Новости/Аналитика

Конопляные биокомпозиты и биополимеры представляют собой стратегическое направление развития устойчивой упаковочной индустрии. Их широкое внедрение сдерживается не научными, а главным образом технологическими и экономическими факторами.

Тематика биокомпозитных материалов является чрезвычайно многообещающей, с точки зрения перспективности данного направления развития современного коноплеводства. Любая информация, связанная с использованием конопляных биокомпозитов привлекает внимание редакции профильного электронного издания национальных коноплеводов. Именно поэтому данные о том, что сразу в нескольких странах мира осуществляется валоризация (мероприятия по переоценке или повышению стоимости) конопляных биокомпозитов, в ходе которых раскрывается потенциал растения в первую очередь для разработки упаковки пищевых продуктов вероятнее всего будет интересной нашим уважаемым читателям и слушателям.

Конопляные биокомпозиты для упаковки - исследования Университета Западного Онтарио 

Проводимые эксперименты канадскими учеными из Университет Западного Онтарио (University of Western Ontario) говорят о том, что биопластики, производимые из конопляного сырья, могут получить широкое распространение в упаковочной промышленности. 

Исследователи измельчили стебли конопли, чтобы получить порошок, который затем использовался вместо гранул полиэтилена высокой плотности, традиционно применяемых в обычном пластике. Т.е. конопляный порошок был интегрирован в существующий процесс производства упаковки без необходимости использования специализированных технологий или дополнительных процедур. 

Согласно проведённым испытаниям, “конопляный порошок” превосходит другие материалы растительного происхождения по прочности и пластичности, что делает его пригодным для различных применений. Элизабет Гиллис, профессор химии Университета Западного Онтарио и соавтор исследования, поясняет, что в плане упаковки конопля обладает преимуществами по сравнению с более тяжёлыми и дорогими альтернативами, такими как металл и стекло. 

Процесс производства биокомпозитов из конопли

Биокомпозит из конопли - это композитный материал, изготовленный путём соединения конопляных волокон с матричным материалом, обычно полимером или смолой. Для создания биокомпозита конопляные волокна отделяются от стеблей, а костра измельчается до микронных размеров. Эти два элемента входят в состав матричного материала, часто получаемого из возобновляемых ресурсов, таких как растительные крахмалы, растительные масла или другие натуральные полимеры. Коммерчески доступные на рынке материалы из конопли представляют собой преимущественно армированные волокнами биокомпозиты, при этом конопляные волокна используются для усиления существующего полимера, повышая его прочность, жёсткость и устойчивость.

Не все полимеры, используемые в биокомпозитах из конопли, получены из растений

Следует отметить, что не все полимеры, используемые в конопляных биокомпозитах имеют растительное происхождение. Большинство полимеров используемых в конопляных биокомпозитах, по-прежнему составляют нефтепродукты. Это приводит к тому, что многие изделия из конопляной пластмассы, продаваемые как экологичные, по сути представляют собой смесь нефтяного пластика с конопляным волокном. 

В качестве альтернативы, в некоторых биокомпозитах на основе конопли используются растительные полимеры, такие как полилактид (PLA), обычно получаемые из кукурузы или кенафа. Для создания биопластика, полностью изготовленного из конопли, необходимо расщепление и химическая реконструкция целлюлозы, содержащейся в растении, в композитный биопластик. Только в этом случае материал будет полностью биоразлагаемым и обладать прочностью на разрыв, значительно превышающий прочность пластиков, полученных из ископаемого топлива.

Биоразлагаемость конопляных биокомпозитов

Многие биокомпозиты из конопли являются биоразлагаемыми, то есть они могут со временем естественным образом распадаться, не нанося вреда окружающей среде. Конопляные биокомпозиты можно формовать в различные формы, что обеспечивает универсальность в проектировании, а также применении. Биокомпозиты из конопли лёгкие и могут использоваться в различных областях, включая производство автомобильных деталей, строительных материалов, упаковки и потребительских товаров. Они сочетают в себе прочность и экологичность конопляных волокон с универсальностью и потенциальной биоразлагаемостью биополимеров и смол.

Будущее материалов на основе конопли зависит не от конопляных биокомпозитов, а от разработки полимеров на основе свойств растения

Биокомпозиты, несмотря на свою многолетнюю историю, имеют ограниченное применение в упаковке из-за присущей им жёсткости. Можно утверждать, что материалы, полученные из конопли, являются перспективными для разработки биополимеров, которые, как и другие растительные полимеры, получают непосредственно из целлюлозы растения. Не смотря на то, что конопляные полимеры успешно разрабатываются в лабораторных условиях, они ещё не стали коммерчески жизнеспособными. Основным препятствием для коммерциализации конопляных полимеров является зарождающаяся инфраструктура, которая требует времени, финансирования и поддержки со стороны государственного и частного секторов. Кроме того, полимеры на основе конопли столкнутся с проблемами, связанными с их конечным жизненным циклом и совместимостью с инфраструктурой управления отходами. 

Комментарий специалистов Ассоциации “Украинская техническая конопля”

Международная группа ученых уже исследовала потенциал технической конопли для создания упаковки пищевых продуктов следующего поколения. Свои эксперименты ученые из Литовского исследовательского центра сельского и лесного хозяйства, Международного центра передового опыта в области науки и инноваций в области морепродуктов и Интегративного научного центра по созданию зародышевой плазмы в Западном Китае сосредоточили на методах зеленой экстракции и переработки. Такие методы как глубокие эвтектические растворители, микроволновое излучение, сверхкритическая CO2 экстракция, ультразвук, ферментативный гидролиз и обработка субкритической водой, позволяют максимизировать биоактивные свойства конопляного волокна и его потенциал для использования в производстве упаковки.  В ходе исследований выяснялось, может ли интеграция множества этих методологий улучшить барьерные свойства, биоразлагаемость, использование пигментов, а также механические и биоразлагаемые характеристики пищевой упаковки на основе конопли. Их анализ, опубликованный этой осенью в научном журнале «Trends in Food Science & Technology», показывает, что свойства конопли в сочетании с экологичными технологиями переработки могут способствовать масштабированию переработки конопляной биомассы в функциональные материалы для упаковки пищевых продуктов. 

Исследования Университета Западного Онтарио подтверждают высокий потенциал конопляных биокомпозитов в упаковочной промышленности. Конопляный порошок может успешно заменять традиционные нефтехимические материалы без необходимости в сложных технологических изменениях, при этом демонстрируя лучшие показатели прочности и пластичности по сравнению с другими растительными биоматериалами.

Благодаря своей биоактивности, биоразлагаемости и механической прочности, биоупаковка на основе конопли может стать альтернативой традиционным пластикам, помогая смягчить проблемы, связанные с традиционными пластмассами. Биомасса конопли на 40–77% состоит из целлюлозы – материала, который может быть использован для производства биопластиков с механическими и барьерными свойствами, например, такими как пленки, устойчивые к ультрафиолетовому излучению. Конопляная биомасса перспективна  для экологически чистой упаковки пищевых продуктов, однако на данный момент существуют промышленные и технологические барьеры, такие как проблемы масштабируемости, неоднородности исходного сырья (влияет на эксплуатационные характеристики), которые препятствуют её широкому использованию. Разрабатываемые методы переработки конопляного сырья направлены не только на повышение его функциональности и снижении воздействия на окружающую среду, но и на то, чтобы стать основой для широкомасштабного использования конопляных биокомпозитов для производства экономичной и экологичной биоупаковки продуктов питания.

В целом, конопляные биокомпозиты и биополимеры представляют собой стратегическое направление развития устойчивой упаковочной индустрии. Их широкое внедрение сдерживается не научными, а главным образом технологическими и экономическими факторами. При поддержке со стороны государства и бизнеса конопля может стать ключевым сырьём для создания нового поколения биоразлагаемой упаковки, способной заменить традиционные пластики.

< Предыдущая статья     Следующая статья >