Vízoldható polimerek alkalmazása

A műanyagok mára már szerves részét képezik mindennapi életünknek. Annak ellenére, hogy a műanyagok felhasználása gyakorlatilag az élet minden területét behálózza, alkalmazásuk széles tárháza mind a mai napig bővül. A bővülés manapság leggyakrabban polimer kompozitok vagy keverékek révén valósul meg, ám időnként egy-egy új polimer is napvilágot lát. A különleges tulajdonságokkal rendelkező polimerek általában nagyon rövid időn belül alkalmazásukra találnak. Nincs ez másképp a vízoldható polimerekkel sem. Jelen cikkemben a vízoldható polimerek alkalmazásának lehetőségét szeretném bemutatni a poli(vinil-alkohol) (PVA) példáján keresztül.

Közismert tény, hogy a makromolekulákat kisméretű ismétlődő egységek alkotják, melyeket a monomerekből származtathatunk. Általánosan elmondható, hogy az ismétlődő egység és a monomer leggyakrabban nagyon hasonló szerkezettel rendelkezik. A poli(vinil-alkohol) esetében ez viszont nem igaz, mivel vinil-alkohol instabilitása (normál körülmények között acetaldehid formában stabil) nem teszi lehetővé a polimerizációs reakció lejátszódását. Ebből következően a PVA-t szekunder polimernek tekintjük, mivel poli(vinil-acetát) hidrolízisével állítják elő. A hidrolízis során keletkező, nagy mennyiségben jelen lévő hidroxil-csoportok hozzák létre azt a tulajdonságot, amely miatt ez a polimer széles körben elterjedtté vált: a vízoldhatóságot.

Annak ellenére, hogy a PVA 1924-ben Herman és Haehnel által történt felfedezésekor elsősorban textilipari felhasználás volt a cél, napjainkban leginkább polimerizációs reakciókban védőkolloidként, ragasztókban, bevonatok gyártásában, valamint legnagyobb mennyiségben a csomagolóiparban alkalmazzák. A PVA fóliák átlátszóak, fényes felületűek, vastagságuk körülbelül 40-70 μm. Jó mechanikai tulajdonságaik mellett, jó gáz- és aromazáró, valamint zsír- és olajálló tulajdonságokkal rendelkeznek. Vegyszerállósága elfogadható, erősen lúgos vagy savas oldószerek, valamint a halogénvegyületek roncsolják, poláris oldószerek jól oldják. Kiemelendő, hogy nem toxikus, íztelen, valamint fiziológiai szempontból közömbös (nem emészthető).

ábra Teljesen (A) valamint részlegesen hidrolizált poli(vinil-acetát) (B) szerkezeti képlete

1. ábra Teljesen (A) valamint részlegesen hidrolizált poli(vinil-acetát) (B) szerkezeti képlete

Csomagolóiparban történő felhasználásakor a fólia viszonylag alacsony hőmérsékleten (120-180 °C) jó hatásfokkal hegeszthető, nyomtatható. A PVA tasakok vízben rövid idő alatt feloldódnak (~ 30-60 másodperc, ám az oldódás sebességét nagymértékben befolyásolja a hőmérséklet is), így a bennük tárolt anyagok koncentrált, helyhez kötött, pontos mennyiségű beadagolását teszik lehetővé. Éppen ezért, a csomagolástechnológiákon belül való alkalmazási területük is széles skálán mozog: alkalmazzák például agrokémiai termékeknél, erősen toxikus vagy agresszív vegyszerek szabályozott mennyiségű beadagolásához. A csomagolás lehetővé teszi, hogy a pontos beadagolás a vegyszerrel való érintkezés nélkül, valamint vegyszerrel szennyezett csomagolóanyag keletkezése nélkül jöhessen létre. Összességében tehát a vízoldható csomagolások nagymértékben megnövelik az erősen toxikus vegyületekkel dolgozó emberek biztonságát, ráadásul egyúttal csökkentik a környezeti terhelést is. Alkalmazzák ezen kívül egyszerű háztartási cikkeknél (mosókapszula), fertőtlenítő rudak, szépségápolási cikkek, vegyszerek és fertőzött ruhák tároló zsákjai esetében is. Ezeken kívül PVA fóliákat és hálókat a professzionális horgászat területén is felhasználják, az etetőanyag horog környezetére történő pontos bejuttatása céljából.

2. 2.ábra PVA-ból készült mosókapszula, valamint a horgászok által előszeretettel alkalmazott, etetőanyaggal töltött PVA háló

2. 2. ábra PVA-ból készült mosókapszula, valamint a horgászok által előszeretettel alkalmazott, etetőanyaggal töltött PVA háló

Mivel a polimerek többsége biológiailag csak nagyon lassan bontható le, így érdemes kitérni arra is, hogy a most már egyre nagyobb mennyiségben a környezetbe kerülő poli(vinil-alkohol) egyáltalán nem szennyezi természetes vizeinket, mivel biológiai úton maradéktalanul lebomlik. Jelenleg a biológiai úton lebomló műanyagok általában a többi műanyaghoz képest magas árral rendelkeznek, melyet leggyakrabban a speciális szerkezet nehéz előállításával magyaráznak. Ennek ellenére a PVA-t jelenleg elfogadható ár jellemzi, melyet az előnyös tulajdonságai mellett számottevően biológiai lebonthatóságából eredő egyre nagyobb mennyiségben történő gyártása okozza.

Videó: A PVA vízben való oldódásának szemléltetése.

Összefoglalva elmondható, hogy a PVA első szintetizálása óta alkalmazási területe jelentősen megváltozott. A csomagolástechnológiában történő alkalmazását jó mechanikai tulajdonságai mellett biológiai lebonthatósága is indokolja, ráadásul egyre nagyobb mennyiségben történő alkalmazását a környezettudatosságra épülő marketing, valamint a környezetvédelmi jogszabályok is nagymértékben segítik. Ezek alapján pedig az sem lenne meglepő, ha a jövőben egyes területeken, biztonsági okokból, csomagolásként történő alkalmazását kötelezővé tennék.

Források:

http://www.pointernet.pds.hu/ujsagok/transpack/2009/11/20091225112826464000000322.html

http://pubs.rsc.org/services/images/RSCpubs.ePlatform.Service.FreeContent.ImageService.svc/ImageService/Articleimage/2016/RA/c6ra05742j/c6ra05742j-f1_hi-res.gif

http://3.bp.blogspot.com/-809b0ywuBMw/VSO4ogKRchI/AAAAAAAADJw/PjW3-4KwVjM/s1600/laundry%2Bpods%2BAversive%2Bagent.jpg

http://bestbaitforcarpfishing.com/wp-content/gallery/lakeside-pictures/PVA-Bag-With-Pellet-2.JPG

https://www.youtube.com/watch?v=3yC1Flcaqe4