Биоразлагаемая спортивная обувь - Biodegradable athletic footwear

Биоразлагаемая спортивная обувь является спортивная обувь который использует биоразлагаемые материалы с возможностью компостирования на конец жизни фаза. К таким материалам относятся природные биоразлагаемые полимеры, синтетические биоразлагаемые полимеры, и биоразлагаемые смеси. Использование биоразлагаемых материалов - долгосрочное решение свалка загрязнение, которое может значительно помочь защитить окружающую среду за счет замены синтетических, не поддающихся биологическому разложению полимеров, содержащихся в спортивной обуви.

Проблема неразлагаемых отходов

Рынок спортивной обуви США - это отрасль с оборотом 13 миллиардов долларов в год, на которой ежегодно продается более 350 миллионов пар спортивной обуви.[1] Мировое потребление обуви почти удваивается каждые двадцать лет - с 2,5 миллиардов пар в 1950 году до более 19 миллиардов пар обуви в 2005 году.[2] Увеличение спроса на спортивную обувь привело к постепенному сокращению срока службы обуви в результате быстрых изменений рынка и новых потребительских тенденций. Более короткий жизненный цикл спортивной обуви начал приводить к образованию неразлагаемых отходов в свалки из-за синтетических и других не биоразлагаемый материалы, используемые в производстве. Значительный рост промышленного производства и потребления поставил индустрию спортивной обуви перед лицом экологической проблемы: конец жизни напрасно тратить.

Сополимер этилена и винилацетата

Спортивная обувь межподошва является одним из основных факторов, вызывающих образование отходов с окончанием срока службы, поскольку он состоит из полимерные пены на основе этиленвинилацетат (EVA).[2] EVA представляет собой сополимер полиолефина этилен и винилацетат который обеспечивает долговечность и гибкость, что делает его наиболее часто используемым материалом для подошвы спортивной обуви.[3] Хотя синтетический полимер полезный материал для индустрии спортивной обуви, он стал проблемой для окружающей среды из-за своего плохого качества. биоразлагаемость. EVA проходит через анаэробное разложение процесс называется термическое разложение что часто происходит на свалках, что приводит к выбросам летучие органические соединения (ЛОС) в воздух.[4] ЛОС "способствуют образованию тропосферный озон, который вреден для человека и растений ".[5] Термическое разложение EVA зависит от температуры и происходит в два этапа; на первом этапе уксусная кислота теряется с последующим разложением ненасыщенных полиэтилен полимер.[4]

Термическая деградация EVA путем расщепления аллила.
Термическая деградация выхода в открытый космос аллильный рассечение.[4]

Воздействие на окружающую среду

В воздействие на окружающую среду деградации спортивной обуви на свалках «неразрывно связаны с природой материалов».[5] Производство многих нефть продукты на основе этиленвинилацетата, используемые для производства спортивной обуви, приводят к серьезным загрязнение окружающей среды подземных вод и рек при вывозе на свалки.[2] При утилизации на свалках спортивная обувь может разрушиться естественным путем в течение тысяч лет. Промежуточная подошва спортивной обуви из EVA может находиться в контакте с влажной почвой в течение 12 лет, при этом на ней практически отсутствуют признаки биоповреждения.[6]

Хотя некоторые из них выступают с инициативами по производству экологически чистой спортивной обуви, большая часть реакции обувной промышленности на эту растущую проблему отходов обуви с окончанием срока службы была незначительной.[7] Чтобы уменьшить количество бытовых отходов и улучшить экологические свойства спортивной обуви, биоразлагаемые материалы могут помочь заменить синтетические полимеры такие как этилен-винилацетат со способностью компост в конце жизненного цикла.

Биоразлагаемые материалы

"Биоразложение это химическое разложение материалов, спровоцированных действием микроорганизмы Такие как бактерии, грибы, и водоросли."[6] Хотя есть много материалов, относящихся к категории биоразлагаемый, наблюдается растущий интерес биоразлагаемые полимеры что может привести к управление отходами варианты полимеров в окружающей среде. Эти биоразлагаемые полимеры можно разделить на три категории: природный биоразлагаемый полимер, синтетический биоразлагаемый полимер, и биоразлагаемые смеси.[2]

Природные биоразлагаемые полимеры

Природные биоразлагаемые полимеры образуются в природе во время цикла роста всех организмов.[4] При поиске натуральных волокон для замены синтетических материалов в спортивной обуви основными природными биоразлагаемыми полимерами, которые обладают наибольшим потенциалом, являются: полисахариды. Крахмал - это полисахарид, который полезен, потому что он легко разлагается на безвредные продукты при контакте с почвенными микроорганизмами.[8]

Ферментативный гидролиз крахмала.
Ферментативный гидролиз крахмала.[9]

Крахмал не часто используется отдельно в качестве пластикового материала из-за его хрупкости, но обычно используется в качестве добавки для биоразложения.[4] Много пластификаторы используйте крахмал-глицерин-воду, чтобы изменить хрупкую природу крахмала.[10] Было протестировано биоразложение этой смеси, и было обнаружено, что ко второму дню разложившийся углерод уже достиг примерно 100% от исходного углерода образца.[2]

Синтетический биоразлагаемый полимер

Алифатические полиэфиры разнообразная семья синтетические полимеры из которых являются биосовместимыми, биоразлагаемыми и нетоксичными.[11] Конкретно, поли (молочная кислота) имеет низкую прочность расплава и низкую вязкость свойства, которые аналогичны подошве из этиленвинилацетата в спортивной обуви.[8] Поли (молочная кислота) (PLA) входит в состав полиэстер группа и может пройти термопласт и процессы вспенивания.[9] Наряду с хорошими механическими свойствами, его популярность основана на нетоксичных продуктах, которыми он становится при разложении гидролитическое разложение.[7] Гидролитическое разложение PLA приводит к образованию мономера. молочная кислота, который метаболизируется через цикл трикарбоновых кислот и исключен как углекислый газ.[7]

Гидролитическое разложение алифатического полиэфира, PLA.
Гидролитическое разложение алифатического полиэфира, PLA.[7]

Биоразлагаемые смеси

Большинство синтетических полимеров устойчивы к микробной атаке из-за своих физических и химических свойств.[9] Однако они могут стать биоразлагаемыми при введении природных полимеров, таких как крахмал. Натуральные полимеры представляют сложный эфир группы, которые прикрепляются к основной цепи небиоразлагаемых полимеров, что делает их более подверженными разложению.[9] Из-за биоразлагаемых полимеров, обладающих ограниченными свойствами; смешивание синтетических полимеров может дать экономические преимущества и превосходные свойства.[12]

Введение сложноэфирной группы в виниловый полимер
Включение сложноэфирной группы в виниловый полимер.[9]

Управление в конце жизненного цикла

Хотя полное устранение постпотребительские отходы не поощряется никакими текущими агент, вызывающий изменения из-за огромных изменений в инфраструктуре, которые необходимы для устранения отходов, и, как следствие, отсутствия прибыльности для этих агентов, упреждающие подходы к сокращению огромного количества отходов, которые создают 350 миллионов пар спортивной обуви, могут изменить окружающую среду. Биоразлагаемые материалы, такие как биоразлагаемые полимеры, представляют собой жизнеспособное решение, помогающее избежать потребления отходов спортивной обуви в конце жизненного цикла.[13] Основным преимуществом введения биоразлагаемых полимеров в спортивную обувь является способность компостироваться с другими органическими отходами, чтобы они стали полезными продуктами, сопутствующими почве.

Альтернативный краткосрочный подход к конец жизни менеджмент переработка отходов деятельность в обувной промышленности. Одно крупное производство обуви, Nike Inc., созданный Повторное использование обуви программа, которая включает переработку выброшенной спортивной обуви путем измельчения и измельчения обуви для производства материала, называемого Nike Grind, которые можно использовать в покрытиях теннисных и баскетбольных площадок или беговых дорожек.[13] В настоящее время в рамках программы Reuse-A-Shoe в США перерабатывается примерно 125 000 пар обуви в год.[нужна цитата ]

Переработка и компостирование - два основных предлагаемых решения для управления утилизацией отходов. Тем не менее, использование биоразлагаемых материалов - это долгосрочное решение, которое может значительно помочь защитить окружающую среду за счет замены синтетических, небиоразлагаемых полимеров, содержащихся в спортивной обуви.[нужна цитата ]

Рекомендации

  1. ^ Прибудет, доктор Стивен. «Краткая история кроссовок». Спортивные страницы доктора Стивена М. Прибута. НОВОСТИ APMA. Получено 26 ноября 2014.
  2. ^ а б c d е Стаикос, Теодорос; Хит, Ричард; Хаворт, Барри; Рахимифард, Шахин (2006). «Управление отслуживанием обуви и роль биоразлагаемых материалов» (PDF). Труды 13-й Международной конференции CIRP по инженерии жизненного цикла: 497–502.
  3. ^ Чен, Нан. «Влияние сшивания на вспенивание». Дисс. Университет Торонто, 2012. Резюме. (2012): п. стр. Распечатать.
  4. ^ а б c d е Косташ, Мариус К., Дэвид Д. Цзян и Чарльз А. Уилки. «Термическое разложение нанокомпозитов сополимера этилена и винилацетата». Полимер 46.18 (2005): 6947-958. Интернет.
  5. ^ а б Альберс, Кайл, Питер Канепа и Дженнифер Миллер. «Анализ воздействия простой обуви на окружающую среду». Дисс. Университет Санта-Барбары, 2008 г. Аннотация. (2008): п. стр. Распечатать.
  6. ^ а б Катажина Лея, Гражина Левандович. «Биоразложение полимеров и биоразлагаемые полимеры - обзор». Польский журнал экологических исследований 2-я сер. 19.2010 (2012): 255-66. Интернет.
  7. ^ а б c d Альбертссон, Анн-Кристин. Разлагаемые алифатические полиэфиры. Vol. 157. Берлин: Springer, 2002. Print.
  8. ^ а б Диас, Анжелика, Рамаз Кацарава и Хорди Пуиггали. «Синтез, свойства и применение биоразлагаемых полимеров, полученных из диолов и дикарбоновых кислот: от сложных полиэфиров до поли (сложного эфира амида) S». Международный журнал молекулярных наук, 15.5 (2014): 7064-7123. Академический поиск завершен. Интернет. 20 октября 2014 г.
  9. ^ а б c d е Чандра, Р. "Биоразлагаемые полимеры". Progress in Polymer Science 23.7 (1998): 1273-335. Интернет.
  10. ^ Ван, Сю-Ли, Ке-Кэ Ян и Юй-Чжун Ван. «Свойства смесей крахмала с биоразлагаемыми полимерами». Журнал макромолекулярной науки, часть C: обзоры полимеров 43.3 (2003): 385-409. Интернет.
  11. ^ Э. Ренар, В. Ланглуа и П. Герен. «Химические модификации бактериальных полиэфиров: от стабильности до контролируемой деградации образующихся полимеров». Коррозионная инженерия, наука и технологии 42,4 (2007): 300-11. Интернет.
  12. ^ Ма, Цзяньчжун, Лян Шао, Чаохуа Сюэ, Фуцюань Дэн и Чжоуян Дуань. «Совместимость и свойства сополимера этилена и винилацетата (EVA) и пены на основе смеси термопластичного полиуретана (TPU)». Springer-Verlag Berlin Heidelberg 71 (2014): 2219-234. Академический поиск завершен. Интернет.
  13. ^ а б Сонг, Дж. Х., Р. Дж. Мерфи, Р. Нараян и Г. Б. Х. Дэвис. «Биоразлагаемые и компостируемые альтернативы обычным пластмассам». Философские труды Королевского общества B: Биологические науки 364.1526 (2009): 2127-139. Интернет.открытый доступ