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

2

Polymery

Výhody • využitelné chemické, fyzikální

a mechanické vlastnosti• zvládnuté technologie výroby

a zpracování

Nevýhody • omezené možnosti recyklace• neschopnost rozkladu v

přírodním prostředí• neobnovitelnost surovinových

zdrojů

3

obaly

stavebnictví

spotřebitelské produkty

transport

bytové zařízení

elektro

export

jiné

Biodegradovatelné polymery,jejich charakteristika a rozdělení

4

• 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

5

nC CH

H H

H

n

OH

OH

O

O

O

CH2 OH

CH2OHOH

O O

OHZákladní rozdělení

biopolymery (celulóza) speciální biopolymery (kyselina polymléčná) syntetické biodegradovatelné polymery(polyethylen)

O

C

CH3

C O H

n

Biopolymery

Vysokomolekulární organické látky vytvářené biochemickými reakcemi:

• rostlin(celulóza, škrob)

• zvířat (chitin, proteiny)

• mikroorganismů (polyhydroxyalkanoáty - PHA)

6

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)

7

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

8

• Alifatické polyestery (PCL polykaprolakton)• Aromatické polyestery (PBAT

polybutylenadipát tereftalát)• Polyvinylalkohol (PVA)• Oxo-biodegradovatelné

polyolefiny (TDPA PE)

Degradační procesy

Degradace během výroby

• krátký a intenzivní proces probíhající při zpracování polymerní taveniny

Degradace finálních produktů

• degradace oxidační, hydrolytická, foto-degradace, biodegradace

• fragmentace

9

Degradační procesy - biodegradace

10

ZDROJPOLYM ERŮ

SLUNEČNÍZÁŘENÍM IMOBUNĚČNÉ

ENZYMY

ENZYMATICKÉŠTĚPENÍ VAZEB

PRODUKTY-ZPRAVOVÁNÍ-VÝROBA

MIKRO BY

OLIGOMER

DEGRADAČNÍFR AGM ENTY

0H O

SVĚTLOTEPLO

ADITIVAM ECHANICKÉ

PŮSOBENÍ

2

2

Hodnocení degradačních procesů

Metody využívané k hodnocení biodegradability zahrnují stanovení

• množství vznikajícího oxidu uhličitého nebo methanu

• změny molární hmotnosti materiálu

• mechanických vlastností materiálu

• úbytku hmotnosti materiálu• rozsahu fragmentace

materiálu• kombinace metod

Degradační prostředí

11

• splaškový kal• kontrolované

kompostování • simulovaná skládka

odpadů

Hodnocení degradačních procesů

Třístupňový způsob hodnocení procesu biodegradace:

1. Určit, zda se jedná o biodegradovatelný polymer

2. Stanovit podmínky biodegradace – laboratorní testy

3. Posoudit, zda je polymer biodegradovatelný za reálných přírodních podmínek

12

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 1,2-1,3 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 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 0,2-0,4 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 50

Tm [oC] 150-160 220-230 58-65

168-182 105-110 - - -

13

14

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)

15

Výroba biodegradovatelných polymerů

Z minerálních zdrojů

• Polymerizace• Polykondenzace• Polyadice

Z biomolekul vznikajících v přírodních

prostředích

fotosyntéza → zásobní látky - škrob, cukry → fermentační proces → kyselina mléčná → dehydratace, polymerizace → kyselina polymléčná

Zpracování biodegradovatelných polymerů

• Odlévání • Vytlačování • Vstřikování• Vyfukování• Zvlákňování

16

Aplikační oblasti

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

17

Budoucnost biodegradovatelných polymerů

18

Děkuji za pozornost.

19