Proekologia.pl

http://www.proekologia.pl/e107_plugins/content/content.php?content.8494

Strona 1/4

Biodegradowalne wBókna syntetyczne

semi, sierpieD 2008

Biodegradowalne

wBókna syntetyczne

W okresie burzliwego rozwoju ró|nych gaBzi przemysBu, w tym chemicznego i wBókienniczego, motorem wprowadzania na

rynek nowych surowców i asortymentów wBókienniczych byBo przede wszystkim zaspokajanie wzrastajcych potrzeb

konsumentów. Podobnie jak w przypadku tworzyw sztucznych, najbardziej oczekiwan cech wBókien chemicznych byBa ich

trwaBo[.

WBókna chemiczne poliamidowe i poliestrowe charakteryzowaBy si dobrymi cechami wytrzymaBo[ciowymi, a

najpózniej wprowadzone na rynek wBókna polipropylenowe dodatkowo górowaBy nad innymi nisk cen.

Zu|ycie

ró|nych rodzajów i asortymentów wBókien syntetycznych stale wzrastaBo, zarówno w sektorze typowo tekstylnym, jak i w

wyrobach technicznych. Znaczn cz[ tych wyrobów stanowiBy wBókiennicze wyroby jednorazowego u|ytku, w tym

ró|nego rodzaju wBókniny, przede wszystkim do celów higienicznych. Konsekwencj tych dziaBaD byB kryzys surowcowy

w ostatnich dziesicioleciach XX w., dotyczcy produktów ropopochodnych oraz fatalny stan [rodowiska naturalnego.

Gromadzone na skBadowiskach odpady wBókiennicze przez dBugie lata bd przypominaBy ludziom o beztroskiej polityce w

zakresie ochrony [rodowiska. WBókna sztuczne a syntetyczne Prowadzone w ostatnim okresie wnikliwe analizy zaopatrzenia

przemysBu wBókienniczego w surowce wykazaBy, |e nie jest mo|liwy znaczcy odwrót od wBókien chemicznych na

rzecz przyjaznych dla [rodowiska wBókien naturalnych. WBókna chemiczne s produkowane przez czBowieka zarówno z

polimerów naturalnych, wytwarzanych przez przyrod, jak i z polimerów syntetycznych. W pierwszym przypadku okre[la si te

wBókna jako sztuczne, w drugim jako syntetyczne. Odpady wBókien sztucznych, podobnie jak wBókien naturalnych, nie

stanowi istotnego zagro|enia dla [rodowiska. Wzrost produkcji wBókien chemicznych dotyczy przede wszystkim wBókien

syntetycznych. W globalnej produkcji surowców wBókienniczych w 2005 r. udziaB wBókien chemicznych wyniósB 52%, przy

czym 92% tej ilo[ci stanowi wBókna syntetyczne. Rozwizania problemu zanieczyszczenia [rodowiska odpadami

wBókienniczymi upatruje si w zastosowaniu do wytwarzania wBókien chemicznych caBkowicie biodegradowalnych tworzyw,

najlepiej pochodzcych z naturalnych zródeB surowcowych, szczególnie o charakterze odnawialnym.

Spo[ród znanych metod

wytwarzania wBókien chemicznych bez wtpienia najlepsz jest metoda formowania ze stopu.

Z uwagi na du|

wydajno[ i mo|liwe wysokie szybko[ci formowania jest ona najkorzystniejsza ze wzgldów ekonomicznych. Za

korzy[ciami ekologicznymi przemawia brak produktów ubocznych (zarówno staBych, jak i gazowych) oraz niewielka ilo[

odpadów. Metod formowania ze stopu mog by przetwarzane na wBókna

polimery termoplastyczne. W ten sposób

formowane s syntetyczne wBókna poliestrowe, poliamidowe i poliolefinowe.

Nie ulegaj one biodegradacji, gdy| s

odporne na dziaBanie mikroorganizmów. Mikroorganizmy zawieraj enzymy, które katalizuj reakcje utleniania i hydrolizy.

Atakuj polimer i powoduj cicie" jego gBównego BaDcucha na krótkie fragmenty. Idealny polimer biodegradowalny

powinien ulec caBkowitemu rozkBadowi pod wpBywem skomplikowanego procesu biochemicznego do C02, H20 i biomasy. Znanymi

polimerami termoplastycznymi, które ulegaj caBkowitej biodegradacji w warunkach naturalnych, s poliestry alifatyczne

wytwarzane z ró|nych monomerów, takich jak kwas glikolowy, kwas mlekowy, kwas masBowy czy kaprolakton.

Polimery i

kopolimery wytworzone z tych surowców od dawna s stosowane do wyrobu artykuBów medycznych, m.in. implantów i

Proekologia.pl

http://www.proekologia.pl/e107_plugins/content/content.php?content.8494

Strona 2/4

bioreserbowalnych nici chirurgicznych.Polimer PLASpo[ród poliestrów alifatycznych najwiksze zainteresowanie od dawna

wzbudzaB po-li(kwas mlekowy) (PLA), odkryty w 1932 r. przez Carothersa. Ju| w latach 60. zwrócono uwag na PLA jako

potencjalnie caBkowicie biodegradowalne tworzywo, przeznaczone przede wszystkim do celów medycznych. Po-li(kwas mlekowy)

otrzymywany jest z kwasu L-mlekowego, powstajcego w wyniku fermentacji cukrów z surowców ro[linnych.

W 1992 r. japoDska

firma Schimadzu wypu[ciBa na rynek tworzywo Lacty, oparte caBkowicie na PLA.

Ze specjalnego, wBókno-twórczego typu

polimeru Lacty firma Kanebo wytworzyBa biodegradowalne wBókno Lactron. Obecnie czoBowym producentem polimeru PLA,

wystpujcego pod nazw handlow NatureWorks, jest firma Cargill Dow Polymers (USA). Z polimeru NatureWorks

produkowane s wyroby wBókiennicze o nazwie Ingeo.

Na targach Heimtcxtil 2006 we Frankfurcie japoDska firma Toray

zaprezentowaBa now seri wyrobów wBókienniczych z polimeru NatureWorks o nazwie Ecodeal.

Obie serie Ingeo i

Ecodeal obejmuj wBókna cigBe gBadkie i teksturowane, wBókna cite, wBókna dywanowe BCF oraz wBókniny

wytwarzane metodami bezpo[rednimi ze stopu, tzw. wBókniny spod filiery (ang. spun bond) i wBókniny pneumotermiczne (ang.

melt blown).[newpage]Pod wzgldem wBa[ciwo[ci mechanicznych wBókna PLA nie odbiegaj znacznie od wBa[ciwo[ci

wBókien poliamidowych czy poliestrowych. Charakteryzuj si wytrzymaBo[ci wBa[ciw na poziomie 35 -- 45 cN/tex,

ale mo|na osiga te| wytrzymaBo[ci ok. 60 cN/tcx. WBókna PLA maj odpowiedni odporno[ termiczn,

umo|liwiajc wytworzenie wyrobów wBókienniczych trwaBych w warunkach u|ytkowania. Temperatura zeszklenia T

wBókien PLA, wynoszca 55-65°C, jest porównywalna z Tg wBókien PET, a temperatura-topnienia 160-170°C jest

zbli|ona do temperatury topnienia wBókien PP. WBókna PLA s odporne na dziaBanie promieni UV, wykazuj dobr

spr|ysto[, a w porównaniu ze standardowymi wBóknami poliestrowymi maj mniejsz gsto[ (1,24 g/cm) i

wydzielaj znacznie mniej dymu podczas palenia. W zestawieniu z typowymi wBóknami syntetycznymi wykazuj znacznie

wy|szy wskaznik tlenowy palno[ci (Ol = 26%).

WBókna PLA s wykorzystywane na cele tekstylne, tak jak inne wBókna

syntetyczne na bielizn i odzie| wierzchni, na tekstyliasanitarne i medyczne jednorazowego u|ytku, na geotekstylia, a

tak|e na wyroby techniczne wBókniny rolnicze, sieci rybackie i liny.

WBókna te nie powoduj alergii. Mog by

stosowane bez |adnych ograniczeD, równie| w mieszankach z innymi wBóknami. Mo|liwe jest barwienie wBókien na

wszystkie kolory.W normalnym u|ytkowaniu wBókna PLA s caBkowicie odporne na dziaBanie warunków atmosferycznych.

W specyficznych warunkach wysokiej temperatury i wilgotno[ci, typowych dla kompostowania odpadów, produkty PLA ulegaj

caBkowitej degradacji. Ich rozpad nastpuje przez hydroliz, a nastpnie biokonwersj do ETO i C02. Proces ten jest

najszybszy w podwy|szonej temperaturze w [rodowisku kompostu (do 3-4 miesicy), a w wodzie i glebie w temperaturze

otoczenia jest znacznie dBu|szy (nawet ponad 12 miesicy).

Poza PLA, który jest ju| stosowany do wytwarzania wBókien,

na [wiatowych rynkach wystpuj inne

biodegradowalne tworzywa termoplastyczne z grupy poliestrów alifatycznych. Ich

wBa[ciwo[ci termiczne s jednak znacznie gorsze od polimeru PLA i z tego powodu mog by wykorzystywane do celów

wBókienniczych w bardzo ograniczonym stopniu, przede wszystkim na wyroby jednorazowego u|ytku. Tworzywa te mog by

przerabiane na wBókniny metodami bezpo[rednimi.

W poszukiwaniu u|ytecznych tworzyw biodegradowalnych do celów

wBókienniczych du|o uwagi po[wica si badaniom nad kopolies-trami aromatyczno-alifatycznymi, zawierajcymi mery

typowych poliestrów kwasu tere-ftalowego (np. PET) i mery poliestrów alifatycznych (np. polietylenoadypinianu i innych poliestrów

opartych na alifatycznych kwasacl dikarboksylowych). Tego typu kopolimery oparte na dostpnych surowcach oraz istniejcej

bazie techniczno-technologicznej mog by taDszymi tworzywami biodegradowalnymi ni| poliestry alifatyczne. Ponad to

bd si charakteryzowa korzystnymi wBa[ciwo[ciami przerobowymi i u|ytkowymi.

[newpage]Projekt badawczy

IBWChW Instytucie Biopolimerów i WBókien Chemicznych (IBWCh) prowadzone byBy prace nad syntez degradowalnych

Proekologia.pl

http://www.proekologia.pl/e107_plugins/content/content.php?content.8494

Strona 3/4

kopoliestrów etylenotereftalanu i kwasu L-mlekowego Ich zalet s dobre wBa[ciwo[ci termiczne (w tym wysoka temperatura

zeszklenia powy|ej 55°C) i mo|liwo[ wytwarzania w procesie zbli|onym do syntezy typowego poliestru

etylenotereftalanowego. W kwietniu 2006 r w IBWCh zakoDczono projekt badawczy dotyczcy otrzymania pierwszych w skali

krajowej caBkowicie biodegradowalnych wBókien syntetycznych. Surowcem dla tych wBókier byBy biodegradowalne tworzywa

termoplastyczne, z których mo|na formowa wBókna technik przdzenia ze stopu. Zakres projektu badawczego

obejmowaB m.in. ocen mo|liwo[ci stopowego formowania wBókien z biodegradowalnych tworzyw dostpnych na tynku

[wiatowym oraz z polimeru opracowanego w IBWCh. Kopoliester etylenotereftalanu i kwasu mlekowego (ET/LA) wytworzono w skali

wielkolaboratoryjnej z dimetylotcreftalanu, glikolu etylenowego i kwasu L-mlekowego.W badaniach wykorzystano dwa handlowe

polimery: alifatyczno-aromatyczny poliester glikolu butylenowego, kwasu adypinowego i tereftalowego Eastar Bio produkcji Eastman

Chemical i alifatyczny poliester glikolu butylenowego, kwasu bursztynowego i adypinowego Bionolle typ 3001 produkcji Showa

Highpolymer. Wtóknotwórczy PLA nie jest dostpny w Polsce. Producenci dotychczas nie wyra|aj zgody na sprzeda|

tego polimeru ani nie udostpniaj jego próbek do badaD z zakresu formowania wBókien.

Ocena wBa[ciwo[ci termicznych i

Teologicznych ' termoplastycznych polimerów biodegradowalnych: kopoliestru ET/LA, poliestru alifatycznego Bionolle i poliestru

alifatyczno-aromatycznego EastarBio wykazaBa, |e mog by one przerabiane na wBókna metod przdzenia ze stopu.

WBókna formowano ze stopu metod klasyczn z szybko[ci do 1500 m/min oraz metod szybkiego przdzenia z

szybko[ci do 3000 m/min.

Przeprowadzono równie| prób formowania wBókien z poli (kwasu mlekowego) produkcji

firmy Hycail typ HM 1010. Mimo pewnych wBa[ciwo[ci wBóknotwórczych polimer Hycail HM 1010 nie jest jednak odpowiedni

do przerobu na wBókna. Z polimerów Bionolle i Eastar Bio wytworzono wBókniny równie| metod melt blown. Oceniano

podstawowe parametry strukturalne wBókien, prowadzono badania wBa[ciwo[ci fizykomechanicznych oraz testy biodegradacji

wBókien i wBóknin w warunkach wodnych i kompostowych.

Porównanie WBókna z alifatycznych poliestrów Bionolle i Hycail HM

1010 oraz alifatyczno-aromatycznych poliestrów Eastar Bio i ET/LA ulegaj biodegradacji. Zwiadcz o tym znaczne ubytki

masy, zmiany struktury zewntrznej oraz zmiany wBa[ciwo[ci mechanicznych wBókien. Na zdjciach 1-2 przedstawiono

powierzchni zewntrzn wBókien i wBóknin melt blown z termoplastycznych polimerów biodegradowalnych po testach

biodegradacji. Szybko[ procesu biodegradacji wBókien zale|y od budowy chemicznej polimeru i wzrasta wraz ze wzrostem

temperatury procesu. Szybko[ procesu biodegradacji wBókien z alifatycznego poliestru Hycail HM 1010 i Bionolle jest bez

porównania wiksza od szybko[ci biodegradacji wBókien z poliestrów alifatyczno-aromatycznych Eastar Bio i ET/LA. Proces

rozkBadu biologicznego w [rodowisku wodnym zachodzi równomiernie, natomiast w [rodowisku kompostowym wystpuj

gBbokie zmiany lokalne, prowadzce do szybkiej fragmentaryzacji wyrobu.

Badania w ramach projektu obejmowaBy

równie| ocen wBa[ciwo[ci wytworzonych wBókien biodegradowalnych w porównaniu do standardowych wBókien

syntetycznych.WBa[ciwo[ci mechaniczne wBókien z termoplastycznych polimerów biodegradowalnych: kopoliestru ET/LA,

poliestru alifatycznego Bionolle i poliestru alifatyczno-aromatycznego Eastar Bio s gorsze od wBa[ciwo[ci mechanicznych

standardowych wBókien PET, PA, PP. WytrzymaBo[ wBa[ciwa wBókien z termoplastycznych polimerów

biodegradowalnych ET/L, Bionolle i Eastar Bio nie przekracza 25 cN/tex.Z uwagi na wBa[ciwo[ci termiczne: temperatur

zeszklenia poni|ej 0°C oraz temperatur topnienia ok. 100°C wBókna z termoplastycznych polimerów biodegradowalnych

Bionolle i Eastar Bio mog by stosowane w ograniczonym zakresie, przede wszystkim na wyroby jednorazowego u|ytku.

W

tym przypadku ze wzgldów ekonomicznych bardziej wskazany jest przerób tych polimerów na gotowe wyroby wBókiennicze,

np. wBókniny spun bond lub melt blown. [newpage]Na podstawie wyników uzyskanych w ramach projektu opracowano wstpne

zaBo|enia technologiczne wytwarzania wBókien dla trzech polimerów: ET/LA, Bionolle i Eastar Bio. Znaczne ró|nice

Proekologia.pl

http://www.proekologia.pl/e107_plugins/content/content.php?content.8494

Strona 4/4

wBa[ciwo[ci otrzymanych wBókien, w tym ró|nice szybko[ci biodegradacji, zwizane z ró|n budow

chemiczn surowców, nie daj podstaw do wytypowania jednego z badanych polimerów jako najlepszego do celów

wBókienniczych. Najlepszym surowcem na biodegradowalne wBókna syntetyczne jest poli(kwas mlekowy). Stosowany w

badaniach PLA (Hycail HM 1010) nie jest polimerem wBóknotwórczym i nie mógB by wykorzystany do opracowywania

zaBo|eD technologicznych produkcji wBókien PLA.

WBóknina Easter Bio po biodegradacji w [rodowisku kompostowym ( A -

przed biodegradacj, B- po 2 tygodniach, C - po 4 tygodniach )

Recykling 6.2006