Биоразлагаемые пластмассы могут быть изготовлены на биологической основе или на основе ископаемого топлива. В последние годы были произведены новые виды пластмасс для решения проблемы загрязнения пластиком, пытаясь сократить время, необходимое для их разложения, особенно в естественных условиях. Однако не все современные биоразлагаемые пластики достигли этой цели.
Определение биоразлагаемого пластика
Биоразлагаемые пластики - это те пластики, которые могут разлагаться под действием микробов с образованием натуральных конечных продуктов, таких как вода и углекислый газ, за разумный период времени. Время, необходимое для полного разложения, зависит от материала, условий окружающей среды, таких как температура и влажность, а также места разложения в соответствии с Институтом биоразлагаемых продуктов (BPI, стр. 2).
Компостируемые пластики - это те пластики, которые быстро биоразлагаются и превращаются в гумус, не загрязненный металлами. Не все биоразлагаемые пластмассы подлежат компостированию; только некоторые.
Материалы должны соответствовать спецификациям ASTM D6400 или D6868, чтобы называться биоразлагаемыми и компостируемыми на суше, а также соответствовать спецификациям ASTM D7081 для морской среды. ASTM - это всемирная группа по стандартизации продукции.
Полиэфирные пластики на биологической основе, которые биоразлагаются
Пластики, полученные из растений, называются пластиками на биологической основе. Не все из них биоразлагаемы; например, существуют долговечные бутылки из ПЭТ на биологической основе. Биопластики, которые подвергаются биологическому разложению, состоят из двух материалов: биомассы и полиэфиров, полученных из растений. Существует два типа полиэфиров на биологической основе: полилактидная кислота (PLA) и полигидроксиалканоат (PHA).
Полигидроксиалканоат (ПГА)
PHA производится естественным путем бактериями и растениями, содержащими генетически модифицированные организмы (ГМО), но есть планы попробовать производство из пищевых отходов. Полигидроксибутират или ПОБ также является широко используемой разновидностью ПОА. Производство PHA обходится дорого, поскольку из бактерий можно производить лишь ограниченные количества.
- Применение:ПГА используются в качестве пищевых оберток, чашек, тарелок, покрытия для бумаги и картона, а также «во многих медицинских целях, включая шовный материал, марли и покрытия для лекарств». согласно отчету Центра сотрудничества промышленности и образования (отчет CIEC). Он может заменить большинство основных используемых в настоящее время типов пластика на основе ископаемого топлива, таких как полиэтилен, полистирол, ПВХ и ПЭТ, отмечает Bio Based Press.
- Пластмассы, содержащие смесь крахмала и целлюлозы ПГА: Некоторые пластиковые изделия полностью изготовлены из ПГА, как в случае с бутылками для воды, отмечает Bio Based Press. Однако, поскольку производство ПОА дорогое, его также смешивают с крахмалом и целлюлозой, чтобы сделать его более экономичным. По данным Дартмутского студенческого научного журнала (DUJS), это имеет дополнительное преимущество: скорость разложения увеличивается.
- Биоразложение: Его можно полностью компостировать в средах, богатых микробами и грибами, особенно в почве. Эти микробы расщепляют PHA с помощью ферментов. Время, необходимое для разложения, зависит от концентрации микробов в окружающей среде.
- По данным Bio Based Press, PHA разлагается в течение двух месяцев.
- Скорость разложения намного медленнее в морских водах, где через шесть месяцев разлагается менее 50%, добавляет CalRecycle (стр. 6). PHA прошел испытание ASTM D7081, показав 30% разложение за шесть месяцев (стр. 7).
Поилактидная кислота (PLA)
В DUJS поясняют, что PLA - это термопласт, получаемый путем ферментации бактериями. PLA на самом деле представляет собой длинную цепочку из множества молекул молочной кислоты. Поскольку существует множество недорогих способов производства молочной кислоты, их нужно только полимеризовать или соединить. Следовательно, PLA дешевле, чем PHA. Однако PLA хрупок, и его применение более ограничено, чем PHA. Производители решают эту проблему, добавляя добавки или полимеры.
- Применение: Из него изготавливают продуктовые пакеты, упаковку для пищевых продуктов, бутылки, чашки и тарелки. Поскольку он хорошо разлагается в присутствии кислот, его используют в некоторых медицинских целях, таких как медицинские шовные материалы и пластины, где он растворяется через 90 дней, отмечается в отчете CIEC. Он также используется при 3D-печати объектов.
- PLA и смеси полимеров: PHA также можно смешивать с полимерами из возобновляемых источников для улучшения его качеств в соответствии с DUJS.
- Биодеградация: PLA невозможно легко компостировать на заднем дворе, поскольку в этой среде отсутствуют необходимые температура и уровень воды.
- PLA может разлагаться в почве в течение шести-12 месяцев.
- PLA разлагается на коммерческих объектах в течение трех-шести месяцев, отмечает World Centric.
- Когда разложение происходит в присутствии кислорода, конечными продуктами являются углекислый газ и вода.
- Если разложение ПЛА происходит на свалках без кислорода, образуется метан, который в 20 раз более вреден для окружающей среды, чем углекислый газ, согласно данным Американского химического общества (стр. 2).
- PLA не прошел испытание ASTM D7081, поскольку только 3% разложилось в морской воде за шесть месяцев по данным CalRecycle (стр. 7).
Поскольку PLA не быстро разлагается в почве или морской воде, это может стать проблемой при засорении.
Биоразлагаемый пластик на основе биомассы
Пластмассы на основе биомассы изготавливаются из крахмала и целлюлозы, полученных из растительных остатков, а также древесины деревьев.
Ацетат целлюлозы
Ацетат целлюлозы (СА) - это синтетический продукт, полученный из целлюлозы, содержащейся в каждой части растения. Согласно научной публикации 2018 года, целлюлоза в настоящее время используется из хлопка, древесины и отходов растениеводства. Его можно использовать для изготовления формованных твердых пластмасс, сигаретных фильтров, покрытий, фотопленок и фильтров. Целлофан – это биоразлагаемая пленка, изготовленная из целлюлозы. По данным Phys.org, продолжаются новые исследования по поиску новых пластиковых пленок из отходов сельскохозяйственных культур и древесного материала, которые являются водостойкими и биоразлагаемыми.
Биоразлагаемость: Исследования показывают, что СА разлагается и уменьшается на 70% от своего веса после 18 месяцев пребывания в природе.
Крахмал
В обзоре 2017 года отмечается, что крахмал обрабатывается теплом, водой и пластификаторами для получения термопласта. Для повышения прочности его комбинируют с наполнителями из других материалов. Основными источниками крахмала являются кукуруза, пшеница, картофель и маниока. Этот пластик используется в упаковке, сумках, сельскохозяйственных мульчирующих пленках, посуде, цветочных горшках, а также при изготовлении упаковки и потребительских товаров. По данным Food Packaging Forum, он рассматривается как альтернатива полистиролу (ПС). Крахмал добавляется в биологические и обычные пластики, чтобы сделать их более биоразлагаемыми, отмечается в отчете Phys за 2017 год.
Биоразлагаемость: Пластики на основе крахмала могут быть компостируемыми или только биоразлагаемыми. Компостируемым вариантам требуется 90 дней для разложения на промышленных объектах, а биоразлагаемым - 100 дней для разложения на 46% и до двух лет для полного разложения.
Биоразлагаемый пластик на основе ископаемого топлива
Согласно Руководству по биопластикам, существует несколько новых видов пластика, изготовленного из ископаемого топлива, которые также могут быть биоразлагаемыми. Наиболее распространенными из них являются полибутиленсукцинат (PBS), поликапролактон (PCL), полибутират-адипаттерефталат (PBAT) и поливиниловый спирт (PVOH/PVA).
- PBAT представляет собой полимер, который производится из производных ископаемого топлива и иногда используется в сочетании с крахмалом. Предпринимаются усилия по производству этого полимера из возобновляемых источников. Руководство по биопластикам рассматривает его как замену ПЭВД и ПЭВП. Из него изготавливают мешки для мусора, упаковочную пленку, одноразовую упаковку и столовую посуду (чашки, тарелки и т. д.). Он не только биоразлагаем, но и компостируем.
- PCL - синтетический полиэстер, используемый для изготовления компостируемых пакетов, в медицине (шовный материал и волокна), в качестве поверхностного покрытия, клея для обуви и кожи, а также элементов жесткости для обуви и ортопедические шины. Этот пластик может разлагаться дрожжами. Более 90% пленок и 40% пенопласта из этого материала разлагаются за 15 дней.
- PBS представляет собой смолу, получаемую из ископаемого топлива или также имеющую биологическую основу в соответствии с Succinity (стр. 1, 5). Его можно комбинировать с другими полимерами или волокнами на биологической основе, такими как джут, для улучшения его качества. PBS используется для изготовления упаковки пищевых продуктов, посуды, листов сельскохозяйственной мульчи, горшков для растений, средств гигиены, таких как подгузники, и рыболовных сетей.
- PVOH - это смола, которую можно использовать для изготовления упаковочных пленок, которые могут заменить ПЭВД и ПЭВП. По данным Food Packaging Forum, его другие важные области применения - покрытия и добавки для производства бумаги и картона.
Все четыре пластика на основе ископаемого топлива биоразлагаются за три месяца при промышленном компостировании, за один год при компостировании на приусадебном участке и за один-два года в почве/свалках согласно данным InnProBio (стр. 4).
Переработка и компостирование
Необходимо учитывать свойства различных биоразлагаемых пластиков, чтобы обращаться с ними в конце их жизненного цикла, предупреждает Агентство по охране окружающей среды (EPA).
- EPA объясняет, что биоразлагаемые пластмассы не следует выбрасывать в мусорные баки, предназначенные для переработки обычных пластмасс, поскольку они сделаны из разных материалов. Это справедливо как для биотоплива, так и для ископаемого топлива.
- Несмотря на то, что пластики отмечены как биоразлагаемые и компостируемые, многие из них могут разлагаться только в условиях, доступных на коммерческих предприятиях по компостированию; свяжитесь с местными агентствами по переработке отходов для получения информации о ближайшем заводе по производству компоста. В 2017 году в США было всего 200 таких центров, поэтому таких центров необходимо увеличивать.
- Убедитесь, что пакеты пригодны для компостирования в домашних условиях, следуя инструкциям по продукту, прежде чем добавлять их в контейнеры для компоста.
- Извлечение материалов из биоразлагаемого пластика путем переработки невозможно из-за отсутствия оборудования.
Эффективная сегрегация, сбор и разложение необходимы для того, чтобы воспользоваться преимуществами биоразлагаемых пластиков. В его отсутствие большая часть биоразлагаемого пластика оказывается на свалках.
Будущее биоразлагаемого пластика
Биоразлагаемость пластика не может решить проблему загрязнения пластиком, если его не утилизировать должным образом. Потребительскому поведению по-прежнему необходимо сосредоточиться на сокращении потребления или переработке пластика, чтобы получить выгоду от перехода от обычного пластика, изготовленного из ископаемого топлива, к биоразлагаемому пластику.
