Биоразлагаемые полимеры - определение, получение, свойства, использование

Полимер представляет собой молекулу, состоящую из множества небольших молекул, называемых мономерами, которые соединяются вместе, образуя более крупную молекулу. Слово «полимер» состоит из двух частей: «поли», что означает «много», и «мер», что означает «единица». На этой диаграмме показано, как химический состав полимера состоит из множества более мелких единиц (мономеров), связанных вместе, чтобы сформировать большую молекулу. Полимеризация — это химическая реакция, которая связывает мономеры вместе с образованием полимера.

Биоразлагаемые полимеры

Microorganisms destroy biodegradable polymers in a suitable amount of time, ensuring that biodegradable polymers and their degraded products have a low environmental impact. Enzyme-catalyzed processes break these polymers down into little segments, and microorganisms manufacture these enzymes.

Способ получения биоразлагаемых полимеров

Одним из методов получения биоразлагаемого полимера является добавление гидролизуемых сложноэфирных групп к полимерной цепи. Сложноэфирные группы могут быть введены в полимер, если следующий ацеталь добавить к алкену, подвергающемуся свободнорадикальной полимеризации. Эти «слабые связи» будут расщеплены ферментами.

Примеры биоразлагаемых полимеров

Поскольку слабые связи, присущие алифатическим полиэфирам, уязвимы для катализируемого ферментами гидролиза, они составляют важное семейство биоразлагаемых полимеров.

• Поли-β-гидроксибутират-со-β-гидроксивалерат (PHBV): это сополимер 3-гидроксибутановой кислоты и 3-гидроксипентановой кислоты с сложноэфирными связями, соединяющими мономерные звенья.

Свойства ПГБВ:

• Это биоразлагаемый полимер, который разлагается в окружающей среде из-за действия бактерий.
• 3-гидроксибутановая кислота придает PHBV жесткость, тогда как 3-гидроксипентановая кислота придает ему гибкость.

Использование PHBV:

• Для изготовления ортопедического оборудования
• Как вид специализированного упаковочного материала.
• В случае контролируемого высвобождения наркотиков.
• Полигликолевая кислота (PGA): цепная полимеризация циклического димера гликолевой кислоты HO-CH ₂ COOH дает полигликолевую кислоту.

• Полимолочная кислота (PLA): Полимеризация циклического димера молочной кислоты (HO-CH( _CH3 )COOH) дает полимолочную кислоту.

• Поли (ε-капролактон) (PCL): лактон 6-гидроксигексановой кислоты подвергается цепной полимеризации для его получения.

• Нейлон-2-нейлон-6: Нейлон-2-нейлон-6 представляет собой чередующийся полиамидный сополимер глицина (NH ₂ CH ₂ COOH) и аминокапроновой кислоты (NH ₂ -(CH ₂ ) ₅ COOH).

Свойства биоразлагаемых полимеров

1. Биоразлагаемые полимеры могут сохранять прочную механическую целостность до тех пор, пока они не разлагаются.
2. Разложение обычно начинается с концевых групп, поскольку биоразлагаемые полимеры имеют исключительно прочную углеродную основу, которую трудно расколоть.
3. Нетоксичные биоразлагаемые полимеры
4. Скорость разложения биоразлагаемого полимера можно контролировать.
5. Биоразлагаемые полимеры также лишены кристалличности, что препятствует доступу к концевым группам.
6. Гидрофильные полимеры являются биоразлагаемыми полимерами.

Преимущества биоразлагаемых полимеров

• Биоразлагаемые полимеры легко перерабатывать: эти полимеры не только быстрее разлагаются при утилизации, но и могут быть легко переработаны органическим путем. Переработанные биоотходы можно компостировать или использовать в качестве возобновляемого источника энергии для производства биогаза, что помогает сократить количество отходов на свалках.
• Количество образующихся отходов уменьшается: в зависимости от вещества, используемого для его производства, и метода утилизации биоразлагаемый пластик разлагается в течение нескольких месяцев.
• Снижение выбросов углерода. Одним из наиболее заметных преимуществ использования биоразлагаемых полимеров для изготовления пластиковых пакетов вместо традиционного пластика является значительное сокращение выбросов углерода на протяжении всего производственного процесса.
• Выбросы парниковых газов сокращаются: выбросы парниковых газов сокращаются при использовании биоразлагаемых полимеров вместо традиционных пластиков.
• Сокращение использования нефти: масло является необходимым компонентом в традиционном синтезе полимеров. Неудивительно, что нефть наносит вред окружающей среде, если учесть количество мусора, образующегося при переработке и даже при извлечении нефти из почвы.
• Они потребляют меньше энергии при их производстве: биоразлагаемые пластики потребляют меньше энергии в долгосрочной перспективе и не требуют переработки ископаемого топлива для производства полимеров, несмотря на более высокие первоначальные инвестиции.

Недостатки биоразлагаемых полимеров

• Чтобы содержать потенциально токсичные материалы, свалки спроектированы таким образом, чтобы они не пропускали влагу и были воздухонепроницаемыми. Эти анаэробные условия часто замедляют биоразложение, что помогает предотвратить выброс вредных соединений со свалок.
• Производство биоразлагаемых полимеров слишком дорого.
• Их нелегко найти.
• Смешанная переработка пластика не подходит для биоразлагаемых полимеров.

Использование биоразлагаемых полимеров

1. Они используются для швов после операции.
2. Материалы для врастания тканей, системы контролируемого высвобождения лекарств, заменители плазмы и другие медицинские изделия часто содержат биоразлагаемые полимеры.
3. Они используются в сельскохозяйственных товарах, таких как покрытия для семян и пленки.
4. Их также можно увидеть на упаковке фаст-фуда и предметах личной гигиены.
5. Для увеличения аэрации и стимулирования роста растений в почве и на ней используются биоразлагаемые полимеры.
6. Биоразлагаемые полимеры используются для доставки лекарств, потому что необходимо, чтобы лекарство высвобождалось постепенно, а не все сразу, и чтобы таблетка оставалась безопасной в бутылке до тех пор, пока не придет время ее выпить.
7. В генной терапии используются биоразлагаемые полимеры.
8. Биоразлагаемые полимеры используются в лекарственных средствах, таких как противораковые, антипсихотические и противовоспалительные препараты в биоразлагаемой системе.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Каковы примеры биоразлагаемых полимеров?

Отвечать:

 The examples of biodegradable polymers are Poly-β-hydroxybutyrate-co-β-hydroxy valerate (PHBV), Polyglycolic acid (PGA), Polylactic acid (PLA), Poly (ε-caprolactone) (PCL) and Nylon-2-Nylon-6.

Вопрос 2: Что такое полимолочная кислота?

Отвечать:

Polylactic acid is produced by polymerizing the cyclic dimer of lactic acid (HO-CH(CH₃)COOH).

Вопрос 3: Каково использование поли-β-гидроксибутирата-ко-β-гидроксивалерата?

Отвечать:

The uses of Poly-β-hydroxybutyrate-co-β-hydroxy valerate are:

1. For the production of orthopaedic devices
2. As a unique form of packaging material.
3. When it comes to controlled medication release, there are a few things to keep in mind.

Вопрос 4: Что такое поли ε-капролактон?

Отвечать:

To make it, the lactone of 6-hydroxy hexanoic acid is chain polymerized.