Opakowania

biodegradowalne

-2009-

ZNACZENIE OPAKOWAŃ

BIODEGRADOWANYCH

• Szybki rozwój produkcji opakowań

biodegradowalnych (17% rocznie)

przyczynia się do dużej redukcji

odpadów opakowaniowych

gromadzonych na wysypiskach śmieci

• OB z surowców odnawialnych obecnie

stanowią ok. 65% wszystkich

biopolimerów, w Europie 60-70

tys.ton/rok

Główne surowce do

wytwarzania opakowań

biodegradowalnych

• Polisacharydy

• Białka (proteiny)

• Lipidy (tłuszcze)

1-polilaktyd (PLA), 43% udział w puli,
2- skrobia natywna i termoplastyczna (TPS), 36%

udział w puli rynkowej,

3- celuloza, celuloza regenerowana (RFC) znana jako

celofan czy tomofan

3- polihydroksyestry (PHA, PHB i inne)

(Han J.H. Innovations in food packaging. Elsevier Academic Press, 2005); Rudnik E.

Compostable polymer materials. Elsevier 2008);

Czaja-Jagielska. Opakowania biodegradowalne w branży mięsnej. Informator. Massarski

2009(10), 48-52

PODZIAŁ TWORZYW (T)

SKROBIOWYCH

(5 KATEGORII)

1- T. wypełnione skrobią
2- T. na bazie skrobi modyfikowanej chem.
3- T. ze skrobi termoplastycznej (TPS)
4- Kompozyty skrobi z innymi

biodegradowalnymi polimerami (np..
Mater-Bi-

skrobia/plolikaprolakton/celuloza/EVOH

5- T. na bazie produktów fermentacji skrobi np. PLA

CELULOZA REGENEROWANA

(RFC)

Powstaje w procesie acylowania grup

wodorotlenowych (-OH), przy czym im więcej

grup –OH jest zacylowanych tym lepsze są

właściwości mechaniczne celofau lecz gorsza

jest jego podatność na biodegradację.

W miarę rozwoju produkcji OPP wykorzystanie

folii RFC maleje

(Źródło: Lisińska-Kuśnierz M., Ucherek M. Postęp techniczny

w opakowalnictwie. Wyd. U E Kraków 2003)

PLA = zielony polimer

Opakowania zarówno giętkie (torebki),
jak i sztywne (kubki, tacki, butelki itp.).
• wysoka barierowość dla tlenu i aromatów

(doskonale nadaje się na opakowania
MAP),

• dobre właściwości mechaniczne,
• duży moduł sprężystości przy rozciąganiu,
• mała podatność na przepuklenia (folii),
• Odporność na tłuszcze i UV

PHA (polihydroksyestry)

Znanych jest ok.. 100 polimerów PHA
syntetyzowanych z odnawialnych źródeł

węgla przez wiele bakterii.

Przykłady PHA:

PHB- polihydroksymaślan

PHV- polihydroksywalerian

PHO- polihydroksyoctan

Folie PHA są wysoko barierowe dla O

2

i

H

2

O

CHITOZANY

• Wysoka barierowość (b. dobre dla

MAP)

• Działanie antybakteryjne, dzięki temu

stosowany jest jako kopolimer w
produkcji opakowań aktywnych i MAP

BIAŁKA

• Opakowania jadalne, o wysokiej

barierowości dla gazów , lecz wrażliwe na

wilgoć. Możliwa impregnacja na drodze

kopolimeryzacji z innymi biopolimerami.

• Dotychczas najszersze zastosowanie do

produkcji opakowań znalazły białka sojowe

oraz gluten.

• Spośród białek zwierzęcych dość popularny

jest kolagen (z niego żelatyna, a z niej folie,

pianki ).

Opakowania biodegradowalne

w branży mięsnej

Co to jest biodegradacja?

Biodegradacja jest procesem nieodwracalnym,

prowadzącym do znaczących zmian w strukturze
materiału, wywołanym przez działanie
mikroorganizmów (bakterii i grzybów).

Mechanizm procesu biodegradacji ma złożony przebieg,

obejmujący wiele reakcji o charakterze chemiczno-

biologicznym.

Biodegradacja opakowania kończy cyklu jego życia, gdyż

następuje całkowity rozkład enzymatyczny materiału,

przebiegający w określonym czasie (niestety na ogół

dość długim).

Mechanizm biodegradacji

Biodegradacja materiału opakowaniowego przebiega

stopniowo i składa się z dwóch zasadniczych etapów:

1- depolimeryzacja 2- mineralizacja

MECHANIZM BIODEGRADACJI

Szybkość biodegradacji zależy od wielu czynników:

• MIKROORGANIZMY
-rodzaj mikroorganizmów i grzybów
-rodzaj wytwarzanych enzymów itd..

• RODZAJ TWORZYWA

-struktura chemiczna

-długość łańcucha polimeru i masa molowa

-stopień krystalizacji

-grubość itd.

• WARUNKI ŚRODOWISKA
-temperatura
-dostęp tlenu
-wilgotność
-obecność związków przyśpieszających rozkład (np. sole)
-pH
-ciśnienie
-dostęp światła itd.

Materiały opakowaniowe

Materiał

opakowaniowy

Podatność na rozkład przez

BIODEGRADACJ

Ę

FOTODEGR

A-DACJĘ

Rozpuszczan

ie

w wodzie

utlenia

nie

Aluminium

odporne

odporne

odporne

zachodzi

b. wolno

Celofan

podatny

zachodzi

wolno

ulega

rozwłóknieniu

zachodzi

w wysokiej

temp.

Szkło

odporne

odporne

odporne

odporne

Papier, tektura

podatne

zachodzi

wolno

ulega

rozwłóknieniu

zachodzi

w wysokiej

temp.

Poliester (PET)

odporny

zachodzi

wolno

odporny

zachodzi

w wysokiej

temp.

Poliolefiny (PE,

PP)

odporne

zachodzi

wolno

odporne

zachodzi

w wysokiej

temp.

Polistyren (PS)

odporny

zachodzi

wolno

odporny

zachodzi

w wysokiej

temp.

Stal

odporna

odporna

odporna

(nie utleniona)

zachodzi

wolno

Polichlorek

winylu

(PVC)

odporny

zachodzi

wolno

odporny

zachodzi

w wysokiej

temp.

Drewno

podatne

zachodzi

wolno

odporne

zachodzi

w wysokiej

temp.

Opakowania biodegradowalne

Odpady opakowaniowe biodegradowalne powinny

wykazywać zdolność fizycznego, chemicznego,
termicznego i biologicznego rozkładu, w którym
kompost ostatecznie jest przekształcany na
dwutlenek węgla, biomasę i wodę.

Termin „opakowanie biodegradowalne” należy

używać w przypadku, kiedy ulega ono
biodegradacji w stopniu i czasie określonym normą
EN-13432. Biodegradowalność jest ustalana na
podstawie 90% przemiany węgla zawartego w
badanym materiale w dwutlenek węgla w ciągu
180dni.

Opakowania biodegradowalne

Zużyte opakowania z polimerów

biodegradowalnych, spełniające odpowiednie
kryteria, określane normami, można poddać
recyklingowi organicznemu zamykając w ten
sposób cykl ich życia.

Recykling organiczny (kompostowanie, metanizacja)

– to proces technologiczny, polegający na
przetworzeniu biodegradowalnych odpadów
opakowaniowych, przeprowadzany przy
zachowaniu kontrolowanych warunków i użycia
mikroorganizmów (grzybów), prowadzący do
uzyskania produktu organicznego – kompostu lub
metanu.

Zamknięty cykl obiegu opakowań

biodegradowalnych wytworzonych z surowców

odnawialnych

Opakowania biodegradowalne

Ocena materiału pod kątem biodegradacji, a

następnie wykorzystania w procesie

kompostowania oraz zgodność uzyskanych

wyników z normą EN13432 jest złożona z wielu

procedur.

Taka ocena i analiza wyników jest przeprowadzana

poprzez system certyfikacji. Opakowania, które

spełniają kryteria zawarte w normie i uzyskują

certyfikat powinny być znakowane specjalnym

znakiem. Znak taki oznacza, że opakowanie

podlega zbiórce razem z odpadami organicznymi.

Opakowania biodegradowalne

W Europie największe znaczenie ma certyfikacja prowadzona przez

DIN CERTCO. W Polsce uprawnienia DIN CERTCO do prowadzenia
certyfikacji wyrobów przydatnych do kompostowania uzyskał
Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Opakowań w Warszawie.

Schemat przebiegu certyfikacji DIN
CERTCO

Opakowania biodegradowalne

Znak informujący o tym, że opakowanie ulega biodegradacji i

nadaje się do kompostowania oraz uzyskało certyfikat DIN
CERTCO

Biodegradowalne materiały

opakowaniowe

W produkcji opakowań biodegradowalnych podstawę stanowią

polimery biodegradowalne, czyli związki wielocząsteczkowe
ulegające biodegradacji.

Klasyfikacja biopolimerów uwzględniająca surowce
wyjściowe wykorzystywane w ich produkcji.

Biodegradowalne materiały

opakowaniowe

• Opakowania jadalne – odrębna grupa opakowań stosowanych

do żywności, które ulegają rozkładowi w przewodzie

pokarmowym.

• Polimery wytworzone z surowców naturalnych:

- skrobia termoplastyczna- wytwarzana z pszenicy,

ziemniaków, kukurydzy, ryżu. Polimer o pożądanych cechach

fizyko-chemicznych uzyskuje się poprzez różne modyfikacje

surowca wyjściowego. Skrobia może stać się plastyczna przez

poddanie jej procesowi termicznej obróbki i ciśnienia podczas

wytłaczania. Skrobia termoplastyczna stosowana do

termoformowania kubków i tacek zawiera dodatki: wodę,

glicerynę i oleje roślinne. Ze skrobi tej wytwarzane są też

materiały amortyzujące służące do wypełniania wolnych

przestrzeni w opakowaniach transportowych i zbiorczych (w

zależności od technologii, stosuje się kilku procentowe dodatki,

np. kopolimer etylenu z octanem winylu E/VA(5%)

Biodegradowalne materiały

opakowaniowe

• Polimery wytworzone z surowców naturalnych:

- kompozycje polimerowo-skrobiowe – są to materiały, w

których skrobia jest podstawowym składnikiem układu i jej

zawartość przekracza 50%. Do tej grupy tworzyw należą:
+wodne roztwory skrobi i kopolimeru etylenu z kwasem

akrylowym (E/AA), zawartość skrobi 50%
+kompozycje typu skrobia i alkohol powinylowy PVAL
+grupa polimerów o nazwie handlowej Mater-Bi – stosowany

jest jako materiał opakowaniowy
do produkcji folii, termoformowanych
tacek i pojemników, spienionego
materiału wypełniającego wolne
przestrzenie w opakowaniach
transportowych.

Biodegradowalne materiały

opakowaniowe

• Polimery wytworzone z surowców naturalnych:

- biopoliestry – są to biopolimery o strukturze poliestrowej,

uzyskane w wyniku fermentacji wielocukrów (skrobi) lub

polimeryzacji fermentacyjnej. Przykłady polimerów:
+biopolimery wytwarzane z udziałem kwasu

polihydroksymasłowego (PHB)
kopolimer blokowy poli

( kwasu 3-hydroksymasłowego) z poli
(kwasem 3-hydroksywalerianowym)

o strukturze poliestrowej (PHB/V), nosi nazwę handlową BIOPOL

– jest stosowany do wytwarzania: folii giętkich i sztywnych,

butelek do wyrobów kosmetycznych, kubków, pudełek i tacek

do artykułów spożywczych
+ biopolimery wytwarzane z udziałem kwasu mlekowego (PLA)

Biodegradowalne materiały

opakowaniowe

• Polimery wytworzone z surowców naturalnych:

- materiały na bazie celulozy – celuloza naturalny
polisacharyd , jest podstawowym materiałem tkanki roślinnej; trzcina
zawiera jej około 36%, drewno 41-56%, włókna roślinne około 91%. Do tej
grupy polimerów należy BIOCETA składający się z dwuoctanu celulozy (CA)
oraz dodatku plastyfikatorów i stabilizatorów, stosowany do formowania
cienkościennych opakowań np. butelek i pojemników np. kobiałki.

Biodegradowalne materiały

opakowaniowe

• Polimery wytwarzane z surowców petrochemicznych

- poliestry kopoliestry syntetyczne:
+polikaprolakton
+poliestry amidowe
+kopoliestry
- materiały na bazie polialkoholu winylowego (PAW)

Nowe biodegradowalne i

kompostowalne opakowania

Firma Ecopackaging wprowadziła na rynek biodegradowalne i

kompostowalne opakowania jednorazowego użytku

wykonane z włókien bambusa, które mogą być

wykorzystywane do podgrzewania dań gotowych nie tylko w

mikrofali, ale również w piekarniku.

Opakowania powstają w opatentowanej przez firmę

technologii Eatware.

Na czym polega metoda Eatware?

W procesie produkcji pulpy nie wykorzystuje się związków

chloru i siarki. Dodatki w procesie wytwarzania masy są w

100 proc. organicznego pochodzenia, co wyróżnia

technologię Eatware wobec szeregu opakowań z masy

celulozowej dostępnych na rynku międzynarodowym.

Nowe biodegradowalne i

kompostowalne opakowania

Opakowania cechują się bardzo wysoką wytrzymałością i

odpornością m.in. na wodę. Przykładowy czas odporności na

wrzącą wodę to 30 - 45 minut. To zaś oznacza, że doskonale

spełniają wymogi podawania gorących posiłków np. w

cateringu. Są też wolne od bakterii, pleśni i drożdży i nie są

wytwarzane z produktów modyfikowanych genetycznie.

Opakowania są biodegradowalne. Ich rozkład następuje w

ciągu 90 dni, natomiast w warunkach profesjonalnego

kompostowania w ciągu zaledwie dwóch dni. Zapłon

opakowania może nastąpić dopiero po przekroczeniu

temperatury 250 st. C, co sprawia, że są bezpieczne w

użyciu w mikrofalówce i piekarniku.

Nowe biodegradowalne i

kompostowalne opakowania

Ważną cechą opakowań jest ich nieintensywny i naturalny

zapach. Tym samym nie mają więc wpływu na jakość

produktów żywnościowych podawanych na zimno lub na

gorąco. Taka właściwość jest bardzo istotnym elementem

estetyki podawania posiłków w branży gastronomicznej.

Jak tłumaczą przedstawiciele producenta, technologia

Eatware dokładnie określa cały cykl życia produktu.

Początkiem cyklu jest przygotowanie odpowiedniej pulpy z

całkowicie naturalnych składników z domieszką wody i

opatentowanego organicznego dodatku EATplus Additive.

Następnie przygotowana masa jest odpowiednio prasowana

tworząc różne kształty opakowań.

Nowe biodegradowalne i

kompostowalne opakowania

Oksy-biodegradacja

Oksy-biodegradacja jest procesem, który powoduje

samodegradację tworzyw sztucznych. Jednocześnie

produkty oksy-biodegradowalne mogą być poddane

recyklingowi, a już częściowo utlenione - kompostowaniu.

Oksy-biodegradacja to rozkład będący wynikiem procesu

utlenienia i rozpadu na poziomie cząsteczkowym

zachodzącym pod wpływem jednego z wielu czynników

fizycznych, takich jak działanie promieniowania słonecznego

(UV), temperatura, ciśnienie, uszkodzenia mechaniczne.

Polimer pod wpływem tych czynników ulega rozpadowi do

niewielkich fragmentów tworząc cząsteczki z

ugrupowaniami karboksylowymi, hydrokarboksylowymi i

alkoholowymi, a powstałe w ten sposób utlenione cząsteczki

na drodze bioasymilacji, przez bakterie czy grzyby, są

biodegradowalne. Wynikiem rozkładu jest powstanie

niewielkiej ilości tlenku węgla, wody i substancji mineralnej.

Specjalne dodatki

d2w™to w rzeczywistości cały asortyment specjalistycznych

dodatków do tworzyw sztucznych. Różne polimery, odmienne
warunki produkcji, wymagania i okresy przechowywania wymagają
specjalistycznych sformułowań – występuje szereg dodatków z
grupy d2w™ odpowiednich jako domieszki do polietylenu i
polipropylenu oraz polistyrenu. Np. odpowiednie typy domieszek
mogą wpłynąć na zwiększenie przeźroczystości.

d2w™jak i logo wpisane w kroplę
są zarejestrowanymi znakami
handlowymi służącymi do oznaczania
i identyfikacji wyrobów
ulegających oksy-biodegradacji.

Specjalne dodatki

Jak to działa?

Dzięki specjalnemu dodatkowi d2w plastik degraduję się w wodę,

dwutlenek węgla i niewielkie ilości biomasy oraz staje się

nieszkodliwy dla środowiska. Proces ten inicjowany jest przez takie

czynniki jak: promieniowanie słoneczne, ciepło, ciśnienie i

uszkodzenia mechaniczne. Zaletą tworzyw oksy-biodegradowalnych

jest możliwość „zaprogramowania” czasu życia produktu - w

zależności od rodzaju i ilości dodatku d2w, można zaplanować po

jakim czasie torba foliowa zacznie ulegać degradacji.

Produkty oksy-

biodegradowalne

Oksy-biodegradowalne tworzywa sztuczne ulegają rozpadowi w

tych samych warunkach co biodegradowalne.
Produkty oksy-biodegradowalne przeważnie (choć można to

regulować na etapie produkcji) posiadają czas rozkładu w

przedziale 18 a 24 miesiące. To właśnie możliwość

programowania długości życia produktu oksy-

biodegradowalnego jest jego najistotniejszą cechą. Raz

rozpoczęty proces degradacji będzie postępował aż do

całkowitego rozpadu wyrobu i to niezależnie od tego czy

będzie przebiegać głęboko na wysypisku czy pod wodą lub na

otwartym powietrzu. Jest to o tyle istotne, że w

przeciwieństwie do oksy-biodegradowalnych tworzyw

reagujących na szereg czynników inicjujących degradację,

tworzywa kompostowalne wymagają bioaktywnego

środowiska aby ulec degradacji. Biodegradacja tych

opakowań wymaga konieczności przetworzenia ich w

środowisku bazującym na naturalnych czynnikach, które

muszą zostać jednak sztucznie zintensyfikowane.

Produkty oksy-

biodegradowalne

Możliwości dla tworzyw oksy-biodegradowalnych są

niemal nieograniczone. Cechy produktów oksy-

biodegradowalnych pozwalają na szerokie

zastosowanie ich w wielu branżach. Charakterystyczna

dla opakowań oksy-biodegradowalnych jest możliwość

produkcji wysokoprzeźroczystych opakowań do

żywności. W bezpośrednim kontakcie z żywnością są

bezpieczne. Nie zawierają genetycznie

modyfikowanych składników. Są idealne do

przechowywania zawartości w chłodniach ponieważ

świetnie znoszą niskie temperatury. Mogą być

przeźroczyste, tak więc zawartość opakowania może

być wyraźnie widoczna. Siatki wykonane z tworzyw

oksy-biodegradowalnych nie przeciekają. Tworzywa

oksy-biodegradowalne są mocniejsze i bardziej

wytrzymałe od innych tworzyw degradowalnych.

Co
wybieramy?

?!

?!

BIBLIOGRAFIA

• Hanna Żakowska: Opakowania biodegradowalne,

COBRO

• Hanna Żakowska: Degradowalne opakowania z

klasycznych tworzyw sztucznych a opakowania

kompostowalne z polimerów biodegradowalnych,

miesięcznik techniczno-ekonomiczny, Opakowanie

nr6/2009, wydawnictwo Sigma Not

• Marek M. Kowalczuk: Prace badawcze nad

polimerami biodegradowalnymi, miesięcznik

techniczno-ekonomiczny, Opakowanie nr6/2009,

wydawnictwo Sigma Not

• Krzysztof Bortel: Materiały polimerowe w

opakowaniach i ich zagospodarowanie,

miesięcznik techniczno-ekonomiczny, Opakowanie

nr6/2009, wydawnictwo Sigma Not

• Internet:

www.cobro.org.pl

;

www.biodeg.org

;

www.ecoplastic.pl

;

www.ecopacking.pl