Оксобиоразлагаемые (OBP) добавки представляют собой каталитические материалы, включенные в структуру типичных традиционных полиолефинов для изменения их деградационного поведения

Такие пластмассы подвергаются разложению в два этапа: окислительный процесс, который стимулируется включенными в состав каталитическими добавками, и  последующее биологическое разложение.

Традиционные полиолефиновые материалы вступают в реакцию с атмосферным кислородом для образования пероксидов. Производители смол обычно добавляют в эти материалы небольшие количества антиоксидантов для того, чтобы предотвратить появление такой реакции, особенно, во время обработки, когда смола горячая и расплавленная.

По прошествии определенного периода времени эти антиоксиданты поглощаются, что позволяет пластмассе начать вступать в реакцию с кислородом. Получаемые в результате пероксиды, в конце концов, разлагаются в ходе цепной реакции, в результате чего происходит расщепление полимерной цепи и формирование содержащих кислород продуктов с низкой молекулярной массой. Тем не менее, такое пероксидное разложение обычно является очень медленно протекающей реакцией, и это определяет скорость разложения подобных материалов.

Полиолефины обычно не подвергаются биологическому разложению, поскольку молекулы полимера просто слишком велики для того, чтобы их могли поглощать микроорганизмы, и биологическое разложение осуществляется в водной среде. А полиолефины являются гидрофобными веществами. Тем не менее, кислородноразложенные полиолефины состоят из полярных и увлажняемых водой молекул со значительной более низкой молекулярной массой, которые способны подвергаться биологическому разложению.  Традиционные полиэтилен, полипропилен и полистирол, а также  натуральный и синтетический каучуки все способны подвергаться кислородному разложению, но этот процесс протекает слишком медленно для того, чтобы можно было считать эти пластмассы разлагаемыми.

Каталитические добавки (про-оксиданты и про-деграданты) из металлов переменной валентности, которые существуют в более чем в одном окисленном состоянии, ускоряют пероксидное разложение на несколько порядков. Добавление этих каталитических материалов (обычно 0.05 – 0.1% нетоксичной соли металла или сложной) к полиолефинам значительно ускоряет разложение таких 'оксобиоразлагаемых' пластмасс.

Новые поставщики добавок OBP

Пластмассовые продукты, которые производятся с использованием таких добавок ОВР разлагаются в условиях воздействия солнечного света (УФ), тепла и/или создания механического напряжения для завершения  срока эксплуатации материала и возвращения трудно перерабатываемых пластмасс к их природному состоянию.

Жизненный цикл оксобиоразлагаемых пластмасс
Источник: Институт оксобиоразлагаемых пластмасс

Современные исследования в области биоразложения

Для подтверждения способности ОВР подвергаться биологическому разложению проводились самые разнообразные исследования. Компания Pyxis CSB Limited исследовала рост микроорганизмов на пленках ОВР при различных условиях захоронения, особенно в связи с действием продукта d2w от компании Symphony Environmental Ltd. Для того чтобы определить, будет ли полиэтиленовая ОВР пленка колонизироваться или поглощаться микроорганизмами во время нахождения в компосте или же в проточной свежей воде, использовался образец пленки, на котором уже появились признаки оксоразложения с созданием небольших хрупких чешуек, что свидетельствовало о биоразложении пленки.

В ходе одного из испытаний образцы материала помещали в компост на 30 дней, а затем изучали с помощью электронного микроскопа. Было обнаружено, что поверхность пленки была заселена микроорганизмами, и были получены данные о том, что эти микроорганизмы удалили часть массы из пластмассы. На контрольном образце традиционной полиэтиленовой пленки, который подвергали воздействию тех же условий, было выявлено ограниченное количество микроорганизмом без каких-либо следов разрушения пленки. 

(Слева) Контрольная полиэтиленовая пленка после 30 дней компостирования
(В центре) Полиэтиленовая пленка OBP после 30 дней компостирования(Справа) Фрагмент образца пленки OBP, показанный синим на центральном микроснимке
(Предоставлено: Pyxis CSB/Symphony Environmental Ltd.)

Важные технологические свойства OBP

• Технология является особенно эффективной для пленочных продуктов, изготовленных из полиэтилена, который содержит про-деградантные добавки. Конечные продукты с приемлемыми сроком эксплуатации и сроком хранения и физическими свойствами, которые,  в целом, идентичны свойствам традиционных полиолефинов, продемонстрировали способность к разложению и биоразложению в пределах предсказуемых временных рамок (зависящих от управления составом или концентрацией добавки) по завершении срока эксплуатации.  

• Материал можно до некоторой степени «программировать» для получения различных эксплуатационных характеристик в зависимости от требования продукта и среды его захоронения.

• Дополнительные приростные затраты на добавки для обработчика невелики (много меньше чем при использовании конкурирующих гидробиоразлагаемых продуктов).

• Требования по погрузке/разгрузке и хранению смол, улучшенных добавками OBP, соответствуют обычным процедурам. ОВР можно перерабатывать на том же оборудовании и с теми же трудозатратами, что и традиционные полиолефины.  

• Технология продемонстрировала совместимость с последующим производством и существующими потоками утилизации после использования потребителями.

• Технология совместима со всеми методами утилизации, включая захоронение, компостирование, утилизацию для повторного применения и сжигание.

• Смолы OBP не наносят ущерба окружающей среде. Продуктами разложения или биоразложения являются углекислый газ, вода и биомасса. Оксобиоразложение ОВР не дает выделения метана и не оставляет в почве фрагментов пластмассы. ОВР соответствует требованиям испытаний на токсичность по таким параметрам, как прорастание, рост растений и выживаемость организмов (дафния, земляные черви), которые проводились в соответствии с Британскими национальными стандартами ON S 2200 и ON S 2300.

• Продукты, с которыми используется технология, полностью соответствуют современным европейским требованиям для продуктов, контактирующих с пищевыми продуктами, а также требованиям Управления по контролю за продуктами и лекарствами США.

• Технология может применяться при изготовлении большинства пластмассовых применений от упаковки пищевых продуктов до сумок для пищевых продуктов, от сельскохозяйственных пленок до строительных покрытий, и от медицинских контейнеров до упаковок для продуктов личной гигиены.

Преимущества упаковки из OBP

Пластмассы, изготавливаемые с использованием технологии ОВР, представляют собой готовую замену для традиционных упаковочных материалов, они отвечают всем требованиям большинства розничных торговцев и их заказчиков, которые предъявляются к более экологически благоприятным продуктам.

 Хотя пластмассовые сумки составляют лишь очень небольшой процент материалов, отправляемых на захоронение (например, в Калифорнии 0.4% сумок и 8% от общего объема пластмассовой упаковки), оказывается определенное давление с тем, чтобы сократить объем захоронения, и здесь часто упоминается проблема утилизации пластмассовых сумок. Оксобиоразлагаемые пластмассы продемонстрировали свою способность разлагаться при захоронении. Для некоторых материалов с высоким отношением объема и массы, например, для рукавных материалов и расширенного полистирольного пенопласта, такое разложение позволит уменьшить объемы захоронения.

Помимо вопроса об объемах захоронения, основным вопросом, который поднимается различными административными советами, такими, как в Сан-Франциско, является проблема, связанная с визуальным вредом от разбросанных пакетов и ущерба для окружающей среды, который наносится пластмассовыми материалами, которые попадают в водоемы и океаны.  Одним из примеров является Тихоокеанская мусорная воронка. Течения в северной части Тихого океана двигаются по спирали и по часовой стрелке, образуя воронки, в которые втягиваются отходы от различных источников по всему краю тихоокеанского побережья.

Пластмассовые и прочие отходы накопились в данном регионе, который занимает обширный регион, равный Техасу, и включает нагульные ареалы колоний тихоокеанских птиц, таких как альбатросы с острова Терн и Гвадалупских островов. По имеющимся оценкам, Мусорная воронка содержит концентрации пластмассы порядка 3.3. миллионов единиц пластмассы (5.1 кг) на квадратный километр океана, и содержит широкий диапазон пластмассовых отходов. Эти пластмассовые отходы часто ошибочно принимаются морскими обитателями за пищу, и считаются непосредственной причиной гибели целого ряда животных, включая альбатросов и морских черепах. Одной из причин такого объемного накопления пластмассовых материалов является то, что они очень медленно поддаются биологическому разложению.

Изображение Тихоокеанской мусорной воронки (Credit Greenpeace International)

Конечные применения оксобиоразлагаемой упаковки

Оксобиоразлагаемые пластмассовые продукты разработаны, имеются на рынке и используются в повседневной жизни для изготовления целого ряда применения с коротким сроком эксплуатации при продолжающейся разработке все новых применений. В число таких применений входят:

• Сумки или «пакеты для покупок», которые используются потребителями для того, чтобы доставлять свои покупки из магазина домой

• Мешки для мусора, которые потребители приобретают в рулонах и используют для выбрасывания обыкновенных бытовых отходов

• Фартуки для защиты одежды, дома, в госпиталях, ресторанах, цехах и т. д.

• Вклады мусорных баков

• Перчатки

• Пластмассовые покрытия для ряда применений в сельском хозяйстве и садоводстве

• Пластмассовая пленка для заворачивания газет и журналов

• Пакеты для хлеба

• Усадочная упаковка и упаковка для поддонов

• Рукавный оберточный материал

• Жесткие продукты, такие как бутылки и стаканчики

Оценка дальнейших перспектив разработки оксобиоразлагаемых веществ

Хотя разработка и применение разлагаемых и биоразлагаемых пластмасс не является всеобъемлющим решением основных проблем с утилизацией мусора и охраной окружающей среды, а также другими взаимосвязанными вопросами, она является одним из компонентов многостороннего решения чрезвычайно сложной проблемы. Оксобиоразлагаемые пластмассы и их про-оксидантные и про-деградантные добавки несомненно играют важную роль при разработке решений в рамках концепции «Уменьшения количества, утилизации и переработки для повторного использования», которая применяется для выработки решений для преодоления данной глобальной проблемы.

Сегмент рынка, на котором предлагаются про-деградантные добавки, совсем невелик, и число компаний, работающих на этом сегменте, ограничено несколькими небольшими компаниями, с ограниченными ресурсами. Рынку традиционных пластмасс следует обратить серьезное внимание или же пересмотреть свое отношению к разрабатываемым  системам оксобиоразлагаемых добавок, и оказать надлежащую помощь и поддержку этой многообещающей технологии.

www.polymery.ru