Био{0}}ПП на бази нафте у односу на ПП на бази нафте-: Како разлике у перформансама утичу на апликације за паковање хране

Полипропилен (ПП) је једна од пет најчешће коришћених пластичних маса, која игра важну улогу у амбалажи хране због своје нетоксичности, отпорности на топлоту и одличних механичких својстава. Традиционални полипропилен на бази нафте- потиче од фосилних горива и испуњава захтеве за паковањем, али такође доприноси исцрпљивању ресурса и загађењу животне средине. Као обновљиви материјал, биобазирани ПП БПП) постао је обећавајући алтернативни материјал са све већим нагласком на одрживости. Полипропилен на биолошкој бази, произведен од биомасе и кроз процесе биолошке или хемијске конверзије, смањује зависност од нафтних ресурса и има јединствене предности у погледу перформанси. Овај рад систематски анализира разлику између својстава биополипропилена и полипропилена на бази нафте- у погледу својстава материјала, својстава обраде, сценарија примене и користи за животну средину, и разматра утицај биополипропилена на примену амбалаже за храну.
1. Поређење перформанси материјала: корени разлика у перформансама
1.1 Извори сировина и молекуларне структуре
Полипропилен на бази нафте- се синтетише од пропилен мономера добијеног крекингом нафте. Његова структура молекулског ланца је редовна, степен кристализације је висок, има одличну механичку чврстоћу и термичку стабилност. Уместо тога, биобазирани ПП долази из биомасе као што је шећерна трска, кукурузни скроб или биљна уља, која се претварају у пропилен мономере кроз процесе као што су хидродеоксигенација и лиза, а затим полимеризују. Иако је коначна молекуларна структура ПП на биолошкој бази слична оној полипропилена на бази нафте-, разлике у садржају нечистоћа и дистрибуцији молекулске тежине у сировини могу довести до суптилних варијација у својствима материјала. На пример, молекуларни ланци ПП на биолошкој бази могу да садрже мале количине атома кисеоника или гранастих структура, што утиче на његову кристалност и транспарентност.
1.2 Разлике у физичким својствима
Термичка стабилност: Полипропилен на бази нафте- обично има тачку топљења између 160 и 170 степени и може да издржи температуре испод 120 степени, што га чини погодним за грејање у микроталасној пећници или паковање у реторту. Термичка стабилност био-ПП је уско повезана са чистоћом његове сировине. Неки ПП производи на биолошкој бази могу се модификовати да би се постигла иста термичка стабилност као полипропилен на бази нафте, али немодификовани немодификовани ПП на биобази се може разградити на високој температури, што доводи до смањења механичких својстава.
Механичка својства: ПП на бази нафте{0}}има одличну затезну чврстоћу и отпорност на ударе како би испунила захтеве тешке амбалаже. Сировински извор биобазираног ПП има велики утицај на његова механичка својства. На пример, биобазирани ПП добијен од биљних уља може бити отпорнији због своје гранасте структуре, али је његова крутост благо смањена. Механичка својства ПП-а на биобази могу бити слична или чак већа од оних наночестица на бази нафте-.
Транспарентност и сјај: Висока кристалност ПП на бази нафте{0}} резултира релативно ниском транспарентношћу. Међутим, ПП високе прозирности (нпр. ПП-Р) може се произвести помоћу насумичних техника кополимеризације које се користе у боцама за пиће или пријањајућој фолији. На транспарентност био-ПП-а утичу чистоћа сировина и технолошки услови. Неки производи могу изгледати провидни због нечистоћа или неуједначене кристалности, али се могу значајно побољшати циљаним агенсима за истезање или нуклеацију.
1.3 Разлике у хемијским својствима
Отпорност на хемикалије: ПП на бази нафте{0}}има добру отпорност на киселине, алкалије, соли и већину органских растварача, погодан за хемијско паковање. Хемијска отпорност биобазираног ПП-а је повезана са поларним групама у његовој молекуларној структури. Неки производи могу бити нешто нижи од полипропилена на бази нафте- због присуства група које садрже кисеоник-, али овај недостатак се може отклонити помоћу технологије кополимеризације или површинског премаза.
Карактеристике баријере: Ефикасна отпорност на кисеоник, водену пару и мирис је неопходна за продужење рока трајања амбалаже за храну. ПП на бази нафте- има средња својства баријере и захтева вишеслојну коекструзију или технике облагања. Баријерне особине ПП на биобазираној бази зависе великим делом од његове сировине. На пример, биополипропилен на бази целулозе има својства природне баријере за кисеоник, али водена пара има слабу отпорност на кисеоник. Укупни учинак баријере може се значајно побољшати нано-композитом или модификацијом мешања.
2. Разлике у перформансама обраде: утицај на ефикасност производње и трошкове
2.1 Температура обраде и прозор обраде.
Опсег температуре за прераду нафтног полипропилена (180-240 степени Целзијуса), добра течност растапања, лако бризгање, обликовање дувањем или екструдирање. Температура обраде биобазираног ПП-а је ограничена термичком стабилношћу сировине, а неки производи захтевају обраду на нижим температурама (160-220 степени) како би се спречила деградација. Поред тога, ПП на биобазици има већи вискозитет растопа и захтева оптимизацију дизајна завртња или подмазивања ради побољшања флуидности.
2.2 Дизајн калупа и циклус калуповања
ПП на бази нафте{0}}има релативно ниску стопу скупљања (1-2%), што поједностављује дизајн калупа и скраћује циклусе обликовања. Скупљање ПП-а на биобазираној основи може бити нешто веће него код полипропилена на бази нафте, у зависности од кристалности сировог материјала. Поред тога, споро хлађење ПП на биолошкој бази може продужити циклус обликовања и повећати трошкове производње.
2.3 Рециклажа отпада и поновна употреба
Полипропилен на бази нафте- може се мешати са сличним отпадом и рециклирати топљењем и репелетизацијом. рециклирање ПП на биолошкој бази треба да размотри његову компатибилност са полипропиленом на бази нафте-. Неки ПП производи на биолошкој бази могу се рециклирати мешањем, али се пропорције морају контролисати како би се избегла деградација перформанси. Поред тога, биоразградивост полипропилена чини га подложнијим микробном распадању након третмана, смањујући загађење животне средине.
3. Разлике у сценаријима апликација: од амбалаже за једнократну употребу до врхунских-апликација
3.1 Паковање за храну за једнократну употребу
Полипропилен се широко користи у контејнерима за храну-за једнократну употребу, шољама за пиће, торбама за куповину и тако даље због ниске цене и стабилних перформанси. Биобазирани ПП може испунити сличне захтеве након модификације. На пример, полипропилен на биолошкој бази који садржи оксидативно разградиве адитиве може постепено да се разгради у природном окружењу, смањујући бело загађење. Поред тога, обновљива својства ПП на биобазираној основи су у складу са принципима одрживог развоја и све су популарнија међу власницима брендова.
3.2 Високо-паковање хране
Полипропилен на бази нафте- и даље доминира тамо где су потребне високе баријере, отпорност на топлоту или транспарентност. На пример, вишеслојне ко- екструдиране полипропиленске фолије могу да се користе у амбалажи за месо да ефикасно блокирају кисеоник и водену пару, док се провидне полипропиленске боце могу користити у паковању сокова или зачина како би производи били привлачнији. ПП на биобазираној бази постепено продире на врхунско-тржиште путем нано-композита или модификације мешања. На пример, полипропиленске фолије на бази био- које садрже нано-глину имају одличну отпорност на кисеоник и погодне су за паковање кафе у зрну или орашастих плодова. Кополимером модификовани кополимер-модификовани ПП на биолошкој бази може да издржи температуре до 120 степени, што га чини погодним за кесе са ретортом или самозагревајуће паковање хране.
3.3 Специјално функционално паковање
Природна својства ПП на биолошкој бази пружају јединствене предности за специјално функционално паковање. ПП на биолошкој бази из скроба, на пример, може се мешати са антимикробним агенсима или антиоксидансима да би се продужио рок трајања хране. Биобазирани ПП филмови који садрже фотосензибилизаторе регулишу своју пропусност светлости на основу интензитета светлости и штите фотоосетљиву храну, као што је млеко у праху, од УВ оштећења. Поред тога, биоразградивост ПП на биобазираној основи чини га обећавајућим кандидатом за апликације за паковање које се може компостирати, као што су кесе за органски отпад или пољопривредне малч фолије.
4. Ефикасност заштите животне средине и економска одрживост: мач са две оштрице{1}}за одрживи развој
4.1 Угљенични отисак и потрошња ресурса
Производња полипропилена на бази нафте- ослања се на фосилна горива, емитује око 3,1 тона угљен-диоксида по тони производа и троши необновљиве ресурсе. Полипропилен на бази биомасе- фиксира угљен-диоксид путем фотосинтезе, емисије угљеника за више од 50% током животног циклуса у поређењу са полипропиленом на бази нафте-. Поред тога, биобазирани ПП може да се добије из пољопривредног отпада или непрехрамбених усева, чиме се минимизирају претње по безбедност хране.
4.2 Разградивост и управљање отпадом
Полипропилен на бази нафте- се тешко разгради у природном окружењу и захтева спаљивање или третман на депонијама, што потенцијално може да изазове секундарну контаминацију. Биоразградљивост полипропилена зависи од његове сировине и метода прераде. У условима индустријског компостирања, неки производи се могу потпуно разградити у року од шест месеци, смањујући накупљање отпада. Међутим, ПП на биолошкој бази захтева специфичне услове (нпр. температура, влажност и микробне заједнице) и може се спорије разградити у природном окружењу. Стандардизовани сертификати (као што су ОК Цомпост и ЕН13432) су неопходни да би се осигурале његове предности за животну средину.
4.3 Трошкови и прихватање тржишта
Полипропилен из нафте доминира тржиштем са зрелим производним процесом и релативно ниским трошковима (око 12,000 -15,000 јуана/тони). ПП на биолошкој бази има веће трошкове сировина (око 18.000 до 22.000 долара по тони), веће потешкоће у преради и мање конкурентне цене производа. Међутим, са технолошким напретком и економијом обима, цена биобазираног ПП постепено опада. ПП на биолошкој бази, на пример, може да смањи трошкове производње за више од 30% оптимизацијом процеса ферментације или коришћењем јефтиних{11}}сировина, као што је слама. Поред тога, подршка политикама (као што су порези на угљеник и субвенције) и повећање еколошке свести међу потрошачима подстаћи ће тржишну потражњу за биобазираним ПП.
В. Закључци и изгледи
Разлика у перформансама између биополипропилена и полипропилена на бази нафте- настаје због разлика у изворима сировина, молекуларној структури, методама обраде итд., што директно утиче на сценарије примене и користи за животну средину у индустрији амбалаже за храну. Док се ПП на биолошкој бази и даље суочава са изазовима у погледу цене, термичке стабилности и перформанси обраде, његова својства обновљивих, разградивих и ниских{3}}угљеника су у складу са трендовима одрживог развоја. У будућности, са открићима у технологијама за модификацију материјала као што су нанокомпозити, мешање итд., и даљим смањењем трошкова, очекује се да ће ПП на биолошкој бази постепено заменити нафтни-полипропилен за једнократну-употребу, врхунско паковање- и специјално функционално паковање и специјалну индустрију функционалног паковања, покрећући будућу индустрију зелене амбалаже и амбалаже.