Biotworzywa jako nowe materiały przyjazne środowisku naturalnemu

• Autorzy: Malinowski R.

Warianty tytułu

EN

Bioplastics as a new environmentally friendly materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Problemy zanieczyszczenia środowiska naturalnego odpadami z tworzyw polimerowych, wyczerpujące się zasoby surowców kopalnych, nowe regulacje prawne dotyczące m.in. odzysku odpadów tworzywowych, a także protesty ekologów ukierunkowane na wprowadzanie na rynek materiałów ekologicznych były głównymi powodami, dla których w wielu placówkach naukowo-badawczych podjęto prace badawcze w zakresie inżynierii materiałowej, recyklingu oraz technologii wytwarzania nowych materiałów użytkowych, przyjaznych dla środowiska naturalnego, a jednocześnie zachowujących właściwości klasycznych polimerów. W artykule omówiono wybrane zagadnienia w zakresie biotworzyw, tj. tworzyw biodegradowalnych i/lub wytwarzanych z surowców odnawialnych. Przedstawiono trzy główne grupy biotworzyw obejmujące tworzywa: (a) wytwarzane z surowców petrochemicznych i ulegające biodegradacji, (b) nieulegające biodegradacji oraz wytwarzane z surowców odnawialnych oraz (c) wytwarzane z surowców odnawialnych i ulegające biodegradacji. Scharakteryzowano właściwości wybranych tworzyw biodegradowalnych, a także procesy biodegradacji oraz kompostowania. Ze względu na niektóre wady tych tworzyw lub możliwość ich częściowej degradacji już na etapie przetwórstwa omówiono również wybrane metody modyfikowania ich niektórych właściwości.

EN

Rapidly growing annual production of polymers which attained 288 Mt in 2012 causes the enhancement of range of their applications as well as problems with management of their wastes arising. The environment becomes more and more burdened by non-biodegradable plastics and also processing raw materials for producing plastics. The problems of environmental protection, new legal regulations, protests of ecologists are main reasons to take the new initiatives in material engineering, manufacturing new functional renewable and biodegradable materials for packaging purposes as well as their recycling technologies not affecting their basic properties. From the environmental point of view the greatest meaning have, so called, bio-plastics i.e. manufactured from renewable and/or biodegradable raw materials. In spite of still poor application compared to other plastics (only 1% of the total polymer production) they begin to be more and more competitive compared to classic polymers of petroleum origin. They may be divided into three main groups: (a) biodegradable plastics made of petrochemical raw materials, e.g. polycaprolactone (PCL), aliphatic – aromatic co-polyesters (AAC), (b) plastics manufactured from renewable raw materials, non biodegradable, often provided with the prefix “Eco” or “Bio” like e.g. polyethylene (Eco-PE), polypropylene (Eco-PP), poly(ethylene terephtalate) (Eco-PET), and (c) plastics manufactured from renewable and biodegradable raw materials like polylactide (PLA). At present the most advanced research tasks are conducted in renewable plastics. The problem concerns biodegradables (often called “double green”) like PLA as well as non-biodegradable plastics like Eco-PE. The greatest expectations concern application of “double green” because of their total bio-decomposition, renewability, and their ease in processability using classic processing machines. In spite of many valuable features some bio-plastics need to be modified regarding certain disadvantageous properties concerning their usefulness. To do it following modification, i.e. physical as well as chemical may be undertaken, e.g. by blending with other polymers, preparing composites with different fillers or copolymerization, grafting or cross-linking. Biopolymers in primary or modified form may be applied not only in medicine for tissue rebuild engineering but also in mass application because of their easier and easier availability and ever decreasing prices.

Słowa kluczowe

PL

polimery biodegradowalne; polilaktyd; surowce odnawialne; biodegradacja; kompostowanie

EN

biodegradable polymers; polylactide; renewable raw materials; biodegradation; composting

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 18, nr 2
• Strony: 215--231
• Opis fizyczny: Bibliogr. 55 poz.

Twórcy

autor

Malinowski R.

• Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, ul. M. Skłodowskiej-Curie 55, 87-100 Toruń

Bibliografia

• [1] Tworzywa sztuczne - Fakty 2012, Analiza produkcji, zapotrzebowania oraz odzysku tworzyw sztucznych w Europie w roku 2011, PlasticsEurope, Stowarzyszenie Producentów Tworzyw Sztucznych, 2012.
• [2] http://en.european-bioplastics.org/
• [3] Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach, DzU 2001, Nr 62, poz. 628 z późniejszymi zmianami.
• [4] Ustawa z dnia 11 maja 2001 r. o opakowaniach i odpadach opakowaniowych, DzU 2001, Nr 63, poz. 638 z późniejszymi zmianami.
• [5] Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 30 czerwca 2001 r. w sprawie rocznych poziomów odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych i poużytkowych, DzU 2001, Nr 69, poz. 719.
• [6] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 14 czerwca 2007 r. w sprawie rocznych poziomów odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych i poużytkowych, DzU 2007, Nr 109, poz. 752.
• [7] Shen L., Haufe J., Patel M.K., Product overview and market projection of emerging bio-based plastics, Raport, 2009.
• [8] Matzinos P., Tserki V., Kontoyiannis A., Panayiotou C., Processing and characterization of starch/polycaprolactone products, Polym. Degrad. Stab. 2002, 77, 17-24.
• [9] Middleton J.C., Tipton A.J., Synthetic biodegradable polymers as medical devices, Med. Plast. Biomat. 1998, 30, 31-38.
• [10] Doi Y., Steinbuchel A. (eds), Biopolymers, Vol. 4, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim 2002.
• [11] Herrera R., Franco L., Rodriguez-Galan A., Puiggali J., Characterization and degradation behaviour of poly(butylenes adipate-co-terephthalate)s, J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2002, 40, 4141-4157.
• [12] Błędzki A., Fabrycy E., Polimery degradowalne - stan techniki, Polimery 1992, 37, 343-350.
• [13] Trznadel M., Biorozkładalne materiały polimerowe, Polimery 1995, 15, 485-492.
• [14] Penczek S., Pretula J., Lewiński P., Polimery z odnawialnych surowców, polimery biodegradowalne, Polimery 2013, 58, 833-958.
• [15] Penczek S., Slomkowski S., (Bio)degradable Polymers from Renewable Resources, Macromol. Symp., Vol. 272, Wiley-VCH, Weinheim 2008.
• [16] Kaplan D.L. (ed.), Biopolymers from Renewable Resources, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1998.
• [17] Auras R.A. (ed), Lim L.T., Selke S.E.M., Tsuji H., Poly(lactic acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications, Wiley, 2010.
• [18] Martin O., Averous L., Poly(lactic acid): plasticization and properties of biodegradable multiphase systems, Polymer 2001, 42, 6209-6219.
• [19] Garlotta D., A literature review of poly(lactic acid), J. Polym. Environ. 2001, 2, 63-84.
• [20] Duda A., Penczek S., Polilaktyd [poli(kwas mlekowy)]: synteza, właściwości i zastosowanie, Polimery 2003, 48, 16-27.
• [21] Bastioli C., Properties and applications of Mater-Bi starch-based materials, Polym. Degrad. Stabil. 1998, 59, 263-272.
• [22] Spinu M., Jackson C., Keating M.Y., Material Design in Poly(Lactic Acid) Systems: block copolymers, star homo- and copolymers, and stereocomplexes, J. Macromol. Sci. Pure. 1996, 33, 1497-1530.
• [23] http://www.biotechnologyforums.com/thread-2280.html
• [24] Chen Y., Yang H., Zhou Q., Chen J., Gu G., Cleaner recovery of poly(3-hydroxybutyric acid) synthesized in Alcaligenes eutrophus, Process Biochem. 2001, 36, 501-506.
• [25] Yoshie N., Nagasato K., Fujiwara M., Kasuya K., Abe H., Doi Y., Inoue Y., Effect of low molecular weight additives on enzymatic degradation of poly(3-hydroxybutyrate), Polymer 2000, 41, 3227-3234.
• [26] Lee K.M., Gimore D.F., Huss M.J., Fungal degradation of the bioplastic PHB (poly-3-hydroxybutyric acid), J. Polym. Environ. 2005, 13, 213-219.
• [27] Jedliński Z., Kowalczuk M., Kurcok P., Adamus G., Matuszowicz A., Sikorska W., Gross R.A., Xu J., Lenz R.W., Stereochemical control in the anionic polymerization of β-butyrolactone initiated with alkali-metal alkoxides, Macromolecules 1996, 29, 3773-3777.
• [28] Jedliński Z., Ring-opening reactions of beta-lactones with activated anions, Acta Chem. Scand. 1999, 53, 157-162.
• [29] Jedliński Z., Kowalczuk M., Adamus G., Sikorska W., Rydz J., Novel synthesis of functionalized poly(3-hydroxybutanoic acid) and its copolymers, Int. J. Biol. Macromol. 1999, 25, 247-253.
• [30] Matzinos P., Tserki V., Kontoyiannis A., Panayiotou C., Processing and characterization of starch/polycaprolactone products, Polym. Degrad. Stabil. 2002, 77, 17-24.
• [31] Yamamoto M., Witt U., Skupin G., Beimborn D., Muller R., Biodegradable Aliphatic-Aromatic Polyesters: „Ecoflex”, Biopolymers, Wiley-VCH: Weinheim, Germany 2003.
• [32] Dacko P., Sobota M., Kowalczuk M., Materiały XVII Konferencji Modyfikacja Polimerów, Kudowa-Zdrój 2005, 476-480.
• [33] Bajer K., Malinowski R., Bajer D., Richert S., Properties of poly(lactic acid)/Ecoflex rigid foil sheets applied in thermoforming process, Polimery 2010, 55, 591-593.
• [34] Najafi N., Heuzey M.C., Carreau P.J., Polylactide (PLA)-clay nanocomposites prepared by melt compounding in the presence of a chain extender, Comp. Sci. Tech. 2012, 72, 608-615.
• [35] Żenkiewicz M., Richert J., Rożański A., Effect of blow moulding ratio on barrier properties of polylactide nanocomposite films, Polym. Test. 2010, 29, 251-257.
• [36] Takamura M., Nakamura T., Takahashi T., Koyama K., Effect of type of peroxide on crosslinking of poly(L-lactide), Polym. Degrad. Stab. 2008, 93, 1909-1916.
• [37] Błędzki A., Urbaniak M., Jaszkiewicz A., Feldmann M., Włókna celulozowe jako alternatywa dla włokien szklanych w kompozytach polimerowych, Polimery 2014, 59, 372-382.
• [38] Rytlewski P., Żenkiewicz M., Malinowski R., Influence of dicumyl peroxide content on thermal and mechanical properties of polylactide, Int. Polym. Proc. 2011, 26, 580-586.
• [39] Hwang I.T., Jung C.H., Kuk I.S., Choi J.H., Nho J.C., Electron beam-induced crosslinking of poly(butylene adipate-co-terephthalate), Nucl. Instrum. Meth. B. 2010, 268, 3386-3389.
• [40] Han C., Ran X., Zhang K., Zhuang Y., Dong L., Thermal and mechanical properties of poly(ecaprolactone) crosslinked with γ radiation in the presence of triallyl isocyanurate, J. Appl, Polym. Scie. 2007, 103, 2676-2681.
• [41] Cottam E., Hukins D.W.L., Lee K., Hewitt C., Jenkins M.J., Effect of sterilisation by gamma irradiation on the ability of polycaprolactone (PCL) to act as a scaffold material, Med. Eng. Phys. 2009, 31, 221-226.
• [42] Abd El-Mohdy H.L., Synthesis of starch-based plastic films by electron beam irradiation, J. App. Polym. Scie. 2007, 104, 504-513.
• [43] Yoshii F., Darwis D., Mitomo H., Makuuchi K., Crosslinking of poly(ε-caprolactone) by radiation technique and its biodegradability, Rad. Phys. Chem. 2000, 57, 417-420.
• [44] Santos R.F., Araujo E.S., Ferreira C.R.C., Ribeiro A.S., Radiolytic stabilization of poly(hydroxybutyrate), Rad. Phys. Chem. 2009, 78, 85-91.
• [45] Suhartini M., Mitomo H., Nagasawa N., Yoshii F., Kume T., Radiation crosslinking of poly(butylene succinate) in the presence of low concentrations of trimethallyl isocyanurate and its properties, J. Appl. Polym. Sci. 2003, 88, 2238-2246.
• [46] Bassas M., Marqu´es A.M., Manresa M., Study of the crosslinking reaction (natural and UV induced) in polyunsaturated PHA from linseed oil, Biochem. Eng. J. 2008, 40, 275-283.
• [47] Zhou J., Ma Y., Ren L., Tong J., Liu Z., Xie L., Preparation and characterization of surface crosslinked TPS/PVA blend films, Carbohydr. Polym. 2009, 76, 632-638.
• [48] Kim J.K., Jo C., Park H.J., Byun M.W., Effect of gamma irradiation on the physicochemical properties of a starch-based film, Food Hydrocoll. 2008, 22, 248-254.
• [49] Rytlewski P., Malinowski R., Moraczewski K., Żenkiewicz M., Influence of some crosslinking agents on thermal and mechanical properties of elektron beam irradiated polylactide, Rad. Phys. Chem. 2010, 79, 1052-1057.
• [50] Quynh T.M., Mitomo H., Nagasawa N., Wada Y., Yoshii F., Tamada M., Properties of crosslinked polylactides (PLLA & PDLA) by radiation and its biodegradability, Eur. Polym. J. 2007, 43, 1779-1785.
• [51] Mitomo H., Kaneda A., Quynh T.M., Nagasawa N., Yoshii F., Improvement of heat stability of poly(L-lactic acid) by radiation-induced crosslinking, Polymer 2005, 46, 4695-4703.
• [52] Malinowski R., Żenkiewicz M., Richert A., Wpływ wybranych czynników sieciujących na stopnie zżelowania i spęcznienia polilaktydu, Przem. Chem. 2012, 91, 1596-1599.
• [53] Żenkiewicz M., Malinowski R., Rytlewski P., Richert A., Sikorska W., Krasowska K., Some composting and biodegradation effects of physically or chemically crosslinked poly(lactic acid), Polym. Test. 2012, 31, 83-92.
• [54] Żenkiewicz M., Richert A., Malinowski R., Moraczewski K., A comparative analysis of mass losses of some aliphatic polyesters upon enzymatic degradation, Polym. Test. 2013, 32, 209-214.
• [55] Krzan A., Biodegradowalne polimery i tworzywa, Dokument projektu PLASTICE, 2012.