Nowoczesne polimery biodegradowalne
Biodegradacja polimerów to problem, którym zajmują się chemicy już od wielu lat. Problemy z utylizacją odpadów polimerowych, ich zagrożenie dla środowiska nękają każdą aglomerację. Do tworzyw sztucznych ulegających biodegradacji, opracowanych w przeciągu ostatnich lat należą: sztuczne tworzywa skrobiowe i celulozowe, kopoliestry, alkohol poliwinylowy, kwas poliasparaginowy i inne.
Występujące w naturze polimery, jak skrobia i celuloza, są bardzo dobrym surowcem do produkcji tworzyw, podlegającym szybkiej degradacji w warunkach naturalnych [1]. Produkcja opakowań z tworzywa biodegradowalnego może przyczynić się do znacznej redukcji masy odpadowej na wysypiskach śmieci, których usytuowanie i wielkość są ogromnym zagrożeniem ekologicznym [2]. Obecność hydrofilowej skrobi powoduje, że wystawione na działanie środowiska tworzywo traci swe pierwotne własności i łatwiej ulega destrukcji pod wpływem sił zewnętrznych. Według polskiego opisu patentowego masa na bazie skrobi do otrzymywania cienkościennych kształtek zdolnych do rozkładu zawiera skrobię ziemniaczaną, kukurydzianą, pszenną ryżową lub z tapioki albo ich mieszaniny. W skład masy wchodzą także: jako środek antyadhezyjny kwasy tłuszczowe, celuloza, wióry drzewne, otręby, słoma jako adsorbery wody, węgiel, substancje białkowe, pełniące rolę napełniacza [3].
Świetnym tworzywem są również termoplastyczne pochodne celulozy np. octan, maślan, octanomaślan lub etyloceluza, stanowiące 30-85% wagowych, a dodatkiem biodegradowalnym jest skrobia.
Patent chiński [4] podaje tworzywo zawierające włókna roślinne, żywicę mocznikowo-formaldehydową, skrobię, boraks, glicerynę i sól sodową karboksymetylocelulozy. Po sprasowaniu i wysuszeniu można z niego otrzymywać płyty pilśniowe.
Na rynku polskim firma Biotrem produkuje wyroby z otrąb. Są to głównie opakowania, nadające się do kompostowania. Po zastosowaniu różnych pokryć i dodatków rośnie ich odporność mechaniczna, przepuszczalność gazów i wody.
We Francji opracowano technikę produkcji tworzyw z cukru buraczanego podatnych na rozkład biologiczny [5]. W pierwszej fazie sacharozę buraczaną przetwarza się w kwas mlekowy na drodze fermentacji bakteryjnej. Następnie polimeryzowany jest w polikwasy mlekowe.
Firma DuPont Films wprowadziła na rynek nową rodzinę hydro- i biodegradowalnych poliestrów o nazwie Biomas [6]. Materiał ten może być spalany lub usuwany na wysypisko. Na każdym etapie rozkładu jest nieszkodliwy dla środowiska. Biomax jest oparty na PET i jak na materiał ulegający rozkładowi ma wysoką temperaturę C). Daje to szerokie możliwości przetwarzania. Otrzymuje się°topnienia (ok. 200 z niego włókna, folie. Materiał może być wykorzystywany w papierowych wyrobach powlekanych takich jak: jednorazowe talerze, kubki, folie powlekane aluminium do pakowania żywności, worki. Zaletą stosowania biodegradowalnych worków na śmieci jest to, że odpady organiczne pakowane i kompostowane w nich nie powiększają wysypisk śmieci.
Nowe poliestroamidy mają własności porównywalne z własnościami polietylenu [6]. Wartość zaporowa dla pary wodnej i gazów jest niska, tzn. że folia "oddycha" i jednocześnie całkowicie ulega kompostowaniu. Stosowana jest głownie w rolnictwie do przeciwdziałania rozwojowi chwastów i do kontrolowania okresu zbiorów. Po spełnieniu swego zadania, folia rozkłada się w ciągu kilku tygodni.
Polimer o nazwie handlowej Depart, to zgranulowany alkohol poliwinylowy [7]. Główną różnicą między nim a poprzednimi tworzywami jest fakt, że cechuje go C jest zupełnie°rozpuszczalność, która może być kontrolowana. Do temperatury 35 odporny na działanie wody. W miarę podnoszenia się temperatury, rośnie jego rozpuszczalność. Substancje powstające w tym procesie są nietoksyczne. W przypadku wystawienia roztworu na działanie mikroorganizmów, np. takich, jakie są zastosowane w oczyszczalniach ścieków, w przeciągu 30 dni następuje proces biodegradacji do tlenku węgla (IV) i wody. Tworzywo Depart umożliwi produkcję folii do pakowania, która zanurzona w wodzie ulegać będzie rozpuszczeniu. Próby wykazały, że torby zrobione z tej folii rozłożyły się wyjątkowo szybko, a wytworzony kompost nie miał śladu polimeru.
Za polimer przyszłości uważa się ostatnio biodegradowalny kwas poliasparaginowy [8]. Jest to związek nietoksyczny, obojętny biologicznie, higroskopijny, rozpuszczalny w wodzie. Jego degradacja prowadzi do aminokwasów - związków najbardziej przyjaznych człowiekowi. Polimer ten, lub jego kopolimery z innymi aminokwasami wykorzystuje przemysł farmaceutyczny jako podłoże do hodowli tkanek oraz substytuty sztucznej skóry w leczeniu oparzeń, implanty ortopedyczne i inne. Zdolności higroskopijne polikwasu wykorzystuje przemysł kosmetyczny do produkcji środków sanitarnych, np. pieluszek jednorazowych. Ostatnio poliasparaginiany zaczynają wypierać inne polimery nie ulegające biodegradacji głównie, poliakrylany stosowane jako dodatki w detergentach i środkach piorących. Po pierwsze, chronią tkaniny i zapobiegają ich starzeniu, obniżają twardość wody, hamują osadzanie się kamienia na ściankach instalacji.
Marzenia chemików o polimerach przyjaznych środowisku powoli spełniają się. Na biodegradację czekają polimery wielkotonażowe, służące do produkcji stosowanych obecnie opakowań. Ale informacje o modyfikowanych polietylenach biodegradowalnych są zapowiedzią zmian na lepsze.
Literatura
[1]. W.Leszczyński, Biotechnologia, 1999, No 2/45, 50
[2]. A.C.Albertson, S.Karlson, Acta Polimer, 1995, No 46, 114
[3]. Pat. pol. 167213
[4]. Pat. chiński 1339540
[5]. Tworzywa, 2000, No 2, 38
[6]. Tworzywa, 2000, No 2, 24
[7]. Tworzywa, 2002, No 1, 21
[8]. E.Dziki, J.Polaczek, Tworzywa sztuczne i chemia, 2002, No 2, 38