Tworzywa Biodegradowalne – „Nowe Stare” Tworzywo

04 listopada 2021
Od czasów otrzymania pierwszych polimerów syntetycznych rozwój technologii koncentrował się na doskonaleniu metod syntezy pod kątem produkcji tworzyw sztucznych odznaczających się wysoką trwałością, dobrymi właściwościami użytkowymi oraz odpornością na działanie czynników chemicznych i fizycznych oraz dużą odpornością na warunki środowiskowe.

 

W ostatnich latach ze względu na zwiększającą się ilość odpadów z tworzyw i eskalację problemów z ich zagospodarowaniem rozpoczęto prace nad otrzymaniem nowych biodegradowalnych materiałów polimerowych. Materiały takie powinny wykazywać właściwości użytkowe klasycznych tworzyw sztucznych otrzymanych metodami konwencjonalnymi, a równocześnie ulegać rozpadowi (utylizacji) na przykład w wyniku kompostowania. Obecnie na świecie dokonał się postęp w dziedzinie produkcji tego typu materiałów, które określa się mianem materiałów biodegradowalnych nowej generacji. Są one otrzymywane na skalę przemysłową zarówno z surowców odnawialnych jak i nieodnawialnych (ropa, gaz).

Pochodzenie tworzyw polimerowych

Jednym z kryteriów podziału tworzyw jest ich źródło pochodzenia. Naturalne polimery były używane ze względu na ich właściwości chemiczne na długo przed ich poznaniem w laboratorium chemicznym: wełna, skóra i len były przetwarzane na włókna do produkcji odzieży; kości zwierząt gotowano w celu otrzymywania kleju.  Naturalne polimery obejmują:

  • białka, takie jak włosy, paznokcie,
  • celuloza w papierze i drzewach
  • skrobie z roślin, takich jak ziemniaki i kukurydza
  • DNA, kolagen
  • jedwab (białko wytwarzane przez owady)
  • naturalny kauczuk (proteiny z drzew)

Jak widać są to bardzo zróżnicowane materiały jednak jedno co je łączy to ich budowa. Wszystkie wymienione powyżej substancje są zbudowane z tzw. makrocząsteczek. Bardzo długich struktur, które powodują, że zbudowane z nich materiały mają tak ciekawe i niepowtarzalne właściwości zarówno te fizykochemiczne jak i przetwórcze.

Kolejną grupę stanowią polimery syntetyczne, czyli takie, które są wytwarzane w procesach przemysłowej syntezy. I tu również możemy dokonać podziału na pochodzenie surowców, z których są one wytwarzane:

  • Źródła odnawialne (najczęściej pochodzenia roślinnego)
  • Źródła nieodnawialne (kopalne, ropa naftowa, gaz)

Tworzywa biodegradowalne

Kolejnym jest podział tworzy na biodegradowalne i nie biodegradowalne, przy czym należy tu bardzo mocno zasygnalizować czym jest biodegradowalność, ponieważ bardzo często można spotkać w mediach opisy innowacyjnych rozwiązań biokompozytów bezpiecznych dla środowiska z racji wykorzystania do ich napełnienia odpadów z produkcji roślinnej, przy zastosowaniu zwykłego polietylenu jako osnowy tego kompozytu.

Żadne tworzywo biodegradowalne nie degraduje samo z siebie. Do zaistnienia tego procesu muszą wystąpić określone warunki, które zależne są od składu polimeru, cech geometrycznych produktu,

 

tworzywa klasyfikacja.jpg [67.91 KB]

 

Tylko tworzywa biodegradowalne pochodzące z surowców odnawialnych stanowią alternatywę dla pozostałych materiałów polimerowych. Należy jednak pamiętać jakie niebezpieczeństwo niesie za sobą stosowanie tworzyw biodegradowalnych w aplikacjach, w których najczęściej stosuje się inne tworzywa. Jest nim umieszczanie takich odpadów razem z odpadami z tworzyw sztucznych a przecież tworzywa biodegradowalne mogą być umieszczane w koszach razem z odpadami bio lub zmieszanymi.

Dlaczego tak jest. Otóż musimy odpowiedzieć na pytanie czym jest biodegradacja. Biodegradacja to zdolność materiału (tworzywa) do rozpadu pod wpływem działania warunków środowiskowych i mikroorganizmów. Jednak nie należy mylić degradacji środowiskowej tworzyw, bo takiej podlegają zwykłe ropopochodne tworzywa z biodegradacją.  Folia polietylenowa również może ulec degradacji jednak jej efektem będzie zmniejszenie masy cząsteczkowej i rozpad do postaci tzw. „mikroplastiku”. Jest on niebezpieczny, ponieważ nie stanowi pożywienia dla mikroorganizmów, a tym samym zanieczyszcza faunę i florę przedostając się do wód gruntowych oraz do organizmów żywych. Tworzyw biodegradowalne powstałe z surowców odnawialnych ulegając biodegradacji ulegają defragmentacji, przekształcając się w pożywienie dla mikroorganizmów, które w bezpieczny sposób metabolizują jej do prostych związków organicznych.

Aby proces biodegradacji był skuteczny i bezpieczny musi być spełnionych kilka bardzo ważnych warunków:

- odpady z takich tworzyw muszą być odseparowane od tworzyw z surowców nieodnawialnych, aby nie zanieczyszczać ich w procesach recyklingu co w konsekwencji spowodowałoby problemy z ich przetwórstwem (np. szybsza degradacja termiczne)

- odpady (najlepiej rozdrobnione) powinny być umieszczone w specjalnych reaktorach lub kompostownikach przemysłowych, gdzie panują odpowiednie warunki środowiskowe,

- oprócz odpadów w masie musza znajdować się mikroorganizmy, które w procesach chemicznych i biologicznych (tlenowych lub beztlenowych) rozłożą długie łańcuchy polimeru do prostych związków,

- proces musi trwać określony czas w określonej temperaturze,

Zatem jak wspomniano wcześniej materiały biodegradowalne nie degradują same z siebie. To oznacza, że planując wytwarzanie konkretnych wyrobów z tej grupy materiałów należy stworzyć dla nich cały system identyfikacji, zbiórki, segregacji, kompostowania, ponieważ niewłaściwe obchodzenie się z tą grupą materiałów może przynieść więcej szkody niż korzyści.

Najlepszym przykładem zasadności wykorzystania tworzyw biodegradowalnych sa folie rolnicze do ściółkowania upraw. Klasyczną folię PE należy po procesie wegetacji i zbiorach usunąć z pola i poddać recyklingowi. To wiąże się z ogromnymi kosztami, zbierania, kompaktowania, mycia (folia taka zwiera nawet do 50% masy zanieczyszczeń), transportu, przetwarzania. Zastosowanie folii biodegradowalnych powoduje, że po zbiorach może być ona przeorana razem z pozostałościami roślinnymi, co spowoduje intensyfikację procesu biodegradacji z jednoczesnym użyźnieniem gleby. Oczywiście ważnym czynnikiem jest odpowiedni dobór takiej folii pod względem miejsca uprawy, warunków klimatycznych czy grubości zastosowanej folii.

Autor: Eksperci GA