Biotworzywa na bazie PHA (PHB, PHBV, itp.)
Polihydroksyalkanolany (PHA) wytwarzane są przez bakterie w procesie fermentacji cukrów, fermentacji oleju roślinnego oraz fermentacji metanowej. W zależności od użytych mikroorganizmów oraz rodzaju pożywki powstają PHA o różnej strukturze cząsteczkowej i różnych właściwościach. Są to biodegradowalne tworzywa sztuczne (o temperaturze topnienia od 40 do 180°C), w zależności od ich składu chemicznego ciągliwe oraz mniej lub bardziej elastyczne. Wykorzystuje się je m.in. do produkcji implantów i sztucznych tkanek. Są odporne na działanie promieniowania UV, wykazują niską przepuszczalność wilgoci. Stopień krystaliczności wynosi od kilku do 70%. PHA ma podobne właściwości do PP, dobrą odporność na wilgoć i stanowi barierę zapachową. Globalny rynek PHA wart jest obecnie 57 mln dolarów i rośnie w tempie 11% rocznie.
Polihydroksymaślan (PHB) o handlowej nazwie Biopol, to pierwszy polimer o właściwościach termoplastycznych z grupy alifatycznych poliestrów pochodzących z biosyntezy (otrzymywany za pomocą specjalnych szczepów bakterii). Ulega on powolnemu rozkładowi na wodę i dwutlenek węgla pod wpływem bakterii obecnych w glebie, ściekach czy mule, zwłaszcza gdy trafi na warunki beztlenowe. Z PHB wytwarza się opakowania na szampony i kosmetyki. Najprostszy budową, pod względem której przypomina izotaktyczny PP. Problemem była nadmierna sztywność czystego PHB, co rozwiązano poddając go kopolimeryzacji. Spośród różnych możliwych izomerów strukturalnych tego polimeru praktyczne znaczenie ma tylko poli(3-hydroksymaślan) (P3HB). Innymi ważnymi polimerami należącymi do grupy naturalnych poliestrów są kopolimery kwasu masłowego, walerianowego i heksanowego PHBV i PHBH.
Ostatnio opublikowano informację o nowym materiale PHBV/NR. To domieszkowany kauczukiem naturalnym poli(kwas 3-hydroksymasłowy-co-3-hydroksywalerianowy) z dodatkiem monomeru TMPTA (triakrylan trimetylopropanu) mający stanowić alternatywę dla biodegradowalnych opakowań do żywności [5].
Biotworzywa na bazie celulozyGłównym źródłem celulozy dla procesów przemysłowych są drewno i bawełna. Celuloza stanowi główny komponent papieru, tektury i tekstyliów. Jest ona również wykorzystywana do produkcji włókien, folii i pochodnych celulozy. Produkowane od przeszło 100 lat są folie celulozowe pod nazwą Celofan. Folia ta cechowała się wysoką barierowością wobec gazów i zapachów, a także regulowaną barierowością na przenikanie wilgoci. Posiadała bardzo dobre właściwości optyczne, dostępne były jej wersje kolorowe i metalizowane. Wykazywała doskonałe i trwałe zagięcie oraz skręt, jak też termoodporność; umożliwiała zgrzewanie i zadrukowanie, posiadała naturalną antystatyczność oraz odporność i dobrą barierowość na tłuszcze i środki chemiczne, a przy tym ulegała biodegradacji oraz dawała możliwość kompostowania.
Z uwagi na to, że w latach 80-tych i 90-tych weszły na rynek tańsze, lepsze jakościowo i mniej obciążające środowisko folie BOPP, produkcja folii celulozowych znacznie zmalała. Firmą, która zainwestowała w badania nad poprawą jakości folii oraz opracowała technologię produkcji folii celulozowej NatureFlex bardziej przyjazną środowisku było angielskie przedsiębiorstwo Innovia Films (obecnie część japońskiej grupy Futamura Chemical Co Ltd.).
Aktualnie w Polsce oferowane sa kompostowalne folie celulozowe NatureFlex, które posiadają certyfikację zgodną z europejską normą EN 13432:2002 i amerykańską ASTM D 6400. Są produkowane z surowców pochodzących ze źródeł odnawialnych. Folie NatureFlex odznaczają się wysoką barierowością wobec gazów i zapachów, wysokim połyskiem, przezroczystością, odpornością na tłuszcze, oleje i chemikalia, naturalną antystatycznością, sztywnością, doskonałą stabilnością wymiarów i odpornością na działanie wysokich temperatur. Mogą być stosowane do pakowania wielu produktów spożywczych. Folie te można lakierować, metalizować, barwić w masie i laminować z innymi materiałami (też biodegradowalnymi).
Dostępne są folie powlekane lakierami o właściwościach barierowych na przepuszczanie pary wodnej, co umożliwia pakowanie produktów o podwyższonej wilgotności. Kontrolowana przepuszczalność wilgoci bez potrzeby perforacji umożliwia stworzenie naturalnej bariery mikrobiologicznej, co wpływa na przedłużenie trwałości pakowanych produktów. Podwyższona wytrzymałość na wysoką temperaturę umożliwia podgrzewanie i pieczenie zapakowanych wyrobów. Różnorodność asortymentowa produkowanych folii celulozowych NatureFlex jest szeroka, co pozwala na dobranie odpowiedniego rodzaju materiału do opakowania wybranego produktu i stanowi alternatywę dla konwencjonalnych tworzyw sztucznych [6].
Włókna celulozowe wykorzystywane są również jako osnowa dla biodegradowalnych kompozytów polimerowych, dla poprawy ich właściwości mechanicznych i cech hydrofobowych. Mogą być mieszane ze skrobią, aby uzyskać lepsze właściwości mechaniczne, przepuszczalność gazu i odporność na wodę. Najnowszą grupą asortymentową kompostowalnych folii celulozowych jest folia NatureFlex powlekana ekstruzyjnie biopolimerem (podobnie jak papier czy karton powlekany PE) [7]. Folia ta ma dużą stabilność, bardzo dużą barierowość na wilgoć i tlen. Może ona też występować w wersji białej lub przezroczystej. Na rynku w te folie pakowane są już makarony, twarde sery, wyroby wędliniarskie, żywność dla zwierząt i inne.
Firma Wolff Trading [8] oferuje biofolie Clarifoil do okienek, wykonane z octanu celulozy otrzymanego ze specjalnego gatunku pulpy drzewnej objętej certyfikatem PEFC. Ze względu na swoją celulozową strukturę, folia Clarifoil reaguje na wilgoć w analogiczny sposób jak papier i tektura. W rezultacie okienka kartonowe pozostają płaskie i przejrzyste, a nadmiar wilgoci jest odprowadzany przez powierzchnię folii. Folie Clarifoil nadają się do kompostowania zarówno w warunkach domowych, jak i przemysłowych.
Biotworzywa na bazie ligniny
Pod względem chemicznym lignina jest naturalnym polimerem o bardzo złożonej strukturze trójwymiarowej, zbudowanym m.in. z wielu pochodnych związków aromatycznych, w tym z różnych alkoholi fenylowych.
