Pronalasci u tehnologiji konopljine plastike se svake godine sve češće oslobađaju na tržište, a sada čak i neke od najvećih preduzeća (naročito proizvođači automobila) ubacuju konopljinu plastiku u svoje proizvode. Postoje različite vrste konopljine plastike i mi ćemo Vas ukratko provesti kroz načine pravljenja istih.
Celuloza od konoplje
Celuloza je najizobiljniji organski polimer na Zemlji i osnovni je deo ćelijskog zida biljaka i mnogih vrsta algi. Iako se celuloza najčešće koristi za proizvodnju papira, takođe se koristi za pravljenje različitih plastika uključujući celuloid, celofan i veštačka svila(rejon). Kada je plastika prvi put proizvedena, sastojala se od organskih, ne-sintetičkih materijala i celuloza je tada bila osnova rastuće industrije plastike. Danas, obnovljeno je interesovanje za bioplastiku zbog prednosti po okolinu.
Celuloza je polisaharid dugog lanca sa hemijskom formulom(C6H10O5)n koji se sastoji od stotina ili tisuća povezanih glukoznih jedinica. Formira mikrofibrile (male vlaknaste niti) u ćelijskim zidovima biljaka i takođe usvaja nekoliko kristalinskih oblika, mada se u prirodnom obliku sastoji od delova kristalinskih oblika sa nekim amorfnim delovima.
Celofan, veštačka svila(rejon) i celuloid
Celofan i veštačka svila su oba klasifikovana kao regenerisana celulozna vlakna pošto su strukturalno identični celulozi. Proizvode se slično: celuloza se rastvara u alkalnom rastvoru i istiskuje kroz prorez u kupku sumporne kiseline kako bi se dobio celofanski film ili kroz predilicu za dobijanje veštačke svile. Celuloid se stvara prvo proizvodnjom nitro-celuloze (celuloza nitrat) a zatim dodajući kamfor, naširoko korišćeni plastifikator, kako bi se dobila gusta, čvrsta termo-plastika koja se lako oblikuje kad se zagreje.
Konopljina celuloza se može iscediti i iskoristiti za pravljenje celofana, veštačke svile(rejona), celuloida i asortiman srodnih plastika. Konoplja sadrži 65-70% celuloze i smatra se dobrim izvorom (drvo sadrži 40%, lan 65 – 75% a pamuk do 90%) i nosi obećanje zbog svoje relativne održivosti i neznatnog otiska na životnu sredinu. Konoplja je jedna od najbrže rastućih biljaka i treba joj daleko manje pesticida ako uopšte nego lan i pamuk iako zahteva znatno đubrenje na nekim zemljištima i ima relativno srednju potrebu za vodom.
Drugi potencijalni proizvodi od konopljine celuloze
Zeoform je celulozna bio- plastika koja se može praviti od konoplje i oblikovati u paletu proizvoda(© Zeoform)
Celuloza može biti korišćena za pravljenje širokog spektra plastike i srodnih supstanci. Razlike se najviše nalaze u dužinama polimernih lanaca i stupnja kristalizacije. Celuloza se vadi iz konoplje i drugih useva na različite načine. Sirova pulpa može biti hidrolizovana (rastavljena na sastavne delove dodavanjem vode) na 50 – 90 stepeni Celzijusovih; može takođe biti potopljena u slabom kiselom rastvoru da bi se odvojili kristalizovani delovi od amorfnih, kako bi se proizvela nanokristalna celuloza.
Dalje može biti izložena (pulpa) toploti i pritisku dobijajući time interesantnu nanocelulozu – pseudo plastiku koja ima viskozitet i izgled gela pri normalnim uslovima, ali postaje više tečna kada se promućka ili biva izložena stresu. Nanoceluloza ima širok obim primene, kao kompozitno plastično ojačavajući materijal, kao super upijač za čišćenje naftnih mrlja ili za spravljanje higijenskih proizvoda čak do niskokaloričnog prehrambenog stabilizatora.
Zeoform je proizvođač konopljine plastike koji nudi plastiku na bazi celuloze, napravljenu koristeći njihov patentirani proces od samo vode i palete prirodnih celuloznih vlakana uključujući konoplju. Njihova internet stranica tvrdi da njihova tehnika „pretvara celulozna vlakna u materijal industrijske jačine koji se može oblikovati u neograničen broj proizvoda varirajući od stiropor-lakih do eboni- gustih. Zeoform se reklamira kao 100% netoksičan, bio razgradiv i kompostirajući i način zarobljavanja ugljen dioksida u funkcionalanim, atraktivnim oblicima. Nije jasno šta sve njihova tehnika sadrži, ali očigledno donosi fini stepen kontrole nad stupnjem dužine polimera i uplitanja, dozvoljavajući širok izbor plastika za proizvodnju.
Konopljina kompozitna plastika
Kompozitne plastike se sastoje od polimerne matrice, koja može biti na bazi celuloze ili može biti bazirana na izboru različitih prirpdnih ili sintetičkih polimera, i ojačavajuća vlakna koja takođe mogu biti prirodna(uglavnom od celuloze) ili sintetičkog porekla. Prirodni polimeri uključuju katran, šelak(prirodna smola) i mnogih drvenih smola, sa prirodnim vlaknima kao što su konoplja, juta, pamuk i lan. Tradicionalni neorganski fileri iliti popunjavači uključuju talk, liskun i stakleno vlakno.
Konpozitna plastika od konoplje ima veliku zateznu čvrstoću i krutost i koriste je proizvođači automobila, plovila(čamaca, jahti, brodova), muzičkih instrumenata i mnogo drugih.(© Wikmedia Commons)
Biokompoziti se generalno definišu ako imaju bar jedan osnovni sastojak čije je poreklo organsko; mada je moguće proizvesti plastiku koje je 100% organska, većina se sastoji od makar nekih sintetičkih elemenata. Često, priridno vlakno biva mešano sa sintetičkim polimerom, a zatim označeno kao biokompozit. Razne vlakno i polimer kombinacije, koje se mogu koristiti u proizvodnji bioplastike, razlikuju se dosta u gustini, zateznoj čvrstoći, krutosti i brojnim drugim faktorima koji se mogu baždariti u procesu proizvodnje kako bi se dobili proizvodi raznih primena: graćevinski materijali, nameštaj, muzički instrumenti, plovila, tapaciri za automobile, biorazgradive kese za markete pa čak i u medicini za pravljenje bio-kompatabilnih „skela“ za rekonstrukciju koštanih tkiva.
Konopljina vlakna su poznata po svojoj zateznoj čvrstoći, naročito vlakna ženske biljke dok su vlakna muške biljke finija, mekša i često duža ali takođe i slabija. Istraživanje iz 2003 godine na polipropilenskom (PP) kompozitu ojačanom prirodnim vlaknom nađenim u konoplji, kenafu i agavi, pokazalo je uporednu zateznu čvrstoću u odnosu na tradicionalne kompozite sa staklenm vlaknima, i gde je konopljino vlakno premašilo svu konkurenciju u otporu na udar. Istražvanje iz 2006 godine indicira da staklena vlakna klase A za malo nadmašuju konopljina vlakna, a istraživanje iz 2007 godine ukazuje da koristeći formu PP-a poznatu kao maleatiran polipropilen(MAPP) i konopljino vlakno povećava zateznu čvrstoću i sve mehaničke karakteristike materijala do 80% tradicionalnih kompozita sa staklenim vlaknima.
100% biokomoziti napravljeni od konoplje
Razvijeni su razni biokompoziti koristeći samo organske supstance i neki od njih sadrže konopljino vlakno kao filer. Istraživanje na zateznoj čvrstoći konopljinog vlakna, sprovedenog 2003 godine, pokazalo je da ako se snopovi konopljinog vlakna alkalizuju odnosno zabaze sa 4-6% rastvorom natrijum hidroksida (NaOH) a zatim se kombinuju sa polimernom matricom ljuske indijskog oraha, pokazuju značajan porast zatezne čvrstoće i krutoće kao bi se pravila biokompozitna plastika.
U 2007 godini, biokompozit napravljen od organski dobijene polilaktičke kiseline (PLA; bitnog biorazgrađujućeg termoplastičnog polimera) ojačanog vlaknima konoplje predstavljen je od strane Koreanskih istražvača. Istraživači su pronašli i da tretmanom blagog alkalnog(baznog) vlakna konoplje uvećavaju zateznu čvrstoću i samim tim biokompoziti pokazuju veću zateznu čvrstoću i krutost nego čiste polilaktičke plastike.
Godine 2009-e. istraživači sa Stamford univerziteta su najavili razvijanje biokompozita ojačanih konopljinim vlaknom kombinovanim sa bio-polihidroksibitiratom(BHP), polimerom dobijenim iz soja bakterija (uključujući Bacillus) koje su izložene fisičkom stresu i nedostatku hranljivih materija. Ovi konoplja-BHP kompoziti su jaki, glatki, privlačni i dovoljno izdržljivi da se koriste za građevinu, nameštaj i podove.
100% bio-polietilen tereftalat
Industrija bezalkoholnih pića je počela sa ubacivanjen bio-PET-a u svoje flaše i cilj je da se dostigne 100% bio-PET flaša do 2018 (© JeepersMedia)
Plastike bazirane na polimarnim smolama se mogu sastojati od jednog molekula, gde kompozitne plastike zahtevaju dodatak smole ili smola izazivajući da se vlakna spoje i zauzmu svoju konačnu plastičnu formu. Dok se većina bioplastike sadrži od broja raznih materijala, moguće je proizvesti spektar plastika, čak i kompozita koji su skroz organski.
U 2011 godini, PepsiCo su najavili da su proizveli plastiču flašu za vodu od 100% biljne materije, napravljene od polietilen tereftalata (PET), teroplastične polimerne smole sa hemijskom formulom (C10H8O4)n koja se obično dobija iz petrohemikalija, ali u ovom slučaju je proizvedena od raznih biljnih izvora uključujući muhar, koru bora i kukuruzne šaše.
Ipak, izgleda da 100% bioplastične boce nisu trenutno dostupne iako su PepsiCo i mnogi drugi proizvođači bezalkoholnih pića počeli da uacuju bioplastiku u svoje masovne proizvodnje plastičnih flaša- kao što je Coca-Cola, koja distribuira 2,5 miliona od svojih 30% plastičnih boca na binjnoj bazi u prve dve godine proizvodnje, doprinoseći 68 miliona kilograma bio-PET ambalaže. Kompanije uključene u ovu inicijativu su izjavile da je njihov cinj da se osigura 100% bio-PET ambalaže u komercijalne cvrhe do 2018 godine.
Bio-MEG i bio-PTA se mogu praviti od bio-etanola
PET se pravi mešajuć 32.2% monoetilen glikola (MEG ili MEG) sa 67.8% pročišćenom tereftaličnom kiselinom purified u esterifikacionom reaktoru i pretvarajući rezultat u polikondenzacioni reaktor. Moguće je praviti MEG od bio-etanola; etanol se katalitički dehidrira iz oblika etilena, koji se zatim oksiduje; etilen oksid tada reaguje sa vodom kako bi se stvorio MEG. MEG se takođe može praviti od biljnih ulja, mada se to trenutno ne sprovodi u veliko obimu. Bio-etanol i bio-nafta se mogu proizvoditi od konoplje i ostalih useva, i PET napravljen od 30% biljne materije se može proizvoditi od konoplje ali proizvodnja PTA od prirodnih izvora izgleda malo komplikovanija.
Iako je 100% bio-PET na neko vreme od ostvarivanja, ulažu se napori da se na tržište iznese višekratna boca napravljena od konopljine kompozitne plastike.
Bio-PTA još uvek nije komercijalno dostupna, iako je stvorena u laboratorijskim uslovima još 2011 godine. Bioprodukt firma Virent iz vinskonsina je objavila da su uspešno napravili bio-PTA od biljnih šećera iz šećerne trske, kukuruza i drvene biomase. Nekoliko kompanija pokušava da ostvari tehnike masovne proizvodnje radi potencijalnih ugovora visoke vrednosti sa proizvođačima bezalkoholnih pića. Postoji veliki podsticaj da se ovo i ostvari.
Kako bi se napravio bio-PTA, prvo je neophodno spraviti bio-paraksilen (aromatični ugljenik obično izdvojen iz nafte), kao što se bio – može napraviti iz etilena. Etilen se moće proizvesti direktno iz biljne glukoze (ili oblika bio-etanola, koji je krajnji proizvod vrenja biljne glukoze) koji se zatim katalitički dehidrira kako bi se proizveo paraksilen.
Konoplja kao izvor bio-etanola
Konoplja se često previđa kao izvor bio-etanola, ali razna istraživanja pomaću njenom potencijalu i nalaze povoljne rezultate. Dok usevi koji sadrže saharozu kao šećerna trska i usevi bogati skrobom kao kukuruz daju više etanola, oni takođe iziskuju i više energije, više štete životnoj sredini i imaju veće zahteve za ostale upotrebe kao što je ishrana.
Izgleda da je najjači argument protiv upotre konoplje da bi se proizveo bio-etanol cena, ali ova pitanja su mnogo više povezana sa veličinom ekonomije, pošto je industrija konoplje vrlo mala u odnosu na industrije pamuka, kukuruza i šećerne trske. Kako se uzgoj industrijske konoplje uvećava, ove prepreke će se umanjivati blagovremeno, a izgleda i da konoplja ima važnih prednosti nad ostalim usevima, pogotovu u smislu uticaja na životnu sredinu.
Konoplja je u raznim prilikama predstavljena kao izvor biomase sa relativno dobrim prinosom etanola. Istraživanje sprovedeno 2009-e godine pokazuje da konoplja može proizvesti 141gr etanola po kilogramu suvog pozdera, dok je u istraživanju iz 2010 konoplja donosila 171gr etanola po kilogramu suve biljne materije.
Dobijanje etanola iz konopljine celuloze
Usevi bogati saharozom kao što je šećerna trska su bogati i glukozom i mogu doneti više etanola ali i više oštećuju životnu sredinu (© Department of Energy & Climate Change)
Mišljenje je da su najvažnije karakteristike biljnih useva kao što je konoplja, za proizvodnju bio-etanola, visoka dostupnost biomase i visok prinos glukoze. U fotosintetičkim biljkama uobičajen mehanizam je proizvodnja glukoze iz skroba (još jedan polimer stvoren od povezanih glukoznih jedinica ali sa vezama koje se lako raskidaju); glukoza iz skroba je ta koja snabdeva osnovu za kukuruzni etanol, ali se glukoza može proizvoditi iz celuloze na industrijskom nivou.
Smatra se da celuloza biomasa predstavlja bolje rešenje za dugoročnu održivost, pošto su celulozni proizvodi često otpadni materijal, gde se skrobni proizvodi kao kukuruz rasipnički preusmeravaju za spravljanje etanola umesto za hranu. Ipak, proizvodnja glukoze iz celuloze, pogotovu od biljaka sa visokim sadržajem lignina, je teško i skupo i traže se nove, poboljšane tehnike koje optimiziraju efikasnost i prinos. Tretiranje suve materije vodenom parom na kratko pre izlaganja materijala enzimskoj hidrolizi na primer, optimizira prinos glukoze iz konoplje i ostalih biljaka sa visokim sadržajem lignina.
Istraživanje useva za biomasu u Estoniji je pronašlo da su se ispitani uzorci konoplje ponašali najbolje po pitanju sadržaja celuloze (53.86% upoređujući sa najnižom Jerusalimskom artičokom 21-26%) i glukoznim prinosom a (312.7gr/kg protiv najnižeg 122.7gr/kg iz suncokreta). Zaključili su da je od sedam ispitanih biljaka, konoplja najbolji kandidat.
Jasno je da predstoji istraživanje da bi se postigli rezultati najbolje alternative naftnoj plastici. Korak novih istraživalja se ubrzava kako vlade i narodi diljem sveta stiču bolje razumevanje potrebe da se drastično smalji upotreba petro-hemikalija, i konoplja se sve više prepoznaje pošto ima ogroman potencijal u našoj prirodnoj „alatnici“ obećavajućih useva za bioplastiku.