Міністерствоосвіти і науки Російської Федерації
Державнеосвітня установа
Вищогопрофесійної освіти
Тверськійдержавний технічний університет
КафедраБіотехнологія і хімія
Реферат
побіофізичної хімії
Отриманняі опис фізико-хімічних властивостей синтетичних біодеградіруемих полімерів
Твер2010
Зміст
Введення
1.Характеристика біодеградіруемих полімерів
2.Властивості біодеградіруемих полімерів
3.Отримання синтетичних біодеградіруемих полімерів
4.Використаннябіодеградіруемих полімерів
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Біодеградіруемиміполімерами називаються полімерні матеріали, що руйнуються в результатіприродних природних (мікробіологічних і біохімічних) процесів. Полімер,як правило, вважається біорозкладаним, якщо вся його маса розкладається в грунтіабо воді за період в шість місяців. У багатьох випадках продуктами розпадує вуглекислий газ і вода. Будь-які інші продукти розкладання або залишкиповинні досліджуватися на наявність токсичних речовин і безпеку. [1]
Вони можутьвироблятися з поновлюваних джерел, або ж їх можна отримувати знафтохімічних сировинних матеріалів. Вони можуть використовуватися самі по собі абож в поєднанні з іншими пластмасовими смолами і добавками.
Біорозкладанихполімери можна переробляти з допомогою більшості стандартних технологійвиробництва пластмас, включаючи гаряче формування, екструзію, литьевое івидувне формування. [2]
Існуєдві основні сфери життєдіяльності людини, які гостро потребуютьзастосуванні штучних біодеградіруемих полімерів, - це охорона навколишньогосередовища і медицина.
В данийчас для захисту навколишнього середовища від пластмасових відходів активнорозробляються два основних підходи: поховання (зберігання відходів на звалищах)і утилізація (спалювання; піроліз; рециклізація - переробка). Однак якспалювання, так і піроліз відходів тари та упаковки і. взагалі пластмаскардинально, не покращують екологічну обстановку. Але багато перевагисинтетичних полімерів - їх різноманітність, стабільність, здатністьутворювати просторові сітки - ускладнюють вторинну переробку.
Радикальнимвирішенням проблеми В«полімерного сміттяВ» на думку фахівців, єстворення та освоєння широкої гами полімерів, здатних при відповіднихумовах біодеградіровать, на нешкідливі для живої і не живої природикомпоненти. [1]
1Характеристика біодеградіруемих полімерів
Здатністьполімерів розкладатися і засвоюватися мікроорганізмами залежить від ряду їхструктурних характеристик. Найбільш важливими є хімічна природаполімеру, молекулярна маса, розгалуженість макроцепі (наявність і природабічних груп), надмолекулярна структура.
Синтетичніполімери, що містять зв'язку, які легко піддаються гідролізу, маютьвисокою здатністю до біодеструкції. Присутність заступників в полімернійланцюга часто сприяє підвищенню біодеструкції. Остання залежить також відступеня заміщення ланцюга і довжини її ділянок між функціональними групами,гнучкості макромолекул.
Важливимфактором, який визначає стійкість полімеру до биоразложению, євеличина його молекул. У той час як мономери або олігомери можуть бути ураженімікроорганізмами і служать для них джерелом вуглецю, полімери з великоюмолекулярною масою стійкі до дії мікроорганізмів. Біодеструкціїбільшості технічних полімерів, як правило, ініціюють процесаминебіологічного характеру (термічне і фотоокислення, термоліз, механічнадеградація і т. п.).
Згаданідеградаційні процеси призводять до зниження молекулярної маси полімеру. Прицьому виникають низькомолекулярні біоассіміліруемие фрагменти, які мають на кінцяхланцюга гідроксильні, карбонільні чи карбоксильні групи.
Не меншзначущим фактором, що робить вплив на біодеградацію, єнадмолекулярна структура синтетичних полімерів. Компактне розташуванняструктурних фрагментів полукрісталліческіх і кристалічних полімерівобмежує їх набухання у воді і перешкоджає проникненню ферментів уполімерну матрицю. Це утрудняє вплив ферментів не тільки на головнувуглецевий ланцюг полімеру, але і на біоразрушаемие частини ланцюга. Аморфна частинаполімеру завжди менш стійка до біодеструкції, ніж кристалічна. [3]
Біорозкладанихполімери класифікують по виду сировини дляїх отримання:
а) сировину поновлюване тваринного походження:
1) колаген;
2) еластин;
3) воски;
4) аліфатичні поліефіри;
5) кератин;
6) фиброин;
7) емульсія.
б) сировину поновлюване рослинного походження:
1) крохмаль;
2) целюлоза;
3) агар;
4) пектин.
в) сировину невідновлювальне нафтохімічного походження:
1) поліуретани;
2) поліестраміди;
3) поліефіраміди;
4) ароматичні поліефіри, наприклад, полімолочная кислота;
5) аліфатичних-ароматичний сополіефір;
г) сировина змішане:
1) поліефіри.
2. Властивості біодеградіруемих полімерів
Крохмальмістить гідроксильні групи, які притягують воду, через це відбуваєтьсяпередчасне розкладання полімеру. Але якщо частина цих гідроксильних групзамінити іншими, такими як ефірні або складноефірні, то воді буде не таклегко впливати на полімер. Додаткова хімічна обробка дозволяєстворити додаткові зв'язки між різними частинами полімеру крохмалю длятого, щоб збільшити його теплостійкість, стійкість до дії кислот іЗрізані зусиллю.
В результатітакої обробки утворюється модифікований крохмаль, який розкладається внавколишньому середовищу, але має властивості комерційно корисного термопласту.Модифікований крохмаль можна виробляти на тому ж обладнанні, що йзвичайну пластмасу, його можна фарбувати і на нього можна наносити друк звикористанням всіх звичайних технологій. Цей матеріал антістатічен за своєюприроді. Фізичні властивості модифікованого крохмалю, в цілому, поступаютьсявластивістю смол, отриманих нафтохімічним шляхом, яким він становитьконкуренцію - поліетилену низького і високого тиску, і поліпропілену.Розкладається при 30 про С на протязі двох місяців.
Целюлозаволодіє високою механічною міцністю, не розчиняється у воді і органічнихрозчинниках, не плавиться. Під впливом кислот добре гідролізується.
Полімолочная кислота - лінійний аліфатичний поліефір, виходить за допомогою полімеризації молочної кислоти, яка виготовляється на основі ферментації цукрів, одержуваних з кукурудзи чи іншої біомаси. Розкладання PLA здійснюється в два етапи. Спочатку ефірні групи поступово піддають гідролізу водою для формування молочної кислоти і інших невеликих молекул, потім їх розкладають за допомогою мікробів в певному середовищі. Полімолочная кислота здатна повністю розкладатися протягом 45 днів за умови створення відповідної структури компостування.
полікапролактона відноситься до класу синтетичних аліфатичних поліефірів. Володіє високою механічною міцністю і хорошими бар'єрними властивостями по відношенню до води і жирам. Низька температура плавлення (50 про С). Процес биоразложения відбувається протягом 60 днів при контакті з бактеріями та грибками.
3.Отримання синтетичних біодеградіруемих полімерів
біодеградіруемийполімер біохімічний мікробіологічний
В данийчас у світі основні роботи ведуться по створенню нових полімерів (в основномуполіефірів і матеріалів на основі сировини біогенного походження). Напрямокпо доданню біодеградіруемих властивостей великотоннажним промисловим полімерамшляхом в...
