Пластмасса из глютена. Возможен ли промышленный масштаб идеи?

Биопластики, изготовленные из глютена, являются доступными по цене, возобновляемыми,  и такими же простыми в обработке, как и обычный пластик.

На фоне растущей озабоченности по поводу загрязнения и изменения климата растет спрос на заменители пластика, которые можно производить в промышленном масштабе. В своей недавней публикации в Journal of Cleaner Production в статье «Биопластики на основе пшеничного глютена, обработанного экструзией» Хименес-Росадо из Университета Севильи и его коллеги описывают новый метод массового производства биопластиков на основе глютена.

В последнее время биопластики вызывают все больший интерес в качестве альтернативы обычным пластмассам. По этой причине их изготовление с использованием традиционных технологий, таких как экструзия, поможет перерасти в промышленный масштаб.

Биопластик (Bioplastic) - это материалы, производимые из возобновляемых источников биомассы , таких как растительные жиры и масла , кукурузный крахмал , солома , щепа , опилки , переработанные пищевые отходы. Биопластик можно изготавливать из побочных продуктов сельского хозяйства, а также из использованных пластиковых бутылок и других емкостей с использованием микроорганизмов. Обычные пластмассы, такие как ископаемые виды топлива (также называемые бензиновыми полимерами), получают из нефти или природного газа. Кстати, не все биопластики являются биоразлагаемыми и не разлагаются быстрее, чем пластмассы, полученные из ископаемого топлива. 

Экструзия (от латинского extrusio — выталкивание) – это процесс непрерывного выдавливания расплавов через формующий инструмент для получения изделий определенного профиля, заданного формообразующим элементом конструкции (технологической экструзивной линии).

Как побочный продукт в промышленности биоэтанола , пшеничный глютен используется в основном в качестве корма для животных, но является очень полезным сырьем. Мало того, что он широко доступен и относительно дешев, биопластики, изготовленные из него, обладают механическими и функциональными свойствами, аналогичными пластикам, полученным из нефтехимических продуктов.

Исследования показали, что они были бы особенно полезны в качестве упаковки для пищевых продуктов. «Когда дело доходит до пищевой промышленности - области, в которой используется больше всего пластмасс - эти биопластики незаменимы, т.к. не имеют запаха и не изменяют вкус пищи», - говорит Хименес-Росадо. 

Следующий шаг – это производство пластика из глютена в промышленных масштабах. Последние исследования показывают, что, биопластики на основе пшеничного глютена могут оказаться практичной и доступной заменой обычных пластиков. При их изготовление используют один из наиболее широко используемых методов - обработка с использованием экструзии.  

«Это очень важный момет, - объясняет Хименес-Росадо, - т.к. при изготовлении пластмасс экструзия доступна и привычна на производстве». Экструзия – способ переработки полимерных материалов непрерывным продавливанием их расплава через формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия или полуфабриката.

В своей недавней публикации в Journal of Cleaner Production  в статье «Биопластики на основе пшеничного глютена, обработанного экструзией» Хименес-Росадо из Университета Севильи и его коллеги описывают новый метод массового производства биопластиков на основе глютена.

По сравнению с обычными полимерами у биопластика, получаемого из глютена,  структурные изменения происходят при температурах ниже обычных, что делает его более эластичным. Глютеновый биопластик имеет высокий щелочной рН и в процессе производства увеличивает способность поглощать воду из конечного материала, а добавление ксантановой смолы делает биопластик более жестким. Методы, проверенные и разработанные в этом исследовании, позволяют получать биопластики из пшеничного глютена с использованием хорошо известных простых технологий. 

Экструзия полимерных композиционных материалов происходит следующим образом: формуемый материал поступает в зону  питания экструзионного оборудования, где увлекается вращающимся червяком (диаметром 20-250 мм) и продвигается вдоль обогреваемого корпуса (цилиндра) в зоны пластикации и дозирования. По мере продвижения материала в сторону головки полимерная матрица плавится за счет трения и внешнего нагрева, расплав полимерного композиционного материала (ПКМ) гомогенизируется. Расплавленный полимерный композиционный материал нагнетается в головку, откуда выходит сформованное изделие, которое затем охлаждается.

Из-за затрат и временных затрат на исследования и испытания новых биоразлагаемых и биоразлагаемых полимеров биопластики находятся в невыгодном коммерческом положении по сравнению с пластиками на основе нефтехимии. Биопластики составляют менее одного процента от всех пластмасс, производимых в мире, и до самого недавнего времени их производство в среднем в 2-4 раза дороже, чем нефтехимических пластмасс.

В отличие от большинства плавящихся веществ, температура плавления полимеров может колебаться в довольно широком диапазоне. 

Итак

Получение пшеничных глютеновых биопластиков путем экструзии было основной целью нового исследования, модифицируя их структуру путем изменения значения рН или путем добавления добавок (глиоксаль или ксантановая камедь). Эти биопластики были охарактеризованы измерением их механических свойств и способности поглощать воду, что доказывает, что модификация биопластов вызывает изменения их свойств. Кроме того, предел прочности при растяжении был повышен при рН 9, вероятно, из-за усиления связывания в щелочных условиях. Эти результаты демонстрируют большой потенциал этих материалов для замены обычных пластиков и пластмасс.