Биопластик как шаг на пути к безотходному потреблению



Полимеры находят широкое применение в мировой промышленности, являясь сырьем для производства тары, упаковки и одноразовой посуды. Полимерные материалы в пищевой промышленности удовлетворяют различным качественным требованиям, таким как механическая прочность, химическая устойчивость, и экономическим, таким как доступность и невысокая стоимость. Но в настоящее время все больше проявляются их недостатки: производство из невосстанавливаемых природных ресурсов и их, обернувшаяся наиболее значительным недостатком, долговечность, которая не дает упаковке разложиться после использования, что проводит к изменению климата, загрязнению воздуха, выбросам опасных для окружающей среды веществ. Также химические добавки в пластике, используемом в пищевой промышленности, могут являться канцерогенными и негативно сказываться на эндокринной и репродуктивной системах человека. Эффективным решением этих проблем, по мнению специалистов, является создание и переход на использование материалов, безвредных при потреблении и способных по истечению периода потребления биодеградировать на экологически безвредные вещества. Многочисленные поисковые и исследовательские работы в этой области имеют два основных направления — непосредственная разработка биополимеров из возобновляемых источников природных ресурсов, а также придание таких характеристик, как биоразлагаемость, другим высокомолекулярным материалам, использующимся в мировой промышленности. Основной задачей исследователей и разработчиков биоразлагаемых полимеров является обеспечение необходимой стоимости, а также технологических и эксплуатационных свойств на уровне, соответствующем синтетическим полимерам.

Целью данной исследовательской работы является определение перспективности использования различных биополимеров, характеристики экономического аспекта перехода на их использование.

Задачами исследования являются:

1. Ознакомление с понятием и видами биологических и синтетических полимеров, сравнение их химического строения и свойств;
2. Изучение технологических особенностей производства и разложения полимеров;
3. Ознакомление с ГОСТом испытаний биополимеров;
4. Оценка ситуации в экономике, связанной с пребыванием в кризисе пластикового загрязнения;
5. Проведение эксперимента и составление сметы по переходу на использование биопластика.

Обратимся к теоретическим материалам. Использование биополимеров обладает как рядом преимуществ, как, например, производство из возобновляемых материалов и способность к биоразложению, определяющие перспективность их использования, так и недостатков, таких как высокая стоимость, вынуждающая прибегать к созданию композиций биосинтетическим полимеров (БСПМ). Различные биологические и синтетические биоразлагаемые полимеры обладают рядом определенных химических свойств, которые могут быть изменены путем различных модификаций для соответствия полимера технологическим требованиям. В области разработки биополимеров проводятся многие исследования, направленные на выявление закономерностей и базовых принципов регулирования процессов биоразложения, определяющие стандарты испытаний и характеристик полимеров.

Для самостоятельного изучения свойств биопластика и их сравнения со свойствами неразлагаемых материалов необходимо обратиться к практической части работы.

1. Для проведения эксперимента поместим во влажную землю два фрагмента разных пакетов. Один пакет, как указывает изготовитель, состоит из биопластика, другой — из небиоразлагаемых материалов. Спустя шесть месяцев можно наблюдать изменения свойств фрагментов. Фрагмент, подверженный тепловому воздействию и воздействию микроорганизмов, стал более прозрачным по сравнению с тем, каким он был в начале эксперимента. При растяжении он легче рвётся и меньше тянется. Подготовим микропрепараты с фрагментами. Рассмотрим их на увеличении 80х и 200х). [приложение № 2] Заметно, что на некоторых участках фрагмента 1 появились незначительные разрывы. В целом структура сильно изменена не была. За такое время и при таких условиях нельзя определить, способен ли материал к полной биодеградации, однако можно утверждать, что он не является устойчивым к внешним воздействиям и, вероятнее всего, не является классическим неразлагаемым пластиком.

На сегодняшний день для решения проблемы пребывания в условиях кризиса пластикового загрязнения самой актуальной задачей остается переход на использование многоразовой упаковки, так как зачастую компании используют пластик, не отвечающий технологическим требованиям, выдавая его за полностью биоразлагаемый для получения преимущества на рынке. В России наиболее вероятно производство полимолочной кислоты (ПЛА) при благоприятных для этого условиях и достаточном финансировании. Принятие решения о доверии компании в вопросе биоразлагаемости продаваемого ей продукта требует изучения достоверных подтверждений, так как в домашних условиях изучить этот аспект достаточно сложно, подтверждением чего является проведенный эксперимент.

Рассмотрев экономическую ситуацию и решения крупных компаний по проблеме пластикового загрязнения, необходимо рассмотреть возможности каждого человека внести свой вклад. Высокую угрозу загрязнения представляют одноразовые стаканчики. В исследовательской части работы рассмотрена возможность перехода на использование безопасных аналогов из биоразлагаемых материалов в школах.

2. Этапы исследования:

1. Сравнение качественных характеристик разлагаемой одноразовой посуды из различных биополимеров и неразлагаемой.
2. Сбор и сопоставление информации о стоимости одноразовых стаканчиков у разных поставщиков на территории Санкт-Петербурга.
3. Составление сметы закупки стаканчиков объемом 200мл на месяц и год на класс из 30 человек.
4. Анализ сметы [приложение 1]

Выводы по исследовательской части:

Существуют одноразовые стаканчики из сахарного тростника, пшеничной соломы, кукурузного крахмала. К преимуществам всех перечисленных материалов можно отнести жиро- и водонепроницаемость, приятную текстуру, отсутствие неприятных запахов и способность долгое время сохранять свойства пищевых продуктов. Стаканчики из кукурузного крахмала не обладают высокой термостойкостью, но характеризуются достаточной прочностью и легкостью.

Рассмотрев оптовую стоимость стаканчиков из вышеперечисленных материалов, видно, что стоимость стаканчиков из биополимеров значительно выше стоимости стаканчиков из полипропилена. Наиболее экономически безопасным по сравнению со своими биоразлагаемыми аналогами является стаканчик из кукурузного крахмала.

Таким образом, рассматривая возможность перехода на использование биопластика в образовательных учреждениях, наиболее целесообразным вариантом будет использование стаканчика из кукурузного крахмала, но необходимо уточнять соотношение качества и цены непосредственно у поставщика товара.

Приложение № 1

Экономическая смета

Наименование компании поставщика	Наименование товара, характеристика	Единица измерения, количество единиц в партии	Сметная стоимость, руб
			Расчет на месяц			Расчет на год
			На единицу измерения	общая	На единицу измерения		общая
ООО «Ладишь» http://www.ladish.ru	Одноразовый стаканчик из кукурузного крахмала, 200мл	200 штук	2,8	2184	2,8		17472
OOO «Деловой маркет» https://xn7sbabho2bb8aedh1arl.xn--p1ai/	Одноразовый стаканчик из полипропилена, 200мл	200 штук	0,46	358,8	0,46		2870,4

Приложение № 2

Наблюдения, полученные в результате эксперимента

Сравнение фрагментов 1 (слева) и 2 (справа)	Нарушение целостности структуры фрагмента 1	Фрагмент 1, увеличение 80х
Фрагмент 1, увеличение 200х	Фрагмент 2, увеличение 200х	Фрагмент 2, увеличение 80х

Литература:

1. Богатова И. Б. Полимеры и полимерные материалы в пищевой промышленности: Учебное пособие. — Тольятти: Кассандра, 2010. — 93 с.
2. ГОСТ 9.049–91: Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов от 28.12.91
3. Крутько Э. Т., Прокопчук Н. Р., Глоба А. И., Технология биоразлагаемых полимерных материалов, Минск, 2014: БГТУ, — 105 с.
4. Ольхов А. А., Староверова О. В. Влияние плотности упаковки на деградацию нетканых нановолокнистых материалов на основе полигидроксибутирата // Вестник технологического университета. — Москва, 2016. Т.19 — № 1 — с.23–28.
5. Ольхов А. А., Иорданский А. Л. Биопластики на основе термопластов: механизм биодеградации, УДК 678.5., Казань, с.245–249.
6. Научная электронная библиотека Научный Корреспондент [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://nauchkor.ru, свободный — (5.01.21).
7. Научная электронная библиотека Руконт [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://rucont.ru, свободный — (2.01.21).
8. Деловое информационное пространство РБК [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://trends.rbc.ru/trends/green, свободный — (3.01.21)