é um bioplástico biodegradável feito de amido de batata.

Polímeros sintetizados a partir de monômeros de biomassa

Uma segunda alternativa é sintetizar polímeros de monômeros extraídos de fontes de plantas ou animais. A diferença entre esta rota e a anterior é que aqui é necessária uma síntese química intermediária.

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Por exemplo, o bio-PE ou o polietileno verde é produzido a partir de etanol obtido de cana-de-açúcar.

A bioplásica também pode ocorrer de fontes animais, como glicosaminoglicanos (GAG), que são proteínas da casca de ovo. A vantagem desta proteína é que ela permite obter bioplásticos mais resistentes.

Biotecnologia baseada em culturas bacterianas

Outra maneira de produzir polímeros para bioplásicos é através da biotecnologia através de culturas bacterianas. Nesse sentido, muitas bactérias sintetizam e armazenam polímeros que podem ser extraídos e processados.

Para isso, as bactérias em meios de cultura adequados são massivamente cultivados e depois processados ​​para purificar o polímero específico. Por exemplo, o PHA (Poly -hidroxialsoatos) é sintetizado por diferentes gêneros bacterianos crescendo em excesso de carbono e sem nitrogênio ou fósforo.

As bactérias armazenam o polímero na forma de grânulos no citoplasma, que são extraídos pelo processamento das massas bacterianas. Outro exemplo é o PHBV (poli -hidroxibutilvalerato), que é obtido de bactérias alimentadas com açúcares obtidos de restos de plantas.

A maior limitação de bioplásico.

Combinação de polímero natural e polímero biotecnológico

A Universidade de Ohio desenvolveu uma borracha natural bioplásica bastante resistente com o peróxido bioplásico PHBV, o peróxido orgânico e o trihacrilato de trimetilpropano (TMPTA).

-Processo de produção

Bioplásico são obtidos por vários processos, dependendo da matéria -prima e das propriedades desejadas. A bioplásica pode ser obtida através de processos elementares ou processos industriais mais complexos.

Processo básico

Cozinhar e moldado pode ser feito no caso do uso de polímeros naturais, como o milho ou o amido de batata.

Assim, uma receita elementar para produzir um bioplásico é misturar amido de milho ou amido de batata com água, adicionando glicerina. Posteriormente, essa mistura é submetida a cozinhar até que espeola, é moldada e deixada secar.

Processos de complexidade média

No caso de bioplásico produzido com polímeros sintetizados a partir de monômeros de biomassa, os processos são um pouco mais complexos.

Por exemplo, o bio-peer obtido do etanol da cana-de-açúcar requer uma série de etapas. A primeira coisa é extrair o açúcar de cana para obter etanol por fermentação e destilação.

Então o etanol está desidratado e é obtido etileno, que deve ser polimerizado. Finalmente, por meio de máquinas de termoformação, os objetos baseados neste bioplásico são fabricados.

Processos complexos e mais caros

Ao se referir ao bioplásico produzido a partir de polímeros obtidos por biotecnologia, a complexidade e os custos aumentam. Isso ocorre porque as culturas bacterianas que requerem meios específicos de cultura e condições de crescimento intervêm.

Este processo é baseado em certas bactérias produzem polímeros naturais capazes de armazenar dentro. Portanto, com base nos elementos nutricionais apropriados, esses microorganismos são cultivados e processados ​​para extrair polímeros.

Você também pode fabricar bioplásico de algumas algas, como Botryococcus Braunii. Esta microalga é capaz de produzir e até excretar o meio hidrocarboneto, do qual são obtidos combustíveis ou bioplásticos.

-Fabricação de produtos baseados em bioplásico

O princípio básico é a moldagem do objeto, graças às propriedades plásticas deste composto usando pressão e calor. O processamento é feito por extrusão, injeção, injeção e sopro, pré -forma e termoforma e finalmente sofre resfriamento.

Pessoal

Embalagem feita de acetato de celulose. Fonte: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

As abordagens para a classificação de bioplásicas são diversas e não estão isentas de controvérsia. De qualquer forma, os critérios baseados para definir os diferentes tipos, são a origem e o nível de decomposição.

-Origem

De acordo com uma abordagem generalizada, os bioplásticos podem ser classificados por sua origem em biobasados ​​ou não -biobasados. No primeiro caso, os polímeros são obtidos de biomassa de plantas, animais ou bactérias e, portanto, são recursos renováveis.

Por sua vez, não -biobasado bioplásico são aqueles produzidos com polímeros sintetizados a partir de petróleo. No entanto, vindo de um recurso não renovável, alguns especialistas consideram que não devem ser tratados como bioplásicos.

-Nível de decomposição

Em relação ao nível de decomposição, os bioplásticos podem ser biodegradáveis ​​ou não. Os biodegradáveis ​​são divididos em períodos relativamente curtos (dias por alguns meses), sendo sujeitos a condições adequadas.

Por outro lado, os bioplásticos não biodegradáveis ​​se comportam como plásticos convencionais de origem petroquímica. Nesse caso, o período de decomposição é medido em décadas e até séculos.

Em relação a esse critério, também há controvérsia, já que alguns estudiosos consideram que um verdadeiro bioplásico deve ser biodegradável.

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-Origem e biodegradação

Quando os dois critérios anteriores (origem e nível de decomposição) são combinados, os bioplásticos podem ser classificados em três grupos:

1. De matérias -primas renováveis ​​(biobasado) e biodegradável.
2. Aqueles obtidos de matérias -primas renováveis ​​(biobasses), mas não são biodegradáveis.
3. Obtidos de matérias -primas de origem petroquímica, mas que são biodegradáveis.

É importante destacar que considerar um polímero como bioplásico deve entrar em uma dessas três combinações.

Biobasados-biodegradable

Entre os bioplásticos biobastados e biodegradáveis, temos ácido polilático (PLA) e poli -hidroxialcanoato (PHA). O PL é um dos bioplásticos mais utilizados e é obtido principalmente de milho.

Este bioplásico possui propriedades semelhantes ao tereftalato polietileno (PET, plástico convencional dos poliésteres), embora seja menos resistente a altas temperaturas.

Por sua vez, o PHA possui propriedades variáveis, dependendo do polímero específico que o constitui. É obtido a partir de células de plantas ou biotecnologia de culturas bacterianas.

Esses bioplásticos são muito sensíveis às condições de processamento e seu custo é até dez vezes maior que os plásticos convencionais.

Outro exemplo dessa categoria é o PHBV (poli -hidroxibutilvalerato), que é obtido a partir de restos de plantas.

BioBasados-não biodegradável

Neste grupo, temos biopolítico (bio-PE), com propriedades semelhantes às do polietileno convencional. Por sua parte, o Bio-Pet tem características semelhantes ao polietileno tereftalato.

Ambos os bioplásticos são geralmente fabricados a partir de cana -de -açúcar, obtendo bioetanol como um produto intermediário.

A biopolamida (PA) também pertence a esta categoria, que é um bioplástico reciclável com excelentes propriedades de isolamento térmico.

-Não biobasados-biodegradables

A biodegradabilidade tem a ver com a estrutura química do polímero e não com o tipo de matéria -prima usada. Portanto, plásticos biodegradáveis ​​podem ser obtidos do petróleo com processamento adequado.

Um exemplo desse tipo de bioplástica são policaprolactonas (PCL), que são usados ​​na fabricação de poliuretanos. Este é um bioplásico obtido de derivados de petróleo, bem como sucção de polibutileno (PBS).

Vantagens

Praço doce feito de PLA (ácido policático). Fonte: f. Kesselring, Fkur Willich [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/Deed.em)]

Eles são biodegradáveis

Embora nem todos bioplásicos sejam biodegradáveis, a verdade é que, para muitas pessoas, essa é sua característica fundamental. De fato, a busca por essa propriedade é um dos motores fundamentais da ascensão do bioplásico.

Plásticos convencionais derivados de petróleo e não biodegradável levam centenas e até milhares de anos na decomposição. Esta situação representa um problema sério, já que aterros e oceanos estão cheios de plásticos.

Portanto, a biodegradabilidade é uma vantagem muito relevante, pois esses materiais podem se decompor em semanas, meses ou alguns anos.

Eles não poluem o meio ambiente

Por serem materiais biodegradáveis, os bioplásticos param de ocupar espaço como lixo. Além disso, eles têm a vantagem adicional de que, na maioria dos casos, eles não contêm elementos tóxicos que podem liberar o ambiente.

Eles têm uma pegada de carbono menor

Tanto no processo de produção bioplásico, como em sua decomposição, menos CO2 é liberado do que no caso de plásticos convencionais. Em muitos casos, eles não liberam metano ou o fazem em baixas quantidades e, portanto, têm pouca incidência no efeito de estufa.

Por exemplo, os bioplásticos obtidos do etanol da cana -de -açúcar reduzem até 75% emissões de CO2 em comparação com os derivados de petróleo.

Mais seguro para transportar comida e bebida

Geralmente, na elaboração e composição das substâncias tóxicas bioplásticas. Portanto, eles representam menos risco de contaminação por alimentos ou bebidas contidos neles.

Ao contrário dos plásticos convencionais que podem produzir dioxinas e outros componentes poluentes, bioplásico bioplásico são inofensivos.

Desvantagens

Os inconvenientes estão relacionados principalmente ao tipo de bioplástico usado. Entre outros, temos o seguinte.

Menor resistência

Uma limitação apresentada pelo mais bioplástica para os plásticos convencionais é a menor resistência. No entanto, esta propriedade é o que está associado à sua capacidade de biodegradar.

Custo mais alto

Em alguns casos, as matérias -primas usadas para a produção de bioplásticas são mais caras que o óleo do petróleo.

Por outro lado, a produção de alguns bioplásticos implica maiores custos de processamento. Particularmente, esses custos de produção são mais altos naqueles produzidos por processos biotecnológicos, incluindo o cultivo maciço de bactérias.

Use conflito

A bioplásica produzida a partir de matérias -primas alimentares competem com as necessidades de alimentos humanos. Portanto, sendo mais lucrativo para dedicar colheitas à produção de bioplásticos, elas são removidas do circuito de produção de alimentos.

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No entanto, essa desvantagem não se aplica aos bioplásicos obtidos de resíduos não comestíveis. Entre esses resíduos, temos restos de culturas, algas não comestíveis, lignina, conchas de ovos ou exoesqueletos de lagosta.

Eles não são fáceis de reciclar

O PLA Bioplastic é muito semelhante ao plástico para animais de estimação convencional (polietileno tereftalato), mas não é reciclável. Portanto, se ambos os tipos de plástico forem misturados em um recipiente de reciclagem, esse conteúdo não pode ser reciclado.

Nesse sentido, há medo de que o uso crescente de PL possa dificultar os esforços existentes para reciclar plásticos.

Exemplos e seus usos de produtos produzidos com bioplásico

Embalagem de vinho feita com bioplásico a partir de resíduos agrícolas e micélios. Fonte: Mycobond [CC BY-SA 2.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/2.0)]

-Objetos descartáveis ​​ou descartáveis

Os elementos que geram mais resíduos são pacotes, envoltórios, pratos e talheres ligados a fast food e sacos de compras. Portanto, neste campo biodegradável bioplásticos desempenham um papel relevante.

Portanto, vários produtos bioplásicos foram desenvolvidos para influenciar a geração de resíduos. Entre outros, a bolsa biodegradável fabricada com BASF Ecovio ou a garrafa de plástico feita de praça obtida de milho por safipiplast na Espanha.

Cápsulas de água

A empresa Ooho criou cápsulas biodegradáveis ​​de algas marinhas com água, em vez das garrafas tradicionais. Essa proposta tem sido muito inovadora e bem -sucedida e já foi testada na maratona de Londres.

Agricultura

Em algumas culturas, como o morango, uma prática comum é cobrir o chão com uma folha de plástico para controlar ervas daninhas e evitar congelar. Nesse sentido, almofadas bioplásticas como agrobiofilme foram desenvolvidas para substituir os plásticos convencionais.

-Objetos para aplicações duradouras

O uso de bioplásticos não se restringe a objetos de uso e descarte, mas pode ser usado em objetos mais duráveis. Por exemplo, a Zoë B Organic Company produz brinquedos de praia.

Componentes de equipamentos complexos

Toyota EUA bioplásico em algumas peças automáticas, como componentes de aparelhos de aparelho de ar condicionado e painéis de controle. Para isso, ele usa bioplásico, como bio-pet e pla.

Por sua parte, Fujitsu usa bioplásico para fazer ratos e teclados de computador. No caso da Samsung Company, alguns telefones celulares têm grande parte do bioplásico.

-Construção civil e engenharia

Os bioplásticos de amido têm sido usados ​​como materiais de construção e bioplásticos reforçados com nanofibras em instalações elétricas.

Além disso, eles foram usados ​​na elaboração de Madeira bioplásica para móveis, que não são atacados por insetos xilofágicos e não apodrecem com umidade.

-Aplicações farmacêuticas

Eles foram preparados com recipientes de cápsulas bioplásicas de drogas e veículos de drogas que são liberados lentamente. Assim, a biodisponibilidade dos medicamentos é regulada ao longo do tempo (a dose que o paciente recebe em um certo tempo).

-Aplicações médicas

Bioplásticos de celulose aplicáveis ​​em implantes, engenharia de tecidos, engenharia bioplásica de quitina e quitosano para proteção de feridas, engenharia de tecidos ósseos e regeneração da pele humana foram fabricados.

Os bioplásticos de celulose para biossensores também foram fabricados, misturas com hidroxiapatita para a fabricação de implantes dentários, fibras bioplásicas em cateteres, entre outros.

-Transporte aéreo, mar e terra e indústria

Foram utilizadas espumas rígidas baseadas em óleos vegetais (bioplásticos), tanto em dispositivos industriais quanto de transporte; carros e peças aeroespaciais.

Eles também ocorreram de componentes eletrônicos bioplásicos de telefones celulares, computadores, dispositivos de áudio e vídeo.

-Agricultura

Os hidrogéis bioplásticos, que absorvem e retêm a água e podem libertá -los livremente, são úteis como mantos protetores de solo cultivado, mantendo sua umidade e favorecendo o crescimento de plantações agrícolas em regiões secas e em escassos estações de chuva.

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