Παρασκευή πλαστικών από πολυμερή που λαμβάνονται κατευθείαν από τη φυσική τους πηγή

Υπάρχουν πολλά φυσικά πολυμερή τα οποία είναι έτοιμα για χρήση στη βιομηχανία των βιοπλαστικών.
Το άμυλο είναι το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα. Είναι το πιο φθηνό φυσικό πολυμερές και γίνεται θερμοπλαστικό όταν χρησιμοποιήσουμε σαν πλαστικοποιητή νερό ή άλλες ουσίες. Συνεπώς αμυλούχα θερμοπλαστικά μπορούν να επεξεργαστούν με όλες τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται και για τις συνθετικές ρητίνες.
Οι περιορισμοί στα αμυλούχα πολυμερή εντοπίζονται στις φυσικές τους ιδιότητες όπως η μικρή μηχανική αντοχή τους και η μεγάλη διαπερατότητα τους από το νερό. Για τη βελτίωση αυτών των ιδιοτήτων αναπτύχθηκαν ποικίλες στρατηγικές. Μια από τις πρώτες , κατά την παρασκευή μεμβρανών , ήταν ο εμπλουτισμός του αμυλούχου πολυμερούς με πολυαιθυλένιο. Η περιεκτικότητα του συμπολυμερούς σε άμυλο μπορεί να κυμαίνεται από 20 έως 80 % , ανάλογα με τις επιθυμητές ιδιότητες του τελικού προϊόντος αλλά και ανάλογα με την ανοχή ή μη στην τοξικότητα του υπολείμματος του πολυαιθυλενίου.
Χαρακτηριστική περίπτωση αποτελεί η χρήση αμυλοπλαστικών καλυμμάτων των φυτών. Τα προστατευτικά αυτά καλύμματα δε χρειάζεται να αφαιρούνται στο τέλος της περιόδου ανάπτυξης του φυτού , διότι απλά βιοαποικοδομούνται , μειώνοντας έτσι το κόστος των εργατικών. Το πλεονέκτημα αυτό βέβαια πρέπει να συνυπολογιστεί με τις επιπτώσεις στην καλλιέργεια από το υπόλειμμα του πολυαιθυλενίου στο χώμα.
Το άμυλο μπορεί να αναμιχθεί με βινυλική αλκοόλη (CH2=CHOH) , η οποία αντίθετα με το πολυαιθυλένιο είναι ολικά βιοδιασπάσιμη. Τα μίγματα αυτά είναι θερμοπλαστικά και μπορούν να επεξεργαστούν με εξώθηση , χύτευση έγχυσης και εμφύσησης , εμφύσηση μεμβράνης και θερμομόρφωσης. Τα τελικά προϊόντα μπορούν να μην διαλύονται σε κρύο ούτε σε ζεστό νερό ανάλογα με τα επιπλέον πρόσθετα και με τη διαδικασία που εφαρμόζεται. Σε ανάλογες δοκιμές περίπου το 90% των δειγμάτων αποικοδομήθηκαν σε 10 μήνες σύμφωνα με μετρήσεις απώλειας βάρους και παραγωγής CO2. Υδατοδιαλυτά μίγματα μπορούν να προκύψουν με μεταβολή του ποσοστού της βινυλικής αλκοόλης. Μια τέτοιου είδους χρήσιμη εφαρμογή αποτελεί η παραγωγή σακούλας , όπου συλλέγονται για πλύσιμο τα νοσοκομειακά είδη ιματισμού. Η σακούλα τοποθετείται μαζί με τα διάφορα ρούχα μέσα στο πλυντήριο , διαλύεται κατά τη διάρκεια της πλύσης και βιοαποικοδομείται στη συνέχεια στο χώρο όπου καταλήγουν τα απόνερα της πλύσης.
Αν αντί για βινυλική αλκοόλη χρησιμοποιήσουμε στο συμπολυμερισμό του αμύλου καπρολακτόνη , η οποία είναι και αυτή ολικά βιοαποικοδομήσιμη , τότε το μίγμα αποκτά σημαντική αντοχή. Η πολυκαπρολακτόνη χρησιμοποιείται και για την επίστρωση θερμοπλαστικών αμύλουχων φύλλων έτσι ώστε να γίνει αδιαβροχοποίηση του φύλλου.

Πολυκαπρολακτόνη

 

Αμυλούχα υλικά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εμπορικής σημασίας προϊόντων όπως καλύμματα φυτών , σακούλες συλλογής οικιακών σκουπιδιών για κομποστοποίηση , οικιακά σκεύη μιας χρήσης ( μπόλ , πιάτα , κουταλοπήρουνα , ποτήρια ) ,


Αμυλούχα πλαστικά

μεμβράνες συσκευασίας τροφίμων , πλαστικές επικαλύψεις πάνας και προσωπικά αντικείμενα υγιεινής όπως χτένες και ξυραφάκια μιας χρήσεως.

Επίσης αφροί αμύλου σε μορφή παστίλιας ή σφαιριδίου , χρησιμοποιούνται για ασφαλή συσκευασία εύθραυστων αντικειμένων. Είναι υδατοδιαλυτοί και βιοδιασπώμενοι αλλά η ανθεκτικότητα και η συμπιεστικότητα τους συναγωνίζεται αυτήν του πολυστυρένιου. Αν στο αμυλούχο μίγμα για την παραγωγή του αφρού προστεθεί πολυβινυλική αλκοόλη αυξάνεται η αντίσταση του αφρού στο νερό.

Στη συνέχεια με κατάλληλη μορφοποίηση παράγονται κύπελα , πιάτα και ποτήρια ανθεκτικά σε θερμά τρόφιμα.

Η αντίσταση του αφρού στο νερό μπορεί να προκύψει εκτός από την προσθήκη συνθετικού πολυμερούς και με χημική κατεργασία του αμύλου όπως συμβαίνει με την ακετυλίωση. Σε αυτή τη χημική μετατροπή , που δεν επηρεάζει την βιοδιάσπαση του υλικού , μερικά από τα υδροξύλια αντικαθίστανται με ακετυλομάδες.

Η χιτίνη και η χιτοσάνη είναι υλικά που η παραγωγή τους έχει φθάσει σε επίπεδα εμπορικού ενδιαφέροντος. Δεν είναι θερμοπλαστικά αλλά μπορούν να παρασκευαστούν με εξάτμιση διαλύτη με τη μορφή λεπτών μεμβράνων ή ινών που έχουν καλές μηχανικές ιδιότητες και χαμηλή διαπερατότητα σε οξυγόνο. Οι δύο αυτές ουσίες χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα κυτταρίνης σε προϊόντα όπως χαρτοπετσέτες , χαρτοσακούλες και πάνες για να αυξήσουν το υδατοστεγές τους. Βιοϊατρικές εφαρμογές των ουσιών αυτών αποτελούν οι φακοί επαφής ενώ μίγματα τους με κυτταρίνη , φιμπροΐνη (πρωτεΐνη μεταξιού) και κολλαγόνο αυξάνουν τη βιοσυμβατότητα των επιθεμάτων επούλωσης πληγών.
Τα μίγματα πολυσακχαριτών αποτελούν μια πιο πρόσφατη εξέλιξη. Ενδιαφέροντα μίγματα αμύλου-κυτταρίνης με πρόσθετα μεταλλικά στοιχεία έχουν αναπτυχθεί με σκοπό την παρασκευή υλικών συσκευασίας τροφίμων που είναι φτηνά , μιας χρήσεως και κομποστοποιήσιμα όπως τα clamshells.
Η φτηνή πρώτη ύλη μπορεί να είναι άμυλο πατάτας (από τα φλούδια πατάτας , που είναι άχρηστα για τις βιομηχανίες πατάτας), κυτταρίνη (από ξυλοπολτό) και τέλος ανθρακικό ασβέστιο (από ασβεστόλιθο).Τα clamshells έχουν ένα εξωτερικό επίστρωμα γλυκερόλης και πολυβινυλικής αλκοόλης σε συνδυασμό με ένα εσωτερικό αδιάβροχο επίστρωμα παραφίνης .
Η ανανέωση του ενδιαφέροντος για τα βιοπλαστικά ανέδειξε την αξία των άφθονων πρωτεϊνών όπως η ζελατίνη , η καζεΐνη (πρωτεΐνη γάλακτος) (Παράρτημα) , η ζεΐνη (Παράρτημα) (πρωτεΐνη καλαμποκιού) και η πρωτεΐνη σόγιας. Τα μίγματα πρωτεΐνης σόγιας-αμύλου είναι θερμοπλαστικά και μπορούν να μορφοποιηθούν με εξώθηση και να χυτευθούν με έγχυση.
Η ζεΐνη είναι θερμοπλαστική , αδιάλυτη στο νερό , ανθεκτική σε μικρόβια και σχηματίζει υφαντικές ίνες που μπορούν να βαφούν , είναι μηχανικά ισχυρές , ανθεκτικές στο λίπος αλλά και στην πλύση με νερό. Ρούχα φτιαγμένα από τέτοιες ίνες ήδη κυκλοφορούν στην παγκόσμια αγορά.
Η ζελατίνη χρησιμοποιείται ευρέως στην παρασκευή καψουλών για φάρμακα αλλά και για κατασκευή συνθετικού δέρματος. Είναι θερμοπλαστική και βεβαίως μια δυναμική πρώτη ύλη για βιοπλαστικά.

Μίγματα πολυσακχαριτών-πρωτεϊνών , που έχουν έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον για παραγωγή βιοπλαστικών , αποτελούν τα μίγματα αμύλου-καζεΐνης , αμύλου-ζεΐνης και αμύλου-πρωτεΐνης σόγιας. Είναι βέβαια ολικά βιοδιασπώμενα και σε συνδυασμό με την θρεπτική τους αξία προσφέρουν τη δυνατότητα για αξιοποίηση των χρησιμοποιημένων συσκευασιών τροφίμων , μετά από αποστείρωση , στην παραγωγή ζωοτροφών.