Polilaktyd – uniwersalny biodegradowalny polimer do produkcji opakowań

Ze względu na zagrożenia dla środowiska, jakie stwarza przemysł petrochemiczny, a także z uwagi na wzrost cen ropy naftowej i perspektywę wyczerpywania się jej światowych zasobów, wykorzystanie klasycznych tworzyw sztucznych do produkcji opakowań jednorazowego użycia może stać się problematyczne. Wymagania związane z ochroną środowiska, stosunkowo drogie metody recyklingu odpadów opakowaniowych z tworzyw sztucznych oraz konieczność ich segregacji na jednorodne polimery zmieniły nieco obraz tworzyw sztucznych jako podstawowych materiałów opakowaniowych.

Wydaje się nieuchronne w bliskiej perspektywie zastępowanie niektórych opakowań z tworzyw sztucznych opakowaniami wytwarzanymi z polimerów biodegradowalnych, które jako odpady można poddawać przemysłowym procesom kompostowania (odzysk organiczny) [1].

Polilaktyd
Na podstawie obserwowanego postępu w skali produkcji można sądzić, że polilaktyd (PLA) może stać się polimerem XXI wieku, o potencjalnie masowym wykorzystaniu, głównie do produkcji opakowań jednorazowego użycia, takich jak: pudełka, tacki, butelki, torebki, owinięcia itp. Obecnie jeszcze jedną z istotnych barier rynkowych, zwłaszcza w kraju, jest jego cena. Jednak jak wskazują prognozy cena ta może ulec znacznej redukcji i zrównania z poziomem cen tworzyw sztucznych, takich jak polietylen (PE), polipropylen (PP), polistyren(PS) i politereftalan etylenu (PET). Istotnym elementem, który może wpłynąć w przyszłości na rozwój rynku opakowań biodegradowalnych w Polsce są regulacje prawne. Obecnie opakowania z polimerów biodegradowalnych nie są objęte obowiązkiem odzysku i recyklingu wynikającym z ustawy o obowiązkach przedsiębiorców w zakresie gospodarowania niektórymi odpadami oraz o opłacie produktowej i opłacie depozytowej [2]. Oznacza to, że przedsiębiorca wprowadzający na krajowy rynek towar w takich opakowaniach jest zwolniony z opłat wpłacanych do organizacji odzysku lub opłat produktowych wpłacanych do urzędu marszałka województwa.
Polilaktyd nie jest polimerem nowym. W 1932 r. naukowcy z firmy Dupont przez ogrzewanie kwasu mlekowego w próżni uzyskali polilaktyd, a w 1954 r. opatentowali proces jego oczyszczania. Z uwagi na wysokie koszty wytwarzania polilaktyd stosowany był do głównie do celów medycznych. Dzięki opracowaniu technologii produkcji polilaktydu przez fermentację glukozy, koszty wytwarzania znacznie obniżono i wzrosło zainteresowanie tym biodegradowalnym polimerem.

Jednym z pierwszych koncernów prowadzących prace nad rozwojem technologii wytwarzania polilaktydu był Cargill Inc. Prace badawcze prowadzone przez ten koncern od roku 1987 doprowadziły do wdrożenia produkcji na salę pilotażową. W 1997 r. Cargill Inc. razem z Dow Chemical Company, Inc. powołał Cargill Dow Polymers LLC, który opracował technologię produkcji całej grupy polimerów o nazwie handlowej NatureWorks PLA. W 2001 r. Cargill Dow Polymers LLC w Blair w stanie Nebraska (USA) uruchomił zakład produkcyjny o rocznych zdolnościach 140 tys. ton. Do roku 2007 przewiduje się wzrost jego zdolności do poziomu około 500 tys. ton. Obecnie koncern współpracuje z kilkoma partnerami (Bimo Italia S.P.A., Mitsubishi Plastics Inc., Biocorp) nad rozwojem nowych polimerów do różnorodnych zastosowań [3].
Polimery NatureWorks PLA mogą być wykorzystywane w różnych technikach formowania opakowań. Dla przykładu odmiana 4032D jest stosowana do produkcji folii dwuosiowo orientowanej, odmiana 1100D jest przeznaczona do laminowana papieru metodą wytłaczania, odmiana 2002D do wytłaczania folii i termoformowania, odmiana 3001D do wtrysku, odmiana 4060D do wytwarzania warstwy zgrzewalnej w układach wielowarstwowych z polilaktydu [4].
Procesy produkcji opakowań z polilaktydu, następnie ich użytkowania i odzysku organicznego (kompostowanie) można określić jako przyjazne dla środowiska i zilustrować jako zamknięty cykl życia. Procesy te dla opakowań termoformowanych zilustrowano na rysunku.

Właściwości
Spośród polimerów otrzymywanych z surowców odnawialnych, najważniejszą grupę stanowią poliestry alifatyczne, a wśród nich polilaktyd (PLA), otrzymywany podczas bezpośredniej kondensacji kwasu mlekowego. Polimer te otrzymuje się różnymi metodami, jedną z nich jest proces biotechnologiczny, analogiczny do fermentacyjnego otrzymywania alkoholu etylowego. Najbardziej uzasadniona ekonomicznie jest fermentacja prostych cukrów, takich jak glukoza, maltoza i dekstroza (otrzymywane ze skrobi ziemniaczanej lub kukurydzianej), sacharoza (z buraków cukrowych lub trzciny cukrowej) albo laktoza.
Polilaktyd jest poliestrem alifatycznym o dużej przezroczystości i połysku, dużej sztywności oraz łatwym do formowania z wykorzystaniem typowych urządzeń przetwórczych stosowanych dla klasycznych tworzyw sztucznych. Jego wadą, w porównaniu z PP i PS, jest stosunkowo duża gęstość (1,25 g/cm3). Duża polarność nie pozwala na dobrą adhezję do niepolarnych poliolefin w strukturach wielowarstwowych, ma też małą odporność cieplną w porównaniu z PET i stosunkowo dużą przepuszczalność pary wodnej, natomiast dobre cech barierowe dla tlenu. PLA staje się obecnie alternatywnym materiałem opakowaniowym w odniesieniu do PET i PS, PVC i polimerów celulozowych. Właściwości mechaniczne i termiczne PLA zapewniają podobną lub nawet lepszą charakterystykę użytkową w porównaniu z produktami otrzymywanymi z tradycyjnych tworzyw termoplastycznych. PLA charakteryzuje się wysokim modułem sprężystości przy rozciąganiu, zdolnością do zachowywania nadanego kształtu (folie), wysoką barierą dla aromatów, odpornością na działanie tłuszczów, odpornością na promieniowanie UV [5, 6].
Przykłady opakowań z polilaktydu
Już w styczniu 1998 r. Danone w Niemczech wprowadził jogurt w kubkach z PLA wytworzonych przez firmę Autobar. Jednym z pierwszych koncernów, który dostarczał na rynek naczynia jednorazowego użycia z polimerów NatureWorks PLA był międzynarodowy producent opakowań i produktów konsumpcyjnych firma Huhtamaki. Kubki i pojemniki z polilaktydu są już dostępne w Polsce. Huhtamaki Polska Sp. z o.o. oferuje takie opakowania o różnych wymiarach i pojemnościach, które przeznaczone są do zimnych napojów i dań.

Obecnie polilaktyd znalazł szerokie zastosowanie jako materiał do wytwarzania różnych opakowań: kubków, pojemników i tacek, a także butelek oraz toreb foliowych i owinięć, a nawet etykiet.

BIOTA Brands of America, Inc. jest pierwszą na świecie firmą, która do produkcji butelek do wody wykorzystała polimer NatureWorks PLA. Testy wykazały, że butelki do wody Biota ulegają biodegradacji w ciągu 75-80 dni w warunkach komercyjnych kompostowni.

Amcor PET Packaging we współpracy z firmami Husky i NatureWorks LLC zaprojektował i wyprodukował kształtki wstępne (preformy), a następnie butelki z PLA. Nowo wprowadzane na rynek butelki świetnie nadają się do przechowywania olejów jadalnych, niegazowanej wody mineralnej i soków owocowych, a także świeżego mleka. Firmy Amcor i Husky wspólnie pracowały nad rozwojem technologicznym preform i butelek z PLA, produkowanych na urządzeniach do formowania wtryskowego firmy Husky. Butelka przeznaczona do olejów jadalnych posiada nowy typ gwintu o nazwie Galileo firmy Bericap, który charakteryzuje się zmniejszoną masą. Przez takie rozwiązanie uzyskano lżejszą butelkę, co sprawia, że jest ona bardziej wygodna i praktyczna w użytkowaniu.

Na rynku amerykańskim dostępne są owoce i warzywa w różnych opakowaniach z PLA. Folia ta charakteryzuje się bardzo dobrą przezroczystością, dzięki której produkty pakowane wyglądają bardzo świeżo.

Odzysk organiczny dla odpadów opakowaniowych z PLA
Systemy zbiórki biodegradowalnych odpadów opakowaniowych są tańsze niż systemy recyklingu materiałowego odpadów opakowaniowych z tworzyw sztucznych. Wymagane jest jednak potwierdzenie, że opakowania spełniają wymagania związane z przydatnością do odzysku przez kompostowanie (warunki tlenowe) lub biometanizację (warunki beztlenowe). W Unii Europejskiej obowiązuje zharmonizowana z Dyrektywą 94/62/EC [11] norma EN 13432:2000 [12], która wprowadziła kryteria oceny opakowań przydatnych do odzysku organicznego. Z uwagi na złożoność procedur związanych z oceną materiału pod kątem biodegradacji, a następnie wykorzystania w procesie kompostowania, badania powinny być przeprowadzane w sposób formalny i zorganizowany. Z tego względu w wielu państwach wprowadzono systemy certyfikacji. Opakowania, które uzyskały certyfikat powinny być znakowane specjalnym znakiem w celu poinformowania użytkowników, że podlegają one zbiórce razem z odpadami organicznymi. Największe znaczenie w Europie ma certyfikacja prowadzona w Niemczech przez DIN CERTCO. W Polsce uprawnienia DIN CERTCO do prowadzania certyfikacji wyrobów przydatnych do kompostowania uzyskało akredytowane przez PCA Centrum Certyfikacji mieszczące się w Centralnym Ośrodku Badawczo-Rozwojowym Opakowań w Warszawie [13]. Oznacza to w bliskiej perspektywie wdrożenie w kraju systemu certyfikacji zgodnego z systemami unijnymi oraz stosowanie powszechnie znanego w Europie znaku identyfikującego opakowania podlegające zbiórce razem z odpadami organicznymi. Znak przewidziany w Polsce dla opakowań biodegradowalnych i system zbiórki odpadów opakowaniowych do pojemników przeznaczonych na odpady organiczne przedstawiono na schemacie.

Autorka reprezentuje Centralny Ośrodek
Badawczo-Rozwojowy Opakowań Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)

Zawartość numeru:

• Temat Miesiąca:
  • Dodatki do żywności
  • Dodatki do żywności cz.2
  • Aromaty w żywności
  • Środki smarne do instalacji spożywczych
  • Smak prosto z natury
  • Pieczywo żytnie - zdrowe i długo świeże
  • Błonniki pokarmowe
  • Środki dezynfekujące i czyszczące dla przemysłu spożywczego
  • Polilaktyd – uniwersalny biodegradowalny polimer do produkcji opakowań
• Sympozja:
  • IPOEX 2006
• Zarządzanie:
  • Karta charakterystyki substancji/preparatu niebezpiecznego
• Rynki Chemii:
  • ORLEN konkuruje z OMV
• Prezentacje:
  • Opakowania nie tylko dla … JAJ!
• Aparatura i Urządzenia:
  • Ciekawe zastosowania pomp perystaltycznych
  • Receptura w kilka sekund

Zobacz pozostałe numery Chemical Review »