Создан пластик из лигноцеллюлозной биомассы — экологичный аналог ПЭТ

Почему ищут замену ПЭТ?

ПЭТ (полиэтилентерефталат) — термопластичный полимер, его часто используют при изготовлении пластиковых бутылок. Материал стал востребованным благодаря своим свойствам, доступной цене и упрощенному процессу производства. Он обладает хорошей прочностью, пластичностью, химической стойкостью. ПЭТ сохраняет свои свойства в разных средах и широком температурном диапазоне: от -40 до +75 °C. Эти характеристики особо ценны для производства безопасной тары для пищевых продуктов, напитков.

Преимущество полиэтилентерефталата заключается в возможности его вторичной переработки. Однако за все время использования изделий из ПЭТ, в переработку сдали только их малую часть. Больший процент пластиковых отходов загрязняет окружающую среду, и с каждым годом ситуация только усугубляется.

Чтобы снизить урон, наносимый природе, ученые создают биопластики из растительного сырья, например, кукурузы.  Однако многие из представленных разработок пока что не могут заменить ПЭТ, к тому же не все из них оказываются на 100% экологически безопасными. Но не все так плачевно. На горизонте уже появился инновационный разлагаемый биопластик, полученный исследователями из Швейцарии.

Тонкости производства нового биопластика

Ученые взяли за основу материала легиноцеллюлозу. Ее получают из растительной массы — самого распространенного и доступного сырья на планете для изготовления биотоплива. Она состоит из двух углеводных полимеров, гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина — полимера с высоким содержанием ароматических веществ.

«По сути мы варим древесину или растительные отходы с использованием дешевых химических компонентов для быстрого получения прекурсора пластика», — сказал профессор Лютербахер из школы EPFL. Но есть ключевая фишка производства — использование глиоксиловой кислоты вместо формальдегидов.

Согласно новой методике, которую применила швейцарская команда, добавление альдегида позволяет добиться стабилизации растительного сырья — не допустить его разрушения в процессе отделения необходимых веществ с помощью химических реагентов. «При использовании глиоксиловой кислоты молекулы сахара приобретают способность присоединять другие молекулы, действуя как строительные пластиковые блоки», — считает Лоренц Манкер, один из исследователей. За счет этой простой технологии для производства пластика ученые могут переработать до 25% от массы сельскохозяйственных отходов и свыше 90% рафинированного сахара.

Лист из биопластика, напечатанный на 3D-принтере
(изображение предоставлено EPFL)

О свойствах инновационного материала

Пластик из лигноцеллюлозной биомассы не уступает по прочности ПЭТ. Ученые смогли достичь высокой прочности материала благодаря использованию при производстве лингина — сложного полимерного соединения, входящего в состав клеток сосудистых растений. Пластик из растительных отходов достойно выдерживает температуру в 100 °C, имеет прочность свыше 70 МПа, жесткость — до 2500 МПа. Его удлинение при разрыве колеблется в пределах от 50 до 80%. Механические свойства биопластика приближены к свойствам нейлона или ABS. К тому же пластик практически не пропускает кислород и обладает низкой скоростью пропускания водяного пара. За счет таких характеристик он идеально подходит для изготовления тары под жидкости.

Сфера применения биопластика

Новому пластику предвещают перспективное будущее. Его планируется применять при изготовлении бутылок, контейнеров для пищевых продуктов, волокон для текстильных изделий. Он также займет свою нишу в медицине и производстве электронной техники.

«У пластика исключительные свойства, которые делают возможным его использование для производства упаковки для продуктов питания. Уникальные технические характеристики материала удалось достигнуть за счет неповрежденных молекул сахара», — заявил Лютербахер.

Для преобразования биопластика в различные изделия планируется прибегнуть к традиционным методикам формовки полимеров:

• литью под давлением с использованием пресс-форм;
• термоформовке;
• обработке на двухшнековых экструдерах;
• трехмерной печати.

Ученые из Швейцарии и Австрии уже представили миру пленку для упаковки, волокна для изготовления одежды и филамент для 3D-печати из нанопластика. С помощью нитей для трехмерных принтеров исследователями был напечатан биопластиковый лист дерева.

Способы переработки биопластика

Швейцарские исследователи заявили, что «новый пластик легок как в производстве, так и в разложении после применения, поскольку он способен вернуться к молекулам, находящимся в природе». Пока стандартное тестирование биоразложения не проводилось. Однако ученые считают, что для вторичной переработки пластика можно будет использовать технологию метанолиза при температуре 65 °C с дальнейшей деполимеризацией в прохладной воде.

Бутылки из нового материала можно будет просто выбросить, не боясь нанести вред природе. «Пластик способен быстро распадаться, образуя при этом безопасные сахара», пояснили разработчики.

Подведем итоги

Привычный человечеству ПЭТ — экологическая опасность для природы. Да, изделия из него способны разлагаться, но процесс очень длительный. Например, время разложения ПЭТ-бутылки составляет от 500 до 1000 лет. Чтобы снизить темпы загрязнения окружающей среды, ученые со всего мира стремятся разработать экологически чистые материалы для производства упаковки. Вероятно, таким решением станет пластик из лигноцеллюлозной биомассы. Время покажет, удастся ли ему заменить традиционные полимеры.