Биоразлагаемость Полиморфуса

Полиморфус – это уникальный пластик, предназначенный для применения в быту в качестве материала для изготовления поделок, произвольного крепежа или других деталей. Одним из самых интересных и полезных его свойств является способность к разложению на безопасные компоненты под воздействием окружающей среды (биоразлагаемость).

Применение экологически чистых материалов – это важная современная тенденция, которая ставит задачу разработки материалов с заданными эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющих требованиям по защите окружающей среды. Однако, очевидно, что биоразлагаемость ограничивает сроки и до некоторой степени влияет на условия эксплуатации изделий.

Для того чтобы определить, насколько долговечны будут изделия из Полиморфуса и как их правильно эксплуатировать, необходимо разобраться с понятием биоразлагаемости и изучить свойства самого пластика.

Химическое название пластика Полиморфус – поликапролактон. Этот материал относится к алифатическим сложным полиэфирам линейно-разветвленной структуры. У него есть множество сфер применения как, например: медицина, моделирование, изготовление обуви, одежды и так далее. При этом в каждом случае используются различные его свойства.

В медицине поликапролактон интересен прежде всего из-за того, что он в определенные сроки может разлагаться на безопасные для человеческого организма компоненты. При изготовлении предметов одежды его применение обусловлено тем, что этот материал имеет хорошую эластичность и высокую прочность, а при моделировании – поскольку он с легкостью принимает форму, и из него можно лепить как из пластилина.

Зачастую поликапролактон используется в смесях с другими веществами (например, крахмалом). Делается это для того, чтобы повлиять на какие-либо его свойства (способность к разложению, прочность и т.д) или снизить стоимость полученной в результате смеси (дорогой поликапролактон "разбавляют" более дешевой добавкой).

В зависимости от сферы применения используют поликапролактон различного молекулярного веса. Если для медицины критично, чтобы материал разлагался в более короткие сроки, применяют поликапролактон с низкими молекулярным весом.

Для бытового применения чаще выбирают высокомолекулярный поликапролактон высокой степени чистоты (без примесей), что, прежде всего, отражается на прочности материала и его устойчивости к разложению.

В литературе и коммерческих предложениях молекулярная масса поликапролактона варьируется от 2000 до 100000.

Формула поликапролактона

Формула поликапролактона

Говоря о биоразлагаемости, следует заметить прежде всего, что существует несколько определений этого свойства данных разными организациями и авторами. Дословно их приводить не имеет смысла, но суть их сводится к тому, что под влиянием факторов окружающей среды материал разлагается в конечном итоге на углекислый газ и воду (неполное разложение приводит к образованию метана, углеводородов, углеводов или неорганических смесей, а также метаболитов).

К факторам, влияющим на разложение полиэфиров в окружающей среде, относят:воздействие микроорганизмов, ультрафиолетовое излучение, воздействие высоких температур, радиационного излучения и различных окислителей. Известно также, что все полиэфиры, в конечном счете, разлагаются. При этом гидролиз (разложение исходной молекулы вещества при взаимодействии с водой) является доминирующим механизмом.

В работе [10] приводятся стандартные методы оценки биоразлагаемости полимеров. В основном тесты проводятся путем помещения полимерной пленки (толщина которой измеряется в микронах) или порошка в какую-либо природную среду (например, в морскую воду, компост).

Тест, в зависимости от условий (специфика материала или окружающей среды), обычно проходит несколько месяцев. В процессе тестов производятся замеры потери веса образцов материала и анализ изменений макро и микроструктуры материала, по которым определяется степень разложения.

Тесты на биоразлагаемость материалов не проводят на изделиях со сколько-нибудь значимым объемом, поскольку такой тест займет слишком много времени. В результате исследований выявлены следующие факторы, влияющие на биоразлагаемость полимеров:

  • – Химический состав полимера;
  • – Тип и концентрация разлагающих материалов;
  • – Влажность и температура окружающей среды;
  • – Влагопоглощение ( и абсорционная способность);
  • – Степень окристаллизованности (чем выше, тем медленнее происходит разложение путем гидролиза);
  • – Полимеры с большой молекулярной массой практически не подвержены биоразложению;
  • – Изделия из полимера не будут полностью разложены, если они имеют значительный объем.

Поликапролактон является полиэфиром с высокой степенью окристаллизованности и под воздействием окружающей среды разлагается медленнее, чем многие другие полимеры. Принимая во внимание многочисленные исследования биоразлагаемости этого материала, можно сделать вывод о том, что он под воздействием солнечного света становится хрупким.

Кроме того, изучая результаты многочисленных тестов, а так же прочие материалы, посвященные биоразлагаемости полимеров, можно найти практически любые сроки разложения поликапролактона. Например, в [5] указывается, что после 26 недель испытаний изделие из этого материала теряет 1% веса, а в [6] приводится срок разложения, превышающий 200 дней.

При этом условия проведения тестов могут существенно отличаться за исключением того, что тестируются полимерные пленки, порошки или частицы пластика незначительного объема и тестируемый материал подвергается постоянному воздействию природной среды на протяжении длительного времени.

Корректное сравнение результатов тестов невозможно, однако, резюмируя вышеуказанное, можно сформулировать правила, соблюдение которых поможет сохранить свойства изделий из Полиморфуса в течение длительного срока:

  • – Храните изделия из Полиморфуса в сухом, защищенном от солнечного света месте при комнатной температуре;
  • – При попадании изделия из Полиморфуса в среду, которая может содержать агрессивные микроорганизмы (например, почва, компост, сточные воды, речная, морская вода) промойте изделие чистой водой и просушите его (не нагревая до температуры плавления или близкой к ней);
  • – Помните о том, что чем меньше объем и вес изделия, тем оно менее устойчиво к воздействию микроорганизмов.

Поликапролактон, продающийся под маркой Полиморфус, имеет молекулярный вес 60000 и идеально подходит по своим свойствам (прочность, эластичность, устойчивость к воздействию окружающей среды) для изготовления в домашних условиях деталей стендовых или действующих моделей, роботов или других поделок.

При соблюдении приведенных выше условий все эти изделия можно успешно эксплуатировать как в бытовых так и в природных условиях в течение длительного срока.

PS. Изучая тему биоразлагаемости поликапролактона, я вступил в переписку с компанией, распространяющей пластик InstaMorph (аналог Полиморфуса) вот выдержка из их ответа на мой вопрос:

«...Unfortunately, our supplier does not supply the degradation terms you are requesting. We've seen comments throughout the web concerning the biodegradation conditions Polymorph, and it is reported that after 20 years, the plastic tends to become brittle. This isn't to say that your creation will be necessarily ruined, but unique property of being remoldable is probably lost at this point. Here is the comment thread I'm referencing for this information: http://www.instructables.com/id/Make-New-Tools-From-Shapelock--Friendly-Plastic/...»

и перевод: «...К сожалению наш поставщик не предоставляет информацию о сроках разложения [материала], которую вы запросили. В сети мы видели комментарии, касающиеся условий биоразложения Полиморфа, в которых сообщается, что по прошествии 20 лет пластик становится ломким. Это не говорит о том, что ваши изделия обязательно будут испорчены, но уникальные свойства, касающиеся вторичного использования материала, возможно, будут к этому моменту утрачены...»

PPS. Хочу поблагодарить Игрунову Анну Владимировну, кандидата химических наук, специалиста в области химии полимеров за то, что согласилась прочесть эту заметку и прокомментировать ее.

При погружении в вопрос были использованы статьи:

[1] - Биоразлагаемая упаковка: успехи, тенденции, перспективы
[2] - БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ ПОЛИМЕРЫ В АДГЕЗИВНЫХ СИСТЕМАХ
[3] - В центре внимания — биоразлагаемые полимеры
[4] - Biodegradation of Modified Poly(ε-caprolactone) in Different Environments
[5] - Degradation behavior of aliphatic biodegradable polyesters
[6] - Anaerobic biodegradation of aliphatic polyesters: poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyoctanoate) and poly(epsilon-caprolactone). (Abstract)
[7] - Biodegradation of Polycaprolactone Powders Proposed as Reference Test Materials for International Standard of Biodegradation Evaluation Method (Abstract)
[8] - Degradation behavior of poly -poly block copolymer/low-density polyethylene blends
[9] - Biotechnology Annual Review. Volume 12
[10] - Degradable polymers: principles and applications
[11] - Physical properties of polymers handbook


Источник: http://polymorfus-use.blogspot.com/p/blog-page_24.html

Корзина

Пока пусто

О Полиморфусе

Полиморфус (поликапролактон, PCL) — многоразовый экологически чистый самозатвердевающий пластик для лепки и моделирования!

- Абсолютно нетоксичен (сертифицирован);
- Не прилипает к рукам и не оставляет грязи;
- Твердеет сам по мере охлаждения;
- Созданные изделия очень прочные;
- Хорошо ложится на разные поверхности;
- Без труда сверлится и режется;
- Красится порошковыми/акриловыми красками;
- Безотходен: можно использовать множество раз!

Контакты

Пн - Пт, 10 - 19 , +7 (495) 989-70-37
Бесплатный по России: 8 800 7757985
М. Преображенская площадь, Москва, 1-я улица Бухвостова д. 12/11 к. 53. Проходная со стороны Краснобогатырской улицы
info@polymorfus.ru
sales@polymorfus.ru