Biotworzywa na bazie surowców odnawialnych
Z zasobów odnawialnych można wytwarzać dwa rodzaje biotworzyw, z których jedne są biodegradowalne, a drugie nie - np. biopolietylen PE lub modyfikowany PET. Najczęściej występujące biotworzywa z surowców odnawialnych to:
- biotworzywa na bazie skrobi
- biotworzywa na bazie PLA
- polihydroksyalkanolany, biotworzywa na bazie PHA (PHBV, P3HB, itp.)
- biotworzywa na bazie celulozy
- biotworzywa na bazie ligniny.
Główny składnik tworzywa stanowi skrobia, której struktura jest lekko zmodyfikowana (zdestrukturyzowana skrobia). Skrobia może ulec destrukturyzacji przy pomocy energii (ciepła) tak, że struktura krystaliczna jest całkowicie zniszczona. Tylko zdestrukturyzowana skrobia zachowuje się jak tworzywo termoplastyczne, zdolne do (wielokrotnego) mięknienia i przekształceń w podwyższonych temperaturach. W swojej naturalnej formie jest ona zbyt wrażliwa na wilgoć, dlatego poddaje się ją dalszej modyfikacji. Polimery oparte na termoplastycznej skrobi (TPS) stanowią jedną z klas materiałów, które pozwalają na tworzenie w pełni biodegradowalnych produktów dla konkretnych warunków użytkowania. Tworzywa na bazie TPS mogą mieć zawartość skrobi do 50%. Spotykane na rynku folie są głównie produkowane ze skrobi wymieszanej z termoplastycznymi poliestrami, dla uzyskania biodegradowalnych i kompostowalnych wyrobów. Folie te wykorzystuje się do produkcji materiałów opakowaniowych, artykułów higienicznych i rolniczych, a ich właściwości są podobne do cech wyrobów z LDPE. Zdestrukturyzowane skrobie, w połączeniu z innymi syntetycznymi polimerami, mogą spełniać zróżnicowane wymagania rynkowe. Obecnie można spotkać na rynku szeroką gamę produktów opartych na kompozycjach polimerowo-skrobiowych, takich jak mieszanki TPS z poliestrami alifatycznymi i kopoliestrami, estry skrobi czy mieszanki skrobi z surowcami naturalnymi. Są one stosowane do produkcji folii giętkich i sztywnych do termoformowania, tacek, pojemników, materiałów stosowanych w zastępstwie spienionego polistyrenu, toreb zakupowych, opakowań do żywności (np. torby na owoce, jarzyny, chleb - ich istotną zaletą w stosunku do innych materiałów jest możliwość wentylacji, która poprawia warunki składowania tej żywności), produktów higienicznych i kosmetycznych, a także do powlekania papieru i tektury.
Na targach Plastpol w 2019 r. tajwańska firma zaprezentowała linię do wytłaczania z rozdmuchem folii z włoskiego biotworzywa na bazie skrobi kukurydzianej [2]. Produkty włoskiej firmy Novamont pod ogólną nazwą MATER-BI to grupa biodegradowalnych i kompostowalnych biopolimerów, które otrzymywane są ze skrobi, celulozy, oleju roślinnego lub ich kombinacji. Posiadają certyfikaty biodegradowalności i kompostowalności zgodne z europejskim standardem EN 13432. Mogą być przetwarzane metodą wytłaczania z rozdmuchem na folie, bądź innymi metodami, podobnie jak konwencjonalne tworzywa sztuczne [3]. Novamont prowadzi badania nad opracowaniem tworzyw biodegradowalnych i kompostowalnych już od prawie 25 lat. W 2013 r. firma wprowadziła pierwsze na świecie całkowicie biodegradowalne i kompostowalne tworzywo ze skrobi kukurydzianej i olejów poliestrowych, które zawiera w swoim składzie jeszcze wyższy odsetek surowców odnawialnych w porównaniu z poprzednikami. Opracowanie nowych technologii przyczyniło się do produkcji kolejnych monomerów. Pierwszy powstał z oleju roślinnego przy użyciu metody zmieniającej oleje w kwas azelainowy i inne kwasy, drugi z cukrów przetworzonych w procesie fermentacji do 1,4-butanodiolu.
Biotworzywa na bazie PLAPoli(kwas mlekowy) - polilaktyd (PLA), biopoliester alifatyczny otrzymywany z kwasu mlekowego uzyskiwanego z surowców odnawialnych poprzez bakteryjną fermentację węglowodanów pochodzących z roślin (kukurydzy, ziemniaków, trzciny cukrowej lub biomasy odpadowej). Właściwości PLA są podobne do PS lub PET. PLA charakteryzuje się dużą sztywnością, odpornością na działanie tłuszczów i promieniowania UV, niską palnością. Folie z PLA wykazują stosunkowo wysoką barierowość na przenikanie tlenu, CO2 oraz pary wodnej. Wadą jest kruchość, łatwość absorpcji wilgoci oraz możliwość degradacji podczas przetwórstwa. PLA uzyskiwany z kukurydzy potrzebuje do procesu degradacji odpowiednich warunków (ponad 50°C, dużej wilgotności i obecności mikroorganizmów). Zmianę tych właściwości można uzyskać poprzez tworzenie kopolimerów PLA z innymi komonomerami lub kompozytów w postaci mieszanin polimerowych (blend).
Dostępna na rynku polskim folia EarthFirst PLA, produkowana z kukurydzy przez amerykańską firmę Plastic Suppliers na bazie surowców Nature Works PLA, jest w 100% kompostowalna. Jest odporna na zarysowania, ma wysoką czystość, przezroczystość i duży połysk. Nie posiada specjalnych wymagań dotyczących pakowania czy składowania. Folia ta stanowi doskonałą barierę - chroni produkt przed niekorzystnym wpływem czynników utleniających z zewnątrz, a jednocześnie zapewnia jego właściwy smak i aromat. Wilgoć może swobodnie przedostawać się przez ścianki folii Earth First PLA, co zapobiega efektowi mgły na okienkach i powoduje szybkie schnięcie warstwy samoprzylepnej [4].
