ポリ乳酸およびポリヒドロキシアルカノエート・ペレット

世界のプラスチック汚染と持続可能な代替手段の必要性

プラスチック廃棄物は埋立地を埋め尽くし、世界的に海洋を汚染している。放置されたプラスチックは、野生生物や自然の生息地に害を及ぼすという問題が、ほとんどの国で深刻化している。

リサイクルは部分的には役立っているが、この問題の完全な解決策ではない。ほとんどの場所で、リサイクルされたプラスチックは、数回のリサイクルを経た後もその品質を失っている。今日、プラスチックの生産に化石燃料が広く使われているため、環境に優しい代替品が求められている。生分解性プラスチックは有望な解決策である。自然に分解されるプラスチックは、生態系への負担を軽減し、よりクリーンな生態系をもたらす可能性がある。

生分解性プラスチックポリ乳酸とポリヒドロキシアルカノエート

ポリ乳酸とポリヒドロキシアルカノエートは、最も人気のある生分解性プラスチックの2つである。どちらも異なる自然プロセスによって作られる。ポリ乳酸はトウモロコシやサトウキビなどの再生可能資源から作られます。ポリヒドロキシアルカノエートは微生物の発酵から作られる。どちらも有害な残留物を残すことなく分解されます。これらの化学構造は、有益な生物や自然環境が、より単純な形に分解することを可能にする。研究者やエンジニアの大半は、これらのプラスチックが従来のプラスチックに代わるものとして適していると考えている。

ポリ乳酸とポリヒドロキシアルカノエートが環境に優しいとされる理由

ポリ乳酸は工業的な堆肥化によって分解される。二酸化炭素と水に分解するには熱と水が必要です。ポリヒドロキシアルカノエートは、ほとんどの形態が土壌や水の中で自然に分解されるという点で特別である。一般的なバクテリアの助けによって分解される。

どちらのプラスチックも、石油から製造される従来のプラスチックよりも二酸化炭素排出量が少ない。生産工程に再生可能な原材料を使用しているからだ。これは化石燃料の消費が少ないことを意味する。

また、多くの試験で、これらの素材は分解後に放出される有毒化学物質が少ないことが示されている。地元の動植物を傷つけるような有毒化学物質を残すことはない。自然がこのようなプラスチックを簡単に処理できるという事実は、よりクリーンで廃棄物のない未来への希望の光を私たちに与えてくれる。

これらのペレットが土壌、水、微生物と接触するとどうなるか

ポリ乳酸とポリヒドロキシアルカノエート・ペレットは、水や土壌、微生物と接触すると分解する。ポリ乳酸は、水や適切な温度と接触すると、ゆっくりと乳酸に分解します。ポリヒドロキシアルカノエートについては、天然に存在するバクテリアが重要な役割を果たす。バクテリアは酵素を分泌し、長いポリマー鎖を短いものに分解する。これらはさらに水と二酸化炭素に分解される。このプロセスは、植物原料のような自然分解を模倣している。ペレットの分解速度は環境条件に左右される。温度、水分、微生物の個体数はすべて分解速度に影響する。理想的な条件下では、ポリヒドロキシアルカノエートの一部は数週間から数ヶ月で完全に分解する。しかし、気温が低い場所や乾燥した場所では、そのプロセスはより緩慢になります。

ポリ乳酸とポリヒドロキシアルカノエートの比較

ポリ乳酸とポリヒドロキシアルカノエートは、多くの長所を共有している。また、いくつかの重要な違いもある。ポリ乳酸は適切に分解するために、より多くの熱を必要とします。ポリ乳酸は、工業用堆肥化施設のような、熱と水分が管理された条件下で最も効果を発揮します。ポリヒドロキシアルカノエートはより自然に分解する。自然の土壌や水環境など、さまざまな条件下で効果を発揮する。機械的特性も様々である。ポリ乳酸の方が一般的に強く、硬い。そのため、カトラリーや包装材などに適している。ポリヒドロキシアルカノエートはより柔軟である。一般的に医療機器やフィルムに使用される。製造コストや製造工程も異なる。ポリ乳酸は大規模生産のレベルに達している。ポリヒドロキシアルカノエートはまだ特殊で、生産コストが高い場合もある。

用途と影響

これらの生分解性ペレットは、様々な用途に応用されている。食品業界では、ポリ乳酸は使い捨てのカトラリー、カップ、容器に使用されている。包装業界では、その強度と透明性を利用している。ポリヒドロキシアルカノエートは、医療業界でも高く評価されている。薬物送達システム、縫合糸、創傷被覆材などに使われている。農業用フィルムに使用するメーカーもある。ポリヒドロキシアルカノエートを使用することで、土壌汚染を減らすことができる。都市や自治体では、これらの材料を使用することで廃棄物処理の問題を少なくすることができる。一般的に、ほとんどの場合、これらのポリマーから作られた製品は環境負荷の低減に役立っている。実際のテストでは、化石燃料プラスチックをこれらの生分解性プラスチックに置き換えることで、温室効果ガスの排出量が減少することが示された。より多くの企業が環境に配慮するようになるにつれ、これらの生分解性プラスチックは、より環境に優しい経済を推進する最前線に立っている。

STEM実験のアイデア

簡単な実験で分解プロセスを説明しよう。少量のポリ乳酸ペレットと同じ量のポリヒドロキシアルカノエートペレットを用意する。それぞれを湿った土と一緒に瓶に入れる。瓶を暖かい一定温度に保つ。数週間にわたり、材料の粘稠度の変化を観察する。形、色、重さの変化に注意する。破片の出現や軟化のような兆候を観察することができる。簡単なpHテストキットを使った迅速なテストでも、有機酸の形成に伴う変化を見ることができる。

この実験は、物質の分解を見る実用的な方法を提供し、生徒が自然のプロセスを見ることを可能にする。学校のプロジェクトや学校の科学クラブに適しており、環境科学と材料工学の主要な概念を強化する。

結論

生分解性プラスチックは、従来のプラスチック廃棄物に振り回される地球において、有望な選択肢である。ポリ乳酸とポリヒドロキシアルカノエートは、実際にそのような利点を持つ2つの素材である。どちらも再生可能な原料から生産され、適切な条件を与えれば自然に分解する。どちらも化石燃料の消費を減らし、地球へのストレスを軽減する。より詳しい情報やSTEM実験については、スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。

よくある質問

F：ポリ乳酸ペレットの製造には何を使っているのですか？

Q：トウモロコシやサトウキビなどの再生可能な植物資源から作られています。

F：ポリヒドロキシアルカノエートは環境中でどのように分解されるのですか？

Q: 天然細菌が酵素を分泌し、ポリマーを二酸化炭素と水に分解します。

F: 生分解性プラスチックの利点は何ですか？

Q: 化石燃料の消費、温室効果ガスの排出、環境汚染を減らすことができます。