obiecująca przyszłość tworzyw biodegradowalnych w krajach europy Środkowej
DESCRIPTION
ÂTRANSCRIPT
This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed by the ERDF
MAPA DROGOWA – OD NAUKI DO INNOWACJI W ŁAŃCUCHU
WARTOŚCI
2
3
SPIS TREŚCI
1. PROJEKT PLASTICE 4
2. GŁÓWNE WYZWANIA DLA KRAJÓW EUROPY ŚRODKOWEJ 5
3. ROZWÓJ ŁAŃCUCHA WARTOŚCI 7
4. PRACE BADAWCZO-ROZWOJOWE 11
4.1. Charakterystyka właściwości fizycznych polimerów dostępnych na rynku 11
4.2. Charakterystyka składu i budowy cząsteczkowej dostępnych na rynku
materiałów polimerowych 12
4.3. Chemiczna modyfikacja właściwości polimerów 12
4.4. Fizyczna modyfikacja właściwości polimerów 13
4.5. Optymalizacja procesu przetwarzania polimerów biodegradowalnych 13
4.6. Wsparcie dla rozwoju przemysłowych procesów produkcyjnych 14
4.7. Badania właściwości użytkowych 15
4.8. Badanie biodegradacji i kompostowalności 16
5. KONTAKTY 17
6. SŁOWNIK POJĘĆ 18
ZAŁĄCZNIK – CASE STUDIES 23
4
1. PROJEKT PLASTICE
Realizacja projektu PLASTiCE rozpoczęła się w kwietniu 2011 roku w ramach Programu
Europa Środkowa. Bierze w nim udział trzynastu partnerów – w tym przedsiębiorstwa,
organizacje wspierające biznes oraz instytucje badawcze – z Włoch, Polski, Słowacji oraz
Słowenii. Połączenie potencjału partnerów projektu miało na celu określenie przeszkód w
rozwoju łańcucha wartości tworzyw zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju oraz
promocję takich tworzyw. Szczególnie dotyczy to tworzyw biodegradowalnych.
Głównym celem projektu jest „określenie ram do działań na rzecz rozwoju rynku tworzyw
biodegradowalnych w krajach Europy Środkowej jako innowacyjnego obszaru testowego
dla nowych zastosowań produktu w wybranych sektorach przemysłu”. Sektor przemysłowy
o największym potencjale bezpośredniego wykorzystania tworzyw biodegradowalnych to
opakowania (opakowania żywności, siatki i wyroby spienione). Branża ta obejmuje
produkcję worków do zbiórki i kompostowania zielonych odpadów oraz toreb używanych
do pakowania towarów w supermarketach, które to torby podlegają coraz ostrzejszej
kontroli pod kątem wymagań ochrony środowiska. Tworzywa biodegradowalne mogą być
również wykorzystane do produkcji innych wyrobów jednorazowych (talerze i miski, kubki
do zimnych napojów, sztućce) lub wyrobów do specjalnych zastosowań (akcesoria
sportowe, rolnictwo), a ich użycie nie ogranicza się do wymienionych sektorów.
Celem niniejszego opracowania „mapy drogowej” jest wsparcie w Europie Środkowej
współpracy instytucji badawczych oraz przedsiębiorstw w dziedzinie konkretnych
zastosowań przyjaznych środowisku tworzyw biodegradowalnych. Stanowiąca połączenie
wiedzy i kompetencji właściwych instytucji mapa prowadzi producentów przez cały proces:
od badań po komercjalizację nowych przyjaznych dla środowiska biodegradowalnych
tworzyw oraz ich zastosowanie. Przytoczone studia przypadku ilustrują zaś istotne kwestie,
jakie należy brać pod uwagę, rozpoczynając produkcję tworzyw biodegradowalnych i
wyrobów z nich wykonanych.
Dokument ten został opracowany w ramach Pakietu Zadaniowego WP3 projektu Rozwój
innowacyjnej środokowoeuropejskiej sieci tworzyw przyjaznych środowisku (PLASTiCE),
współfinansowanego w ramach Programu Europa Środkowa przez Europejski Fundusz
Rozwoju Regionalnego.
5
2. GŁÓWNE WYZWANIA DLA KRAJÓW EUROPY ŚRODKOWEJ
Przemysł tworzyw w Unii Europejskiej to ponad 59 000 przedsiębiorstw – głównie małych i średnich
– generujących obroty ok. 300 miliardów euro rocznie.1 Mimo że kryzys gospodarczy w Unii z lat
2008–2012 negatywnie wpłynął na wyniki wielu sektorów przemysłu, rynek tworzyw Europy
Środkowej po dwuletnim okresie spadku ponownie dynamicznie wzrasta. W ostatnich trzech latach w
sektorze tym obserwowaliśmy rozmaite fuzje i przejęcia, ale także wzrost szans rynkowych nowych
zastosowań w branżach samochodowej i lotniczej, medycynie, elektronice oraz AGD. Z względu na
kwestie ekologiczne, zagospodarowanie odpadów z tworzyw sztucznych w dalszym ciągu stanowi
jednak przedmiot zainteresowania europejskich decydentów. Tworzywa są obecne w niemal
wszystkich zastosowaniach, a popyt na nie z każdym rokiem wzrasta. Stanowi to wyzwanie dla
gospodarki odpadami i znacząco wpływa na środowisko, bowiem tylko niewielka część odpadów z
tworzyw podlega recyklingowi.
W marcu 2013 roku Komisja Europejska opracowała „ZIELONĄ KSIĘGĘ w sprawie europejskiej
strategii dotyczącej odpadów z tworzyw sztucznych w środowisku”2, stanowiącą część szerszego
europejskiego prawodawstwa dotyczącego odpadów. Do czasu opracowania dokumentu odpady te
zostały uwzględnione jedynie w Dyrektywie 94/62/EC w sprawie opakowań i odpadów
opakowaniowych, która ustanawia konkretne środki związane z recyklingiem odpadów z
gospodarstw domowych. Istotny krok w kierunku odpowiedzialności producenta za gospodarkę
odpadami stanowi natomiast Dyrektywa Komisji Europejskiej w sprawie odpadów 2008/98/EC
(artykuł 8). W roku 2011 europejski przemysł tworzyw wystąpił z ideą wprowadzenia zasady zero
tworzyw na składowiskach do roku 2020. Jeżeli Komisja Europejska i rządy zdecydują się na jej
przyjęcie, będzie to poważne wyzwanie dla krajów Europy Środkowej, gdzie znaczna część
odpadów z tworzyw trafia na składowiska.
Światowa Rada Biznesu na Rzecz Zrównoważonego Rozwoju przewiduje, że aby sprostać popytowi
na produkty z tworzyw i ich zastosowania, potrzebny byłby cztero-, a wręcz dziesięciokrotny wzrost
efektywności wykorzystania zasobów naturalnych do roku 20503. Obecnie tanie tworzywowe
gadżety, nietrwałe zabawki, torby na zakupy oraz inne jednorazowe produkty są często dostępne po
cenach niewspółmiernych do ich kosztów środowiskowych4. System odzwierciedlający rzeczywiste
koszty środowiskowe, od wydobycia surowców po produkcję, dystrybucję i unieszkodliwianie, byłby
pomocny w opracowaniu nowych rozwiązań, na przykład wprowadzaniu tworzyw
biodegradowalnych.
Chociaż Europa rozumiana jako całość była w ostatniej dekadzie globalnym liderem w dziedzinie
tworzyw biodegradowalnych, także Stany Zjednoczone i kraje azjatyckie dynamicznie rozwijają
możliwości ich zastosowania. Europa Środkowa w dalszym ciągu pozostaje w tyle, jeśli chodzi o
1 Plastics – the Facts 2012, An analysis of European plastics production, demand and waste data for 2011, PlasticsEurope, 2012, page 3
2 Green Paper “On a European Strategy on Plastic Waste in the Environment”, Brussels, 7.3.2013, COM(2013) 123 final
3 Communication from the Commission to the European parliament, the council, the European Economic and Social
Committee and the Committee of the Regions, Roadmap to a Resource Efficient Europe, Brussels, 20.9.2011, COM(2011) 571 final, page 2
4 Green Paper “On a European Strategy on Plastic Waste in the Environment”, Brussels, 7.3.2013, COM(2013) 123 final, page 15
6
troskę o produkcję i stosowanie tworzyw biodegradowalnych. Zaangażowani w projekt PLASTiCE
pionierzy z obszaru przemysłu zwrócili uwagę na następujące przeszkody:
należy poprawić właściwości funkcjonalne tworzyw biodegradowalnych;
istotne jest zdobywanie know-how w zakresie przedłużenia dopuszczalnego czasu
przechowywania opakowań biodegradowalnych;
proces przejścia od tworzyw tradycyjnych do biodegradowalnych winien być lepiej
zarządzany, we współpracy z partnerami zewnętrznymi, m.in. dostawcami
materiałów oraz instytutami badawczymi;
systemowi zagospodarowania odpadów winna towarzyszyć infrastruktura
wspomagająca segregację i oddzielanie tworzyw biodegradowalnych od
konwencjonalnych.
Zgodnie z przewidywaniami Global Industry Analysts Inc., globalny rynek polimerów
biodegradowalnych może osiągnąć do roku 2017 wartość 1,1 miliona ton5. Wspierając rozwój
tworzyw biodegradowalnych, w swoim dokumencie Plan działań na rzecz Europy efektywnie
korzystającej z zasobów („mapa drogowa”) Komisja Europejska postawiła istotny kamień milowy:
Przed rokiem 2020 odkrycia naukowe i nieustanne wysiłki na rzecz innowacji znacznie poprawiły
sposób, w jaki rozumiemy pojęcie wartości zasobów, zarządzamy nimi, użytkujemy je, odzyskujemy,
zastępujemy i chronimy. Stało się to możliwe dzięki intensyfikacji inwestycji, spójności w
podejmowaniu społecznych wyzwań efektywnego wykorzystania zasobów, zmianie klimatu oraz
korzyściom wynikającym inteligentnych specjalizacji i współpracy w europejskiej przestrzeni
badawczej.6 W latach 2014–2020 Komisja Europejska skupi, więc w swoich rękach kwestie
finansowania prac badawczych, między innymi wspierania innowacyjnych rozwiązań w dziedzinie
tworzyw biodegradowalnych.
Biorąc pod uwagę powyższe zagadnienia, głównym motorem rozwoju łańcucha wartości tworzyw
biodegradowalnych w Europie Środkowej są: wzrastające zapotrzebowanie na opakowania i
produkty jednorazowe, większa świadomość użytkowników końcowych, presja związana z zakazami
składowania odpadów tworzywowych, nieprzewidywalność cen ropy w następnej dekadzie oraz
postęp technologiczny w dziedzinie polimerów biodegradowalnych.
Mapa drogowa łańcucha wartości koncentruje się na przyjaznych dla środowiska tworzywach
biodegradowalnych, szczególnie polimerach kompostowalnych (zgodnych z normami EN13432,
EN 14995, ASTM D6400, ASTM D6868, ISO17088, AS 4736, AS 5810 oraz ISO 18606),
projektowanych z myślą o kompostowaniu w warunkach tlenowych instalacji komunalnych i
przemysłowych, bazujących na zasobach odnawialnych oraz nieodnawialnych, stosowanych w
opakowaniach, cateringu lub rolnictwie i dostępnych na rynku europejskim na średnią lub dużą skalę.
5 Biodegradable polymers. A global strategic business report, 2012 (www.strategyr.com)
6 Communication from the Commission to the European parliament, the council, the European Economic and Social Committee and the Committee
of the Regions, Roadmap to a Resource Efficient Europe, Brussels, 20.9.2011, COM(2011) 571 final, page 9
7
3. ROZWÓJ ŁAŃCUCHA WARTOŚCI
Jeśli chodzi o strukturę łańcucha wartości tworzyw biodegradowalnych, jest ona
porównywalna z analogicznym łańcuchem tworzyw tradycyjnych. W przypadku tych
ostatnich większą uwagę zwraca się jednak na procesy recyclingu i wtórnego użycia,
podczas gdy w przypadku tworzyw biodegradowalnych pod uwagę brane są procesy ich
rozkładu i kompostowania.
Na każdym etapie łańcucha wartości pokonać należy konkretne przeszkody w pracach
badawczo-rozwojowych.
Przedsiębiorstwa planujące rozpoczęcie produkcji tworzyw biodegradowalnych lub
modyfikację aktualnych procesów pod kątem tych tworzyw i ich zastosowań, staną
prawdopodobnie przed koniecznością zmierzenia się z poniższymi kwestiami. Mapa
drogowa stanowi podstawowy zestaw odpowiedzi na najważniejsze pytania. Aby uzyskać
więcej informacji, należy skontaktować się z krajowym punktem informacyjnym.
Instytucje badawcze
Do
sta
wcy
suro
wcó
w
Pro
duce
nci
i p
rze
twó
rcy
tw
orz
yw
b
iod
eg
rad
ow
aln
ych
Przemysł (opakowania
żywności, kosmetyków i
leków…)
Dystrybutorzy, sprzedawcy detaliczni opakowań biodegradowalnych
Europejskie dyrektywy dotyczące gospodarki odpadami
Krajowe prawo dotyczące gospodarki odpadami
Systemy certyifkacji
Po
no
wn
e
wy
korzy
stan
ie
i recy
kling
K
om
po
stow
an
ie
Organizacje publiczne i non-profit odpowiedzialne za kampanie społeczne, szkolenia i doradztwo
Prz
etw
órc
y t
wo
rzy
w
szty
wn
ych
lub
gię
tkic
h
Dystrybutorzy, sprzedawcy
detaliczni produktów w opakowaniach
biodegradowalnych
Uży
tkow
nicy
Charakterystyka
polimerów
dostępnych na
rynku
Modyfikacja
chemicznych i
fizycznych
właściwości
polimerów
Przet-
wórstwo
polimerów
Zaprojektowani
e efektywnych
warunków
produkcji
przemysłowej
Właściwości
użytkowe
tworzyw
biodegradow
alnych
Badania
biodegradacji
i kompostow-
alności
8
Pytanie 1.: Jakie polimery biodegradowalne
będą najwłaściwsze w przypadku mojej
obecnej technologii przetwórstwa?
Należy wziąć pod uwagę właściwości
fizyczne polimerów dostępnych na rynku.
Takie działania obejmują ocenę stabilności
termicznej, temperatury mięknienia oraz
właściwości mechanicznych.
Pozwoli to wybrać na rynku polimer
najbardziej właściwy ze względu na obecną
technologię przetwórstwa oraz
przewidywane zastosowania.
Więcej informacji znaleźć można na stronie
11.
Można również wziąć pod uwagę skład
oraz strukturę molekularną polimerów do
konkretnych zastosowań.
Pytanie 2.: W jaki sposób upewnić się,
że wybrany biodegradowalny materiał
polimerowy ma cechy właściwe dla danego
zastosowania? Które parametry należy mieć
na uwadze, by zagwarantować jakość
produktu oraz biodegradowalność na końcu
cyklu życia? W jaki sposób zweryfikować
powtarzalność właściwości dostarczanego
materiału polimerowego?
Powinno się wziąć pod uwagę skład
oraz budowę cząsteczkową polimerów do
konkretnych zastosowań.
Działania takie obejmują ocenę właściwości
produktów końcowych, określenie rodzaju
zanieczyszczeń wpływających na
przetwórstwo materiału oraz zawartość i
rodzaj wypełniacza.
Pozwoli to wybrać materiał polimerowy
właściwy do danego zastosowania oraz
zagwarantuje, że dostarczona przez
dostawcę partia materiału spełni
oczekiwane standardy jakości.
Jednocześnie da wiedzę na temat
konkretnych warunków przechowywania
(wilgotność, światło słoneczne i
temperatura) oraz warunków przetwarzania
wybranych materiałów polimerowych, a
także warunków przechowywania
produktów bazujących na tych materiałach.
Zdobędzie się w ten sposób informacje o
frakcji produktu nie nadającej się do
recyklingu.
Więcej informacji znaleźć można na stronie
12.
Pytanie 3.: W jaki sposób chemicznie
dostosować własności dostępnych
materiałów polimerowych do konkretnych
potrzeb produkcyjnych?
Należy rozważyć chemiczne
zmodyfikowanie właściwości polimerów.
Działania takie obejmują zastosowanie
przedłużaczy łańcucha, wprowadzenie
polimerów funkcjonalnych oraz modyfikację
powierzchni produktu (na przykład folia
ułatwiająca zadruk).
Pozwoli to na dopasowanie własności
materiału do konkretnych wymagań.
Więcej informacji znaleźć można na stronie
12.
Można również rozważyć projekt
badawczy, który może doprowadzić do
opatentowania procesu.
9
Pytanie 4.: W jaki sposób fizycznie
dostosować własności dostępnych
materiałów polimerowych do konkretnych
potrzeb?
Należy rozważyć zmodyfikowanie
właściwości poprzez zastosowanie metod
fizycznych.
Obejmuje to tworzenie wieloskładnikowych
materiałów przez dodanie plastyfikatorów,
kompatybilizatorów, wypełniaczy (najlepiej
biodegradowalnych) lub mieszanie z innym
polimerem biodegradowalnym.
Pozwoli to na dopasowanie właściwości
materiału do konkretnych wymagań, w tym
na obniżenie ceny materiału.
Więcej informacji znaleźć można na stronie
13.
Można również rozważyć konkretne prace
badawcze ukierunkowane na zasadniczą
poprawę parametrów przetwórstwa,
ostatecznych własności oraz zachowania się
materiału w danym zastosowaniu.
Pytanie 5.: Co należy zrobić, jeśli pojawią
się problemy w trakcie przetwarzania na linii
produkcyjnej?
Winno się rozważyć zoptymalizowanie
przetwórstwa polimerów
biodegradowalnych.
Działania takie obejmują zidentyfikowanie
najwłaściwszych zakresów temperatur na
każdym etapie produkcji. W większości
przypadków problemy przetwórcze dotyczą
niskiej stabilności termicznej tworzyw
biodegradowalnych. Jeżeli temperatura
przetwórstwa jest wyższa niż temperatura
krytyczna, materiał może ulec degradacji,
prowadzącej do obniżenia masy molowej i
spadku lepkości. Można rozważyć
obniżenie temperatury przetwarzania lub
skrócenie czasu przebywania w
urządzeniach przetwórczych. Jeżeli jest to
niemożliwe (np. temperatura topnienia
materiału jest zbyt wysoka), zaleca się
badania aplikacyjne, w tym stosowanie
stabilizatorów, przedłużaczy łańcucha,
plastyfikatorów lub innych metod
ograniczających niekorzystny wpływ
degradacji.
Pozwoli to na korzystanie z dostępnych
urządzeń w ich obecnym stanie lub z
niewielkimi modyfikacjami technologii, bez
potrzeby inwestowania w całą nową linię
produkcyjną.
Więcej informacji znaleźć można na stronie
13.
Można również rozważyć badania
stosowane prowadzące do opracowania
odpowiedniej technologii przetwarzania
konkretnego materiału biodegradowalnego
na wybranych maszynach i przy ustalonych
parametrach.
Pytanie 6.: W jaki sposób dostosować
parametry produkcyjne danego procesu
technologicznego?
Winno się rozważyć wsparcie rozwoju
procesów przemysłowego wytwarzania
danego produktu.
Działania takie obejmują badanie tworzywa
biodegradowalnego w laboratoryjnych
warunkach produkcji, badania pilotażowe
nowych produktów i szybką modyfikację
parametrów technicznych procesu.
Pozwoli to ograniczyć ryzyko
niepowodzenia oraz zminimalizować koszty
produktu na początkowym etapie.
Więcej informacji znaleźć można na stronie
14.
10
Pytanie 7.: W jaki sposób uzyskać wgląd we
właściwości funkcjonalne
biodegradowalnego wyrobu?
Należy rozważyć analizę właściwości
funkcjonalnych wyrobu w konkretnych
obszarach jego zastosowania.
Dotyczy to: określenia właściwości
polimerów w trakcie procesu starzenia,
właściwości barierowych materiałów
polimerowych (przepuszczalność gazów),
właściwości termo-mechanicznych
materiałów polimerowych, wytrzymałości i
trwałości.
Pozwoli to zaoferować klientowi wyrób
spełniający konkretne wymagania
dotyczące transportu, magazynowania,
czasu przechowywania, a także
kompostowania.
Więcej informacji znaleźć można na stronie
15.
Pytanie 8.: Jak potwierdzić, że dany produkt
jest kompostowalny zgodnie z normami
dotyczącymi kompostowania
przydomowego i przemysłowego?
Należy rozważyć badania dotyczące
biodegradacji i kompostowalności.
Działania takie winny obejmować określenie
zawartości metali ciężkich, badanie
dezintegracji, fragmentacji i ekotoksyczności
(uprawa roślin na uzyskanym kompoście).
Pozwoli to uzyskać informacje, czy wyrób
będzie spełniał wymogi certyfikacji i
otrzymania odpowiednich symboli lub
znaków. To zaś stanowi podstawę do
informowania konsumentów o tym czy
produkt jest kompostowalny.
Więcej informacji można znaleźć na stronie
16.
Pytanie 9.: W jaki sposób określić zawartość
procentową odnawialnego/biogenicznego
węgla w produkcie?
Należy rozważyć określenie zawartości
elementów biopochodnych zgodnie z normą
ASTM D6866.
Działanie takie obejmuje określenie
zawartości węgla organicznego oraz
zawartości węgla odnawialnego/
biogenicznego, za pomocą opisanych w
normie ASTM D6866 metod bazujących na
badaniu zawartości izotopu 14C.
Pozwoli to uzyskać informacje dotyczące
zawartości procentowej substancji
biopochodnych w materiale, istotne dla
certyfikacji oraz działań marketingowych i
promocji wyrobów jako zgodnych z zasadą
zrównoważonego rozwoju.
11
4. PRACE BADAWCZO-ROZWOJOWE
Rozdział ten stanowi przegląd działań badawczo-rozwojowych, które należy wziąć pod
uwagę przy rozważaniu rozwoju i produkcji polimerów biodegradowalnych, produkcji
wyrobów z tworzyw biodegradowalnych lub przy planowaniu opakowań
biodegradowalnych dla produktów.
4.1. Charakterystyka właściwości fizycznych polimerów dostępnych na rynku
Chcąc… …należy rozważyć następującą działalność
badawczą
…aby uzyskać więcej
informacji na temat…
Orientacyjny
czas dostawy
dobrać polimer o
odpowiednich
właściwościach w
zakresie
stabilności
termicznej
Analiza stabilności cieplnej (temperatura
rozkładu) materiałów jedno- lub
wieloskładnikowego (analiza
termograwimetryczna w zakresach
temperatur od pokojowej do 900°C w
atmosferze gazów obojętnych lub
powietrzu)
zakresu temperatur, w
którym polimer może być
bezpiecznie przetwarzany
3 dni
(jedna
próbka)
7–14 dni
(do 10
próbek)
uzyskać wiedzę
na temat
przebiegu
degradacji
termicznej
danego polimeru
Analiza stabilności cieplnej substancji
lotnych i spektrometria mas (przy
zastosowaniu TGA-MS w zakresach
temperatur od pokojowej do 900°C) oraz
zmian masy molowej (GPC)
związanych z degradacją
frakcji uwalnianych przez
polimer w trakcie obróbki
termicznej
3 dni
(jedna
próbka)
7–14 dni
(do 10
próbek)
ocenić konkretną
temperaturę
mięknienia
polimeru
Analiza przemiany cieplnej (temperatura
zeszklenia, krystalizacji, topnienia, z oceną
temperatury przejścia oraz przyrostów
ciepła właściwego, entalpie krystalizacji i
topnienia, różnicowa kalorymetria
skaningowa w zakresach temperatur od -
100°C do 250°C przy chłodzeniu płynnym
azotem), 2 cykle dla próbki
okna temperatury
przetwarzania, ustawienia
parametrów
przetwarzania oraz zakres
temperatur użytkowania
przetwarzanego elementu
14–30 dni
(zależnie od
ilości próbek)
zweryfikować
właściwości
mechaniczne
materiału
polimerowego
Ocena właściwości mechanicznych w
temperaturze pokojowej (współczynnik
sprężystości, naprężenia i wydłużenia na
granicy plastyczności i złamania w próbie
rozciągania z analizą statystyczną wyników
dla co najmniej 8 powtórzeń)
zachowania się materiału
w kategorii
wytrzymałości, sztywności
i odkształcalności
14–35 dni
(zależnie od
ilości próbek)
zweryfikować
właściwości
termo-
mechaniczne
materiału
polimerowego w
określonych
warunkach
Ocena relaksacji lepkosprężystej
(dynamiczna analiza mechaniczna w trybie
jedno- lub wieloczęstotliwościowym, w
zakresie temperatur od -150°C do 250°C)
zachowania się materiału
w dłuższym okresie
(potencjalne starzenie się),
reakcja materiału na
odkształcenie wibracyjne.
21–30 dni
określić, czy
frakcja polimeru
jest krystaliczna
Oznaczanie stopnia krystaliczności (metodą
szerokokątowej proszkowej dyfrakcji
rentgenowskiej)
zależności zachowania się
materiału w stanie stałym
od stopnia krystaliczności
14 dni
12
4.2. Charakterystyka składu i budowy cząsteczkowej dostępnych na rynku
materiałów polimerowych
4.3. Chemiczna modyfikacja właściwości polimerów
Chcąc… …należy rozważyć następującą działalność
badawczą
…aby uzyskać więcej
informacji na temat…
Orientacyjny
czas dostawy
uzyskać wgląd w
skład materiałów
nierozpuszczalny
ch lub
usieciowanych
Określenie własności w stanie stałym przy
zastosowaniu spektroskopii w podczerwieni
(FTIR, spektroskopia w podczerwieni z
transformatą Fouriera)
rodzaju polimeru i grup
funkcyjnych obecnych w
materiale polimerowym
7–14 dni
sprawdzić, czy w
materiale jest
wypełniacz
Charakterystyka rozpuszczalności materiału
i oznaczenie zawartości procentowej
polimeru w tworzywie
zawartości i rodzaju
nierozpuszczalnego
wypełniacza
7–21 dni
uzyskać wgląd w
skład
rozpuszczalnej
frakcji materiału
Charakterystyka polimeru w tworzywie
przez NMR (spektroskopia magnetycznego
rezonansu jądrowego)
budowy chemicznej
wybranego polimeru
(statystyczna zawartość
poszczególnych jednostek)
7–21 dni
określić, czy
materiał
polimerowy ma
masę
cząsteczkową
odpowiednią dla
danego
zastosowania
Ocena masy cząsteczkowej polimeru przez
zastosowanie techniki GPC (chromatografia
żelowa)
masy molowej, stopnia
dyspersji masy molowej,
jak również stopnia
rozgałęzienia
7–21 dni
zidentyfikować
dodatki
organiczne w
tworzywie
Analiza dodatków przez zastosowanie
spektrometrii mas (LCMS-IT-TOF hybrydowy
spektrometr mas)
budowy chemicznej
dodatków organicznych 7–21 dni
określić, czy PHA
stanowi
mieszaninę czy
jest kopolimerem
Analiza sekwencyjna dotycząca PHA przy
zastosowaniu techniki NMR i spektrometrii
mas
chemicznej
homogeniczności próbki
PHA
7–21 dni
Chcąc… …należy rozważyć następującą działalność
badawczą
…aby uzyskać więcej
informacji na temat…
Orientacyjny
czas dostawy
uzyskać wiedzę o
ostatecznych
właściwościach i
parametrach
procesu
Określenie właściwości fizycznych
materiałów polimerowych
własności mechanicznych,
lepkości, krzywych
płynięcia,
przepuszczalności gazów i
łatwopalności materiału
3–14 dni
określić
możliwości
zmiany
właściwości
materiału
dostępnego na
rynku
Modyfikacja polimerów dla osiągnięcia
konkretnych właściwości: sieciowanie
polimerów dla lepszej odporności na
działanie rozpuszczalników
opracowania materiału
zmodyfikowanego
zgodnie z konkretnymi
wymaganiami
30 dni
(do dwóch lat
w przypadku
konkretnych
badań
stosowanych)
określić
możliwości
osiągania
specjalnych
właściwości
powierzchni
Modyfikacja polimerów dla uzyskania
odpowiednich właściwości: zwiększonej
polarności powierzchni polimeru dla
zwiększenia możliwości zadruku,
przyczepności i stabilności termicznej lub
opracowania konkretnych,
odpowiadających
wymaganiom własności
powierzchniowych
materiału
30 dni
(do dwóch lat
w przypadku
konkretnych
badań
13
4.4. Fizyczna modyfikacja właściwości polimerów
4.5. Optymalizacja procesu przetwarzania polimerów biodegradowalnych
Chcąc… …należy rozważyć następującą działalność
badawczą
…aby uzyskać więcej
informacji na temat…
Orientacyjny
czas dostawy
zmienić
właściwości
poprzez
zastosowanie
dodatków
niskocząsteczkow
ych
Modyfikacja własności konkretnego
polimeru poprzez dodatki
niskocząsteczkowe, na przykład
plastyfikatory, przedłużacze łańcucha,
stabilizatory lub poprzez zmieszanie z
niewielką ilością innego polimeru dla
osiągnięcia pożądanych własności
opracowania
materiału zgodnego z
konkretnymi
wymaganiami
30 dni
(do dwóch lat w
przypadku
konkretnych
badań
stosowanych)
zmienić
właściwości
poprzez
mieszanie z innymi
polimerami
Mieszanie dwóch polimerów powyżej ich
stopnia mieszalności, pożądane
właściwości uzyskuje się przez modyfikacje
na granicy faz i kompatybilizację
składników w ich całym zakresie
koncentracji, aby uzyskać pożądane
własności, otrzymane przez modyfikację
powierzchni rozdziału i kompatybilność
składników
opracowania
materiału zgodnego z
określonymi
wymaganiami
30 dni
(do dwóch lat w
przypadku
konkretnych
badań
stosowanych)
zmienić
właściwości
poprzez dodanie
wypełniaczy
Przygotowanie materiałów kompozytowych
opartych na matrycy polimerowej z
określonymi własnościami poprzez
modyfikację powierzchni rozdziału
możliwość obniżenia
ogólnych kosztów
materiału poprzez
tanie dodatki
niepowodujące zmian
właściwości lub
powodujące
marginalne zmiany
30 dni
(do dwóch lat w
przypadku
konkretnych
badań
stosowanych)
Chcąc… …należy rozważyć następującą działalność
badawczą
…aby uzyskać więcej
informacji na temat…
Orientacyjny
czas dostawy
optymalizować
przebieg procesu
dla konkretnego
materiału
polimerowego
Ustalenie parametrów przetwórstwa dla
wybranych materiałów polimerowych
parametrów
planowanej linii
produkcyjnej lub
wskazówek
technologicznych
dotyczących obecnej
linii
7–30 dni
14
4.6. Wsparcie dla rozwoju przemysłowych procesów produkcyjnych
Chcąc… …należy rozważyć następującą działalność
badawczą
…aby uzyskać więcej
informacji na temat…
Orientacyjny
czas dostawy
określić, czy linia
produkcyjna
będzie zdolna
przetworzyć
wybrany materiał
polimerowy do
produkcji folii
Wytwarzanie folii w skali laboratoryjnej, w
tym: badanie procesu przetwarzania i
mieszania, wytwarzanie barwników w
połączeniu z formowaniem wtryskowym,
wytwarzanie próbek do testów materiału i
zarejestrowanie własności reologicznych
warunków pilotażowych
przetwórstwa materiału 7–14 dni
określić, czy linia
produkcyjna
będzie zdolna
przetworzyć
wybrany materiał
polimerowy do
produkcji
opakowań
giętkich
Wytwarzanie opakowań giętkich w skali
laboratoryjnej
zachowanie się tworzywa
podczas procesu topienia i
rozdmuchu folii, jaką chce
się uzyskać
7–14 dni
ustalić
najwłaściwsze
parametry
procesu
Wsparcie produkcji pilotażowej na miejscu
parametrów
procesowych, które
pozwolą zminimalizować
ryzyko dotyczące jakości i
kosztów
1–45 dni
uzyskać wiedzę o
możliwych
zmianach, które
mogą wystąpić w
fizycznych
właściwościach
materiału po
przetworzeniu
Kontrolowanie własności mechanicznych
wyrobu w trakcie procesu produkcyjnego:
pomiary właściwości mechanicznych (tester
rozciągania Instron, model 4204)
prawdopodobieństwa
degradacji i krystalizacji
na etapie przetwarzania
oraz składowania
produktu
dodatków, które winny
7–14 dni
sprawdzić, czy
własności
materiału
związane z jego
budową
cząsteczkową
zmieniają się w
trakcie
przetwarzania
Skontrolowanie masy cząsteczkowej
materiału po procesie produkcyjnym
stopnia degradacji
materiału w trakcie jego
przetwarzania
7–21 dni
15
4.7. Badania właściwości użytkowych
*Średni czas dostawy, łącznie z przygotowaniem, testowaniem i przygotowaniem raportu.
Czas może być różny w zależności od obciążenia laboratorium
Chcąc … …należy rozważyć następującą działalność
badawczą
…aby uzyskać więcej
informacji na temat…
Orientacyjny
czas dostawy
uzyskać wiedzę
na temat trwałości
wyrobu w
konkretnych
warunkach
składowania i
użytkowania
Xenotest – określenie zachowania materiału
w warunkach naturalnych
dopuszczalnego
okresu
przechowywania i
czasu życia produktu
120 dni*
uzyskać wiedzę
na temat
ekologicznego
oddziaływania
materiału
Określenie zawartości węgla organicznego
i innych bioskładników w materiałach
polimerowych
zawartości
odnawialnego węgla
w danym materiale
30 dni*
zrozumieć w jaki
sposób przez
produkt
przechodzą gazy
Testowanie przepuszczalności pary wodnej,
tlenu i dwutlenku węgla
możliwych zastosowań
produktu w przemyśle
przetwórczym
(żywność świeża i
mrożona)
14 dni*
zidentyfikować
możliwe
zastosowania
wybranych
materiałów i
produktów
bazujących na
nich
Oznaczenie wytrzymałości na rozciąganie
(naprężenie zrywające, wydłużenie przy
zerwaniu, moduł sprężystości itp.)
Oznaczenie oporu przedarcia
Oznaczenie odporności na uderzenie
spadającego grota
własności
mechanicznych przy
konkretnych
zastosowaniach
14 dni*
Dowiedzieć się
więcej na temat
możliwości
zamykania i
uszczelniania
danego materiału
lub produktu
Własności zgrzewające (maksymalne
obciążenie przy zerwaniu, współczynnik
wytrzymałości zgrzewu)
Testowanie zgrzewów hot-tack
sposobu i warunków
zgrzewania danego
materiału
14 dni*
uzyskać wgląd w
fizyczno-
chemiczne
własności
produktu
DSC (skaningowa kalorymetria różnicowa)
oraz FTIR (fourierowska spektroskopia
poczerwieni)
zakresu temperatur
użytkowania danego
wyrobu i jego
przydatności do
konkretnych
zastosowań
7 dni*
określić, czy
produkt nadaje
się do kontaktu z
żywnością
Analiza sensoryczna
Badania migracji globalnej i specyficznej
związków niskocząsteczkowych do
żywności
Przekazywanie
obcego smaku i
zapachu z materiału
do żywności
jakie substancje
migrują z materiału do
produktu
żywnościowego
30–60 dni*
sprawdzić
obecność
niebezpiecznych
zanieczyszczeń
Badanie zawartości monomerów w
tworzywach polimerowych oraz emisji
części lotnych
ryzyka związanego z
przebiegiem procesu
prowadzącego do
trudności w certyfikacji
30 dni*
16
4.8. Badanie biodegradacji i kompostowalności
Chcąc… …należy rozważyć następującą działalność
badawczą
…aby uzyskać więcej
informacji na temat…
Orientacyjny
czas dostawy
Sprawdzić
szybkość
dezintegracji
materiału w
kompoście
Badanie dezintegracji w warunkach
laboratoryjnych: badania wstępne nad
biodegradowalnością materiału
opakowaniowego z zastosowaniem
symulowanych warunków kompostowania
w skali laboratoryjnej, zgodnie z normą EN
14806: 2010
potencjału
kompostowalności danego
materiału
120 dni
zdobyć wiedzę o
tym, jak szybko
dany materiał
ulega (bio)
degradacji
Degradacja w warunkach laboratoryjnych:
badanie hydrolitycznej degradacji w
wodzie lub buforze (testy degradacji
polimerów biodegradowalnych w reakcji na
proste czynniki starzeniowe w celu
przewidzenia zachowania polimerów)
Podatności danego
materiału na degradację
w reakcji na konkretne
czynniki
do 180 dni
(w zależności
od rodzaju
materiałów
oraz normy)
zdobyć wiedzę o
tym, jak szybko
dany materiał
ulega
biodegradacji
Badania degradacji i kompostowalności
przeprowadzane w warunkach
laboratoryjnych: degradacja w kompoście z
zastosowaniem respirometru (Respirometr
Micro-Oxymax S/N 110315, Columbus
Instruments, w celu pomiaru CO2, zgodnie z
normą PN-EN ISO 14855-1:2009 –
Oznaczenie całkowitej biodegradacji
tlenowej tworzyw sztucznych w
kontrolowanych warunkach kompostowania
– Metoda pomiaru wydzielonego dwutlenku
węgla – Część 2.: Pomiar grawimetryczny
dwutlenku węgla wydzielonego podczas
badań laboratoryjnych)
przydatności do
kompostowania danego
materiału
do 180 dni
(w zależności
od rodzaju
materiałów
oraz normy)
otrzymać
informację
zwrotną czy
produkt może
uzyskać
niezbędny znak
certyfikacji
Badanie (bio)degradacji i kompostowalności
przeprowadzone w kompostowniach
(badanie tworzywa biodegradowalnego w
warunkach kompostowania
przemysłowego: pryzma lub w systemie
kontenerowy KNEER)
warunków uzyskania
certyfikatu dla produktu i
prawa do oznaczenia go
znakiem
kompostowalności
do 180 dni
(w zależności
od rodzaju
materiałów
oraz normy)
17
5. KONTAKTY
Aby uzyskać więcej informacji, należy skontaktować się z krajowym punktem informacyjnym.
Włochy i
Austria
Uniwersytet w Bolonii, Wydział Chemiczny ‘G. Ciamician’
prof. Mariastella Scandola, kierownik Polymer Science Group
Tel./Fax: +39 0512099577/+39 0512099456
E-mail: [email protected]
Czechy i
Słowacja
Instytut Polimerów Słowackiej Akademii Nauk
prof. Ivan Chodak, samodzielny pracownik naukowo-badawczy
Tel./Fax: +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923
E-mail: [email protected]
Politechnika Słowacka w Bratysławie
prof. Dušan Bakoš
Tel./Fax: +421 903 238191, +421 2 59325439, fax +421 2 52495381
E-mail: [email protected]
Słowenia i
kraje
bałkańskie
Narodowy Instytut Chemii, Laboratorium Chemii i Technologii Polimerów
dr. Andrej Kržan, starszy pracownik naukowo-badawczy
Tel./Fax: +386 1 47 60 296
E-mail: [email protected]
Centrum Doskonalenia Materiałów i Technologii Polimerowych (CO Poli-
MaT)
Urska Kropf, pracownik naukowo-badawczy
Tel./Fax: +386 3 42 58 400
E-mail: [email protected]
Polska i
kraje
bałtyckie
Polska Akademia Nauk, Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych
prof. Marek Kowalczuk, kierownik Pracowni Materiałów
Biodegradowalnych
Tel./Fax: +48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69
E-mail: [email protected]
COBRO—Instytut Badawczy Opakowań
prof. Hanna Żakowska, zastępca dyrektora ds. naukowych
Tel./Fax: +48 22 842 20 11 ext. 18
E-mail: [email protected]
18
6. SŁOWNIK POJĘĆ
Polimer – makrocząsteczka składająca się z wielu powtarzających się
jednostek.
Polimer (z greckiego: poly – wiele, meros – części) – przyjmuje się że jest to związek organiczny,
chociaż znane są również polimery nieorganiczne. Polimery mogą składać się z tysięcy
powtarzających się jednostek (merów), ułożonych w sposób liniowy lub rozgałęziony i osiągają masę
cząsteczkową ponad milion Daltonów (Dalton = g/mol).
Polimery występują w przyrodzie oraz mogą być wytwarzane na drodze chemicznej syntezy
(syntetyczne). Polimery naturalne to specyficzne, charakterystyczne i kluczowe składniki organizmów
żywych. Są to głównie polisacharydy (np. celuloza, skrobia, glicerol) i białka (np. gluten, kolagen,
enzymy), istenieje też jednak wiele innych form, jak lignina i poliestry. Polimery wytwarzane na drodze
syntezy chemicznej stanowią dużą i zróżnicowaną grupę związków. Są one syntezowane na drodze
chemicznej i biotechnologicznej. Roczna produkcja polimerów na świecie wynosiła w roku 2009 ok.
230 mln ton (Plastics – The Facts 2010).
Polimery syntetyczne są używane głównie do produkcji tworzyw sztucznych. Polimery różnią się od
tworzyw sztucznych tym, że stanowią czysty związek chemiczny, podczas gdy tworzywa sztuczne to
uformowany, gotowy do użycia materiał polimerowy.
Biopolimer – polimer utworzony przez organizmy żywe.*
Biopolimery (polimery naturalne) stanowią kluczowy składnik organizmów żywych (do biopolimerów
należą: białka, kwasy nukleinowe i polisacharydy). Są to głównie polisacharydy (na przykład
celuloza, skrobia i glikogen) oraz białka (na przykład gluten, kolagen i enzymy), chociaż znanych jest
również wiele innych form, takich jak lignina, poliestry itp. Alternatywne użycie 1: polimer w pełni lub
częściowo pochodzący ze źródeł odnawialnych (CEN/TR 15932:2009).
*Przyjęte w oparciu o: PAC, 1992, 64, 143 (Glossary for chemists of terms used in biotechnology,
słownik terminów biotechnologicznych dla chemików (Zalecenia IUPAC 1992)), definicja na stronie
148.
Tworzywa sztuczne – materiały bazujące na polimerach, charakteryzujące się
podatnością na formowanie.
Głównym składnikiem tworzyw sztucznych (z greckiego: plastikos – nadający się do formowania,
plastos – uformowany) są polimery, które wraz z dodatkami i wypełniaczami tworzą materiał
technologiczny – tworzywa. Tworzywa są definiowane przez ich podatność na formowanie – stan
lepkiego płynu na pewnym etapie procesu przetwórstwa.
Według normy EN ISO 472: Tworzywo – materiał, który zawiera polimer jako główny składnik i który
w pewnym stadium przetwarzania w finalny wyrób może być formowany różnymi technikami.
19
Biodegradacja – rozpad substancji wskutek działania czynników
biologicznych.
Biodegradacja jest procesem degradacji wywołanym udziałem żywych organizmów, może jednak
stanowić kombinację innych procesów abiotycznych. Do biodegradacji dochodzi pod wpływem
działania enzymów trawiennych mikroorganizmów i/lub wyizolowanych enzymów. Mikroorganizmy
powodują biodegradację substancji, traktując ją jako źródło pokarmowe. Produkty końcowe
biodegradacji to typowe produkty trawienia, jak dwutlenek węgla, biomasa lub metan. Końcowy
etap jest znany jako „ostateczna biodegradacja” lub „biologiczna mineralizacja”. Ze względów
praktycznych skala biodegradacji i jej ostateczne produkty powinny być znane.
Biodegradowalne tworzywa polimerowe (przyjazne dla środowiska) –
tworzywa ulegające biodegradacji.
Proces degradacji tworzyw biodegradowalnych może polegać na równoczesnych lub następujących
po sobie procesach biotycznych lub abiotycznych, jednak musi obejmować etap biologicznej
mineralizacji. Biodegradacja tworzyw zachodzi wówczas, gdy organiczny materiał tworzywa staje
się źródłem pokarmu dla mikroorganizmów.
Tworzywo biodegradowalne może pochodzić z biomasy odnawialnej (np. skrobia) lub z kopalin
nieodnawialnych (np. ropa), przetworzonych w sposób chemiczny lub biotechnologiczny. Źródło
pochodzenia oraz proces produkcji nie wpływają na klasyfikację tworzywa jako
biodegradowalnego.
Tworzywa kompostowalne – tworzywa ulegające biodegradacji pod
wpływem pewnych czynników i w ramach czasowych cyklu kompostowania.
Kompostowanie polega na obróbce odpadów organicznych w warunkach tlenowych, kiedy materiał
organiczny jest przetwarzany przez naturalnie występujące mikroorganizmy. Podczas
kompostowania przemysłowego temperatura w pryzmie do kompostowania może osiągać 70°C.
Proces kompostowania odbywa się przy dużej wilgotności i trwa kilka miesięcy. Ważna jest
świadomośc faktu, iż tworzywo biodegradowalne nie musi być jednocześnie kompostowalne (może
ulegać biodegradacji przez dłuższy czas lub w innych warunkach), natomiast tworzywo
kompostowalne zawsze jest biodegradowalne. Istotną kwestię stanowi określenie kryteriów dla
tworzyw kompostowalnych, materiał niezgodny z wymaganiami może bowiem pogorszyć jakość
kompostu. Tworzywa kompostowalne są zdefiniowane w wielu zarówno krajowych, jak i
międzynarodowych normach (np. EN 13432, ASTM D-6900), odnoszących się do kompostowania
przemysłowego. Norma EN 13432 określa charakterystykę materiału opakowaniowego, który może
być uznany za kompostowalny i przeznaczony do recyklingu przez kompostowanie stałych odpadów
organicznych. Norma EN 14995:2006 ujmuje poszerza zakres regulacji o tworzywa
niewykorzystywane do produkcji opakowań. Wymienione normy stanowią podstawę wielu systemów
certyfikacji tworzyw kompostowalnych.
20
Zgodnie z normą EN 13432, materiał kompostowalny musi mieć następującą charakterystykę:
Biodegradowalność: zdolność tworzywa do rozkładu na CO2 pod wpływem działania
mikroorganizmów. Cecha ta jest oceniana zgodnie z normą EN 14046 (opublikowana jako ISO
14855, Proces biodegradacji w kontrolowanych warunkach kompostowania). By materiał mógł
być uznany za biodegradowalny, stopień jego biodegradacji powinien osiągnąć przynajmniej
90% w okresie krótszym niż 6 miesięcy.
Dezintegracja: fizyczna fragmentacja do elementów niedostrzegalnych gołych okiem, w finalnym
kompoście, zgodnie z normą (EN 14045).
Brak negatywnego wpływu na proces kompostowania.
Niskie poziomy metali ciężkich i brak negatywnego wpływu na ostateczny kompost.
Kompostowanie domowe różni się od kompostowania w warunkach przemysłowych niższą
temperaturą, w której zachodzi proces. Materiał tworzywa należy poddać specjalnym testom, aby
uznać go za przydatny do kompostowania domowego.
Biotworzywa – materiały tworzywowe biodegradowalne albo wytworzone z
surowców odnawialnych lub też spełniają oba te warunki.*
Definicja ta jest używana w przemyśle, a w mniejszym stopniu w środowisku naukowym.
Alternatywne użycie 1: może także oznaczać tworzywa biokompatybilne (CEN/TR 15932).
Alternatywne użycie 2: naturalne materiały tworzywowe. Istnieje tylko kilka znanych naturalnych
biotworzyw. Najlepszy przykład stanowią polihydroksyalkaniany – naturalne termoplastyczne
poliestry. *European Bioplastics
Tworzywa z udziałem surowców odnawialnych – tworzywa wytworzone z
udziałem biomasy (wyłączając biomasę przekształconą w procesach
geologicznych).
Tworzywa mogą być całkowicie lub częściowo wytworzone z biomasy (ze źródeł odnawialnych).
Użycie w produkcji surowców ze źródeł odnawialnych powinno prowadzić do wyższej oceny
tworzywa pod względem stopnia zrównoważonego rozwoju. Chociaż surowce kopalne są surowcami
naturalnymi, nie zalicza się ich do odnawialnych i nie są brane pod uwagę jako baza surowcowa
tworzyw z zawartością surowców odnawialnych. Aby zdefiniować zawartość surowców
odnawialnych należy przejść do części Zawartość węgla w tworzywach z surowców odnawialnych.
Tworzywa z surowców odnawialnych są utożsamiane z „biomateriałami”, jednak te dwa pojęcia nie
są synonimami (patrz: Biomateriały). Używanie tych dwóch terminów jako synonimów jest
niewłaściwe.
Biomasa – materiał pochodzenia biologicznego z wyłączeniem biomasy
21
przekształconej w procesach geologicznych i materiałów geologicznych (ze
źródeł odnawialnych).
Terminy biomasa i surowce odnawialne dotyczą tego samego, jeśli chodzi o źródło i czas
odnawiania się surowców.
Surowiec odnawialny to ten, który odnawia się w takim samym stopniu w jakim jest wykorzystywany.
Biomasa może być pochodzenia zwierzęcego, roślinnego lub mikrobiologicznego.
Biobased – bazujący na biomasie.
Zawartość węgla pochodzącego z biomasy – zawartość węgla
pochodzącego z biomasy jako frakcji całkowitej zawartości węgla
organicznego w materiale.
Zawartość węgla pochodzenia organicznego jest dokładnie określana poprzez pomiar zawartości
izotopu węgla 14C (izotop 14C w odnawialnych źródłach występuje w znacznie większych ilościach
niż w kopalinach, jego czas połowicznego rozpadu to 5730 lat). Ta metoda stanowi podstawę dla
zapisów normy ASTM D-6866: Standardowa metoda badania zawartości biomasy w próbkach
substancji stałych, płynnych i gazowych metodą radiowęglową. Obecnie metoda ta jest
wykorzystywana przy opracowywaniu innych norm. Certyfikacja i znaki bazujące na normie ASTM
6866-08 są dostępne dla materiałów o różnej zawartości surowców odnawialnych. „Zawartość
źródeł odnawialnych” ma zgodnie z ASTM D 6866 takie samo znaczenie, zaś powiązane pojęcie
„zawartość biomasy” jest definiowane jako masa pochodzącej z biomasy frakcji w materiale (CEN/
TR 15932:2009).
Biomateriał – materiał do zastosowań medycznych.
Definicja Society for Biomaterials, międzynarodowego stowarzyszenia biomateriałów:
http://www.biomateriałs.org/index.cfm
Zrównoważony rozwój – ogólny termin ujmujący obciążenia związane z
procesem lub produktem.
Można wyróżnić dwa główne aspekty pojęcia zrównoważonego rozwoju. Węższy to skupienie się na
wykorzystaniu materiałów i źródłach energii. Szerszy obejmuje kryteria społeczne, ekonomiczne i
ekologiczne. Ostatnia definicja wydaje się mniej precyzyjna ze względu na arbitralny charakter
parametrów oraz kryteriów. Pierwsza natomiast ma bardziej techniczny charakter.
Zrównoważony rozwój najczęściej jest opisywany definicją ustaloną na konferencji dotyczącej zmian
klimatycznych w Rio: zużywanie surowców bez narażania przyszłych generacji na brak tych
surowców. Inną definicję, skupiającą się na odnawialności surowców i energii, stworzył R. Baum:
zużywanie słońca podstawą teraźniejszości (Sun based in real-time). Wspólne dla obu definicji jest
to, że zrównoważony rozwój nie polega na całkowitym i ostatecznym zużyciu surowców. Druga
definicja uznaje słońce jako jedyne źródło energii (niezbędne również do powstania biomasy).
Najważniejsze narzędzia oceny zrównoważonego rozwoju można pogrupować na kilka kategorii:
22
1. Narzędzia zarządzania zrównoważonym rozwojem (np. GGP);
2. Metody i narzędzia oceny wpływu środowiskowego, ekonomicznego i społecznego (np. LCA);
3. Narzędzia zarządzania środowiskiem i certyfikacja (np. EMAS);
4. Narzędzia zrównoważonego projektowania (np. ekoprojektowanie).
Najczęściej stosowana do oceny zrównoważonego rozwoju jest Ocena Cyklu Życia (LCA),
obiektywna metoda oszacowania zużycia energii i obciążeń środowiskowych, a także wpływów
związanych z produktem/procesem/działalnością w całym cyklu życia, od wydobycia surowców do
końca ich życia („od kołyski aż do grobu”). W tej technice, wszystkie fazy produkcji są traktowane
jako związane ze sobą i współzależne, co pozwala na ocenę skumulowanego wpływu na
środowisko. Metoda LCA jest określona w ISO 14040 i 14044. LCA to główne narzędzie
wprowadzające do „Life Cycle Thinking” (LCT). LCT ma podstawowe znaczenie w ujęciu kulturowym,
ponieważ wymaga wzięcia pod uwagę całego łańcucha produktu i określenia, które innowacje i
ulepszenia można do niego wprowadzić.
LCA jest również znane jako: analiza cyklu życia, ekobalans i analiza „od kołyski aż po grób”.
Źródła:
Plastics – The Facts 2010, Plastics Europe, 2010: http://www.plasticseurope.org/documents/
document/20101006091310-final_plasticsthefacts_28092010_lr.pdf
IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the „Gold Book”). Compiled by A. D.
McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line cor-
rected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates
compiled by A. Jenkins – kompendium terminologii chemicznej.
EN ISO 472 Tworzywa sztuczne – Terminologia.
Technical report CEN/TR 15932: 2010 Plastics – Recommendation for terminology and characteri-
sation of biopolymers and bioplastics, European Committee for Standardization, Brussels, March
24, 2010 – raport techniczny, zalecenia dotyczące terminologii, charakterystyka biopolimerów i
biotworzyw.
ASTM D883 – 11 Standard Terminology Relating to Plastics (including literature related to plastics
terminology in Appendix X1) – terminologia związana z tworzywami.
EN 13193:2000 Opakowania – Opakowania i środowisko – Terminologia.
EN 13432:2000 Opakowania – Wymagania dla opakowań podatnych na odzysk poprzez
kompostowanie i biodegradację.
EN 14995:2006 Tworzywa sztuczne – Ocena zdolności do kompostowania.
Council of the European Union, Improving environmental policy instruments. Council conclusions,
Brussels, 21 December 2010 – Rada Unii Europejskiej, wnioski w kwestii poprawy instrumentów
polityki ekologicznej, Bruksela, 21 grudnia 2010.
23
ZAŁĄCZNIK —CASE STUDIES
Posters, presented at 3rd International PLASTiCE Conference THE FUTURE
OF BIOPLASTICS
CS 1A — Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the
waste stream
CS 1B — Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the
waste stream
CS 2B — Systematic approach for sustainable production for bioplastics - Composting
CS 3 — Sustainable plastics materials in hygiene products
CS 4&5 — Production of packaging for eggs made from BDPs
CS 6A — Introduction of biodegradable plastics into drinking straw production
CS 6B — Introduction of biodegradable materials into production of twines for
agriculture
Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe
INTRODUCTION
Biodegradable plastics when properly disposed with organic waste are in appearance indistinguishable from non-degradable plastics. In some
processes they are excluded from the organic waste stream and are incinerated or landfilled. This completely annihilates the potential of biodegradable
plastics to be integrated in the natural material cycles. A solution is the introduction of a labelling method that is simple for application to different
compostable materials, simple for use in the waste management system and should be as specific as possible to avoid counterfeit products were tested.
PROCESS
CONCLUSION
Printing on biodegradable materials is feasible both in laboratory and industrial scale
The main risk is verification of the separation of biodegradable bags marked with markers from nonbiodegradable due to the to small amounts of
printed material to be tested in real situation of waste management.
When using dyes for marking biodegradable materials/products it is feasible to use existing technology and materials that are already available on
the market. This way we can solve the identification problem of biodegradable plastics in the waste management system and make sure that
compostable plastics do not end up in the landfills but are properly disposed.
UV marker printing should be no more than 48 hours after extrusion process for better print quality.
CS 1A—Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the waste stream
U. Kropf1, S. Gorenc2, P. Horvat3, A. Kržan3
1Centre of excellence Polymer Materials and Technologies PoliMaT, Tehnoloski park 24, 100 Ljubljana 2Plasta production and trade, Kamnje 41, 8232 Šentrupert 3National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana
IR DYES
IR dyes are an attractive option since the IR spectral range is less occupied
than the UV spectral range. No commercial IR dye was directly available.
An IR pigment (100 g in total) that was turned into dye which was modified
several times in order to achieve the most suitable texture and adhesive
properties to be applied on the selected plastic materials—Bio PE and PLA.
As printing substrate two bioplastic materials (bioPE and PLA) in form of a
40 μm thick film on a roll were used. Both materials were treated with
corona on the surface to achieve better printing results.
PRINTING and DETECTION
Laboratory IGT printing was used to simulate flexography.
Printing on paper Printing on plastics
NO problems Very thin film—extension and twisting
Bad adhesion of the dye—issue solved with
modification of the dye
Figure 1 From top: 1) paper with
normal dye 2) paper with IR dye 3) PLA with
IR dye 4) PLA with normal dye 5) PE with
normal dye 6) PE with IR dye (paper be-
hind)
Under visible light different materials printed with different dyes have the
same appearance. Trouble with adhesiveness can be observed in Figure 1.
With an IR detector normal black dye is invisible and the IR black dye is
visible as black. Detection is possible with an IR camera.
IR spectrum of the print without IR dye and with IR dye on paper and PLA
film
Figure 2 IR reflection spectrums of the
paper samples. Through the entire UV the
sample is black (very low reflection), VIS
and NIR if the dye does not contain IR
pigment. With the addition of the pigment
one can observe no changes in UV or VIS
but a significant difference in IR where the
reflection increases.
UV DYES
A commercially available UV dye was tested.
SELECTION OF THE MATERIALS and PRODUCTION OF FILMS
Two materials certified as biodegradable were selected:
Ecovio F FILM EXP (supplier BASF AG) and Prismabio 91319 (supplier
FIPLAST srl). The total quantity of material used for testing, was approx.
600 kg. The transformation of materials was made from LDPE MFI 2 to
biodegradable material – without problems – only correction was
reduction of temperature profile to 150 °C. Prior to processing it was very
important to dry materials (3 hours at 55 °C to 60 °C). Films used for
production of UV marked biodegradable bags were prepared by the
blown film extrusion process on a mono-layer KUHNE line:
PRINTING and DETECTION
Flexography UV pr int ing was
performed on Kleine 2+2 equipment.
For UV printing it is possible to use
solvent or water based printing inks.
For the purposes of this study (part of
detection with UV ink) we have
decided to use solvent based printing
ink Termosac Rivelatore UV 012465,
manufacturer Colorprint srl. Printing did
not cause any additional problems.
Figure 5: Left: Control of print during flexoprinting. Right: UV photo of the Ecovio bag printed with UV marker.
Type of extruder Φ70 mm with 30D
Balloon diameter Max. 1600 mm
Type of screw low temperature screw
Die head Φ 250 mm with GAP 1,2 mm
Capacity up to 260 kg/h
Winder 2x Kolb 1800 mm
Thickness 7 - 40 μm Figure 3: Blown film extrusion
Figure 4: Blown film extrusion
This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF
25
Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe
Three kinds of plastic bags (GP2, BP2, GP1) with different types
of masterbatches—exposition tests
INTRODUCTION
The case study concerned the testing of markers for biodegradable plastic products to improve the identification of biodegradable materials in the
municipal waste stream. A producer of biodegradable bags and a composting facility for biodegradable waste were involved. After selection of
commercially available markers, printing and identification tests were performed on plastic bags. The participants in the case study focused on the
development process of biodegradable plastic products with markers with the aim to verify viable solutions for future application. Cooperation between
the Centre of Polymer and Carbon Materials on the one hand and the Institute of Low Temperature and Structural Research Polish Academy of Sciences
and the Faculty of Environmental Engineering of the Wrocław University of Technology on the other hand, allowed to verify ava ilable solutions on the
market and to prepare masterbatches containing different types of markers. With the selected markers the company Bioerg performed coloration of
granulate for the preparation of labeled bags (MaterBi with 10% masterbatches, final content of marker 1%).
PROCESS
CONCLUSION
The case study showed that these kinds of markers do not fit for manual selection of biodegradable bags in traditional waste streams. However they could be applied in full automated selection systems.
CS 1B—Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the waste stream
M. Musioł, W. Sikorska, G. Adamus, M. Kowalczuk, J. Rydz, M. Sobota Polish Academy of Sciences, Centre of Polymer and Carbon Materials 34. M. C. Sklodowska St., 41-800 Zabrze, Poland
This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF
In the next stage Bioerg produced labeled bags and delivered them to the
Centre of Polymer and Carbon Materials for composting tests under laboratory scale.
The laboratory degradation test of labeled bags no. B-P2 was
performed in Micro-Oxymax respirometer (COLUMBUS INSTRUMENTS S/N 110315), to
see the behaviour of the bags in laboratory compost. During the
incubation, the samples gradually disintegrated, however the particles were still able to
emit light. This is an important finding in case this kind of bags end up in regular waste
streams:
Respirometer Micro-Oxymax COLUMBUS INSTRUMENTS S/
N 110315 and composting tests at the laboratory scale
Testing of the segregation effectiveness was conducted at the Sorting and Composting Plant in
Zabrze. The labeled bags after UV irradiation were placed on the moving belt. After turning off the
lights, the waste stream was observed. The test showed that acceptable results could only be reached
under full dark room conditions, what is difficult to achieve in existing waste selection plants.
26
Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe
CONCLUSION
The experiences in the case studies showed that the joint R&D scheme is necessary to initiate a wide cooperation process between all partners in the biodegradable plastics value chain in Central Europe.
Additionally one of the critical success factors is the full cooperation of the staff of company.
Some cooperation initiatives highlighted new issues and framework conditions for successful production of biodegradable packaging, implementation of these kinds of packaging under market conditions and
selection and final composting of such packaging.
CS 2B—Systemic approach for sustainable production for bioplastics - Composting
M. Musioł, W. Sikorska, G. Adamus, M. Kowalczuk, J. Rydz, M. Sobota Polish Academy of Sciences, Centre of Polymer and Carbon Materials 34. M. C. Sklodowska St., 41-800 Zabrze, Poland
INTRODUCTION
The international project PLASTiCE is devoted to the promotion of new
environmentally friendly and sustainable plastic solutions. The main goal of
this Project is elaboration a transnational roadmap for technology transfer
from science to biodegradable plastics industry based on a joint R&D
scheme. A roadmap for a transnational R&D scheme will allow companies
to enter much quicker into a technology transfer process in the future and to
relay on the expertise from a transnational team of researchers.
The communication present the results one of the case study 2B „Systemic
approach for sustainable production for bioplastics - Composting“, which
concerns mainly the selective organic waste collection and studies of the
biodegradation process of plastic packaging.
PROCESS
The idea behind the case study 2B is to set up a separate waste stream
process by way of delivering grocery shops and super markets
biodegradable waste bags (from Bioerg company) to select organic waste
at the source. The Społem chose two shops as a place for implementation
of this case study. Waste bins with the bags were installed near fruit and
vegetable departments. The super market staff disposed organic waste to
the bins. Waste was collected in the period 01.08 - 30.09.2012 with a
frequency of once a week. The total amount of collected waste was 1280
kg, this means an average of 640 kg of organic waste per month from two
stores. Next, the composting facility in Zabrze (A.S.A company) received
organic waste from the selected stores in order to perform composting
process.
The containers consisted approximately of 40% kitchen organic waste,
20% leaves, 20% branches and 20% grass. The conditions in container
were computer-controlled, which allowed to read the current temperature
of the process. [M. Musiol M; J. Rydz; W. Sikorska; P. Rychter; M.
Kowalczuk Pol. J. Chem. Tech. 2011, 13, 55]
This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF
Waste bins with biodegradable bags in Społem shops and schematic diagram of the organic recycling of
packaging materials
27
Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe
INTRODUCTION
Hygiene products are mostly single use/disposable products and are therefore contributing to large amounts of plastic waste. A short market research
identified compostable tampon applicator, biodegradable surgical tweezers, blisters, diapers for children and elderly and also pet products as possible
bioplastics applications. According to market demand we have selected to perform test production of biodegradable tampon applicators and single use
surgical tweezers.
PROCESS
MATERIAL REQUIREMENTS
The most important requirements for those products is their safety. A product that comes in contact with human body must not have any negative effects.
Within the EU tampons have to follow the European General Product Safety Directive 2001/95/EC on general product safety. The directive holds
manufacturers responsible for providing products that are safe to use. Article 2 of the directive sets requirements that need to be fulfilled for a product to
be recognized as safe (safe product). Technical and processing requirements: only few processing changes can be made.
SELECTION OF THE CS APPLICATIONS AND TEST PRODUCTIONS
Based on the market demand, material properties and molding requirements we have selected the following two applications: tampon applicator and
surgical tweezers.
CONCLUSION
The production of biodegradable tampon applicators and biodegradable tweezers was not fully successful, however is developed further. It is time
consuming to find the right material for production of specific hygiene/medical device products and the process must be taken case by case. Because
bioplastics have different processing properties some adjustments in the production process are necessary (time, pressure, molds, etc.).
With adjustments processing of bioplastics is possible with conventional equipment. Introduction of bioplastics into production of hygiene products is time
consuming but feasible.
CS 3—Sustainable plastic materials in hygiene products
A. Zabret1, U. Kropf2, P. Horvat3, A. Kržan3,
1 Tosama, Vir, Šaranovičeva cesta 35, 1230 Domžale, Slovenia 2 Centre of excellence Polymer Materials and Technologies PoliMat, Tehnoloski park 24, 100 Ljubljana, Slovenia 3 National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana, Slovenia
TAMPON APPLICATORS
Tampon applicator is a simple tool for inserting a tampon into the human
body. A tampon applicator consists of two tubes, one bigger and one
smaller and is presented in the picture below. At the moment tampon
applicators are made from PE. The current market demand for tampons in
the EU is approximately 15-20 billion tampons per year.
TEST PRODUCTION OF TAMPON APPLICATORS
Tampon applicators are produced by injection molding. Technical
requirements are given according to processing limitations of the existing
production technique.
6 materials were tested: 3 starch based materials and 3 PHA materials.
An acceptable
prototype on which
artificial ageing is
currently carried out.
This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF
SIMULATED COMPOSTING
Project partner 11 established a method for simulated composting of plastic materials described according to the standard EN 14806 “Packaging -
Preliminary evaluation of the disintegration of packaging materials under simulated composting conditions in a laboratory scale test.
Figure: Left: Glass reactors for determination of disintegration (one is full, three are empty – photo taken in the
middle of the preparation) Reactors are placed into large thermostatic chamber kept at 58 oC ± 2 oC. Total
capacity of the box is up to 15 reactors (more if smaller reactors are used). The box itself was custom made for
the intention of determination of disintegration within the PLASTiCE project. Right: Thermostatic chamber for
determination of disintegration of plastic materials in controlled laboratory conditions.
SURGICAL TWEEZERS
Tweezers are a useful and simple tool, used in medicine. We decided to
produce tweezers from a PHA-based material because they are resistant
to higher temperatures and would likely be suitable for steam sterilization.
TEST PRODUCTION OF TWEEZERS
Tweezers are produced with injection
molding. One injection cycle produces
16 tweezers and each cycle uses cca.
100 g of the material although the mass
of each tweezer is only 4.7 g; 25g of
the material goes for a massive sprue.
Processing temperature of PHA was
lower than the temperature for conven-
tional plastics. Also the overpressure at
the end of the extruder was lower (5X)
and the pressure profile in the extruder
is lower. The obtained tweezers were
well formed and had acceptable
performance.
ADDITIONAL PROCESSING OF THE TWEEZERS
Because tweezers used in medical applications need to be sterile we
tested how the water steam sterilization influences the products. Steam
sterilization negatively affected closing and torsion of the forceps and the
brittleness of the material increased. Other methods of sterilization might
be better suited for this material.
28
Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe
INTRODUCTION
This case study concerned the preparation of compostable material suitable for processing by blistering technology possessing the required mechanical
properties and acceptable price. The aim was to develop fully compostable packaging for eggs, serving as an example of successful application for
other companies that are not sure about benefits of these kind of applications.
CS 4 & 5— Production og packaging for eggs made from BDPs
Polymer Institute of the Slovak Academy of Sciences (Slovakia)
University of Technology in Bratislava,(Slovakia)
PROCESS
The material made from biodegradable plastics was adjusted on laboratory scale for packaging for eggs, especially regarding ultimate properties, price and processing parameters. Pellets made from a new biodegradable blend (based on PLA and PHB) was prepared in four slightly different alternatives mainly differing in processing details, with the aim to various processing parameters to be able to adjust the blend for fixed conditions in the pilot experiment.
Twin-screw extruder for pellets preparation
Product prototypes
The four compositions were tested under laboratory conditions regarding
foil extrusion and consequent vacuum thermoforming. All compositions
showed good processability both in extrusion and in thermoforming of
6-pack egg packaging, similar to reference materials, namely polystyrene
(used nowadays) and polylactic acid (standard biodegradable material
supposed to be easily processed).
In the meanwhile an external company made a thorough economic
analysis (feasibility) of the production for three different kinds of packaging.
Thermoforming process study
CONCLUSIONS
Biodegradable material suitable for vacuum thermoforming was tested and
packaging for eggs has been produced under laboratory conditions. This
case study confirmed that industry and the research sector can overcome
specific challenges in the production process and that it is possible to
develop new biodegradable blends in a relative short period of time.
This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF
29
Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe
CS 6A—Introduction of biodegradable plastics into drinking straw production
P. Horvat1, A. Kržan1, U. Kropf2, M. Erzar3
1National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana 2Centre of excellence Polymer Materials and Technologies PoliMaT, Tehnoloski park 24, 100 Ljubljana
3 Pepiplast d.o.o., Cesta goriške fronte 46, 5290 Šempeter pri Gorici
INTRODUCTION
Drinking straws are disposable single-use products with a long history and although straws are small they result in a substantial amount of plastic waste
that is often dispersed in nature. Biodegradable plastic straws offer the same convenience as classic drinking straws with no or limited downside of the
plastic waste issue. With this CS we could ease the transition of drinking straw production from conventional materials to bioplastics.
PROCESS
CONCLUSION
From food contact testing results we can conclude that bioplastics can be used for food contact, important is that we take into consideration actual use
conditions and do not use all materials for all purposes.
Although the material was intended for production of straws some processing adjustments e.g. temperature, pressure, screw rotation, production speed,
etc. were necessary. Because production of straws from biodegradable materials is already well established elsewhere the producer of the material
could offer us the right material.
The implementation of biodegradable plastics into straw production was fast and simple because we had a partner with long history of production of
biodegradable straws. The company is also producing their own equipment for production of straws and knows how the machines are working and their
wealth of experiences was also one of the main reasons why this case study was concluded so quick.
We conclude that there is a significant benefit when the operator has long time experiences with production of similar or the same products, knows the equipment and if we have the material intended for exactly this product.
The main advantage is the existence of the material intended for specific use, which allowed CS 6A to proceed with relative ease.
FOOD CONTACT TESTING
Drinking straws are a product that is intended to come in contact with
foodstuff. Due to lack of information regarding overall migration from
bioplastics we tested several products made of bioplastics to see if they
are suitable for use in food contact applications.
We analyzed the overall migration of non-volatile substances from
bioplastic items such as packaging and utensils into aqueous food
simulants. The tested samples were commercially available products made
of polylactide (PLA) and thermoplastic starch (TPS). For all 7 tested items
and/or materials it can be expected that they may come in contact with
foodstuffs. Testing was performed according to the standard EN 1186 in a
laboratory accredited according to EN ISO/IEC 17025. Test methods for
overall migration into aqueous food simulants a) by article filling, b) by
total immersion, and c) by cell were used. The materials were exposed to
aqueous solutions simulating actual use conditions and up to three
migration cycles were performed. FT-IR spectroscopy was used for sample
characterization and for identification of migrated substances. Total
migration was quantified using the evaporation method.
Figure 1: Migration cell,
dismantled (left) and during the migration (right)
The migration of non-volatile substances from bioplastics was determined
by evaporation method. Overall migrations from all PLA samples and most
TPS samples was below the level of detection, only one overall migration
from TPS foil was above the legal limit but the product was not intended to
come in contact with foodstuff (bags).
PRODUCTION OF STRAWS
Conventional straws are made from PP and the plan was to replace PP
with a bio-based and biodegradable material which was already
prepared to be used for production of this specific product. The used
material was PLA based blend MaterBi CE01B.
In the conventional production the set-up of the system was well optimized
and the system was very stable. This is crucial since a very high throughput
(900 pcs/min) must be reached in order to have a sustainable production.
When switching to the bioplastics optimizing the new set-up of the system
was quite complicated. A number of times the system collapsed only one
step before it was set up. After suitable conditions were found the system
was stable.
The production temperatures were lower than for PP. The biggest
difference when comparing PP straws and straws made from bioplastics is
in mass (biodegradable is approx. 50 % heavier) but this could still be
improved. We also tested production of straws with hinges (knees) and
observed no problems.
Figure 2: Introduction of melt through the
cooling system and into the haul-off.
Figure 3: Left: The production line from the extruder to the haul-off (first
part) and the rotary cutter (second part) Middle: System for collection of
straws, Right: PepiPlast/PLASTiCE biodegradable straws
This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF
30
Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe
The company involved in the Case Study produces polypropylene twines for agricultural use and joined the Case Study with the intention to substitute the
polyolefin used for production with a biodegradable polymer.
Material change over time for twine production
Selection of the polymer
All materials taken into account as potential candidates were thoroughly characterized using a range of techniques (DSC, DMTA, TGA, TGA-MS, XRD,
SEM, FTIR, mechanical properties etc.), in order to allow final selection of the materials to be processed at the company’s p lant. Only two potential
candidates were selected for twine production, based on proven soil biodegradability and commercial availability:
Polyester (A)
Polyester Blend (B)
Twine processing trials and characterisation of the product
After some trials with Polymer A at the factory’s production line, where
problems with polymer film stretching after extrusion were experienced,
laboratory trials on a small-size extrusion machine (fig. 1) were carried out.
The results using Polymer A were encouraging and a demonstration twine
was produced (fig. 2). Mechanical properties of the thread were in the
range expected for the twine application.
Polyester B didn’t provide good results.
CONCLUSION
Important points to be taken into consideration for potential substitution of the presently used polyolefins with biodegradable polymers for twine
production are:
Biodegradability in soil is a fundamental requirement
The material must stand the applied high draw ratio after the extrusion
The twine mechanical properties (strenght) must comply with application requirement
Price of new polymer is a crucial factor
CS 6B—Introduction of biodegradable materials into production of twines for agriculture M. Scandola, I. Voevodina
University of Bologna, Chemistry Department “G. Ciamician”, Selmi 2, 40126 Bologna, Italy
This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF
Advantages of twines from biodegradable polymers for
agricultural applications:
Ploughing-in of soil-biodegradable twines after use instead of
collecting them from the field and disposing as waste
Improving the quality of the soil by using twines with added
fertilizers to be released in soil in a controlled manner
Main parameters considered in selection of biodegradable polymers for
their use in twine production:
biodegradation in soil
appropriate mechanical properties
acceptable price
Steps of the Case study:
analysis and selection of biodegradable polymers available in the
market
characterization of physico-chemical properties of selected
polymers
twine processing trials
characterization of the product
Simplified scheme of production line
for twines at the company site
Figure 1 Figure 2
31
32
Plastics are a fellow traveller of modern life with whom we have an ambivalent relationship:
we love the convenience of plastics but hate them for polluting our environment. Newly
developed "bioplastics" are biodegradable or made from renewable resources, to make
use of plastics more sustainable. PLASTiCE promotes a joint research scheme that exposes
producers to the possibilities of the new plastics while also creating a roadmap for actions
that will lead to commercialization of new types of plastics.
Better plastics produce less waste
www.plastice.org