Biodegradovatelné polymery

Obsah Biodegradovatelné polymery, jejich charakteristika a rozdělení Degradační procesy Hodnocení degradačních procesů Porovnání biodegradovatelných polymerů s materiály běžně dostupnými Výroba a zpracování biodegradovatelných polymerů Aplikační oblasti Budoucnost biodegradovatelných polymerů

Polymery Výhody Nevýhody omezené možnosti recyklace neschopnost rozkladu v přírodním prostředí neobnovitelnost surovinových zdrojů Výhody využitelné chemické, fyzikální a mechanické vlastnosti zvládnuté technologie výroby a zpracování

Biodegradovatelné polymery, jejich charakteristika a rozdělení Biodegradovatelné polymery – všechny polymery u nichž dochází k degradaci a následnému rozkladu působením mikroorganismů Podmínky rozkladu – vlhkost teplota přítomnost mikroorganismů Produkty rozkladu – oxid uhličitý (methan) voda zbytek biomasy

Biodegradovatelné polymery Základní rozdělení biopolymery (celulóza) speciální biopolymery (kyselina polymléčná) syntetické biodegradovatelné polymery (polyethylen)

Biopolymery Vysokomolekulární organické látky vytvářené biochemickými reakcemi: rostlin (celulóza, škrob) zvířat (chitin, proteiny) mikroorganismů (polyhydroxyalkanoáty - PHA)

Speciální biopolymery   Speciální (syntetické) biopolymery jsou syntetizovány z přírodních biomolekul. Takto vyrobené materiály nejsou produktem živých organismů, ale vykazují vlastnosti biopolymerů. Kyselina polylaktidová (PLA) Kyselina polyglykolová (PGA)     

Syntetické biodegradovatelné polymery Syntetické polymery mohou být modifikovány vhodnými aditivy tak, že podléhají oxidačním reakcím probíhajícím v přírodním prostředí a vytvářejí produkty asimilovatelné mikroorganismy. TDPA – Totally Degradable Plastic Additives Alifatické polyestery (PCL polykaprolakton) Aromatické polyestery (PBAT polybutylenadipát tereftalát) Polyvinylalkohol (PVA) Oxo-biodegradovatelné polyolefiny (TDPA PE)

Degradační procesy Degradace během výroby Degradace finálních produktů krátký a intenzivní proces probíhající při zpracování polymerní taveniny degradace oxidační, hydrolytická, foto-degradace, biodegradace fragmentace poznámka

Degradační procesy - biodegradace

Hodnocení degradačních procesů Metody využívané k hodnocení biodegradability zahrnují stanovení Degradační prostředí množství vznikajícího oxidu uhličitého nebo methanu změny molární hmotnosti materiálu mechanických vlastností materiálu úbytku hmotnosti materiálu rozsahu fragmentace materiálu kombinace metod splaškový kal kontrolované kompostování simulovaná skládka odpadů

Hodnocení degradačních procesů Třístupňový způsob hodnocení procesu biodegradace: Určit, zda se jedná o biodegradovatelný polymer Stanovit podmínky biodegradace – laboratorní testy Posoudit, zda je polymer biodegradovatelný za reálných přírodních podmínek

Porovnání biodegradovatelných polymerů s polymery běžně dostupnými PLA PGA PCL PHB LDPE PVC PS EP ρ [g/cm3] 1,2-1,3 1,5-1,7 1,1-1,2 0,9 1,39 1,05 1,1-1,4 σ [MPa] 20-60 60-100 20-40 40 8-23 45-65 50-60 50 E [GPa] 0,4-4 6-7 0,2-0,4 3,5-4 0,1-1,5 3,5 2-3 ε [%] 2,5-6 1,5-20 až 1000 5-8 600 20-100 3 1-6 σ * [Nm/g] 16-48 40-45 18-37 32-34 9-26 32-47 48-57 36-46 E * [kNm/g] 0,3-3 4-4,5 2,8-3 0,1-1,6 2,5 3,3 1,8-2,7 Tg [oC] 45-60 35-45 -60 -65 5-15 -80 83 80 Tm [oC] 150-160 220-230 58- 65 168- 182 105-110 -

Výroba biodegradovatelných polymerů fotosyntéza výroba z biomolekul výroba z minerálních zdrojů 12 H2O + 6 CO2 + E = C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O - škrob - mikrobiální polyestery (komerční výroba probíhá v bioreaktorech)

Výroba biodegradovatelných polymerů Z biomolekul vznikajících v přírodních prostředích fotosyntéza → zásobní látky - škrob, cukry → fermentační proces → kyselina mléčná → dehydratace, polymerizace → kyselina polymléčná Z minerálních zdrojů Polymerizace Polykondenzace Polyadice

Zpracování biodegradovatelných polymerů Odlévání Vytlačování Vstřikování Vyfukování Zvlákňování

Aplikační oblasti Medicína Zemědělství Hygienické potřeby Předměty pro rychlé občerstvení Obalové fólie, tašky, hračky

Budoucnost biodegradovatelných polymerů

Děkuji za pozornost.