To nie są zwykłe, foliowe reklamówki, albo plastikowe butelki. Wykorzystane w nich związki chemiczne po wykorzystaniu ulegają rozpadowi, a następnie recyclingowi organicznemu. Głównym źródłem surowców dla materiałów biodegradowalnych są surowce roślinne, czyli wielocukry pochodzące ze skrobi kukurydzianej lub trzciny cukrowej. Opakowania z tworzyw biodegradowalnych stanowią alternatywę dla tradycyjnych tworzyw sztucznych stosowanych do produkcji opakowań, pozwalają uzyskać materiały opakowaniowe bardziej funkcjonalne, innowacyjne. Stosowanie opakowań biodegradowalnych jest korzystne ze względu na aspekt ekologiczny, jak i ekonomiczny. Istnieje bowiem możliwość utylizacji zużytych odpadów metodą kompostowania, dzięki czemu nie zagrażają one środowisku naturalnemu. Obecnie na rynku opakowaniowym wykorzystuje się różne polimery biodegradowalne.

Na całym świecie, również w Polsce, wzrasta ilość odpadów z tworzyw syntetycznych, w tym w znacznej mierze zużytych opakowań, które ze względu na ich trwałość stanowią problem gospodarczy i zagrożenie dla środowiska naturalnego. W celu przeciwdziałania powstawaniu nadmiernej ilości odpadów od wielu lat prowadzone są badania nad nowymi materiałami ulegającymi biodegradacji. Opakowania biodegradowalne, wytwarzane na bazie polimerów biodegradowalnych, są to materiały, których struktura chemiczna ulega znaczącym przemianom, zachodzącym w specyficznych warunkach środowiskowych. Materiały te tracą jednocześnie swoje właściwości w wyniku degradacji, zachodzącej z wykorzystaniem naturalnie występujących w przyrodzie mikroorganizmów – bakterii, grzybów czy alg. Końcowymi produktami procesu biodegradacji są biomasa (materia organiczna), woda i gazy: dla warunków tlenowych dwutlenek węgla, dla warunków beztlenowych metan.
Na światowym rynku pojawia się coraz więcej nowych biopolimerów stosowanych do opakowań biodegradowalnych, które można zaklasyfikować do jednej z dwóch następujących grup:
• polimery otrzymane z surowców odtwarzalnych;
• polimery otrzymane z surowców petrochemicznych.

Pod względem sposobu otrzymywania polimery biodegradowalne podzielić można na cztery grupy. Pierwszą stanowią tworzywa otrzymywane przez bezpośrednią ekstrakcję z biomasy: polisacharydy (skrobia, celuloza, chitozan); proteiny (pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego). Do drugiej grupy należą tworzywa syntetyzowane z monomerów pochodzących
z przyrody (polikwas mlekowy PLA z kwasu mlekowego otrzymanego przez fermentację skrobi). Kolejnym sposobem ich wytwarzania jest produkcja przez mikroorganizmy (polimery i kopolimery kwasu 3-hydroksy masłowego PHB i 3-hydroksy walerianowego PHV, celuloza bakteryjna). Ostatnią grupę tworzą tworzywa biodegradowalne syntetyzowane z surowców petrochemicznych (polialkohol winylowy PVA, polikwas glikolowy PGA, polikaprolakton PCL, poliestry alifatyczno-aromatyczne). Sam proces biodegradacji jest zjawiskiem zachodzącym na drodze procesów fotochemicznych, chemicznych lub biologicznych. Rozkład fotochemiczny tworzyw sztucznych zachodzi dzięki wprowadzeniu do nich dodatków, które pod wpływem promieniowania świetlnego w zakresie nadfioletu inicjują rozrywanie łańcuchów polimerów. Tworzywa takie, produkowane na skalę przemysłową, mają ograniczone zastosowanie z powodu braku odporności na światło słoneczne. Rozkład chemiczny tworzyw syntetycznych zachodzi w przypadku dodania do nich substancji utleniających, które w odpowiednich warunkach powodują rozpad łańcuchów polimerów. Najbardziej obiecującym sposobem rozkładu tworzyw syntetycznych jest ich biodegradacja w środowisku naturalnym. Do wyrobu tworzyw ulegających biodegradacji mogą być użyte substancje naturalne, głównie pochodzenia roślinnego lub będące produktami działalności mikroorganizmów. Mechanizm degradacji polimeru w znacznej mierze jest uzależniony od środowiska, w jakim się on znajduje i od specjalnie wprowadzonych dodatków, wbudowanych w makrocząsteczkę, od których rozpoczyna się proces rozkładu.

W ostatnich latach dokonał się zdecydowany postęp w dziedzinie produkcji biodegradowalnych materiałów opakowaniowych i szybko wzrasta rynek surowców do ich wytwarzania. Duże nadzieje pokładane są w zastosowaniu poliestrów hydroksykwasów pochodzenia mikrobiologicznego, jako głównych surowców do wyrobu biodegradowalnych tworzyw syntetycznych, które mają zastosowanie przy produkcji pojemników i tacek (rys. 1).
Najważniejsze z nich to poliestry hydroksykwasów: masłowego i walerianowego. Poprzez kopolimeryzację tych związków ze sobą udało się otrzymać substancję o cechach funkcjonalnych odpowiednich do użycia jej w produkcji tworzyw, m. in. dzięki korzystnym właściwościom mechanicznym. Polimery estrów kwasów hydroksymasłowego i hydroksywalerianowego ulegają w wysokim stopniu biodegradacji w glebie. Stwierdzono, że poliestry wiążą się (m. in. wiązaniami wodorowymi) z polimerami syntetycznymi, a nie wchodzą w interakcję np. z dodawaną skrobią. Dodawana do poliestrów skrobia pogarsza mechaniczne właściwości tworzywa, ale za to przyspiesza jego biodegradację.

Obecnie w Polsce i na świecie znane są tworzywa, które na drodze procesów fotochemicznych i chemicznych ulegają degradacji. Proces ten jednak zachodzi bardzo powoli w naturalnych warunkach środowiskowych. Przyspieszenie degradacji klasycznych polimerów (PE, PP, PS), stosowanych do produkcji opakowań może odbywać się przez wprowadzenie do tworzywa dodatków mających zdolność absorpcji promieniowania słonecznego w zakresie długości fali 290 – 3.000 nm lub przez modyfikację tworzywa, np. przez wprowadzenie do łańcucha grup funkcyjnych, takich jak grupa karbonylowa C=O, przyspieszających rozkład fotochemiczny lub chemiczny (hydroliza, utlenianie).

Wrażliwość polimerów na fotodegradację (fotoutlenianie pod wpływem UV światła słonecznego w obecności tlenu) można uzyskać przez:
• dodatek substancji zawierających grupy karbonylowe, tworzące pod wpływem tlenu nadtlenki, które rozpadają się na wolne rodniki i reagują z matrycą polimerową;
• dodatek katalizatorów, takich jak sole nienasyconych kwasów tłuszczowych (zawierających metale: Co, Fe, Mg, Zn, Ce);
• dodatek tlenków metali (FeO, Fe2O3, ZnO, TiO2) lub nieorganicznych soli metali (FeCl3, CuCl2, CoCl2);
• kopolimeryzację z tlenkiem węgla, np. kopolimer etylen/CO; zazwyczaj zawartość CO w tworzywie wynosi 1 – 2%, ale może być znacznie większa np.: 18%; szybkość i czas degradacji wzrasta ze wzrostem zawartości grup karbonylowych i ilości dostarczonego światła UV;
• kopolimeryzację takich tworzyw, jak: PE, PS, PP z winyloketonami.

Okres fotodegradacji dzięki takim dodatkom może trwać od kilku dni do kilku miesięcy. W produkcji materiałów opakowaniowych ulegających degradacji w środowisku naturalnym znaczącą pozycję zajmują polisacharydy pochodzenia roślinnego. Wśród nich najdłużej do tego celu stosowana jest celuloza i jej pochodne oraz skrobia. Największe zastosowanie w opakowalnictwie znalazły takie biodegradowalne polimery jak polietylen, polipropylen i polistyren, zawierające skrobię. Skrobia może być wyekstrahowana między innymi z ziemniaków, kukurydzy, ryżu, żyta, owsa, pszenicy, tapioki i grochu. Ze względu na ilość wprowadzonej skrobi rozróżnia się: tworzywa sztuczne modyfikowane skrobią (5 – 15% wagowych skrobi), i tworzywa sztuczne na bazie skrobi (40 – 60% wagowych skrobi).

W opracowanych technologiach skrobia jako składnik tworzyw biodegradowalnych występuje w postaci surowej oraz w formie ekstrudowanej, związana z polimerem syntetycznym fizycznie lub chemicznie poprzez kopolimeryzację szczepionową. Proces ekstruzji jest jedną z metod formowania tworzyw syntetycznych. Ekstrudowanie skrobi prowadzi do destrukturyzacji skrobi i otrzymania jej w formie termoplastycznej, umożliwiającej formowanie i mieszanie z innymi składnikami tworzywa. Skrobia ekstrudowana różni się w znacznym stopniu właściwościami reologicznymi i charakteryzuje się znacznie większą rozpuszczalnością w wodzie od skrobi naturalnej. Zmiany zachodzące we właściwościach skrobi podczas procesu ekstruzji zależą nie tylko od parametrów tego procesu, lecz również od właściwości surowca czy zastosowania różnych dodatków. W celu poprawienia właściwości wyrobów ze skrobi stosowane są różne dodatki. Przykładowo dodatek tłuszczu obniża przepuszczalność pary wodnej, a sorbitolu przepuszczalność pary wodnej i tlenu przez folię ze skrobi termoplastycznej. Tworzywa syntetyczne zawierające skrobię stosowane są głównie do wyrobu folii, pojemników oraz do produkcji pianek służących do wypełniania pustych przestrzeni opakowań. Opakowania tego typu nie znalazły jeszcze zastosowania w branży mięsnej. Jedynie przemysł cukierniczy wykorzystuje je do pakowania gotowych wyrobów cukierniczych (rys.2).

Wszyscy wiemy, jak bardzo istotną rolę odgrywają opakowania spożywcze, stają się coraz doskonalsze. Mimo wszystko poszukiwanie nowych alternatywnych rozwiązań, mających na celu zastąpienie materiałów trudnodegradowalnych przez nowe, ulegające całkowitej lub częściowej degradacji w warunkach środowiskowych jest wciąż tematem aktualnym i otwartym dla sfery naukowej. Materiały degradowalne w przyszłości powinny znaleźć znaczącą rolę na rynku spożywczym, choć zapewne nie w takim zakresie jak ma to miejsce przy zastosowaniu tradycyjnych tworzyw sztucznych. Liczne badania prowadzone w ośrodkach naukowych skierowane są na poszukiwanie rozwiązania najbardziej proekologicznego, w tym wypadku stworzenie opakowań biodegradowalnych z użyciem składników powszechnie występujących w środowisku, np. skrobi. Czas pokaże, czy opakowania biodegradowalne przyjmą się na stałe w przemyśle spożywczym, w tym również i mięsnym. •

Szybki kontakt!
+
Wyślij!

Pin It on Pinterest