Ako dodávateľ biologicky odbúrateľných materiálov som bol svedkom na prvý pohľad na rastúci dopyt po udržateľných alternatívach v rôznych odvetviach. Jedným z najzaujímavejších aspektov biologicky odbúrateľných materiálov je ich interakcia so slnečným žiarením, ktorá hrá rozhodujúcu úlohu v procese degradácie. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do vedy za tým, ako biologicky odbúrateľné materiály interagujú so slnečným žiarením a skúmam mechanizmy, faktory a dôsledky pre ich použitie.
Pochopenie biologicky odbúrateľných materiálov
Predtým, ako sa ponoríme do interakcie so slnečným žiarením, stručne pochopme, aké sú biologicky odbúrateľné materiály. Biologicky odbúrateľné materiály sú látky, ktoré môžu byť rozdelené prírodnými procesmi, ako napríklad pôsobenie mikroorganizmov, ako sú baktérie, huby a riasy. Tieto materiály sú navrhnuté tak, aby sa vrátili k prírode, čím sa znižuje vplyv na životné prostredie spojený s tradičnými plastmi a inými ne - biologicky odbúrateľnými materiálmi.
Bežné typy biologicky odbúrateľných materiálov zahŕňajú kyselinu polylakčnú (PLA), polybutylénokcinát (PBS) a tereftalát polybutylénu (PBAT).PLA PBSsú populárne voľby kvôli ich relatívne dobrým mechanickým vlastnostiam a biologickej odbúrateľnosti.Zmesi PLA PBSKombinujte výhody oboch materiálov a ponúkajú zvýšený výkon v rôznych aplikáciách.PBAT PLAZ zmesí sa tiež používajú, najmä v aplikáciách obalov, pretože poskytujú flexibilitu a silu, pričom zostávajú biologicky odbúrateľné.
Úloha slnečného svetla pri biodegradácii
Slnečné svetlo je výkonný zdroj energie, ktorý môže iniciovať a urýchliť degradáciu biologicky odbúrateľných materiálov prostredníctvom procesu nazývaného fotodegradácia. Fotodegradácia nastane, keď energia zo slnečného svetla, najmä ultrafialové (UV) žiarenie, prelomí chemické väzby v polymérnych reťazcoch biologicky odbúrateľných materiálov.
UV žiarenie a degradácia polyméru
UV spektrum slnečného svetla možno rozdeliť do troch oblastí: UVA (320 - 400 nm), UVB (280 - 320 nm) a UVC (100 - 280 nm). Väčšina žiarenia UVC je však absorbovaná atmosférou Zeme a iba UVA a UVB dosahujú zemský povrch. UVA žiarenie má v porovnaní s UVB dlhšiu vlnovú dĺžku a nižšiu energiu, ale stále môže preniknúť hlbšie do materiálu. UVB žiarenie má na druhej strane vyššiu energiu a môže spôsobiť výraznejšie poškodenie polymérnych reťazcov.
Keď biologicky odbúrateľné polyméry absorbujú UV žiarenie, energia môže excitovať elektróny v chemických väzbách, čo spôsobuje zlomenie. To vedie k tvorbe voľných radikálov, ktoré sú vysoko reaktívnymi druhmi. Tieto voľné radikály môžu reagovať s kyslíkom vo vzduchu za vzniku peroxidov a iných oxidačných produktov. Tvorba týchto výrobkov oslabuje polymérnu štruktúru, vďaka čomu je náchylnejšia na ďalšiu degradáciu mikroorganizmami.
Oxidácia a štiepenie reťazca
Oxidačný proces iniciovaný UV žiarením môže spôsobiť štiepenie reťazca, čo je prelomenie polymérnych reťazcov na menšie fragmenty. Keď sa polymérne reťazce zlomia, molekulová hmotnosť materiálu sa znižuje a jeho fyzikálne a mechanické vlastnosti sa menia. Napríklad materiál sa môže stať krehkejšími, stratiť svoju silu a vyvinúť praskliny a diery. Tieto zmeny zvyšujú povrchovú plochu materiálu, čo mikroorganizmom uľahčuje prístup k polyméru a degradácii.
Faktory ovplyvňujúce interakciu so slnečným žiarením
Niekoľko faktorov môže ovplyvniť, ako biologicky odbúrateľné materiály interagujú so slnečným žiarením a rýchlosť fotodegradácie.
Polymér
Chemická štruktúra biologicky odbúrateľného polyméru hrá významnú úlohu v jeho náchylnosti na UV žiarenie. Polyméry s dvojitými väzbami alebo aromatickými krúžkami v ich štruktúre sú vo všeobecnosti náchylnejšie na fotodegradáciu, pretože tieto skupiny môžu ľahšie absorbovať UV žiarenie. Napríklad polyméry s esterovými väzbami, ako sú PLA a PBS, môžu byť citlivejšie na hydrolýzu a oxidáciu indukovanú UV.
Prídavné látky
Mnoho biologicky odbúrateľných materiálov obsahuje prísady na zlepšenie ich výkonu, ako sú antioxidanty, UV stabilizátory a pigmenty. Antioxidanty môžu reagovať s voľnými radikálmi a zabrániť im v tom, aby spôsobili ďalšie poškodenie polymérnych reťazcov. Na druhej strane UV stabilizátory môžu absorbovať alebo odrážať UV žiarenie, čím chránia polymér pred jeho škodlivými účinkami. Pigmenty môžu tiež ovplyvniť interakciu so slnečným žiarením. Niektoré pigmenty môžu absorbovať UV žiarenie a preniesť energiu do polyméru, zrýchľujúc degradáciu, zatiaľ čo iné môžu poskytnúť určitú ochranu odrážaním alebo rozptylom svetla.
Environmentálne podmienky
Podmienky prostredia, ako je teplota, vlhkosť a prítomnosť znečisťujúcich látok, môžu tiež ovplyvniť proces fotodegradácie. Vyššie teploty môžu zvýšiť rýchlosť chemických reakcií vrátane oxidačných a reakcií štiepky reťazca. Vlhkosť môže tiež hrať úlohu, pretože voda môže pôsobiť ako médium na chemické reakcie a môže zvýšiť prienik kyslíka do materiálu. Znečisťujúce látky vo vzduchu, ako sú oxidy ozónu a dusíka, môžu reagovať s voľnými radikálmi a oxidačnými produktmi, čo ďalej ovplyvňuje proces degradácie.
Dôsledky pre aplikácie
Interakcia biologicky odbúrateľných materiálov so slnečným žiarením má niekoľko dôsledkov na ich použitie v rôznych aplikáciách.
Vonkajšie aplikácie
Pre biologicky odbúrateľné materiály používané vo vonkajších aplikáciách, ako sú poľnohospodárske mulčové filmy, obaly pre vonkajšie výrobky a stavebné materiály, je vystavenie slnečnému žiareniu nevyhnutné. Pochopenie procesu fotodegradácie je rozhodujúce pre zabezpečenie dlhovekosti a výkonu týchto materiálov. Výrobcovia si musia vybrať polyméry a prísady, ktoré v konkrétnej aplikácii vydržia podmienky žiarenia UV žiarenia a environmentálne podmienky. Napríklad v poľnohospodárskych mulčovacích filmoch musí materiál zachovať svoju silu a integritu na určité obdobie, aby zabezpečil účinnú kontrolu buriny a ochranu pôdy, ale mal by sa po dobu životnosti degradovať, aby sa zabránilo znečisteniu životného prostredia.
Kryté aplikácie
Dokonca aj vo vnútorných aplikáciách môžu byť biologicky odbúrateľné materiály stále vystavené určitému UV žiareniu z umelých zdrojov svetla, ako sú fluorescenčné a LED svetlá. Aj keď intenzita UV žiarenia z týchto zdrojov je oveľa nižšia ako intenzita slnečného žiarenia, v priebehu času môže stále spôsobiť určitú degradáciu materiálu. Preto je dôležité brať do úvahy potenciálny vplyv osvetlenia v interiéri na výkon a trvanlivosť biologicky odbúrateľných výrobkov.
Kontakt pre obstarávanie
Ak máte záujem o nákup vysokej kvality biologicky rozložiteľných materiálov pre vaše výrobky, pozývam vás, aby ste nás kontaktovali na diskusiu o obstarávaní. Ponúkame širokú škáluPLA PBS,Zmesi PLA PBSaPBAT PLAVýrobky, ktoré sú starostlivo formulované tak, aby vyhovovali vašim špecifickým požiadavkám. Náš tím odborníkov vám môže poskytnúť podrobné informácie o materiáloch, ich výkone a ich vhodnosti pre rôzne aplikácie. Či už ste v odvetví obalov, poľnohospodárstva alebo spotrebného tovaru, môžeme vám pomôcť nájsť správne biologicky odbúrateľné riešenie pre vaše podnikanie.
Odkazy
- Albertsson, A. - C. a Varma, IK (2002). Degradovateľné alifatické polyestery. Pokrok v polymérnej vede, 27 (11), 1627 - 1732.
- Andrady, AL (2011). Mikroplasty v morskom prostredí. Bulletin z morského znečistenia, 62 (8), 1596 - 1605.
- Barnes, DKA, Galgani, F., Thompson, RC a Barlaz, M. (2009). Hromadenie a fragmentácia plastových zvyškov v globálnom prostredí. Filozofické transakcie Kráľovskej spoločnosti B: Biological Sciences, 364 (1526), 1985 - 1998.