Bioplastique comment ils se produisent, types, avantages, inconvénients

Les Bioplastique Ce sont des matériaux malléables basés sur des polymères d'origine pétrochimique ou biomasse qui sont biodégradables. Semblable aux plastiques traditionnels synthétisés à partir de l'huile, ceux-ci peuvent être moulés pour produire divers objets.

Selon son origine, le bioplastique peut être obtenu à partir de la biomasse (biobasados) ou d'être d'origine pétrochimique. En revanche, selon leur niveau de décomposition, il y a des biodégradables et non biodégradables bioplastiques.

Couvert en polyester d'amidon biodégradable. Source: Scott Bauer [domaine public]

La montée des bioplastiques survient en réponse aux inconvénients générés par les plastiques conventionnels. Parmi ceux-ci, l'accumulation de plastiques non biodégradables dans les océans et les décharges peut être souligné.

D'un autre côté, les plastiques conventionnels ont une empreinte carbone élevée et une teneur élevée des éléments toxiques. D'un autre côté, les bioplastiques présentent plusieurs avantages car ils ne produisent pas d'éléments toxiques et sont généralement biodégradables et recyclables.

Parmi les principaux inconvénients des bioplastiques, son coût de production élevé et sa moindre résistance peuvent être signalés. De plus, certaines des matières premières utilisées sont des aliments potentiels, ce qui soulève un problème économique et éthique.

Certains exemples d'objets bioplastiques sont des sacs biodégradables ainsi que des parties de véhicules et de téléphones portables.

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Caractéristiques bioplastiques

Importance économique et environnementale des bioplastiques

Divers objets utilitaires à base de bioplastique. Source: Hwaja Götz [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)], via Wikimedia Commons

Récemment, plus d'intérêt scientifique et industriel est apparu dans la production de plastiques à partir de matières premières renouvelables et est biodégradable.

En effet.

Avec une demande croissante de plastiques sur le marché mondial, la demande de plastiques biodégradables augmente également.

Biodégradabilité

Les déchets bioplastiques biodégradables peuvent être traités comme des déchets organiques, une dégradation rapide et non polluante. Par exemple, ils peuvent être utilisés comme amendements de sol dans le compostage, car ils sont naturellement recyclés par des processus biologiques.

Bioplastique avec d'innombrables utilisations commerciales. Source: F. Kesselring, Fkur Willich [CC By-Sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 / acte.dans)], via Wikimedia Commons

Limitations bioplastiques

La fabrication de bioplastiques biodégradables est confrontée à de grands défis, car les bioplastiques ont des propriétés inférieures et leur application, bien qu'augmente, elle est limitée.

Amélioration des propriétés bioplastiques

Pour améliorer les propriétés bioplastiques, les biopolymères sont développés avec divers types d'additifs, tels que les nanotubes de carbone et les fibres naturelles modifiées par des processus chimiques.

En général, les additifs appliqués aux bioplastiques améliorent les propriétés telles que:

• Rigidité et résistance mécanique.
• Propriétés de la barrière au gaz et à l'eau.
• Thermorestabilité et thermostabilité.

Ces propriétés peuvent être conçues en bioplastique grâce à des méthodes de préparation et de traitement chimique.

Comment sont les bioplastiques?

Bioplastique pour l'emballage d'amidon thermoplastique. Source: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

-Histoire courte

Les bioplastiques sont antérieurs aux plastiques synthétiques conventionnels dérivés de l'huile. L'utilisation de polymères de matière végétale ou animale pour produire des matières plastiques date du XVIIIe siècle avec l'utilisation du caoutchouc naturel (Hevea Latex Brasiliensis).

Le premier bioplastique, bien que cette dénomination n'ait pas été donnée, a été développée en 1869 par John Wesley Hyatt Jr., qui a produit un plastique dérivé du coton cellulose comme substitut d'ivoire. De plus, à la fin du 19e siècle, la caséine de lait pour la production bioplastique a été utilisée.

Dans les années 40, la société Ford a exploré des alternatives pour l'utilisation des matières premières de l'usine pour l'élaboration de parties de ses voitures. Cette ligne de recherche a été motivée par les restrictions sur l'utilisation de l'acier par la guerre.

À la suite de cela, en 1941, la société a développé un modèle de voiture avec un corps construit à partir de dérivés principalement du soja. Cependant, après la fin de la guerre, cette initiative n'a pas été continue.

En 1947, le premier bioplastique technique, Polyamide 11 (Rilsan en tant que marque commerciale) se produit. Par la suite, dans les années 90, le PLA (acide polyactique), le PHA (polyhydroxialcanoats) et les amidons plastifiés ont émergé.

-Matière première

Les bioplastiques biobasado sont ceux qui sont fabriqués à partir de biomasse végétale. Les trois sources de base de matières premières de biobasses sont les suivantes.

Polymères de biomasse naturelle

Les polymères naturels peuvent être utilisés directement par des plantes, comme l'amidon ou les sucres. Par exemple, le "plastique de pomme de terre" est un bioplastique biodégradable à base d'amidon de pomme de terre.

Polymères synthétisés à partir de monomères de biomasse

Une deuxième alternative consiste à synthétiser les polymères de monomères extraits de sources végétales ou animales. La différence entre cette voie et la précédente est qu'ici une synthèse chimique intermédiaire est requise.

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Par exemple, le bio-PE ou le polyéthylène vert est produit à partir d'éthanol obtenu à partir de canne à sucre.

Un bioplastique peut également survenir à partir de sources animales telles que les glycosaminoglycanes (GAG), qui sont des protéines de coquille d'oeuf. L'avantage de cette protéine est qu'il permet d'obtenir des bioplastiques plus résistants.

Biotechnologie basée sur les cultures bactériennes

Une autre façon de produire des polymères pour la bioplastique est par la biotechnologie à travers des cultures bactériennes. En ce sens, de nombreuses bactéries synthétisent et stockent des polymères qui peuvent être extraits et traités.

Pour cela, les bactéries dans des milieux de culture adéquates sont massivement cultivées puis traitées pour purifier le polymère spécifique. Par exemple, la PHA (polyhydroxialcanoats) est synthétisée par différents genres bactériens poussant dans un excès de carbone et sans azote ni phosphore.

Les bactéries stockent le polymère sous forme de granules dans le cytoplasme, qui sont extraits en traitant les masses bactériennes. Un autre exemple est le PHBV (polyhydroxybutilvalaterate), qui est obtenu à partir de bactéries nourries avec des sucres obtenus à partir de restes végétaux.

La plus grande limitation de bioplastique.

Combinaison de polymère naturel et de polymère biotechnologique

L'Université de l'Ohio a développé un bioplastique plutôt résistant combinant du caoutchouc naturel avec le Trihacrylate bioplastique, bioplastique, organique et trihacrylate triméthylpropane (TMPTA) (TMPTA).

-Processus de production

Les bioplastiques sont obtenus par divers processus, selon la matière première et les propriétés souhaitées. Bioplastique peut être obtenu par le biais de processus élémentaires ou de processus industriels plus complexes.

Processus de base

La cuisson et le moulage peuvent être fabriqués dans le cas de l'utilisation de polymères naturels, comme le maïs ou l'amidon de pomme de terre.

Ainsi, une recette élémentaire pour produire un bioplastique consiste à mélanger l'amidon de maïs ou l'amidon de pomme de terre avec de l'eau, ajoutant de la glycérine. Par la suite, ce mélange est soumis à la cuisson jusqu'à ce qu'il s'épaissit, est moulé et laissé sécher.

Processus de complexité moyenne

Dans le cas des bioplastiques produits avec des polymères synthétisés à partir de monomères de biomasse, les processus sont un peu plus complexes.

Par exemple, le bio-peer obtenu à partir de l'éthanol de canne à sucre nécessite une série d'étapes. La première chose est d'extraire le sucre de canne pour obtenir de l'éthanol par fermentation et distillation.

Alors l'éthanol est déshydraté et l'éthylène est obtenu, qui doit être polymérisé. Enfin, via des machines de thermoformage, des objets basés sur ce bioplastique sont fabriqués.

Processus complexes et plus chers

Lorsqu'on fait référence au bioplastique produit à partir de polymères obtenus par biotechnologie, la complexité et l'augmentation des coûts. En effet.

Ce processus est basé sur certaines bactéries produisent des polymères naturels capables de stocker à l'intérieur. Par conséquent, sur la base des éléments nutritionnels appropriés, ces micro-organismes sont cultivés et traités pour extraire les polymères.

Vous pouvez également fabriquer des bioplastiques à partir d'algues telles que Botryococcus braunii. Ces microalgues sont capables de produire et même d'excréter la demi-hydrocarbure, à partir desquelles des carburants ou des bioplastiques sont obtenus.

-Fabrication de produits bioplastiques

Le principe de base est la moulure de l'objet, grâce aux propriétés plastiques de ce composé en utilisant la pression et la chaleur. Le traitement est effectué par extrusion, injection, injection et soufflage, préformation et coup de thermoconforme et subit enfin le refroidissement.

Gars

Emballage en acétate de cellulose. Source: Christian Gahle, Nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Les approches de la classification des bioplastiques sont diverses et ne sont pas exemptées de controverse. Dans tous les cas, les critères qui sont basés pour définir les différents types sont l'origine et le niveau de décomposition.

-Origine

Selon une approche généralisée, les bioplastiques peuvent être classés par leur origine dans les biobasados ​​ou les non-biobasados. Dans le premier cas, les polymères sont obtenus à partir de biomasse végétale, animale ou bactérienne et sont donc des ressources renouvelables.

Pour sa part, les bioplastiques non-Biobasado sont ceux produits avec des polymères synthétisés à partir de l'huile. Cependant, en provenant d'une ressource non renouvelable, certains spécialistes considèrent qu'ils ne devraient pas être traités comme bioplastiques.

-Niveau de décomposition

En ce qui concerne le niveau de décomposition, les bioplastiques peuvent être biodégradables ou non. Les biodégradables sont décomposés en périodes relativement courtes (jours quelques mois) en faisant l'objet de conditions adéquates.

D'un autre côté, les bioplastiques non biodégradables se comportent comme des plastiques conventionnels d'origine pétrochimique. Dans ce cas, la période de décomposition est mesurée dans des décennies et jusqu'à des siècles.

En ce qui concerne ce critère, il y a aussi une controverse, car certains chercheurs considèrent qu'un véritable bioplastique doit être biodégradable.

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-Origine et biodégradation

Lorsque les deux critères précédents (origine et niveau de décomposition) sont combinés, les bioplastiques peuvent être classés en trois groupes:

1. Des matières premières renouvelables (biobasado) et biodégradables.
2. Ceux obtenus à partir de matières premières renouvelables (biobasses), mais ne sont pas biodégradables.
3. Obtenu à partir de matières premières d'origine pétrochimique, mais qui sont biodégradables.

Il est important de souligner que considérer un polymère comme bioplastique doit entrer dans l'une de ces trois combinaisons.

Biobasados-biodegradables

Parmi les bioplastiques biobastés et biodégradables, nous avons de l'acide polylactique (PLA) et du polyhydroxialcanoate (PHA). Le PL est l'une des bioplastiques les plus utilisées et est obtenue principalement à partir de maïs.

Ce bioplastique a des propriétés similaires au polyéthylène téréphtalate (animal de compagnie, plastique conventionnel des polyesters), bien qu'il soit moins résistant aux températures élevées.

Pour sa part, le PHA a des propriétés variables en fonction du polymère spécifique qui le constitue. Il est obtenu à partir de cellules végétales ou biotechnologiques à partir de cultures bactériennes.

Ces bioplastiques sont très sensibles aux conditions de traitement et leur coût est jusqu'à dix fois supérieur aux plastiques conventionnels.

Un autre exemple de cette catégorie est le PHBV (polyhydroxybutilvalaterate), qui est obtenu à partir de restes végétaux.

Bioobasados-not biodégradable

Dans ce groupe, nous avons bio-politique (bio-PE), avec des propriétés similaires à celles du polyéthylène conventionnel. Pour sa part, Bio-Pet a des caractéristiques similaires au téréphtalate de polyéthylène.

Les deux bioplastiques sont couramment fabriqués à partir de canne à sucre, obtenant le bioéthanol comme produit intermédiaire.

Le bio-polyamide (PA) appartient également à cette catégorie, qui est un bioplastique recyclable avec d'excellentes propriétés d'isolation thermique.

-Pas biobasados-biodegradables

La biodégradabilité a à voir avec la structure chimique du polymère et non avec le type de matière première utilisée. Par conséquent, des plastiques biodégradables peuvent être obtenus à partir de l'huile avec un traitement adéquat.

Un exemple de ce type de bioplastiques est le Polycaprolactonas (PCL), qui sont utilisés dans la fabrication de polyuréthanes. Il s'agit d'un bioplastique obtenu à partir de dérivés de pétrole ainsi que de la suceur du polybutilene (PBS).

avantage

Enveloppement sucrée en PLA (acide polycatique). Source: F. Kesselring, Fkur Willich [CC By-Sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 / acte.dans)]

Ils sont biodégradables

Bien que tous les bioplastiques ne soient pas biodégradables, la vérité est que pour beaucoup de gens, c'est leur caractéristique fondamentale. En fait, la recherche de cette propriété est l'un des moteurs fondamentaux de la montée.

Les plastiques conventionnels dérivés du pétrole et non-biodégradables prennent des centaines et jusqu'à des milliers d'années en décomposition. Cette situation représente un problème grave, car les décharges et les océans sont remplis de plastiques.

Par conséquent, la biodégradabilité est un avantage très pertinent, car ces matériaux peuvent se décomposer en semaines, mois ou quelques années.

Ils ne polluent pas l'environnement

Parce que ce sont des matériaux biodégradables, les bioplastiques cessent d'occuper l'espace comme des ordures. De plus, ils ont l'avantage supplémentaire que, dans la plupart des cas, ils ne contiennent pas d'éléments toxiques qui peuvent libérer l'environnement.

Ils ont une empreinte carbone mineure

À la fois dans le processus de production bioplastique, comme dans sa décomposition, moins de CO2 est libéré que dans le cas des plastiques conventionnels. Dans de nombreux cas, ils ne libèrent pas de méthane ou ne le font pas en quantités faibles et ont donc peu d'incidence dans l'effet de serre.

Par exemple, les bioplastiques obtenus à partir de l'éthanol de la canne à sucre réduisent jusqu'à 75% des émissions de CO2 par rapport aux dérivés pétroliers.

Plus sûr pour transporter de la nourriture et des boissons

Généralement, dans l'élaboration et la composition des bioplastiques, les substances toxiques ne sont pas utilisées. Par conséquent, ils représentent moins de risque de contamination pour la nourriture ou les boissons contenues.

Contrairement aux plastiques conventionnels qui peuvent produire des dioxines et d'autres composants polluants, les bioplastiques biobastés sont inoffensifs.

Désavantages

Les inconvénients sont principalement liés au type de bioplastique utilisé. Entre autres, nous avons ce qui suit.

Résistance plus faible

Une limitation présentée par la plupart bioplastique pour les plastiques conventionnels, est leur moindre résistance. Cependant, cette propriété est ce qui est associé à sa capacité à biodégrader.

Coût plus élevé

Dans certains cas, les matières premières utilisées pour la production de bioplastiques sont plus chères que l'huile.

D'un autre côté, la production de certaines bioplastiques implique des coûts de traitement plus élevés. En particulier, ces coûts de production sont plus élevés chez ceux produits par les processus biotechnologiques, y compris la culture massive des bactéries.

Utiliser des conflits

Les bioplastiques produits à partir de matières premières alimentaires rivalisent avec les besoins alimentaires humains. Par conséquent, étant plus rentable pour consacrer des récoltes à la production de bioplastiques, ceux-ci sont retirés du circuit de production alimentaire.

Peut vous servir: réseau trophique

Cependant, ce désavantage ne s'applique pas aux personnes bioplastiques obtenues à partir de déchets non édibles. Parmi ces déchets, nous avons des restes de cultures, d'algues non édibles, de lignine, de coquilles d'oeufs ou d'exosquelettes de homard.

Ils ne sont pas faciles à recycler

PLA bioplastique est très similaire au plastique PET conventionnel (téréphtalate de polyéthylène), mais il n'est pas recyclable. Par conséquent, si les deux types de plastique sont mélangés dans un récipient de recyclage, ce contenu ne peut pas être recyclé.

En ce sens, il y a peur que l'utilisation croissante de PL puisse entraver les efforts existants pour recycler les plastiques.

Exemples et ses utilisations des produits produits avec bioplastique

Emballage de vin fait avec bioplastique à partir des déchets agricoles et des mycélios. Source: Mycobond [CC BY-SA 2.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 2.0)]

-Objets jetables ou jetables

Les éléments qui génèrent plus de déchets sont les packages, les wraps, les plats et les couverts liés à la restauration rapide et aux sacs à provisions. Par conséquent, dans ce domaine, les bioplastiques biodégradables jouent un rôle pertinent.

Par conséquent, divers produits bioplastiques ont été développés afin d'influencer la production de déchets. Parmi d'autres, nous avons, le sac biodégradable fabriqué avec BASF Ecovio ou la bouteille en plastique en Plaz obtenue à partir de maïs par SafipLast en Espagne.

Capsules d'eau

L'entreprise Ooho a conçu des capsules biodégradables de l'algue avec de l'eau, au lieu des bouteilles traditionnelles. Cette proposition a été très innovante et réussie et a déjà été testée dans le marathon de Londres.

Agriculture

Dans certaines cultures telles que la fraise, une pratique courante est de couvrir le sol avec une feuille de plastique afin de contrôler les mauvaises herbes et d'éviter le gel. En ce sens, des tampons bioplastiques tels que l'agrobiofilm ont été développés pour remplacer les plastiques conventionnels.

-Objets pour applications durables

L'utilisation de bioplastiques n'est pas limitée aux objets d'utilisation et de rejet, mais peut être utilisé dans des objets plus durables. Par exemple, la Zoë B Organic Company produit des jouets de plage.

Composants d'équipement complexes

Toyota USA bioplastique dans certaines pièces automobiles, comme composants de l'appareil de climatisation et des panneaux de commande. Pour cela, il utilise des bioplastiques tels que Bio-Pet et PLA.

Pour sa part, Fujitsu utilise bioplastique pour fabriquer des souris informatiques et des claviers. Dans le cas de Samsung Company, certains téléphones mobiles ont une grande partie de la bioplastique.

-Construction et ingénierie civile

Les bioplastiques d'amidon ont été utilisés comme matériaux de construction et bioplastiques renforcés de nanofibres dans les installations électriques.

De plus, ils ont été utilisés dans l'élaboration de Bois bioplastique pour les meubles, qui ne sont pas attaqués par des insectes xylophages et ne pourrissent pas d'humidité.

-Applications pharmaceutiques

Ils ont été préparés avec des capsules bioplastiques conteneurs de médicaments et de véhicules de médicament qui sont lentement libérés. Ainsi, la biodisponibilité des médicaments est réglementée au fil du temps (la dose que le patient reçoit dans un certain temps).

-Applications médicales

Les bioplastiques de cellulose applicables dans les implants, l'ingénierie tissulaire, la chitine et le chitosano génie bioplastique pour la protection des plaies, l'ingénierie tissulaire osseuse et la régénération de la peau humaine ont été fabriqués.

Les bioplastiques de cellulose pour les biocapteurs ont également été fabriqués, des mélanges avec de l'hydroxyapatite pour la fabrication d'implants dentaires, des fibres bioplastiques dans les cathéters, entre autres.

-Transport aérien, maritime et terrestre et industrie

Des mousses rigides à base d'huiles végétales (bioplastiques) ont été utilisées, à la fois dans les dispositifs industriels et de transport; voitures et pièces aérospatiales.

Ils se sont également produits à partir de composants électroniques bioplastiques des téléphones cellulaires, des ordinateurs, de l'audio et des appareils vidéo.

-Agriculture

Les hydrogels bioplastiques, qui absorbent et retiennent l'eau et peuvent les libérer librement, sont utiles en tant que manteaux protecteurs de sol cultivé, en maintenant leur humidité et en favorisant la croissance des plantations agricoles dans les régions sèches et dans les saisons de précipitations rares.

Les références

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplastique: Obtention et applications de polyhydroxialcanoats. Faculté de pharmacie, Université de Séville. Diplôme en pharmacie. 36 P.
2. Bezirhan-Arikan E et H Duygu-ozsois (2015). Une revue: Recherche des bioplastiques. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. D'Almeida A, Ja Ruiz, ni López et MJ Pettinari (2004). Bioplastique: une alternative écologique. Live Chemistry, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi (2010). Production bioplastique à partir de sources étendues. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlin, Allemagne. 145 P.
4. Labaga-Viteri A (2018). Polymères biodégradables. Importance et applications potentielles. Université nationale d'éducation à distance. Faculté des sciences, Département de chimie inorganique et de génie chimique. Master universitaire en sciences et technologie chimique. 50 P.
5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia et Ak Mohanty (2013). Plastiques à biobeaux et bionanocomposites: statut actuel et avenir. PROGRAMME. Polym. SCI. 38: 1653-1689.
6. Satis K (2017). Bioplastiques - Classification, production et leurs applications alimentaires potentielles. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.