Oksy i biodegradowalne termoplasty

Oksybiodegradacja jest rodzajem degradacji będącej wynikiem procesu utlenienia i rozpadu na poziomie cząsteczkowym zachodzącym pod wpływem jednego z wielu czynników fizycznych, takich jak promieniowanie UV, ciśnienie, temperatura, utlenianie, mikroorganizmy itp. (wg definicji European Committee for Standardization CEN TC 249 WG9 N 100). Z powyższych definicji wynika, iż oksybiodegradowalne tworzywa sztuczne ulegają rozpadowi w tych samych warunkach, co biodegradowalne. Produkty oksybiodegradowalne przeważnie (choć można to regulować na etapie produkcji) posiadają czas rozkładu w przedziale 18 a 24 miesiące, więc jako takie nie wpisują się bezpośrednio w zapis normy EN 13432 oraz innych przytoczonych powyżej, gdzie na kompostowanie przeznaczono zaledwie pół roku, czyli de facto okres nie do spełnienia dla wielu „produktów” natury (tj. drewno, liście itp.).

Tworzywa oksybiodegradowalne spełniają natomiast amerykańskie standardy American Society for Testing and Materials (ASTM). Norma ASTM 6954-04 „Standard Guide for Exposing and Testing Plastics that Degrade In the Environment by a Combination of Oxidation and Biodegradation”, opisuje szczegółowo wymagania dla tworzyw, które ulegną degradacji w środowisku poprzez utlenianie zainicjowane specjalnym dodatkiem, a następnie biodegradacji po tym, jak ich masa cząsteczkowa zostanie zredukowana do poziomu, który uczyni je dostępnymi dla mikroorganizmów.

Biodegradowalne poliolefiny – stan wiedzy
Aby sprowokować biodegradację trudno rozkładalnych poliolefin, należy wytworzyć polimer z biodegradowalnym łańcuchami lub wprowadzić do polimeru substancje rozkładalne mikrobiologicznie. Obecnie najpopularniejszym dodatkiem do tworzyw sztucznych jest skrobia, która pozwala na zapoczątkowanie procesu biodegradacji. Zaletą tych materiałów jest to, że degradacja nie zależy od światła, a materiał ten może być używany przez długi czas w „suchych” warunkach, podczas gdy rozkład przebiega stosunkowo szybko np. w warunkach kompostowania.

Wadą natomiast jest to, że obecność skrobi (materiału łatwo ulegającego hydrolizie) w termoplaście generalnie prowadzi do pogorszenia właściwości fizykomechanicznych, a produktem degradacji jest również metan. Należy zaznaczyć, że w przypadku polimerów poliolefinowych z dodatkiem biodegradowalnego napełniacza ma miejsce tylko biologiczna destrukcja materiału, a nie jego pełna biodegradacja, natomiast rozdrobniony polietylen stanowi poważne zagrożenie dla wód.

Ciekawym sposobem ograniczania tworzywowych odpadów opakowaniowych jest wykorzystanie handlowego polimeru (PE lub PP) z odpowiednimi dodatkami uczulającymi go na oddziaływanie czynników degradujących: UV, tlen, bakterie itp. W rozwiązaniach takich są stosowane kompleksy lub sole metali o zmiennej wartościowości: Fe3+, Mn2+ czy Co2+, które zwiększają zdolność poliolefin do rozkładu pod wpływem światła słonecznego i tlenu w warunkach kompostowania (katalizują utleniającą degradację termoplastów), a następnie biodegradacji. Obecność związku metalu, takiego jak np. stearynian żelaza, przyspiesza dekompozycję wodoronadtlenków, które generują wolne rodniki. Powszechnie wiadomo, że utlenianie poliolefin prowadzi do szybkiego zmniejszenia masy cząsteczkowej oraz powstawania hydrofilowej powierzchni (obecność grup funkcyjnych), odpornej na atak mikrobiologiczny.

Proces ten powoduje rozpad łańcuchów polimerowych do produktów przyjaznych środowisku: CO2, H2O oraz śladowej ilości biomasy. Powszechnie wiadomo, że produkty utlenienia o niskich masach cząsteczkowych są szybciej konsumowane przez mikroorganizmy. Dodatki soli oraz kompleksów metali przejściowych i innych dodatków są ogólnie nazywane TDPA (totally degradable plastic additives) i stosunkowo niedawno zostały wprowadzone na rynek przez kanadyjską firmę EPI Environmental Plastics Inc. oraz brytyjską Symphony Environmental pod nazwą d2w. Szybkość rozkładu folii degradowalnej jest zależna od ilości dodatku przyspieszającego Dekompozycję (TDPA), grubości wyrobu oraz od warunków atmosferycznych.

Można oczekiwać, że folia degradowalna zawierająca 2 proc. dodatku TPDA składowana na zewnątrz, poddana bezpośredniemu działaniu czynników atmosferycznych ulega rozkładowi do 180 dni w warunkach klimatu środkowoeuropejskiego. Folia np. zakopana w gruncie, zatem częściowo izolowana od wpływu wymienionych czynników, rozkładać będzie się dłużej, do dwóch lat. Norweska NOR-X oferuje oksybiodegradowalne koncentraty produkowane na bazie PE i PP o nazwie Renatura, które przyspieszają degradację poliolefin do Mw 1000 - 5000 w ciągu sześciu miesięcy. Wszystkie te dodatki posiadają zgodność z normą ASTM D 6954-04 – uznawaną na całym świecie normą dotyczącą biodegradowalności.