Biologiczne tworzywa sztuczne

6 Dec 2016 14:45

Coraz bardziej zyskują na znaczeniu nowego rodzaju materiały przeznaczone do produkcji opakowań - biologiczne tworzywa sztuczne, produkowane na bazie roślinnej lub zwierzęcej. Ma to istotne znaczenie dla spełnienia coraz ostrzejszych wymagań stawianych przez ekologię, gdyż, w odróżnieniu od tworzyw chemicznych, te nowe materiały podlegają biologicznemu rozkładowi, a więc nie zanieczyszczają środowiska. Ten interesujący temat został obszernie omówiony w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Flexo+Tief-Druck” nr 2/2006. Surowce oparte na zastosowaniu polimerów można przetwarzać na różnorodne produkty za pomocą wszystkich metod znanych w przemyśle chemicznym czy w branży przetwórstwa tworzyw sztucznych. Podstawowa różnica między konwencjonalnymi polimerami wytwarzanymi z surowców kopalnych a polimerami rozkładającymi się biologicznie polega na tym, że te ostatnie mogą zostać rozłożone pod działaniem grzybów lub bakterii. Inną ich charakterystyczną cechą jest produkowanie z surowców odnawialnych. Pewne jest, że udział tych „biologicznych tworzyw sztucznych” będzie nadal rosnąć, zwiększać się też będzie asortyment zastosowań. Istnieje ku temu wiele przesłanek, jak np. wzrastające wymagania odnośnie do ochrony środowiska naturalnego czy rosnące ceny surowców. Odnawialne surowce będą w przyszłości przejmować funkcje dziś jeszcze dominujących surowców kopalnych, przy czym biotechnologia będzie odgrywać ważną rolę. Biologicznie rozkładające się tworzywa mogą być produkowane za pomocą różnych technologii zarówno z odnawialnych surowców pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego, jak i z surowców kopalnych. Na rynku istnieje już cały szereg różnorodnych typów biologicznych tworzyw sztucznych, z których można wytwarzać produkty podlegające kompostowaniu. Przykładem tego rodzaju biologicznych tworzyw wykonanych z surowców odnawialnych są poliestry, jak kwas polimlekowy czy polihydroksyalkanoat, są też materiały produkowane ze skrobi czy celulozy. W tym celu mogą być wykorzystane nawet odpady z przemysłu spożywczego; przykład to biologiczne tworzywo sztuczne wytwarzane z produktów ubocznych powstałych przy obróbce ziemniaków. Właściwość biologicznego rozkładu jest jednak zawsze rezultatem składu chemicznego, a nie zastosowanych surowców. Dlatego też oprócz materiałów na bazie surowców odnawialnych są też biologicznie rozkładające się surowce pozyskiwane z ropy naftowej. Jakkolwiek wzajemnie pokrewne, biologicznie rozkładane tworzywa ze względu na swą chemiczną strukturę mają właściwości techniczne różniące je od tworzyw konwencjonalnych i dzięki temu szczególnie nadają się do określonych zastosowań. Przykładem mogą być właściwości przepuszczania, które są pożądane nie tylko w „oddychającej” odzieży sportowej, lecz także pozwalają na przedłużenie świeżości pieczywa. Biologicznie rozkładające się tworzywa mają częściowo wyższą przepuszczalność pary wodnej. Ze względu na tę właściwość można zrezygnować z perforacji przy opakowaniach z folii wykonanej z mieszaniny skrobi, gdyż także bez tej perforacji uzyskuje się optymalną zawartość wilgotności, niezbędną przy świeżo zapakowanych owocach czy warzywach. Jest więc jasne, że zastosowanie biologicznie rozkładających się tworzyw jest determinowane nie tylko przez ich charakterystyczne właściwości dotyczące gospodarki odpadami (biologiczny rozkład), gdyż inaczej znalazłyby zastosowanie wyłącznie w wąskich dziedzinach, jak np. worki na odpady czy folie stosowane w agrotechnice. Tworzywa oparte na polimerach (zarówno tradycyjnych, jak i biologicznych) mogą być przetwarzane na rozmaite produkty za pomocą metod znanych w przemyśle. Ich stosowanie na rynku w postaci opakowań lub włókien ciągle się rozszerza i obecnie biologicznie rozkładające się tworzywa uważane są za bardzo interesującą i oczekiwaną nowość o wielu możliwościach zastosowania. Zależnie od potrzeby materiały wyjściowe są modyfikowane przez mieszanie. Istnieją więc kombinacje różnych tworzyw biologicznych lub ich kombinacje z papierem i kartonem, które mogą być zadrukowane, zaopatrzone w etykiety albo w warstwę kleju. Najważniejszym warunkiem przy tego rodzaju kombinacjach jest zawsze zachowanie zdolności do biologicznego rozkładu i zdolności do kompostowania, które muszą być zachowane w produkcie końcowym. W tym celu zostały opracowane odpowiednie certyfikaty, do przestrzegania których zobowiązali się wszyscy producenci tego rodzaju tworzyw. Rynek opakowań jest największym segmentem dla przemysłu tworzyw sztucznych. Dzięki wysokiemu udziałowi (ok. 30%) w całkowitym zużyciu w UE i ze względu na dużą ilość produktów o krótkiej żywotności z różnymi rodzajami zastosowania jest on bardzo interesujący dla producentów tworzyw biologicznie rozkładających się. Oprócz opakowań zbiorczych interesujące są dla nich także bezpośrednie opakowania sprzedawanych produktów szczególnie w zastosowaniu do owoców, warzyw i innych świeżych produktów, powszechnie sprzedawanych w dużych ilościach w sklepach, supermarketach itp. Do opakowań stosowane są różne typy folii. Oprócz woreczków i torebek na zakupy sprzedawane są w coraz większych ilościach technicznie bardziej wymagające opakowania np. typu blister, worki z tkanin czy opakowania typu flowpack. Również w tym przypadku tworzywa rozkładające się wykazują swoje zalety, i tak np. wysoka przepuszczalność pary wodnej przez folie z mieszanin skrobi zapewnia dłuższe utrzymywanie świeżości owoców i warzyw. Po upływie okresu trwałości produkt spożywczy może być wraz z opakowaniem skutecznie utylizowany przez kompostowanie. Podobnie produkty mleczne mogą być pakowane w opakowania biologicznie rozkładające się (np. pojemniki na jogurt, margarynę oraz powlekane papiery do pakowania masła i tłuszczów). Zdolność do kompostowania absolutnie nie ogranicza przydatności do użytku krótkotrwałych produktów opakowaniowych. Po zużyciu opakowania ta metoda utylizacji daje dodatkową zaletę: resztki produktu spożywczego pozostałe na opakowaniu nie utrudniają kompostowania. W postaci tworzyw biologicznie rozkładanych po raz pierwszy udało się opracować grupę materiałów ukierunkowanych na powtórne wykorzystanie lub utylizowanie, nadających się do przemysłowego zastosowania. Dla wykorzystania zużytych produktów wykonanych z tworzyw biologicznych ważne są dwie istotne właściwości: biologiczne rozkładanie się lub zdolność do kompostowania oraz stosowanie do ich produkcji odnawialnych surowców naturalnych. W przypadku tego rodzaju tworzyw możliwe jest wykorzystanie biologicznych metod do przetwarzania odpadów przez kompostowanie lub odfermentowanie (pozyskiwanie biogazu), niezależnie od pochodzenia surowców. Poza tym biologicznie rozkładane tworzywa mogą być też spalane, gdyż mają wysoką wartość opałową. Przy kompostowaniu tworzy się dodatkowo biomasa, która może być wykorzystana jako nawóz. Przy spalaniu powstają popiół oraz energia cieplna. W zależności od istniejącej struktury utylizacji stosuje się jedną z tych metod, gdyż decydują o tym grupa produktów i region. Celem jest zawsze ekonomiczna, kompletna utylizacja, odpowiadająca wymaganiom ekologii i ustawom o gospodarce odpadami. Biologicznie rozkładające się tworzywa mają wiele wyróżniających je cech funkcjonalnych; ich rozwój jest jednak dopiero w stadium początkowym i na pewno nie znamy jeszcze wszystkich ich możliwości. Mimo że te tworzywa są znane od blisko 10 lat, to dotychczas były stosowane głównie do produkcji worków na odpady i materiału wypełniającego bazującego na skrobi. Ze względu na rozszerzające się ich stosowanie producenci zamierzają powiększać zdolności produkcyjne (obecnie na świecie ok. 250 000 ton rocznie) do 500 000 ton w roku 2007. Przy aktualnej tendencji wzrostowej przewiduje się, że w 2010 roku ich światowa produkcja wyniesie 1 mln ton rocznie. Opracowanie: ZZ