Bioplastiche- Chimica

Le bioplastiche, diversamente dalle plastiche comuni realizzate da combustibili fossili, sono ottenute da fonti rinnovabili di biomassa.

Le bioplastiche comprendono un’intera famiglia di materiali con proprietà e applicazioni diverse

Una materia plastica è definita bioplastica se è a base biologica, biodegradabile o presenta entrambe le proprietà.

Con il termine bio-based si intendono materiali o prodotti interamente o parzialmente derivati da biomassa ovvero mais, canna da zucchero o cellulosa in sostituzione dei derivati da fonti fossili come il petrolio.

È importante osservare che bio-based non significa necessariamente biodegradabile.

La biodegradazione è un processo biochimico in cui i microrganismi convertono i materiali in acqua, anidride carbonica e biomassa. Il processo di biodegradazione dipende dalle condizioni ambientali circostanti e dal materiale.

Pertanto alcune bioplastiche sono biodegradabili, come l’acido polilattico e i poliidrossialcanoati mentre  altre non lo sono come il bionylon o il biopoliestere.

La biodegradabilità non dipende, infatti, dal materiale con cui è stata ottenuta la bioplastica ma dalla sua struttura chimica.

Ci sono quindi plastiche completamente a base biologica che sono non biodegradabili e, alcune a base fossile che possono biodegradarsi in determinate condizioni ambientali

Classificazione delle bioplastiche

Un metodo di classificazione prevede che vi siano plastiche

1) bio-based o parzialmente bio-based non biodegradabili come polietilene, polipropilene, polietilentereftalato, poliammidi bio-based

2) sia bio-based che biodegradabili, come i polimeri di cellulosa, le proteine, la plastica di lignina e chitosano, l’acido polilattico,  poliidrossialcanoati , poliidrossibutirrati , poliidrossivalerato e loro copolimeri

3) ottenute da risorse fossili ma biodegradabili come il policaprolattone, polibutilene succinato, polibutilene adipato e i suoi copolimeri con poliesteri sintetici come il polibutilene adipato-tereftalato e l’alcool polivinilico

Poliolefine e poliesteri bio-based non biodegradabili

Le  bioplastiche drop-in  sono chimicamente identiche a quelle tradizionali, ma prodotte da fonti rinnovabili anziché dal petrolio che differiscono da queste ultime per il costo e per l’impatto ambientale

Un esempio è il bio polietilene PE già prodotto su larga scala e utilizzato in diverse soluzioni di packaging

Si ottiene dalla fermentazione del glucosio in etanolo, che è poi, per disidratazione, è trasformato in etene che il monomero di partenza del polietilene. Il glucosio potrebbe essere ottenuto da diverse materie prime biologiche, come canna da zucchero, barbabietola da zucchero, colture di amido provenienti da mais, grano o altri cereali e materiali lignocellulosici.

Dopo l’etilene, il propene è il componente organico più importante per la produzione di poliolefine.

Il polipropilene PP è infatti il secondo polimero più importante dopo il PE. Il bio PP può essere ottenuto da risorse biologiche mediante disidratazione del bio-isobutanolo ottenuto dal glucosio e successiva polimerizzazione

I poliesteri rappresentano un gruppo di polimeri che si possono produrre da materie prime a base biologica.

Tra questi, il polietilentereftalato PET è quello più utilizzato, con proprietà fisiche e meccaniche che lo rendono adatto ad essere utilizzato per numerose applicazioni come applicazioni riguarda bottiglie e contenitori. A  causa della sua scarsa sostenibilità dovuta al lento processo di degradazione, pone seri problemi ambientali.

Il bio PET è formato da due monomeri, solo uno dei quali “bio-based” ovvero il glicole etilenico. L’altro monomero, l’acido tereftalico, che costituisce ben il 70% del polimero, è prodotto a partire dal petrolio. In realtà lo si può ottenere dalla trasformazione di alcuni zuccheri ma questo processo ad oggi è ancora troppo costoso perché sia trasferibile su scala industriale.

Plastiche bio-based e biodegradabili

La biomassa utilizzata per produrre plastica a base biologica può essere ottenuta da diverse materie prime come piante ricche di carboidrati o da piante oleose. Tuttavia, gli impatti causati da tali colture sull’ambiente e sulla vita delle persone hanno suscitato preoccupazioni sulla loro sostenibilità.

Presentano problemi relativi al loro uso in concorrenza con la produzione di alimenti e mangimi per animali, l’utilizzo della terra, l’uso di acqua e pesticidi.

Le materie prime ottenute dall’agricoltura e dalla silvicoltura sono effettivamente rinnovabili, ma la loro fornitura non è illimitata né disponibile in ogni momento. D’altra parte l’agricoltura e la silvicoltura intensive hanno effetti negativi sul clima e sull’ambiente.

Sono, tuttavia, in fase di studio materie prime per plastiche a base biologica e, in particolare, sulle procedure per l’utilizzo di materie cellulosiche e sottoprodotti non commestibili come paglia, foraggio di mais o rifiuti organici, alghe o rifiuti non agricoli.

I materiali sono biodegradabili se possono essere convertiti in sostanze naturali come acqua, anidride carbonica e compost da diversi organismi presenti in natura. La biodegradazione dipende fortemente dalle condizioni dei microrganismi nell’acqua e nel suolo e dalla presenza o assenza di ossigeno.

Plastiche ottenute da risorse fossili ma biodegradabili

Pur consumando risorse non rinnovabili vi sono plastiche derivanti dal petrolio biodegradabili. Ad esempio il policaprolattone, preparato mediante polimerizzazione con apertura dell’anello dell’ε-caprolattone usando un catalizzatore come l’ottanoato stannoso è degradato dall’idrolisi dei suoi legami esterei in condizioni fisiologiche. È pertanto utilizzato per la realizzazione di dispositivi impiantabili.

Il polibutilene succinato ha proprietà paragonabili al polipropilene ma si decompone naturalmente in acqua e biossido di carbonio

L’alcool polivinilico è un polimero solubile in acqua e biodegradabile sia in condizioni aerobiche che anaerobiche. Questo polimero può essere preparato mediante idrolisi del polivinilacetato ed è uno dei più importanti polimeri sintetici utilizzati in applicazioni commerciali, industriali e mediche

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