Био{0}}базиран PP срещу-петролен PP: Как разликите в производителността влияят върху приложенията за опаковане на храни

Полипропиленът (PP) е една от петте най-често използвани пластмаси, която играе важна роля в опаковането на храни поради своята нетоксичност, устойчивост на топлина и отлични механични свойства. Традиционният полипропилен на-базирана петрол се получава от изкопаеми горива и отговаря на изискванията за опаковане, но също така допринася за изчерпването на ресурсите и замърсяването на околната среда. Като възобновяем материал, биобазираният PP BPP) се превърна в обещаващ алтернативен материал с нарастващ акцент върху устойчивостта. Биологичен полипропилен, произведен от биомаса и чрез процеси на биологично или химическо преобразуване, намалява зависимостта от петролни ресурси и има уникални предимства в производителността. Тази статия систематично анализира разликата между свойствата на биополипропилена и полипропилена на базата на петрол -по отношение на свойствата на материала, свойствата на обработката, сценариите на приложение и ползите за околната среда и обсъжда въздействието на биополипропилена върху приложенията за опаковане на храни.
1. Сравнение на производителността на материала: корените на разликите в производителността
1.1 Източници на суровини и молекулярни структури
Полипропиленът-на основата на петрол се синтезира от пропиленов мономер, получен от крекинг на петрол. Структурата на молекулярната му верига е правилна, степента на кристализация е висока, има отлична механична якост и термична стабилност. Вместо това биобазираният PP идва от биомаса като захарна тръстика, царевично нишесте или растителни масла, които се превръщат в пропиленови мономери чрез процеси като хидродеоксигениране и лизис и след това се полимеризират. Въпреки че крайната молекулярна структура на полипропилена на биологична основа е подобна на тази на полипропилен-на петролна основа, разликите в съдържанието на примеси и разпределението на молекулното тегло в суровината могат да доведат до фини вариации в свойствата на материала. Например, молекулярните нишки на биобазирания РР може да съдържат малки количества кислородни атоми или разклонени структури, което влияе върху неговата кристалност и прозрачност.
1.2 Разлики във физичните свойства
Термична стабилност: Полипропиленът на-базирана петрол обикновено има точка на топене между 160 и 170 градуса и може да издържа на температури под 120 градуса, което го прави подходящ за микровълново нагряване или опаковане в реторта. Термичната стабилност на био-PP е тясно свързана с чистотата на неговата суровина. Някои биобазирани РР продукти могат да бъдат модифицирани, за да постигнат същата термична стабилност като полипропилена на петролна основа, но немодифицираният немодифициран биобазиран РР може да се разгради при висока температура, което води до намаляване на механичните свойства.
Механични свойства: Полипропиленът на-базирана петрол има отлична якост на опън и устойчивост на удар, за да отговори на изискванията за тежки опаковки. Източникът на суровина на биобазирания РР има голямо влияние върху неговите механични свойства. Например биобазираният PP, получен от растителни масла, може да бъде по-еластичен поради разклонената си структура, но неговата твърдост е леко намалена. Механичните свойства на биобазирания РР могат да бъдат подобни или дори по-високи от тези на петролни-продукти от наночастици.
Прозрачност и блясък: Високата кристалност на петролния-PP води до относително ниска прозрачност. Въпреки това, PP с висока прозрачност (напр. PP-R) може да се произведе чрез произволни техники на съполимеризация, използвани в бутилки за напитки или хранително фолио. Прозрачността на био-ПП се влияе от чистотата на суровините и технологичните условия. Някои продукти може да изглеждат полупрозрачни поради примеси или неравномерна кристалност, но могат да бъдат значително подобрени чрез насочени агенти за разтягане или нуклеация.
1.3 Разлики в химичните свойства
Устойчивост на химикали: ПП-на базата на петрол има добра устойчивост на киселини, основи, сол и повечето органични разтворители, подходящ за опаковане на химикали. Химическата устойчивост на РР на биологична основа е свързана с полярните групи в неговата молекулярна структура. Някои продукти може да са малко по-ниски от полипропилен-на петролна основа поради наличието на-съдържащи кислород групи, но този дефект може да бъде решен чрез съполимеризация или технологии за повърхностно покритие.
Бариерни характеристики: Ефективната устойчивост на кислород, водна пара и миризми е от съществено значение за удължаване на срока на годност на опаковката на храните. PP-базиран на петрол има междинни бариерни свойства и изисква многослойна коекструзия или техники за нанасяне на покритие. Бариерните свойства на биобазирания РР зависят до голяма степен от неговата суровина. Например биополипропиленът на целулозна основа има свойства на естествена кислородна бариера, но водната пара има слаба устойчивост на кислород. Цялостното представяне на бариерата може да се подобри значително чрез нано-композитна или смесена модификация.
2. Разлики в производителността на обработката: влияние върху производствената ефективност и разходите
2.1 Температура на обработка и прозорец за обработка.
Температурен диапазон на обработка на петролен полипропилен (180-240 градуса по Целзий), добра течливост на стопилката, лесно леене под налягане, формоване чрез издухване или формоване чрез екструдиране. Температурата на обработка на биобазирания РР е ограничена от термичната стабилност на неговата суровина и някои продукти изискват да бъдат обработвани при по-ниски температури (160-220 градуса), за да се предотврати разграждането. Освен това биобазираният биобазиран полипропилен има по-висок вискозитет на стопилка и налага оптимизиране на дизайна на винта или смазване за подобряване на течливостта.
2.2 Дизайн на формата и цикъл на формоване
Полипропиленът на базата на петрол- има относително ниска степен на свиване (1-2%), което опростява дизайна на формата и съкращава циклите на формоване. Свиването на полипропилена на биологична основа може да бъде малко по-високо от това на полипропилена на петролна основа, в зависимост от кристалността на суровината. В допълнение, бавното охлаждане на РР на био основа може да удължи цикъла на формоване и да увеличи производствените разходи.
2.3 Рециклиране и повторна употреба на отпадъци
Полипропиленът-на петролна основа може да се смесва с подобни отпадъци и да се рециклира чрез топене и повторно пелетизиране. рециклирането на полипропилен на биологична основа трябва да вземе предвид неговата съвместимост с полипропилен-на петролна основа. Някои РР продукти на биологична основа могат да бъдат рециклирани чрез смесване, но пропорциите трябва да се контролират, за да се избегне влошаване на производителността. В допълнение, биоразградимостта на полипропилена го прави по-податлив на микробно разлагане след обработка, намалявайки замърсяването на околната среда.
3. Разлики в сценариите за приложение: от опаковки за еднократна употреба до приложения от висок клас
3.1 Опаковка за храна за еднократна употреба
Полипропиленът се използва широко в-контейнери за храна за еднократна употреба, чаши за напитки, пазарски чанти и т.н. поради ниската си цена и стабилната си работа. РР на био основа може да отговори на подобни изисквания след модификация. Например полипропилен на биологична основа, съдържащ окислително разградими добавки, може постепенно да се разгради в естествената среда, намалявайки бялото замърсяване. В допълнение, възобновяемите свойства на биобазирания полипропилен са в съответствие с принципите на устойчивото развитие и стават все по-популярни сред собствениците на марки.
3.2 Високо{1}}опаковки за храни
Полипропиленът- на петролна основа продължава да доминира там, където се изискват високи бариерни свойства, устойчивост на топлина или прозрачност. Например многослойни ко-екструдирани полипропиленови филми могат да се използват в опаковки за месо за ефективно блокиране на кислорода и водните пари, докато прозрачни полипропиленови бутилки могат да се използват в опаковки за сокове или подправки, за да направят продуктите по-привлекателни. Биобазиран биобазиран полипропилен, който постепенно навлиза на пазара от висок-клас чрез нано-композити или модификация на смесване. Например полипропиленовите филми на био- основа, съдържащи нано-глина, имат отлична устойчивост на кислород и са подходящи за опаковане на кафеени зърна или ядки. Кополимерно модифициран съполимер-модифициран биобазиран PP може да издържа на температури до 120 градуса, което го прави подходящ за ретортни торбички или само{12}}нагряващи се опаковки за храни.
3.3 Специална функционална опаковка
Естествените свойства на биобазирания РР осигуряват уникални предимства за специални функционални опаковки. биобазиран РР от нишесте, например, може да се смесва с антимикробни агенти или антиоксиданти, за да се удължи срокът на годност на храните. Полипропиленови филми на биологична основа, съдържащи фотосенсибилизатори, регулират пропускливостта на светлината въз основа на интензитета на светлината и предпазват фоточувствителните храни, като мляко на прах, от UV увреждане. В допълнение, биоразградимостта на биобазирания РР го прави обещаващ кандидат за приложения за компостиране на опаковки като торби за органични отпадъци или селскостопански мулчирани филми.
4. Екологична ефективност и икономическа жизнеспособност: ножът с две-остриета за устойчиво развитие
4.1 Въглероден отпечатък и потребление на ресурси
Производството на-полипропилен на базата на петрол разчита на изкопаеми горива, отделя около 3,1 тона въглероден диоксид на тон продукт и консумира не-възобновяеми ресурси. Полипропиленът-базиран на биомаса фиксира въглеродния диоксид чрез фотосинтеза, емисии на въглеродни емисии с повече от 50% през жизнения цикъл в сравнение с полипропилен-базиран петрол. В допълнение, биобазираният PP може да бъде получен от селскостопански отпадъци или не-хранителни култури, като по този начин се минимизират заплахите за продоволствената сигурност.
4.2 Разградимост и управление на отпадъците
Полипропиленът на-базирана петрол е труден за разграждане в естествената среда и изисква изгаряне или третиране на депа, което потенциално причинява вторично замърсяване. Биоразградимостта на полипропилена зависи от суровината и методите на обработка. При условията на промишлено компостиране някои продукти могат да бъдат напълно разградени в рамките на шест месеца, намалявайки натрупването на отпадъци. Биооснованият РР обаче изисква специфични условия (напр. температура, влажност и микробни общности) и може да се разгради по-бавно в естествената среда. Стандартизираните сертификати (като OK Compost и EN13432) са необходими, за да се гарантират неговите ползи за околната среда.
4.3 Разходи и пазарно приемане
Полипропиленът от петрол доминира на пазара със зрял производствен процес и сравнително ниски разходи (около 12,000 -15,000 юана/тон). биобазираният полипропилен има по-високи разходи за суровини (около $18 000 до $22 000 на тон), по-големи трудности при обработката и по-малко конкурентни цени на продукта. Въпреки това, с технологичния напредък и икономиите от мащаба, цената на биобазирания PP постепенно намалява. биобазираният полипропилен, например, може да намали производствените разходи с повече от 30% чрез оптимизиране на процесите на ферментация или използване на евтини-суровини, като слама. Освен това политическата подкрепа (като въглеродни данъци и субсидии) и повишаването на екологичното съзнание сред потребителите ще стимулират пазарното търсене на биобазирани полипропилени.
V. Изводи и перспективи
Разликата в производителността между биополипропилен и полипропилен на-базирана петрол се дължи на разликите в източниците на суровина, молекулярната структура, методите на обработка и т.н., което пряко влияе върху сценариите на приложение и ползите за околната среда в индустрията за опаковане на храни. Докато полипропиленът на биологична основа все още е изправен пред предизвикателства по отношение на разходите, термичната стабилност и производителността на обработката, неговите възобновяеми, разградими и ниско{3}}въглеродни свойства са в съответствие с тенденциите за устойчиво развитие. В бъдеще, с пробив в технологиите за модифициране на материали, като нанокомпозити, смесване и др., и по-нататъшно намаляване на разходите, биобазираният полипропилен се очаква постепенно да замени петролния-полипропилен в-опаковките за еднократна-употреба, опаковките от висок-клас и приложенията за опаковане на специални функционални опаковки, тласкайки индустрията за опаковане на храни към зелено и устойчиво бъдеще.