Polimer Biodegradabel dan Berbasis Bio

Polimer biodegradabel terurai melalui hidrolisis atau aksi enzimatik menjadi produk yang tidak berbahaya, sementara polimer berbasis bio terbuat dari bahan baku terbarukan; kedua sifat ini tumpang tindih tetapi berbeda, dan keduanya mengatasi beban lingkungan dari plastik konvensional.

Definition

Polimer biodegradabel adalah polimer yang dapat diurai oleh hidrolisis atau aksi mikroba dan enzimatik menjadi produk bermassa molar rendah dan pada akhirnya termineralisasi, sedangkan polimer berbasis bio adalah polimer yang disintesis seluruhnya atau sebagian dari bahan baku biologis terbarukan daripada minyak bumi.

Scope

Topik ini mencakup polimer yang dirancang untuk terurai dan polimer yang berasal dari sumber daya terbarukan: poliester yang dapat dihidrolisis seperti asam polilaktat, asam poliglikolat, polikaprolakton, dan polihidroksialkanoat; bahan berbasis polisakarida seperti pati dan turunan selulosa; kimia degradasi hidrolitik dan enzimatik; perbedaan antara biodegradabilitas dan asal berbasis bio; serta pertimbangan sifat, biaya, dan jalur akhir masa pakai.

Core questions

• Fitur kimia apa yang membuat polimer dapat terurai secara hayati?
• Bagaimana biodegradabilitas dan asal berbasis bio berbeda, dan mengapa perbedaan ini penting?
• Bagaimana poliester yang dapat dihidrolisis seperti asam polilaktat terurai?
• Pertimbangan sifat dan biaya apa yang membatasi penggantian plastik konvensional?

Key theories

Degradasi hidrolitik dan enzimatik

Tulang punggung yang mengandung ikatan ester, amida, atau glikosidik dapat dipecah oleh air atau enzim menjadi fragmen yang lebih kecil yang dimetabolisme oleh organisme; laju degradasi bergantung pada kimia ikatan, kristalinitas, hidrofilisitas, dan lingkungan.

Perbedaan berbasis bio dan biodegradabel

Asal terbarukan suatu polimer dan kemampuan degradasinya bersifat independen: beberapa polimer turunan minyak bumi dapat terurai secara hayati sementara beberapa polimer berbasis bio bersifat tahan lama, sehingga setiap sifat harus dinilai secara terpisah untuk klaim keberlanjutan.

Mechanisms

Biodegradasi biasanya dimulai dengan pemutusan ikatan tulang punggung yang dapat dihidrolisis—ikatan ester pada poliester alifatik, ikatan glikosidik pada polisakarida—baik oleh air saja atau dikatalisis oleh enzim mikroba, mengurangi massa molar hingga fragmen cukup kecil untuk diasimilasi dan dimineralisasi menjadi karbon dioksida, air, dan biomassa. Laju degradasi diatur oleh kimia ikatan, kristalinitas, luas permukaan, hidrofilisitas, dan kondisi lingkungan kelembaban, suhu, serta aktivitas mikroba. Polimer berbasis bio justru didefinisikan oleh bahan baku: monomer seperti asam laktat atau etilena yang berasal dari bio berasal dari fermentasi atau sumber tanaman, terlepas dari apakah polimer yang dihasilkan terurai.

Clinical relevance

Bahan-bahan ini mengatasi limbah plastik dan memberikan fungsi medis: kemasan yang dapat dikomposkan, film mulsa pertanian, dan peralatan layanan makanan mengurangi sampah yang persisten, sementara poliester yang dapat diserap seperti asam polilaktat dan poliglikolat digunakan untuk benang bedah, matriks pengiriman obat, dan perancah rekayasa jaringan yang terurai dengan aman di dalam tubuh. Adopsi yang realistis bergantung pada kesesuaian sifat, biaya, dan infrastruktur akhir masa pakai yang sesuai.

History

Poliester alifatik adalah salah satu polimer sintetis pertama yang dipelajari Carothers pada tahun 1930-an tetapi awalnya dikesampingkan karena terlalu mudah dihidrolisis; kemampuan hidrolisis yang sama kemudian membuatnya berharga, dengan benang bedah yang dapat diserap dan sistem pelepasan terkontrol yang dikembangkan sejak tahun 1970-an dan bioplastik skala besar seperti asam polilaktat dikomersialkan seiring dengan meningkatnya kekhawatiran akan persistensi plastik.

Key figures

• Wallace Carothers
• Robert Langer

Seminal works

• young2011
• odian2004

Frequently asked questions

Apakah setiap polimer berbasis bio dapat terurai secara hayati?

Tidak. Asal dan kemampuan degradasi bersifat independen. Polietilena berbasis bio yang terbuat dari etilena turunan tumbuhan secara kimiawi identik dengan polietilena biasa dan tidak terurai secara hayati, sementara beberapa poliester turunan minyak bumi memang terurai.

Mengapa poliester merupakan polimer biodegradabel yang umum?

Ikatan esternya rentan terhadap hidrolisis dan pemutusan enzimatik, sehingga tulang punggungnya dapat dipecah menjadi fragmen kecil yang dapat dimetabolisme. Hal ini membuat poliester alifatik seperti asam polilaktat dapat dikomposkan dan berguna sebagai bahan medis yang dapat diserap.