Растворимый в воде пластик: зачем он нужен и где используется
Разбираемся, для чего науке и производству может пригодится растворимый в воде полимер, и увидим ли мы когда-нибудь водорастворимую упаковку для продуктов
Сакина Зейналова
Об авторе: Сакина Зейналова — химик, специалист по полимерам, популяризатор науки. Работает в итальянской компании Tre Tau Engineering, автор книги «Яды: вокруг и внутри».
Говоря слово «пластик», мы представляем себе нечто твердое, пластичное, стойкое к воде. Это может быть контейнер для еды, пластиковый стакан или оконная рама. Но что если мы вам расскажем, что бывают растворимые в воде пластики? Один из таких водорастворимых полимеров — поливиниловый спирт. На первый взгляд такие материалы могут показаться бесполезными, хотя именно их используют в передовых научных разработках: биомедицине, сложной 3D-печати, мембранах для очистки воды. А еще вы регулярно встречаетесь с этим веществом в косметике и в пластиках, которые используете.
В этой статье разберемся, что такое поливиниловый спирт и для чего его применяют.
Что такое поливиниловый спирт?
Поливиниловый спирт (ПВС, PVA) — биосовместимый, нетоксичный и водорастворимый синтетический (то есть полученный искусственным путем), полимер. Он состоит из повторяющихся звеньев -СН2-СН (ОН)- n, и в чистом виде поставляется в виде гранул без цвета и запаха. Это вещество активно впитывает влагу, вследствие чего теряет прочность, но становится более эластичным. Из-за этого свойства его добавляют в другие полимеры в качестве пластификатора — вещества, улучшающего пластичность. И если на воду поливиниловый спирт реагирует активно, то по отношению к маслам, жирам и органическим растворителям он стабилен.
Получают поливиниловый спирт в основном из поливинилацетата, более известного нам как ПВА (на его основе делают тот самый клей), с помощью различных вариантов омыления. В итоге получается полимер, имеющий множество спиртовых групп. Они-то и обеспечивают особые свойства этого вещества.
Общая формула поливинилового спирта
Важно отметить, что среди всех характеристик PVA мы не упомянули «биоразлагаемый» не случайно. Несмотря на то, что полимер растворяется в воде, это вовсе не значит, что попадая в таком виде в окружающую среду, он разрушается до воды, углекислого газа и безопасной органики. Немодифицированный PVA достаточно стоек к биоразложению, поэтому к нему предлагают добавлять другие компоненты — например, полисахариды. Они способствуют ускорению этого процесса, так как являются источником питания для микроорганизмов.
Области применения
Упаковка
Сама идея растворимого в воде пластика звучит крайне привлекательно. Только представьте: вы используете одноразовую упаковку и после этого не переживаете, куда бы ее сдать на переработку: растворили в воде и все.
Некоторые исследования указывают на недооцененность этого типа материалов научным сообществом. Ведь такие полимеры не нужно вторично перерабатывать, они могут быть использованы в качестве безопасной пленки для пищевых продуктов.
По окончанию срока их службы их можно утилизировать, растворив в воде.
Однако это обманчивая простота: полимер не разрушается в воде, а растворяется. Поэтому вопрос об его утилизации все еще стоит. Кроме того, в чистом виде поливиниловый спирт не слишком торопится разлагаться в окружающей среде, он нуждается в некоторых модификациях.
Как это можно сделать? PVA можно модифицировать химически или добавить наполнитель — это позволит изменять его свойства. И если к пленкам из чистого поливинилового спирта были вопросы (они теряют свои барьерные свойства под действием воды, что не очень удобно для упаковочных материалов), то наполнив полимер целлюлозой и димером алкилкетона, можно увеличить механическую прочность пленки почти в 1,5 раза и придать ей стойкость к воде, водяному пару и ультрафиолету. При этом скорость биоразложения материала только увеличивается. Пленке на основе поливинилового спирта можно придать дополнительные антибактериальные и противогрибковые свойства. Совместив PVA и ксантовую камедь, можно получить композиционный материал, вполне пригодный для упаковки продуктов, время разложения такой упаковки составит всего лишь 12 часов.
А видоизмененный хитозан + PVA дает отличную биоразлагаемую, незапотевающую пленку для продуктов с антибактериальным эффектом.
Чисто теоретически пленку из PVA можно растворить и выпить. Результаты исследования токсичности поливинилового спирта на пресноводных рыбах показали отсутствие значительных эффектов. Однако это не значит, что подобные действия будут полезны для вашего здоровья.
3D-печать
Из-за свойства водорастворимости создавать какие-либо изделия из PVA на 3D-принтере оказывается нецелесообразно. Но это же свойство сделало его востребованным материалом в аддитивной технологии. Дело в том, что для печати геометрически сложных фигур всегда требуются конструкции-поддержки. Эти элементы удаляются после того как печать была завершена, и если поддержка была изготовлена из слишком прочного материала, то ее необходимо спилить. Эта операция может повредить основную конструкцию или полностью сломать ее. Поэтому водорастворимый поливиниловой спирт в качестве материала поддержки для 3D-печати стал особенно популярен.
Фото этапов создания сложной геометрической формы методом 3D-печати с поддержкой из растворимого PVA (Фото: 3d-diy.ru)
Биомедицина
Это одно из самых больших и динамично развивающихся направлений использования поливинилового спирта. Неудивительно: поливиниловый спирт становится основой многокомпонентных каркасов для замены костной ткани. В состав таких материалов могут также входить желатин, хитозан и гидроксиапатит, что в итоге ускоряет заживление травм кости.
Схема создания и нагрузки матрицы из желатина, хитозана, поливинилового спирта и гидроксиапатита (Фото: ars.els-cdn.com)
На совмещение поливинилового спирта с биополимерами из панцирей ракообразных — хитина и хитозана — вообще очень много надежд: тут вам и безопасное использование внутри организма, и антибактериальные эффекты и нетоксичность.
Поливиниловый спирт давно и широко используют в мягких контактных линзах, глазных каплях, в сосудистой хирургии, а также в качестве искусственного хряща и мениска. Например, из PVA делают имплантаты ушной раковины.
На основе PVA делают чувствительные к изменению кислотности и температуры гидрогели, способные направленно доставлять лекарственные препараты, в том числе и противораковые. Также для этих целей используются микро- и наночастицы PVA со всевозможными добавками, нагруженные теми же препаратами. Вместе с нетоксичностью и биосовместимостью эти «суперспособности» поливинилового спирта делают его крайне привлекательным для селективной доставки лекарственных средств.
А еще антибактериальные пленки на основе поливинилового спирта используют для ранозаживления или лечения опухолей.
Косметика
Вы можете встретить поливиниловый спирт в составе некоторых косметических средств в качестве загустителя и пленкообразователя. Это вещество применяют везде: от средств для умывания до декоративной косметики. Оно безопасно, нетоксично и редко когда вызывает аллергическую реакцию.
Другие области
Мельчайшие фильтрующие пленки на основе сшитого PVA неплохо отделяют солевые компоненты от воды, поэтому могли бы использоваться для систем опреснения, подготовки питьевой воды и просто очистки стоков. Поливиниловый спирт используют для создания синтетических волокон, в качестве добавки в полимеры, для иммобилизации (то есть обездвиживания) клеток в микробиологии, для синтеза других полимеров. Области применения PVA расширяются с каждым годом.
Что в итоге?
- На деле оказывается, что водорастворимые полимеры могут быть очень полезны.
- Поливиниловый спирт нашел применение в самых разных сферах.
- Кое-где он уже сейчас успешно используется для решения разных задач (3D-печать, медицина и т.
д.) и прочно занял свое место. - Для решения некоторых проблем конкретные способы применения поливинилового спирта еще предстоит разработать. Например, для создания более экологичной пластиковой упаковки.
- Однозначно область его применения в ближайшие годы будет только расширяться и поливиниловый спирт мы будем встречать чаще.
д.) и прочно занял свое место.Поливиниловый спирт (ПВС, PVA) (Япония, Китай)
Описание
Поливиниловый спирт, также известный как PVOH, PVA или PVAL, является синтетическим полимером, растворимым в воде. Он эффективен при формировании пленки, эмульгировании и имеет адгезивное качество. Он не имеет запаха и не токсичен, устойчив к жирам, маслам и растворителям. Он пластичен, но сильный, гибкий и функционирует как барьер с высоким содержанием кислорода и аромата.
Ключевым сырьем для создания поливинилового спирта является мономер винилацетата. Его получают путем полимеризации винилацетата. Затем он проходит через частичный гидролиз, который состоит из частичной замены эфирного группы в винилацетата на гидроксильную группу, завершенную в присутствии водного гидроксида натрия.
После постепенного добавления водного средства для омыления ПВС осаждают, промывают и сушат.
Создание поливинилового спирта
Существует два способа создания 4% водного раствора поливинилового спирта (ПВС). Первый использует обычный способ нагрева, второй использует метод микроволнового нагрева. Последний проще в исполнении и менее трудоемок. Процесс изготовления 4% раствора ПВС может длиться от 6 до 8 недель. Как правило, целесообразно охладить этот раствор, поскольку он способствует росту бактерий.
Использование поливинилового спирта
Поливиниловый спирт широко используется для укрепления пряжи и бумаги, особенно для того, чтобы сделать последний более устойчивыми к маслу и жира. Его также используют в рыбалке. Поливиниловый спирт добавляется в мешки, которые наполняются рыбной наживкой на масляной основе или прикрепляются к крючку. Поскольку ПВС растворяется в воде, когда мешок опускается на дно водоема, он разрушается, оставляя приманку готовой для непосредственного использования.
Поливиниловый спирт (PVA) также может использоваться как покровный средство для пищевых добавок и не несет опасности для здоровья, поскольку не является ядовитым. Одно из ведущих промышленных направлений использования PVA упаковка для пищевых продуктов, его использование в производстве составляет 31,4% мировой доли в 2016 году. Для борьбы с образованием влаги в пищевых продуктах пленка PVA формируется как тонкая и водостойкая. Плотность облегания поливинилового и устойчивость к влаге добавляют преимуществ его применению в этой области.
Поливиниловый спирт — это смола, натуральная или синтетическая органическое соединение, изготовленная из некристаллических или вяжущего вещества. Следовательно, его часто используют в качестве исходного сырья для создания других смол, таких как поливинил-бутираль (PVB) или поливинилформаль (PVF). PVB имеет адгезивную качество и представляет собой водонепроницаемую пластиковую пленку, которую часто используют для ламината защитного стекла для транспортных средств.
PVF обычно используется для изоляции проводов.
Интересно также отметить, что на фармацевтическом рынке, использования поливинилового спирта для покрытия лекарственных таблеток является довольно распространенной практикой. Различные его химические свойства показали пользу от его использования в области здравоохранения, в частности в фармацевтике. Однако широкие эксперименты и фармацевтическое использование поливинилового спирта было ограничено из-за нормы о пищевых продуктов и наркотиков.
Кроме того, учитывая разнообразное применение и удобство использования, поливиниловый спирт пользуется спросом на различных промышленных рынках, таких как текстиль, покрытия, бумага, керамика и дерево. Поскольку поливиниловый спирт состоит из этанола и водорастворимый, при этом устойчив к жиров и масел, он является уникальным полимером, имея мало аналогичных заменителей.
Узнать какова цена и купить поливиниловый спирт
+3 8(032) 290-31-10, +3 8(067) 98-676-62.
Доставляем хромовий ангідрид по территории Украины: Львов, Киев, Ивано-Франковск, Ровно, Луцк, Тернополь, Ужгород, Харьков, Днепр, Винница, Одесса, Запорожье, Полтава, Черновцы, Николаев, Сумы, Житомир, Хмельницкий, Черкассы, Чернигов, Херсон, Кропивницкий.
Доставка поливинилового спирта осуществляется перевозчиками Новая Почта, Деливери, САТ, или самовывозом со складов в г. Львов.
Что такое PVA и каково его влияние на окружающую среду?
ПВА — это синтетический пластиковый полимер, который входит в состав многих наших повседневных товаров. ПВА часто встречается в предметах домашнего обихода, таких как контейнеры для посудомоечных машин и белья, а также простыни в виде тонкой одноразовой пластиковой упаковки или вплетается в сами простыни для стирки. Исследования показывают, что только в США ежегодно используется более 20 миллиардов контейнеров для посудомоечных машин и стиральных машин, обернутых ПВА. В то время как пластиковая упаковка этих контейнеров может показаться безобидной, когда дело доходит до ПВА, это нечто большее, чем кажется на первый взгляд.
Недавнее исследование, опубликованное в Международном журнале экологических исследований и общественного здравоохранения под названием «Разложение поливинилового спирта на очистных сооружениях США и последующая общенациональная оценка выбросов», показывает, что, хотя ПВС действительно растворяется, он не всегда биоразлагается. Мы раскрываем неприкрытую правду о контейнерах для стирки и посудомоечных машин и раскрываем реальные последствия ПВА.
Да. PVA означает поливиниловый спирт и иногда также пишется как PVOH. ПВС — это синтетический пластиковый полимер, который часто используется для изготовления тонких слоев пластиковой упаковки и подкладки, например, для упаковки контейнеров для посудомоечных машин и белья. ПВА, используемый для изготовления пластиковых контейнеров для посудомоечных машин и белья, представляет собой тип пластика, и хотя он предназначен для растворения, он не обязательно исчезает. Исследование показывает, что более 75% ПВС остается в наших водоемах и нашей почве после того, как он растворяется в стиральных и посудомоечных машинах, попадает в сточные воды и в конечном итоге возвращается в нашу окружающую среду.
ПВС растворяется в воде и может подвергаться биологическому разложению. Однако исследование показывает, что кондиционеры, необходимые для полной биодеградации ПВС, весьма специфичны. Для полного биоразложения ПВС требуется присутствие очень специфических микроорганизмов и ферментов, способствующих процессу разложения. В дополнение к этим микроорганизмам также требуется определенное количество времени в очистных сооружениях сточных вод.
В США на большинстве очистных сооружений нет всех кондиционеров, необходимых для полного разложения ПВС. Либо микроорганизмы и ферменты отсутствуют, либо сточные воды, содержащие ПВС, не проводят достаточно времени в очистных сооружениях для надлежащей очистки от разложения. Итак, если ПВС не разлагается, куда он девается?
Путь ПВА: от дома к освобождению Путь ПВА начинается дома. Баночки для белья и посудомоечных машин, завернутые в ПВА, смываются в канализацию и направляются на очистные сооружения, либо сточные воды остаются без очистки.
По оценкам, в США 61% PVA направляется на очистные сооружения, а примерно 37% остаются необработанными. Этот ПВС поступает из домов, предприятий и заводов. ПВС, обработанный на очистных сооружениях, проходит следующий процесс:
ПВС в очистных сооружениях:
Этап 1: Первичная очистка:
На этапе первичной очистки на очистных сооружениях из воды, поступившей на очистные сооружения, отделяются крупные твердые частицы. На этом этапе растворенный ПВС обычно не отделяют от сточных вод. Поскольку ПВС является водорастворимой частицей с гидрофильными или «водолюбивыми» свойствами, в этой фазе трудно отделить частицы ПВС от воды. Это означает, что вода переходит во вторую фазу и все еще может иметь присоединенные растворенные молекулы ПВС.
Фаза 2: Вторичная обработка
Если бы ПВС подвергался биоразложению, то, скорее всего, это произошло бы на этапе вторичной обработки. На этапе вторичной очистки ПВС взаимодействует с бактериями и микробами, расщепляя дополнительные отходы в сточных водах.
На типичных очистных сооружениях в США не всегда присутствуют специфические бактерии и микробы, необходимые для разложения ПВС. Если они присутствуют, вода, содержащая ПВС, редко находится в присутствии бактерий и микробов, необходимых для разрушения ПВС, достаточно долго, чтобы ПВС полностью разложился.
Этап 3: Третичная очистка
После того, как сточные воды прошли этап вторичной очистки, последним этапом является дезинфекция и фильтрация. На этапе дезинфекции возможно разложение оставшегося ПВС, однако технология выполнения такого разложения является дорогостоящей и редко используется на очистных сооружениях в США. Соединенные штаты. Разложение поливинилового спирта на очистных сооружениях США и последующая оценка общенациональных выбросов
После трех этапов очистки сточные воды сбрасываются с очистных сооружений. Согласно исследованию, ПВС выбрасывается в окружающую среду в виде воды или в виде твердых биологических веществ. Если он будет выпущен в виде воды, он может повлиять на наши водные пути и последствия.