Полисахариды связанные с биологическими мембранами

         Полиэтиленовые пакеты часто используются в качестве представительской и рекламной продукции Сохранение экологии выходит на первый план у производителей упаковочных материалов. Основная задача учёных сегодня – изобрести полимер, который сможет сам себя утилизировать. Сегодня термин «биоразлагаемый полимер» уже стал неотъемлемой частью «зелёного словаря». Биоразлагаемые материалы с активным растительным наполнителем впервые появились на упаковочном рынке США, Италии и Германии в 70-80-е гг. XX в. Это были композиции крахмала с различными синтетическими полимерами. По сравнению с термопластами на основе пластифицированного крахмала они удачно сочетали технологичность и высокие эксплуатационные характеристики, присущие синтетическому компоненту, со способностью к биодеструкции, обусловленной наличием в их составе природного полимера (крахмала)[4].

        Чаще всего крахмалом модифицировали полиэтилен - пластик, наиболее востребованный не только в индустрии упаковки, но имеющий широкий диапазон применения в пищевой и легкой промышленности, медицине, сельском хозяйстве, строительстве и других отраслях. Для получения термопластичных смесей «полимер-крахмал» полисахарид обычно пластифицировали глицерином и водой. Смешивание компонентов осуществлялось в экструдере при температуре 150°С, обеспечивающей хорошую желатинизацию полисахарида и образование двухфазной смеси. Биоразложение композиционного материала, полученного по такой технологии, начиналось с поверхности пленки, обогащенной крахмалом. Для интенсификации биодеструкции в состав композиций вводили фотосенсибилизаторы или самоокисляющиеся добавки, вызывающие деструкцию полимерной цепи с образованием участков, достаточно малых для того, чтобы быть усвоенными микроорганизмами. Это одно из перспективных направлений решения глобальной экологической проблемы, связанной с загрязнением окружающей среды отходами полимерных материалов[5].

         Цель новейших разработок в области создания биоразлагаемых пластмасс упаковочного назначения состоит в том, чтобы установить общие закономерности 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. Комплекс физико-механических, химических и диэлектрических свойств полиэтилена позволяет широко применять этот материал во многих отраслях промышленности (радиотехнической, химической, медицинской, машиностроительной и др.)

         В химической отрасли применяется как защитный материал металлических изделий (поверхностей) от воздействия агрессивных сред. В электротехнике и энергетике используются свойства полиэтилена какхорошего диэлектрика. В машиностроении полиэтилен используется в ненагруженных узлах, в целях шумопонижения и уменьшения трения, при условии прохождения его по твердости. В пищевой промышленности используется широкая номенклатура изделий, начиная от разделочных досок и заканчивая желобами, направляющими, шнеками, различными подающими элементами конвейеров.

        Основными видами полиэтилена (ПЭ, PE), которые используются в настоящее время, являются полиэтилен высокой плотности и сшитый полиэтилен (PEX). Трубы из полиэтилена низкой плотности не находят широкого применения, т.к. для обеспечения необходимой прочности приходится утолщать стенки трубы, что приводит к большому расходу сырья и, следовательно, неоправданно увеличивает стоимость. Наиболее рациональным является использование сшитого полиэтилена, который позволяет существенно расширить область применения полиэтиленовых труб.  Специальная обработка (сшивка) молекулярной структуры полиэтилена позволяет трубам выдерживать температуру до 95оС при давлении 1 МПа. Кроме того, эти трубы имеют хорошую гибкость. Благодаря гибкости все полиэтиленовые трубы диаметрами до 160 мм могут поставляться в бухтах большой длины (до 200 м и более), что позволяет снизить до минимума количество стыков. Как выглядят структурные формулы полиэтилена можно увидеть на рисунках 1,2,3:

 

Рисунок 1 – полиэтилен низкой плотности

 

 

 

 

Рисунок 2 – полиэтилен средней  плотности

 

  

 

Рисунок 3 – полиэтилен высокой  плотности

 

 

 

 

         1.2 Экологические аспекты использования полиэтилена

 

 

              За последнее время человечество добилось невиданных доселе вершин технического прогресса и овладело новыми технологиями для улучшения качества жизни. Однако, как это часто случается, вместе с пользой технические новинки зачастую приносят и вред в виде загрязнения окружающей среды, и производство изделий из полиэтиленовой плёнки здесь совсем не исключение.      Традиционными отходами такого производства являются самого разного рода укрывные и упаковочные материалы, уже не нужные или пришедшие в негодность. И здесь есть один момент, о котором надо чётко помнить: в мире практически нет микроорганизмов, способных переработать отходы плёночного производства, и поэтому закопанный в землю полиэтиленовый пакет ещё очень долго не потеряет своих физических и химических свойств. А теперь представим, что таких пакетов не один, а десятки, сотни тысяч или даже миллионы, тогда проблема становиться уже глобальной, а учитывая огромное время разложения — и трудно разрешимой. Сжигать отходы плёночного производства, как оказалось, тоже не вариант, поскольку при этом выделяются чрезвычайно ядовитые вещества, практически не выводящиеся из организма. Поневоле встаёт вопрос — что же делать? А ответ на него будет лишь один: не закапывать, а перерабатывать! По счастью полиэтилен, как один из основных материалов для плёночной продукции, допускает многократное использование, и уже отслужившие свой век изделия вновь превращаются в сырьё для дальнейшего производства. Вторую жизнь отходам плёночного производства дают специальные машины-грануляторы, которые, в результате сложной технологической цепочки, из ненужных отходов производят ценное гранулированное сырьё для повторного производства плёнки. Такую плёнку называют технической или вторичной: она сохраняет все свойства своей предшественницы, однако из-за возможного наличия посторонних примесей её не рекомендуют для использования в пищевой промышленности и для хранения продуктов. Зато она находит себе широкое применение при строительстве, ремонте, а так же при садово-огородных работах. Таким образом, потенциально опасный для экологии материал вновь служит на благо людям и не усугубляет и без того сложную экологическую ситуацию в мире.   По мнению специалистов, сейчас на производство пакетов и вторичной плёнки тратится около полумиллиона тонн отслуживших свой век укрывных и упаковочных материалов, как, например, термоусадочная, армированная, полиэтиленовая плёнка в виде самых разных изделий, и именно благодаря вторичной переработке эта колоссальная масса не захламляет огромные территории, которые пришлось бы выделять именно под плёночные отходы, учитывая их колоссальную «живучесть»[5].

            Причём в переработку идут  не только плёнка, но и все  возможные изделия из пластмасс:  пластиковые бутылки и канистры,скотч , пластиковые сетки, искусственные покрытия и многие другие виды отходов из плёнки и пластика. На специальных заводах они сортируются,  перерабатываются и превращаются в исходное сырьё, обычно двух видов: ПНД (плёнка низкого давления) и полиэтилен, ПВД-плёнка высокого давления. И тот, и другой вид в последствии находят широкое применение в народном хозяйстве, так как вместо катастрофического вреда для экологии снова приносят пользу людям. Сейчас в сфере переработки вторичных полимеров наблюдается усиление темпов роста данного производства. На сегодняшний день в мире перерабатывается около 30 процентов всех отходов пластмасс и спрос на это сырьё всё увеличивается. Во многом это происходит из-за роста цен на первичную продукцию[5].

           С течением времени полиэтилен  стал применяться в качестве  упаковки для различных товаров  и продуктов питания. К примеру,  сейчас весьма распространена  пластиковая оболочка для колбасы,  а натуральная встречается все  реже и реже. Мало-помалу этот  материал стал вытеснять тяжелую  и бьющуюся стеклянную тару. В  настоящее время уже трудно  представить многие напитки, а  также косметические средства  и средства личной гигиены,  такие, как различные кремы  и шампуни, без легкой и удобной  пластиковой тары. Кроме этого,  твердые разновидности полиэтилена  широко используются для производства  различных труб, в том числе  и водопроводных. Такие трубы  более надежны и долговечны, они  легко и быстро монтируются  и практически не нуждаются  в дальнейшем обслуживании. Поскольку  на поверхности полиэтилена не образуется какой бы то ни было налет, то этот факт исключает опасность загрязнения питьевой воды в водопроводных трубах. 
Преимущества пластиковых труб перед металлическими очевидны. Они более легкие и более устойчивые к воздействию различных агрессивных химических веществ, а также не подвергаются разрушительному действию коррозии.   Именно поэтому в настоящее время многие инженерные коммуникации, такие, как водопроводные и канализационные сети, меняются на пластиковые. Во многих европейских странах строители практически полностью перешли на использование труб из различных твердых разновидностей полиэтилена.  
Однако, несмотря на все полезные свойства полиэтилена, у этого материала есть один весьма существенный недостаток: период его полного разложения составляет более тысячи лет. Это значит, что выброшенный пластиковый пакет или любая другая тара, сделанная из полиэтилена, будут находиться в земле или на ее поверхности более десяти веков! Это чревато колоссальным загрязнением нашей планеты. Экологи всех стран бьют тревогу, так как уже сейчас на Земле наблюдаются горы пластикового мусора. К примеру, Великобритания производит более 1,5 млн тонн полиэтилена в год. Немалую часть из этого количества составляют обыкновенные пластиковые пакеты — около 13 млрд штук. Как правило, такие пакеты используются всего лишь один раз, после чего их выбрасывают. Таким образом, одна небольшая европейская страна вносит немалый «вклад» в загрязнение нашей планеты. 
Но ведь не только Великобритания является производителем полиэтилена. Таких стран немало на Земле. Ежегодно в мире производится около 60 млн тонн этого материала. Если представить, сколько изделий из полиэтилена выбрасывается в мире ежедневно, то станет очевидно, что близится экологическая катастрофа. Поэтому экологи предлагают отказаться от производства упаковки, тары и пакетов из полиэтилена и использовать для этих целей другие материалы, которые быстрее разлагаются и лучше поддаются переработке. Однако производители этого материала утверждают, что ущерб от пластиковых изделий сильно преувеличен. По их мнению, чтобы избежать загрязнения нашей планеты изделиями из полиэтилена, нужно просто-напросто придумать более эффективные способы их переработки. Но, прежде всего, люди сами должны понять, что не стоит разбрасывать мусор, в том числе полиэтиленовый, где попало. Ведь если люди бросают пластиковые пакеты и бутылки, скажем, в водоемы, то виноват в этом вовсе не материал, а человеческая безответственность[5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   2.Поливинилхлорид и экологические аспекты его использования

   2.1 Общие сведения о поливинилхлориде

 

            Поливинилхлорид – синтетический термопластичный полярный полимер. Продукт полимеризации винилхлорида. Твердое вещество белого цвета. Выпускается в виде капилярно-пористого порошка с размером частиц 100–200 мкм, получаемого полимеризацией винилхлорида в массе, суспензии или эмульсии. Порошок сыпуч и хорошо перерабатывается. На основе поливинилхлорида получают жесткие (винипласт) и мягкие (пластикат) пластмассы, пластизоли (пасты), поливинилхлоридное волокно. Винипласт используется как жесткий конструкционный материал, применяемый в строительстве в виде погонажа, профилей, труб. Пластикат применяется для изготовления пленок, шлангов, клеенки, линолеума.

       Обычное обозначение поливинилхлорида на российском рынке – ПВХ, но могут встречаться и другие обозначения: PVC (поливинилхлорид), PVC-P или FPVC (пластифицированный поливинилхлорид), PVC-U или RPVC или U-PVC или UPVC (непластифицированный поливинилхлорид), CPVC или PVC-C или PVCC (хлорированный поливинилхлорид), HMW PVC (высокомолекулярный поливинилхлорид). Не горит на воздухе, но обладает малой морозостойкостью (-15 °C). Нагревостойкость: +65 °C[6].

         Винилхлорид при интенсивном перемещении суспендируют в воде в присутствии растворимого в мономере инициатора полимеризации и суспендирующего агента. После завершения цикла полимеризации (10-20 часов, включая 2-3 часа на загрузку, выгрузку и вспомогательные работы) получают суспензию с частичками ПВХ размером 75-150 мкм (иногда до 600 мкм). После отделения в сепараторе непрореагировавшего мономера, суспензию через смеситель подают в центрифугу, где она отжимается до 25-30% влажности. Выделенный ПВХ сушат в скоростной сушке и/или в сушильном барабане, обогреваемых горячим (65-150°С) воздухом. Затем ПВХ сортируют на виброситах по размеру частиц и упаковывают в бумажные мешки. Крупным потребителям ПВХ может поставляться в специальных цистернах.

       ПВХ не растворим в воде, устойчив к действию кислот, щелочей, спиртов, минеральных масел, набухает и растворяется в эфирах, кетонах, хлорированных и ароматических углеводородах. ПВХ совмещается со многими пластификаторами (например фталатами, себацинатами, фосфатами), стоек к окислению и практически не горюч. Поливинилхлорид обладает невысокой теплостойкостью, при нагревании выше 100 ºС заметно разлагается с выделением HCL. Для повышения теплостойкости и улучшения растворимости ПВХ подвергают хлорированию[6]. 

       Поливинилхлорид является продуктом полимеризации винилхлорида, химическая формула которого СН₂-СНСl. В процессе полимеризации образуются линейные слаборазветвленные (разветвленность макромолекул составляет 2–5 на 1000 атомов углерода основной цепи) макромолекулы c элементарным звеном в виде плоского зигзага.

         Характер связей между элементарными звеньями допускает несколько вариантов построения молекулярной цепи, что на практике, при промышленном получении поливинилхлорида, приводит к малой регулярности (синдиотактичности) его макромолекул: в одной макромолекуле реализуются сразу несколько вариантов связей элементарных звеньев, регулярные последовательности элементарных звеньев не создаются и промышленные образцы имеют невысокую степень кристалличности.

         Из-за низкой подвижности макрорадикалов в твердой фазе затруднено их взаимодействие и, следовательно, мала скорость обрыва полимерной цепи; в то же время константы скорости инициирования и роста цепи остаются такими же, как в гомог. среде. Поэтому с увеличением количества поливинилхлорида возрастает и общая скорость полимеризации (автокаталитический процесс). Скорость реакции увеличивается до степени превращения мономера 60–70%, затем начинает уменьшаться из-за его исчерпания. Тепловой эффект реакции 92,18 кДж/моль, энергия активации около 83,80 кДж/моль. Степень полимеризации в значительной, мере зависит от температуры, что объясняется склонностью к реакции передачи цепи. Температура полимеризации оказывает некоторое влияние и на степень кристалличности поливинилхлорида. При температурах от -10 до 20 °C получают поливинилхлорид с повышенной синдиотактичностью и температурой стеклования до 105 °C[6].

          Винилпласт – продукт переработки поливинилхлорида, содержащего следующие добавки: 1) главным образом термостабилизаторы – акцепторы HCl (соединения Pb, Sn, оксиды и соли щелочно-земельных металлов), а также иногда эпоксидированные масла, органические фосфиты; антиоксиданты фенольного типа; светостабилизаторы (производные бензотриазолов, кумаринов, бензофенонов, салициловой кислоты, сажа, TiO2 и др.); 2) смазки (парафины, воски и др.; вводят для улучшения текучести расплава); 3) пигменты или красители; 4) минеральные наполнители; 5) эластомер (например, сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол или этилен-винилацетат в количестве 10–15% по массе; для повышения ударной вязкости). Композицию тщательно перемешивают в смесителях и перерабатывают в экструдерах или на вальцах. Винипласт выпускают в виде листов, плит, труб, прутков, погонажно-профильных материалов, а также гранул, из которых экструзией или литьем под давлением формуют различные изделия. Винипласт легко поддается механической обработке, сваривается и склеивается. Его используют как конструкционный коррозионностойкий материал для изготовления химической аппаратуры и коммуникаций, вентиляционных воздуховодов, труб, фиттингов, а также для покрытия полов, облицовки стен, тепло- и звукоизоляции (пенополивинилхлорид), изготовления плинтусов, оконных переплетов и других строительных деталей. Из прозрачного винипласта изготовляют объемную тару для пищевых продуктов, бутылки и др.