В течение последних десятилетий пластик проник во все сферы нашей жизни в промышленность и быт: упаковка, пластиковые окна, мебель, посуда, мебель, практически все сделано из пластика или содержит пластик [1].
Уже более тридцати лет полимеры лидируют среди упаковочных материалов. Это и понятно: полимеры удобны и безопасны, дешевы, а значит, их производство будет расти и дальше [2].
Полимеры обладают уникальными полезными свойствами, и сравнительно невысокой ценой. Но у них существуют так же определенные недостатки:
-большинство полимеров не разлагается в природе, что приводит к устойчивому загрязнению окружающей среды;
-проблема с утилизацией полимеров;
-большинство пластиков производится из невозобновляемого углеводородного сырья, запасы которого ограничены.
Традиционно пластики изготавливаются из синтетических полимеров, имеющих структуру, не встречающуюся в природе. Основываясь на последних достижениях в понимании взаимосвязи между структурой полимера, его свойствами и природными процессами, были разработаны новые материалы, по своим свойствами не уступающие обычным пластикам, но являющиеся биоразлагаемыми [3].
Биоразлагаемые (биодеградируемые) полимеры - это полимерные материалы, разрушающиеся в результате естественных природных (микробиологических и биохимических) процессов. Продуктами полного разложения в основном являются углекислый газ, вода и гумус [4].
Существует две основные сферы жизнедеятельности человека, которые остро нуждаются в применении биодеградируемых полимеров - это охрана окружающей среды и медицина [5].
Сегодня можно с уверенн.остью утверждать, что биопластики эффективные и технологически сформированные материалы. Они способны улучшить баланс между экологическими выгодами и воздействием пластмасс на окружающую среду. Анализ жизненного цикла показывает, что биопластик может сократить выбросы CO2 на 30^70% по сравнению с обычной пластмассой (в зависимости от материала и области применения). Более того, увеличение использования биомассы в биопластике имеет явное преимущество: возобновляемость и доступность.
Основными достоинствами биопластиков являются биосовместимость (неотторжение организмом изделий из биопластиков при использовании в медицине) и экологичность (быстрое и нетоксичное разложение изделий из биополимеров в окружающей среде). Поэтому они перспективны для использования в медицине (хирургические и одноразовые материалы), фармакологии (пролонгация действия лекарственных веществ), пищевой промышленности (упаковочный и антиоксидантный материал), сельском хозяйстве (обволакиватели семян, разрушаемые пленки).
Объектом исследования в данной работе является технология получения лактида, который служит исходным компонентом для получения полилактида.
Предметом исследования является процесс концентрирования раствора молочной кислоты и синтез лактида.
Новизна работы заключается в использовании азеотропной системы, которая способствует значительному сокращению времени при проведении процесса концентрирования раствора молочной кислоты.
Цель работы - исследование возможности применения азеотропной отгонки воды в процессе получения олигомера из водного раствора молочной кислоты.
Задачи:
1. Провести литературный обзор по синтезу лактида;
2. Подобрать оптимальные условия для проведения данного процесса;
3. Исследовать применение азеотропной системы растворителей для использования в процессе концентрирования водного раствора молочной кислоты;
4. Изучить и провести процесс синтеза лактида;
Практическая значимость заключается в том, что результаты данной работы позволяют использовать системы азеотропов для процесса концентрирования водного раствора молочной кислоты с последующим синтезом лактида и полилактида. Использование таких систем позволяет сократить время и температуру процесса.
Сегодня можно с уверенностью утверждать, что биопластики эффективные и технологически зрелые материалы. Они способны улучшить баланс между экологическими выгодами и воздействием пластмасс на окружающую среду. Анализ жизненного цикла показывает, что биопластик может сократить выбросы CO2 на 30-70 % по сравнению с обычной пластмассой (в зависимости от материала и области применения). Более того, увеличение использования биомассы в биопластике имеет явное преимущество: возобновляемость и доступность.
Несмотря на то, что в настоящее время доля биоразлагаемых полимеров достаточно мала, потенциал этого рынка огромен. Так в начале 2000-ых годов Research.Techart оценивал емкость рынка на 2010 год в 47тыс. тонн. В 2012 году производство биопластиков было равно 1395 тыс. т (пластики на растительной основе, не поддающиеся биологическому разложению - 791 тыс. т). Прогноз специалистов на 2017 год - 6 185 тыс. т (пластики на растительной основе, не поддающиеся биологическому разложению - 5 185 тыс. т). По прогнозам к 2020 году доля биоразлагаемых полимеров даже может достигнуть четверти мирового производства пластмасс.
Направления применения биополимеров расширяются от бытовых и сельскохозяйственных до общепромышленных и машиностроительных. Можно утверждать, что в ближайшие годы, помимо пищевой промышленности, потреблять биопластики начнут отрасли IT технологий, автомобилестроения, производства игрушек и т.д.
Сбыту биоразлагаемых полимеров способствует растущая обеспокоенность потребителей вопросами защиты окружающей среды и поощрение использования естественных ресурсов со стороны правительства. В частности, большие возможности для инноваций и роста рынка создает растущая популярность экологически чистой упаковки.
Росту потребления будут способствовать упрощение технологий производства биопластиков и их удешевление, снижение срока биодеградации.
Цель новейших разработок в области создания биоразлагаемых полимеров заключается в установлении общих закономерностей в подборе компонентов и технологических параметров при изготовлении материалов, сочетающих высокий уровень эксплуатационных характеристик (прочность, низкую газопроницаемость, экологическую безопасность, хорошую формуемость и др.) со способностью к биоразложению, и научиться регулировать процессы их деструкции для обеспечения быстрой и безопасной деградации упаковки по окончании срока ее службы.
В заключение следует отметить, что интенсификация исследований в области создания биоразлагаемых полимеров важна не только для дальнейшего успешного развития рынка, но и одно из перспективных направлений решения глобальной экологической проблемы, связанной с загрязнением окружающей среды отходами полимерных материалов.
Основные выводы по работе:
1. Установлено, что концентрирование растворов молочной кислоты с использованием АОВ позволяет снизить температуру процесса, а также существенно сократить время процесса получения олигомера МК.
2. Применение двойной системы растворителей помогает получить лактид - сырец и лактид с более высокой степенью чистоты (высокая температура плавления), по сравнению с одинарными системами.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
