Úspešna budúcnosť biodegradovateĺných plastov v Strednej Európe

Projekt je realizovaný z programu CENTRAL EUROPE spolufinancovaného z EFRR

PRÍRUČKA PRE APLIKÁCIE –

OD VEDY K INOVÁCIÁM V HODNOTOVOM REŤAZCI

2

3

OBSAH

1. PROJEKT PLASTICE 4

2. HLAVNÉ ÚLOHY PRE STREDNÚ EURÓPU 5

3. VYTVÁRANIE HODNOTOVÉHO REŤAZCA 7

4. VÝSKUM A VÝVOJ 11

4.1. Charakterizácia fyzikálnych vlastností polymérov v pevnom skupenstve, dostupných na trhu 11

4.2. Charakteriizácia zloženia a molekulárnej štruktúry polymérnych materiálov, dostupných

na trhu 12

4.3. Modifikácia vlastnosti polymérov chemickými metódami 12

4.4. Uprava vlastnosti polymérov fyzikálnymi metódami 13

4.5. Optimalizácia spracovania biodegradovateľných polymérov 13

4.6. Vývoj priemyselných výrobných procesov 14

4.7. Výskum funkčných vlastností 15

4.8. Testovanie biodegradovateľnosti a kompostovateľnosti 16

5. KONTAKTY 17

6. GLOSÁR 18

PRÍLOHA – CASE STUDIES 23

4

1. PROJEKT PLASTiCE

Projekt PLASTICE začal v apríli 2011 v rámci Programu Central Europe. Spolu 13 partnerov – vrátane

firiem, organizácií na podporu podnikania a výskumných inštitúcií z Talianska, Poľska, Slovenskej

republiky a Slovinska spojilo svoje sily s cieľom identifikovať prekážky a podporovať rozvoj

hodnotového reťazca v oblasti udržateľných plastov, a to najmä biodegradovateľných plastov.

Všeobecným cieľom projektu je „vytváranie rámcových podmienok pre posilnenie rozvoja trhu

biodegradovateľných plastov v Strednej Európe ako inovatívneho priestoru pre overenie aplikácií

nových výrobkov vo vybraných odvetviach”. Priemyselným odvetvím s najväčším potenciálom pre

okamžité využitie biodegradovateľných plastov je výroba obalov (nádoby na potraviny, obaly, sieťky

a peny). Toto odvetvie zahŕňa výrobu plastových vriec na zber a kompostovanie zeleného odpadu a

plastové tašky v supermarketoch, ktoré sú čoraz viac predmetom kritiky zo strany ochrancov životného

prostredia. Biodegradovateľné plasty sa používajú aj v mnohých ďalších jednorazových aplikáciách

určených na všeobecné použitie (jednorazové taniere a misky, šálky na studené nápoje, príbory a

pod.), resp. v osobitných aplikáciách (športové doplnky, poľnohospodárstvo a pod.), aj keď treba

povedať, že ich uplatnenie zďaleka nie je obmedzené na uvedené oblasti.

Cieľom tohto dokumentu je podpora spolupráce zameranej na aplikáciu v oblasti

biodegradovateľných plastov medzi výskumnými organizáciami a výrobnými firmami v Strednej

Európe. Táto príručka vďaka spojeniu disponibilných poznatkov a schopností v príslušných inštitúciách

pomôže usmerniť výrobcov pri realizácii procesu od výskumu až po komerčné využitie nových

biodegradovateľných plastov a ich aplikácií. Séria prípadových štúdií poukazuje na dôležité

problémy, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri zvažovaní výroby biodegradovateľných plastov a ich

aplikácií.

Tento dokument bol vypracovaný v rámci Pracovného balíčka 3 projektu Vývoj inovačného

hodnotového reťazca pre udržateľné plasty v Strednej Európe (PLASTiCE), ktorý je

spolufinancovaný Európskym fondom pre regionálny rozvoj z Programu Central Europe.

5

2. HLAVNÉ ÚLOHY PRE STREDNÚ EURÓPU

Odvetvie výroby plastov v Európskej únii reprezentuje viac ako 59 000 firiem a inštitúcií –

z nich väčšinu tvoria malé a stredné podniky (MSP), ktoré každoročne vytvárajú obrat v

hodnote približne 300 miliárd eur.1 Napriek tomu, že hospodársky pokles v Európskej únii v

rokoch 2008 až 2012 negatívne ovplyvnil výsledky predaja v mnohých priemyselných

odvetviach, trh plastov v Strednej Európe po dvojročnom poklese zaznamenáva dynamický

rast. V ostatných troch rokoch sme v tomto odvetví boli svedkami viacerých fúzií a akvizícií,

ako aj rozširujúcich sa trhových príležitostí pre uplatnenie nových aplikácií v oblasti

automobilového priemyslu, letectva, zdravotníctva, elektroniky a bielej techniky. Z hľadiska

životného prostredia však situácia pri zneškodňovaní plastového odpadu naďalej vyvoláva

znepokojenie tvorcov politiky Európskej únie. Plasty sa používajú prakticky všade a dopyt po

plastoch sa každým rokom ešte zvyšuje. Dôsledkom je, že vznikajú vážne problémy pri

nakladaní s odpadmi, čo má rozsiahly vplyv na životné prostredie, keďže len malá časť

plastového odpadu sa recykluje.

V marci 2013 vydala Európska Komisia dokument „Zelená kniha - Európska stratégia pre

riešenie problematiky plastového odpadu v životnom prostredí”2 v rámci širšieho

preskúmania európskej legislatívy v oblasti odpadov. Otázkou plastového odpadu sa pred

vydaním tohto dokumentu zaoberala iba smernica 94/62/ES o obaloch a odpadoch z

obalov, ktorá obsahovala konkrétne recyklačné ciele v oblasti domového odpadu. Európska

Komisia podnikla dôležitý krok smerom k zodpovednosti výrobcu v procese nakladania s

odpadmi v smernici o odpadoch 2008/98/ES (článok 8). V roku 2011 odvetvie výroby

plastov v Európe prišlo s myšlienkou faktického zákazu ukladania plastov na sklásky do roku

2020. Ak sa Európska komisia a vlády členských štátov stotožnia s týmto odporúčaním,

bude to znamenať vážny problém pre Strednú Európu, kde väčšina plastového odpadu

naďalej končí na skládkach.

Svetová podnikateľská rada pre udržateľný rozvoj (World Business Council for Sustainable

Development) predpokladá, že svet bude do roku 2050 potrebovať 4- až 10-násobné

zvýšenie efektívnosti využívania zdrojov na uspokojenie dopytu po finálnych produktoch

a aplikáciách3. V súčasnosti lacné plastové súčiastky, zábavné predmety, hračky s krátkou

životnosťou, plastové tašky a ďalšie jednorazové výrobky je často možné dostať za ceny,

ktoré neodrážajú v plnom rozsahu ich náklady súvisiace s ochranou na životného prostredia

pri ich zneškodňovaní.4 Systém, ktorý bude vyjadrovať skutočné náklady na životné

prostredie, od ťažby surovín až po výrobu, distribúciu a likvidáciu, pomôže pri posudzovaní

vhodnosti iných riešení, ako je napríklad zavedenie biodegradovateľných plastov.

1 Plastics – the Facts 2012, An analysis of European plastics production, demand and waste data for 2011, PlasticsEurope, 2012, page 3

2 Green Paper “On a European Strategy on Plastic Waste in the Environment”, Brussels, 7.3.2013, COM(2013) 123 final

3 Communication from the Commission to the European parliament, the council, the European Economic and Social

Committee and the Committee of the Regions, Roadmap to a Resource Efficient Europe, Brussels, 20.9.2011, COM(2011) 571 final, page 2

4 Green Paper “On a European Strategy on Plastic Waste in the Environment”, Brussels, 7.3.2013, COM(2013) 123 final, page 15

6

Aj keď Európa ako celok bola v uplynulom desaťročí celosvetovým lídrom v oblasti

biodegradovateľných plastov, Spojené štáty americké a ázijské krajiny dynamicky pracovali

na vývoji nových aplikácií. Stredná Európa naďalej zaostáva v oblasti záujmu o výrobu a

spotrebu biodegradovateľných plastových aplikácií. Priekopníci priemyslu z tejto oblasti

zapojení do projektu PLASTICE zaznamenali nasledujúce prekážky, ktoré sú príčinou tohto

stavu:

Potreba zlepšenia funkčných vlastností biodegradovateľných plastov;

Know-how týkajúce sa spôsobov, ako dosiahnuť zvýšenie životnosti

biodegradovateľných obalov;

Potreba lepšej realizácie procesu transformácie z tradičných plastov na

biodegradovateľné plasty v úzkej spolupráci s externými partnermi vrátane

výskumných inštitúcií a dodávateľov materiálov;

Vytvorenie infraštruktúry v systéme odpadového hospodárstva, ktorá umožní

jednoduchšiu separáciu biodegradovateľných plastov od bežných plastov.

Podľa odhadov spoločnosti Global Industry Analysts Inc. by celosvetový trh s

biodegradovateľnými polymérmi mohol do roku 2017 dosiahnuť objem 1,1 milióna ton.5 V

záujme podpory rozvíjania procesu biodegradovateľných plastov Európska komisia

stanovila významný míľnik vo svojom Pláne pre Európu efektívne využívajúcu zdroje: “ Je

úotrebné, aby do roku 2020 vedecké objavy a trvalé úsilie o inováciu výrazne zlepšili prístup, ako chápeme, riadime, znižujeme využívanie, opakované využívanie, recykláciu, náhradu, bezpečnosť a hodnotu zdrojov. Toto bude možné vďaka podstatnému zvýšeniu investícií, pochopeniu súvislotí pri riešení spoločenských problémov súvisiacich s efektívnosťou využívania zdrojov, zmenou klímy a flexibilnosťou, ako aj prínosov z vedomostnej špecializácie a spolupráce v rámci európskeho výskumného priestoru.”6

Presnejšie povedané, v rokoch 2014 až 2020 sa Európska komisia, okrem iného, sústredí na

financovanie výskumu na podporu inovatívnych riešení v oblasti odbúrateľných plastov.

Vzhľadom na vyššie uvedené vyhlásenie, rastúci dopyt po obaloch a iných produktoch na

jednorazové použitie, narastajúce povedomie koncových užívateľov, tlak na zákaz

ukladania plastov na skládky, nepredvídateľné náklady na ropné produkty v najbližšom

desaťročí a technický pokrok v oblasti biodegradovateľných polymérov sú o.i. hlavnými

motormi rozvíjania hodnotového reťazca pre udržateľné plasty v Strednej Európe.

Príručka pre rozvoj hodnotového reťazca je zameraný na biodegradovateľné plasty,

predovšetkým na kompostovateľné polyméry (podľa EN13432, EN14995, ASTM D 6400,

ASTM D6868, ISO17088, AS 4736, AS 5810 a ISO 18606), ktoré sa majú zneškodňovať v

obecných a priemyselných aerobných kompostovacích zariadeniach, majú pochádzať z

obnoviteľných a neobnoviteľných zdrojov s aplikáciou pre obaly, stravovanie a v poľnohospodárstve

a budú k dispozícii v EÚ v strednom až veľkom rozsahu.

5 Biodegradable polymers. A global strategic business report, 2012 (www.strategyr.com)

6 Communication from the Commission to the European parliament, the council, the European Economic and Social Committee and the Committee

of the Regions, Roadmap to a Resource Efficient Europe, Brussels, 20.9.2011, COM(2011) 571 final, page 9

7

3. VYTVÁRANIE HODNOTOVÉHO REŤAZCA

Štruktúra hodnotového reťazca pre environmentálne biodegradovateľné plasty je

porovnateľná so štruktúrou hodnotového reťazca tradičných plastov. V prípade tradičných

plastov sa však kladie väčší dôraz na procesy recyklácie a opätovného využitia, kým v

prípade biodegradovateľných plastov sa berú do úvahy procesy rozkladu a kompostovania.

Na každom stupni hodnotového reťazca existujú určité prekážky pre výskum a vývoj, ktoré je

potrebné prekonať.

Firmy, ktoré plánujú započať výrobu biodegradovateľných plastov alebo zariadení pre ich

výrobu a spracovanie alebo plánujú modifikovať existujúce procesy tak, aby boli vhodné pre

aplikáciu nových biodegradovateľných plastov, s apravdepodobne stretnú s niektorou z

nasledujúcich otázok, na ktoré táto príručka prináša prvú sériu odpovedí. V prípade záujmu

o ďalšie informácie sa obráťte na národného koordinátora pôsobiaceho vo vašej krajine.

Výskumné inštitúcie

Do

dá

vate

lia s

uro

vína

Vý

rob

covi

a a

sp

raco

-

vate

ia d

eg

rad

o-

vate

ľný

ch p

last

ov

Nadväzujúce odvetvia

(obaly na potraviny,

kozmetiku, lieky…)

Distributors, retailers of biodegradable

packaging

European Directives on waste management

Vnútroštátne právne predpisy o nakladaní s odpadmi

Certifikačné systémy

Op

äto

vné

využitie

a

recy

klácia

Ko

mp

osto

van

ie

Verejné a neziskové organizácie zodpovedné za kampane na zvyšovanie povedomia, za školenia a

konzultácie

Rig

id o

r fl

exi

ble

pla

stic

con

vert

ers

Distributors, retail-

ers of products in

biodegradable

packaging

Sp

otre

bite

lia

Charakterizácia

polymérov,

ktoré sú

dostupné na

trhu

Modifikácia vlast-

ností polymérov

chemickými a

fyzikálnymi

metódami

Spracovanie

polymérov

Vytvorenie

podmienok

pre efektívnu

priemyselnú

výrobu

Aplikačné

vlastnosti

degradovateľn

ých plastových

výrobkov

Testovanie

biologického

rozkladu a

kompos-

tovateľnosti

8

Otázka 1: Ktorý typ biodegradovateľných polymérov je najvhodnejší z hľadiska

súčasnej technológie spracovania?

Mali by ste zvážiť charakteristiku fyzikálnych

vlastnosti polymérov v pevnom skupenstve,

ktoré sú dostupné na trhu.

Tento postup zahŕňa posúdenie teplotnej

stability, teploty mäknutia a mechanických

vlastností.

Na základe týchto informácií bude možné

vybrať najvhodnejší polymér na trhu z

hľadiska súčasnej technológie spracovania a

predpokladanej aplikácie.

Ďalšie informácie nájdete na strane 11.

Môžete tiež zvážiť charakteristiku zloženia a

molekulárnej štruktúry polymérov pre

konkrétne aplikácie.

Otázka 2: Ako sa presvedčím, či vybraný biodegradovateľný polymény materiál má vhodné vlastnosti z hľadiska zamýšľaných

aplikácií? Aké parametre bude treba vziať do úvahy z hľadiska zabezpečenia kvality výrobku a jeho biodegradovateľnosti na konci životnosti? Akým spôsobom si môžem overiť reprodukovateľnosť dodaného

polymérneho materiálu?

Je potrebné posúdiť zloženie a molekulárnu

štruktúru polymérnych materiálov, ktoré sú k

dispozícii na trhu.

Táto činnosť zahŕňa posúdenie vlastností

finálnych produktov, stanovenie nečistôt,

ktoré ovplyvňujú spracovanie materiálu, ako

aj prípadný obsah a typ plniva a iných

aditív.

To vám umožní urobiť výber najvhodnejšieho

polymérneho materiálu pre zamýšľané

aplikácie a zabezpečiť, aby každá šarža

materiálu od dodávateľa bola dodaná v

požadovanej kvalite v súlade s normou.

Okrem toho získate informácie

o odporúčaných podmienkach skladovania

(vlhkosť, slnečné žiarenie a teplota), o

podmienkach spracovania vybraných

polymérnych materiálov, ako aj o

podmienkach životnosti produktov

vyrobených z týchto materiálov. Budete mať

možnosť získať informácie o

nerecyklovateľných zložkách vášho

produktu.


Otázka 3: Ako môžem chemicky upraviť vlastnosti dostupných polymérnych materiálov z hľadiska konkrétnych

výrobných podmienok?

Odporúčame zvážiť možnosť modifikácie

vlastností polyméru chemickými metódami.

Táto činnosť zahŕňa zvýšenie molekulovej

hmotnosti reťazca, zavedenie funkčných

skupín do reťazca a povrchovú úpravu

výrobku (napr. fólia na kvalitnejšiu potlač).

To vám umožní upraviť vlastnosti materiálu

na mieru podľa konkrétnych požiadaviek.


Mohli by ste tiež zvážiť výskumný projekt,

ktorého výsledkom by mohol byť

patentovateľný proces.

Otázka 4: Ako môžem nastaviť vlastnosti bežne dostupných polymérov materiálov na základe použitia fyzikálnych metód tak, aby

vyhovovali osobitným požiadavkám?

Modifikácia vlastností polymérov pomocou

fyzikálnych metód zahŕňa prípravu

viaczložkových materiálov prídavkom

zmäkčovadiel, kompatibilizátorov, plnív

(podľa možnosti biodegradovateľných), či

miešania s inými biodegradovateľnými

polymérmi.

Tieto postupy umožnia upraviť vlastnosti

materiálu podľa osobitných požiadaviek, ku

ktorým patrí aj zníženie ceny materiálu.


9

Mohli by ste tiež zvážiť konkrétny výskum

zameraný na podstatné zlepšenie

parametrov spracovania, úžitkové vlastnosti

a aplikčnú vhodnosť materiálu.

Otázka 5: Čo treba urobiť, ak sa počas spracovania na výrobnej linke vyskytnú

problémy?

Mali by ste zvážiť optimalizáciu spracovania

biodegradovateľných polymérov.

Táto činnosť zahŕňa stanovenie

najvhodnejších teplotných podmienok v

jednotlivých fázach výroby. Problémy pri

spracovávaní vo väčšine prípadov vznikajú z

nízkej tepelnej stability odbúrateľných

plastov. Ak teplota spracovania prekročí

kritickú hranicu, v tom prípade hrozí

materiálu degradácia, ktorá vedie k zníženiu

molekulárnej hmotnosti a k poklesu viskozity.

Môžete zvážiť zníženie teploty spracovania

alebo zníženie doby pobytu v zariadení na

spracovanie. Ak to nie je možné (napr.

teplota topenia daného materiálu je príliš

vysoká), v tom prípade odporúčame použiť

aplikovaný výskum vrátane použitia

stabilizátorov, predĺženia reťazcov,

zmäkčovadiel alebo iných metód, ktoré

povedú k obmedzeniu škodlivých účinkov

degradácie.

To vám umožní použiť zariadenie v jeho

súčasnom stave alebo len s malými

úpravami technologického postupu bez

toho, aby bolo potrebné investovať do novej

výrobnej linky.


Mohli by ste tiež zvážiť aplikovaný výskum

vedúci k vyvinutiu vhodného postupu pre

spracovanie presne definovaného

biodegradovateľného materiálu na

vybranom zariadení a za zvolených

podmienok.

Otázka 6: Akým spôsobom mpžno zosúladiť alebo prispôsobiť výrobné parametre pre

daný technologický postup?

Mali by ste zvážiť využitie možnosť vývoja

procesov pre priemyselnú výroby daného

produktu.

Táto činnosť zahŕňa testovanie

biodegradovateľných plastových materiálov

za laboratórnych podmienok výroby,

poloprevádzkové testovanie nových

výrobkov a prispôsobenie technických

parametrov technologického postupu

priamo na mieste.

Tento postup umožní obmedziť riziko

nezdaru a pomôže minimalizovať náklady v

počiatočnej fáze výroby produktu.


Otázka 7: Ako získam prehľad o funkčných vlastnostiach svojho biodegradovateľného

produktu?

Mali by ste zvážiť analýzu funkčných

vlastností svojho produktu v konkrétnych

oblastiach použitia.

Táto činnosť zahŕňa stanovenie vlastností

starnutia polymérnych materiálov, bariérové

vlastnosti polymérnych materiálov

(priepustnosť plynov), ako aj tepelno-

mechanické vlastnosti, odolnosť a životnosť

týchto materiálov.

To vám umožní ponúknuť na trhu produkt,

ktorý bude spĺňať konkrétne požiadavky

týkajúce sa prepravy, skladovania,

životnosti a kompostovania.


10

Otázka 8: Ako sa presvedčím, že môj výrobok je naozaj kompostovateľný v súlade s normami priemyselného alebo domáceho

kompostovania?

Mali by ste zvážiť testovanie biodegradácie

a kompostovateľnosti.

Táto činnosť zahŕňa stanovenie obsahu

ťažkých kovov, testovanie rozkladu a

dezintegrácie, ako aj testovanie ekotoxicity

(vývoj rastlín na komposte).

To vám poskytne informáciu, či váš produkt

je spôsobilý na získanie certifikátu a

príslušných symbolov alebo označení

biodegradovateľnosti a kompostovateľnosti

predovšetkým pre informovanie konečných

spotrebiteľov.


Otázka 9: Ako zistím percentuálny podiel obnoviteľného/biogenického uhlíka v mojom

produkte?

Mali by ste zvážiť určenie biologického

obsahu v súlade s normou ASTM D6866.

Táto činnosť zahŕňa stanovenie obsahu

organického uhlíka a stanovenie obsahu

obnoviteľného /biogénneho uhlíka pomocou

niektorej z metód uvedených v stanovení

izotopovej aktivity ASTM D6866.

Týmto spôsobom získate informáciu o

percentuálnom podiele biologického obsahu

v materiáli, ktorý je dôležitý z hľadiska

certifikácie a marketingových aktivít pri

propagácii vašich výrobkov z hľadiska

envirnomentálnej udržateľnosti.

11

4. VÝSKUM A VÝVOJ

V tejto časti je uvedený prehľad výskumnej a vývojovej činnosti, ktorú možn o využiť pri

zvažovaní vhodnosti vývoja a výroby biodegradovateľných polymérov, výroby produktov z

biodegradovateľných plastov alebo ak sa zamýšľate nad použitím biodegradovateľných

obalov na vaše výrobky.

4.1. Charakterizácia fyzikálnych vlastností polymérov v pevnom skupenstve,

dostupných na trhu

Ak chcete… …zvážiť výskumnú činnosť … aby ste získali viac

informácií o…

Predpokladan

á dodacia

lehota

vybrať polymér s

vhodnou tepelnou

stabilitou

Analýza tepelnej stability (teplota rozkladu)

jedno- alebo viaczložkového materiálu (na

základe termogravimetrickej analýzy, v

rozmedzí od izbovej teploty do 900°C v

inertnej atmosfére alebo vo vzduchu)

teplotnom rozsahu, v ktorom

sa dá polymér bezpečne

spracovávať

3 dni

(jedna vzorka)

7-14 dní

(do 10 vzoriek)

získať informáciu o

správaní polyméru

pri tepelnom

rozklade

Analýza tepelnej stability a hmotnostná

spektrometria prchavých látok (pomocou TGA-

MS, od izbovej teploty do 900°C) a zmeny

molekulárnej hmotnosti (GPC)

frakciách uvoľnených

v dôsledku degradácie

polyméru počas tepelného

spracovania

3 dni

(jedna vzorka)

7-14 dní

(do 10 vzoriek)

posúdiť teplotu

mäknutia polyméru

Analýza tepelných prechodov (teplota

sklovitého prechodu, teploty kryštalizácie a

topenia; entalpie tavenia a kryštalizácie na

základe diferenčnej snímacej kalorimetrie v

teplotnom rozsahu -100°C až 250°C pri

chladení tekutým dusíkom), 2 snímania pre

každú vzorku

rozsahu spracovateľských

teplôt, nastavení

spracovateľských

parametrov a teplotného

rozsahu použitia

spracovanej položky

14-30 dní

(podľa počtu

vzoriek)

určiť mechanické

vlastnosti

polymérového

materiálu

Meranie mechanických vlastností pri izbovej

teplote (modul pružnosti, napätia, deformácie

na mdzi klzu a v ťahu pri skúške ťahom v

kombinácii so štatistickou analýzou výsledku z

najmenej 8 vzoriek)

úžitkových vlastnostiach

materiálu, pokiaľ ide o

pevnosť, tuhosť a

deformovateľnosť

14-35 dní

(podľa počtu

vzoriek)

overiť tepelno-

mechanické

správanie

polymérneho

materiálu za

špeciálnych

podmienok

Stanovenie oblastí viskózno-elastických

relaxácií (na základe dynamickej mechanickej

analýzy jedno- a viacfrekvenčných režimov v

teplotnom rozsahu od -150°C do 250°C)

dlhodobé správanie

materiálu (potenciálne

starnutie); reakcia materiálu

na vibračné namáhanie.

21-30 dní

stanoviť, či

polymér obsahuje

kryštalickú fázu

Štrukturálna analýza kryštalickej fázy

(pomocou širokouhlovej röntgenovej práškovej

difrakcie)

závislosť správania tuhého

materiálu od kryštalického

podielu

14 dní

12

4.2. Charakterizácia zloženia a molekulárnej štruktúry polymérnych materiálov,

dostupných na trhu

4.3. Modifikácia vlastností polymérov chemickými metódami

Ak chcete… …zvážiť výskumnú činnosť … aby ste získali viac

informácií o…

Predpokladan

á dodacia

lehota

získať prehľad o

zložení

nerozpustných

alebo

zosieťovaných

materiálov

Stanovenie vlastností tuhých látok pomocou

infračervenej spektroskopie (FTIR, Fourierova

infračervená spektrometria)

type polyméru a funkčných

skupín prítomných v

polymérovom materiáli

7-14 dní

zistiť, či materiál

obsahuje plnivo

Charakterizácia rozpustnosti materiálu a

stanovenie percentuálneho podielu polymérov

v plaste

obsahu a type

nerozpustného plniva 7-21 dní

získať prehľad o

zložení rozpustnej

frakcie materiálu

Charakterizácia polymérov v plaste pomocou

NMR (nukleárna magnetická rezonančná

spektroskopia)

chemickej štruktúre

zvoleného polyméru

(štatistický obsah

konkrétnych jednotiek)

7-21 dní

stanoviť, či váš

polymérny

materiál má

vhodnú

molekulárnu

hmotnosť pre

zamýšľanú

aplikáciu

Určenie molekulárnej hmotnosti polyméru

pomocou metódy GPC (gélová permeačná

chromatografia)

molárnej hmotnosti,

distribúcii molárnej

hmotnosti a stupni vetvenia

7-21 dní

určiť, aké

organické prísady

zvolený plast

obsahuje

Analýza aditív pomocou hmotnostnej

spektrometrie (LCMS-IT-TOF, hybridný

hmotnostný spektrometer)

chemickej štruktúre

organických aditív 7-21 dní

určiť, či daná PHA

je fyzikálna zmes

alebo kopolymér

Sekvenčná analýza PHA pomocou NMR a

metódy hmotnostnej spektrometrie

chemickej homogenite

vzoriek PHA 7-21 dní

Ak chcete… …vziať do úvahy nasledujúcu výskumnú činnosť … aby ste získali viac

informácií o…

Predpokladan

á dodacia

lehota

získať prehľad o

konečných

vlastnostiach a

parametroch

spracovania

Určenie fyzikálnych vlastností polymérnych

materiálov

mechanických vlastnostiach,

viskozite, tokových krivkách,

priepustnosti plynov a

horľavosti materiálu

3-14 dní

určiť spôsob, ako

modifikovať

vlastnosti bežne

dostupného

materiálu

Modifikácia polymérov za účelom dosiahnutia

špecifických vlastností, t.j. zosieťovanie

polymérov kvôli lepšej odolnosti voči

rozpúšťadlám

možnostiach ývoja

materiálov s vlastnosťami

podľa vopred definovaných

požiadaviek

30 dní

(do 2 rokov v

prípade

cieleného

aplikovaného

výskumu)

nájsť spôsob, ako

dosiahnuť

špeciálne

vlastnosti povrchu

Modifikácia polymérov za účelom dosiahnutia

špecifických vlastností, t.j. zvýšenie polarity

povrchu polyméru kvôli lepšej potlačiteľnosti,

adhézii, tepelnej a oxidačnej stabilite

možnostiach ývoja

materiálov s vlastnosťami

podľa vopred definovaných

požiadaviek

30 dní

(do 2 rokov v

prípade

cieleného

aplikovaného

výskumu)

13

4.4. Úprava vlastností polymérov fyzikálnymi metódami

4.5. Optimalizácia spracovania biodegradovateľných polymérov


informácií o…

Predpokladaná

dodacia lehota

modifikovať

vlastnosti pridaním

aditív s nízkou

molekulárnou

hmotnosťou

Zmena vlastností vybraného polyméru

pridaním aditív s nízkou molekulárnou

hmotnosťou, ako sú napríklad zmäkčovadlá,

predlžovače reťazca, stabilizátory alebo

miešaním s malým množstvom iných polymérov

na dosiahnutie požadovaných vlastností

možnostiach vývoja

materiálu so želanými

vlastnosťami podľa

osobitných požiadaviek

30 dní

(do 2 rokov v

prípade

aplikovaného

výskumu šitého na

mieru)

meniť vlastnosti

miešaním s inými

polymérmi

Zmiešanie dvoch polymérov v celom rozsahu

koncentrácie s cieľom zabezpečiť požadované

vlastnosti modifikáciou rozhrania a vzájomnej

kompatibility zložiek

možnostiach vývoja

materiálu so želanými

vlastnosťami podľa

osobitných požiadaviek

30 dní

(do 2 rokov v

prípade

aplikovaného


mieru)

meniť vlastnosti

pridaním plnív

Príprava kompozitov s polyménou maticou so

želanými vlastnosťami cestou modifikácie

fázového rozhrania

možnostiach zníženia

celkových materiálových

nákladov pridaním

lacných aditív s

minimálnou zmenou

alebo bez zmeny

požadovaných vlastností

30 dní

(do 2 rokov v

prípade

aplikovaného


mieru)


informácií o…

Predpokladaná

dodacia lehota

optimalizovať

metódu

spracovania

konkrétneho

polymérového

materiálu

Stanovenie parametrov spracovania

vybraných polymérnych materiálov

parametroch novej

výrobnej linky určenej na

inštaláciu alebo návod

na technický postup pre

súčasnú výrobnú linku

7-30 dní

14

4.6. Vývoj priemyselných výrobných procesov


informácií o…

Predpokladan

á dodacia

lehota

zistiť, či vaša

výrobná linka

bude schopná

spracovať

vybraný

polymérny

materiál na

výrobu vrstiev

Výroba fólií v laboratórnych podmienkach

vrátane výskumu spracovania a miešania,

príprava predzmesí v kombinácii s injekčným

vstrekovaním, príprava teliesok na testovanie

materiálových a reologických vlastností

Poloprevádzkových

podmienkach pre

spracovanie materiálu

7-14 dní

zistiť, či vaša

výrobná linka

bude schopná

spracovať

vybraný

polymérny

materiál na

výrobu

flexibilných

obalov

Výroba flexibilných obalov v laboratórnych

podmienkach

správaní sa materiálu pri

tavení a vyfukovaní fólií pre

konkrétny výrobok

7-14 dní

stanoviť

najvhodnejšie

parametre

spracovania

Výroba v poloprevádzkovom rozsahu priamo

na mieste

parametroch spracovania,

ktoré umožnia minimalizovať

riziká v súvislosti s kvalitou a

nákladmi

1-45 dní

získať prehľad o

možných

zmenách,

fyzikálnych

vlastností

materiálu po jeho

spracovaní

Sledovanie mechanických vlastností produktu

počas výrobného procesu, t.j. merania

mechanických vlastností (trhačka model Instron

4204)

pravdepodobnosti

degradácie a kryštalizácie

počas spracovania a

skladovania produktu ako aj

zváženia prídoku aditív na

úpravu vlastností

7-14 dní

overiť, či sa

molekulárne

vlastnosti

materiálu počas

spracovania

nemenia.

Stanovenie molekulárnej hmotnosti produktu po

ukončení výrobného procesu

stupni degradácie materiálu

počas spracovania 7-21 dní

15

4.7. Výskum funkčných vlastností

*Priemerná dodacia lehota vrátane prípravy, testovania a vykazovania. Lehota sa môže

meniť momentálnej dostupnej kapacity


informácií o…

Predpokladaná

dodacia lehota

získať informácie o

trvanlivosti výrobku

v špecifických

podmienkach

skladovania

a používania

Metóda stanovenia farebnej stálosti na svetle s

cieľom určiť správanie materiálu v prirodzených

podmienkach

trvanlivosti a životnosti

produktu 120 dní*


vplyve materiálu

na životné

prostredie

Určenie celkovej koncentrácie organického

uhlíka a podielu obsahu z biomasy v

polymérnych materiáloch

koľko uhlíka z biomasy

(obnoviteľného uhlíka)

obsahuje váš materiál

30 dní*

pochopiť

mechanizmus

difúzie plynov cez

produkt

Testovanie priepustnosti vodných pár, kyslíka a

oxidu uhličitého

možných aplikáciách

produktu v

nadväzujúcich

odvetviach (čerstvé

potraviny, mrazené

potraviny)

14 dní*

identifikovať

možné aplikácie

vybraných

materiálov a

výrobkov

založených na

týchto materiáloch

Stanovenie ťahových vlastností (napätie pri

pretrhnutí, ťažnosť, modul pružnosti, atď.)

Stanovenie odolnosti proti roztrhnutiu

Stanovenie odolnosti voči nárazu pomocou

metódy voľne padajúceho závažia

mechanických

vlastnostiach pre

špeciálne aplikácie,

ako napríklad

trvanlivosť

14 dní*

pochopiť možnosti

uzatvárania a

zvárania vášho

materiálu alebo

výrobku

Tesniace vlastnosti (maximálna zaťaženie pri

pretrhnutí, odolnosť spoja, atď.)

Tepelná odolmnosť spoja

spôsobe

a podmienkach pre

dokonalý spoj

14 dní*


fyzikálno-

chemických

vlastnostiach

produktu

DSC (diferenčná snímacia kalorimetria) a FT-IR

(infračervená spektroskopia)

teplotnom rozsahu

vhodnosti výrobku pre

konkrétne aplikácie

7 dní*

zistiť, či produkt je

vhodný na

používanie v

kombinácii

s potravinami

Analýza senzormi

Celkové a špecifické testovanie migrácie

nízkomolekulárnych látok do potravín

O tom, ako sa chuť a

vôňa prenášajú z

materiálu na

potravinársky výrobok a

aké látky sa prenášajú z

materiálu na potravinu

30-60 dní*

overiť prítomnosť

nebezpečných

nečistôt

Testovanie obsahu monomérov v plastových

materiáloch a emisiách prchavých látok

rizikách pri spracovaní

spôsobujúcich problémy

pri certifikácii 30 dní*

16

4.8. Testovanie biodegradovateľnosti a kompostovateľnosti


informácií o…

Predpokladan

á dodacia

lehota

určiť, ako rýchlo

sa materiál rozloží

v komposte

Testovanie rozkladu v laboratórnych

podmienkach: predbežné skúšky

biodegradácie obalových materiálov pomocou

simulovaných podmienok kompostovania v

rámci laboratórneho testu podľa EN 14806:

2010

potenciáli

kompostovateľnosti

materiálu

120 dní

stanoviť, do akej

miery materiál

podlieha

biodegradácii

Biodegradácia v laboratórnych podmienkach:

skúška hydrolytickej biodegradácie v roztoku

vody alebo v roztoku pufru (testy

biodegradácie biologicky rozložiteľných

polymérov v jednoduchom médiu s cieľom

predpovedať správanie polymérov)

biodegradačnom potenciáli

materiálu v konkrétnom

médiu

Do 180 dní

(v závislosti

od typu

materiálu a

od normy)

stanoviť, do akej

miery materiál

podlieha

biodegradácii

Testovanie biodegradácie a

kompostovateľnosti v laboratórnych

podmienkach: laboratórna biodegradácia

kompostu pomocou respirometrického testu

(Respirometer Micro-Oxymax S/N 110315,

Columbus Instruments, na meranie obsahu CO2

v laboratórnych podmienkach podľa PN-EN

ISO 14855-1:2009 - Stanovenie úplnej

aeróbnej biodegradability a rozpadu

plastových materiálov za podmienok

kontrolovaného kompostovania. Metóda

analýzy uvoľneného oxidu uhličitého - Časť 2:

Gravimetrické meranie uvoľneného oxidu

uhličitého v laboratórnych podmienkach)

potenciáli

kompostovateľnosti

materiálu

Do 180 dní

(v závislosti

od typu

materiálu a

od normy)

získať informáciu,

či výrobok môže

získať potrebné

certifikáty a

označenia

Testovanie (bio)degradácie a

kompostovateľnosti v kompostovacom

zariadení (skúšky biodegradovateľného

materiálu v priemyselnej kompostárni alebo v

kontajnerovom kompostovacom systéme

KNEER)

podmienkach získania

certifikácie výrobku a jeho

označenie logom

kompostovateľnosti

Do 180 dní

(v závislosti

od typu

materiálu a

od normy)

17

5. KONTAKTY

V prípade záujmu o podrobnejšie informácie sa obráťte na svojho národného koordinátora.

Pre

Taliansko a

Rakúsko

Bolonská univerzita, katedra chémie ‘G. Ciamician’

Profesor Mariastella Scandola, Professor, vedúci skupiny polymérnych vied

Tel./Fax: +39 0512099577/+39 0512099456

E-mail: [email protected]

Pre Českú

republiku a

Slovenskú

republiku

Ústav polymérov Slovenskej akadémie vied

Profesor Ivan Chodak, Senior scientist, vedúci vedecký pracovník

Tel./Fax: +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923


Slovenská technická univerzita v Bratislave

Profesor Dušan Bakoš

Tel./Fax: +421 903 238191, +421 2 59325439, fax +421 2 52495381


Pre

Slovinsko a

balkánske

štáty

Národný chemický ústav, laboratórium polymérovej chémie a techniky

Andrej Kržan, vedúci vedecký pracovník

Tel./Fax: +386 1 47 60 296


Centrum excelentnosti pre polymérové materiály a technológie

Urska Kropf, vedecký pracovník

Tel./Fax: +386 3 42 58 400


Pre Poľsko a

pobaltské

štáty

Poľská akadémia vied, centrum polymérnych a uhlíkových materiálov

Marek Kowalczuk, vedúci oddelenia biologicky rozložiteľných látok

Tel./Fax: +48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69


COBRO—Poľské výskumné a vývojové centrum obalov

Hanna Żakowska, zástupkyňa riaditeľa pre výskum

Tel./Fax: +48 22 842 20 11 ext. 18


18

5. GLOSÁR

Polymér - makromolekula zložená z mnohých opakujúcich sa jednotiek.

Polymér (poly-mer z gréckeho poly - mnoho, meros - častíc) je zvyčajne považovaný za

organickú zlúčeninu, hoci poznáme aj anorganické polyméry. Polyméry môžu obsahovať

tisíce opakujúcich sa jednotiek (monomérov) usporiadaných v lineárnych alebo rozvetvených

útvaroch a ich molekulárna hmotnosť môže dosiahnuť až milión Daltonov (Dalton = g/mol).

Polyméry sa vyskytujú v prírode alebo sú syntetického pôvodu (umelé, syntetické). Prírodné

polyméry (= biopolyméry) sú špecifické a patria k základným súčastiam živých organizmov.

Tieto typy polymérov sú prevažne polysacharidy (napr. celulóza, škrob a glykogén) a

proteíny (napr., glutén, kolagén a enzýmy), hoci poznáme i mnoho ďalších foriem ako

napríklad lignín a polyestery. Syntetické polyméry tvoria veľkú a rôznorodú skupinu zlúčenín,

ktoré sa nevyskytujú v prírode. Syntetizujú sa pomocou chemických a biochemických metód.

Celosvetová ročná výroba syntetických polymérov za rok 2009 dosiahla podľa odhadov

230 miliónov ton (Plasty – fakty 2010).

Syntetické polyméry sa používajú najmä vo výrobe plastov. Polyméry sa líšia od plastov tým,

že sú to čisté zlúčeniny, zatiaľ čo plasty sú zmiešané materiály s prídavkom rozličných aditív

pripravené na použitie.

Biopolymér – polymér vytváraný živými organizmami.*

Biopolyméry (= prírodné polyméry) sú základnými súčasťami živých organizmov a zahŕňajú

proteíny, nukleové kyseliny a polysacharidy. Sú to predovšetkým polysacharidy (napr.

celulóza, škrob a glykogén) a proteíny (napr., glutén, kolagén a enzýmy), hoci poznáme i

mnoho ďalších foriem ako napríklad lignín, polyestery, atď. Alternatíva 1: úplne alebo

čiastočne biologický polymér (CEN/TR 15932:2009)

* Použité podľa PAC, 1992, 64, 143 (Glosár chemických pojmov používaných v

biotechnológii (odporúčania IUPAC z roku 1992)), viď definíciu na strane 148

Plasty – materiály na báze polymérov, ktoré sa vyznačujú tvárnosťou.

Hlavnou zložkou plastov (z gréckeho: plastikos - vhodné na tvarovanie, plastos - tvarovanie)

sú polyméry, ktoré sa „vytvarujú” pridávaním aditív a plnív do podoby technického materiálu

– plastov. Plasty sú definované na základe tvarovateľnosti – stav viskóznej kvapaliny v

určitom bode v určitom okamihu počas spracovania.

Podľa EN ISO 472: Plasty - Materiál s vysokým podielom polymérov ako základnou zložkou,

ktorý sa dá tvarovať tokom v určitom štádiu spracovávania na hotové výrobky.

Biodegradácia – rozklad látky v dôsledku biologickej činnosti.

Biodegradácia musí zahŕňať pôsobenie živých organizmov v procese rozkladu; môže však

byť skombinovaná s inými abiotickými procesmi. Biodegradácia nastáva pôsobením enzýmov

vyskytujúcich sa buď v tráviacej sústave živých organizmov a/alebo ako izolovaných, resp.

vylučovaných enzýmov. Organizmy vykonávajú biodegradáciu substrátov, ktoré sú

identifikované ako potraviny a slúžia ako zdroj výživných látok. Výsledné produkty biodegradácie sú bežné produkty trávenia ako oxid uhličitý, voda, biomasa alebo metán.

19

Tento posledný krok je známy pod názvom úplný biologický rozklad alebo biologická

mineralizácia. Z praktických dôsledkov by mala byť známa rýchlosť biodegradácie a jej

konečné produkty.

Biologicky rozložiteľné plasty (biodegradovateľné plasty) – plasty so sklonom k

biodegradácii.

Proces biodegradácie biologicky rozložiteľných plastov môže pozostávať z rôznych

paralelných alebo následných abiotických a biotických krokov; musí však obsahovať aj krok

biologickej mineralizácie. K biodegradácii plastov dochádza vtedy, keď organický materiál

obsiahnutý v plastoch predstavuje zdroj výživných látok pre biologický systém (organizmus).

Biologicky odbúrateľné plasty môžu mať pôvod z obnoviteľnej biomasy (napr. škrob), alebo

z neobnoviteľných fosílnych (napr. ropných) surovín spracovaných chemickými alebo

biotechnologickými procesmi. Zdroj surovín alebo proces výroby biologicky odbúrateľných

plastov nemá vplyv na ich zaradenie medzi biologicky odbúrateľné plasty. Rýchlosť

biodegradácie plastov okrem zloženia konkrétneho plastu závisí aj od pomeru povrchu k

objemu, hrúbke a pod.

Kompostovateľné plasty – plasty, ktoré sú biologicky rozložiteľné za podmienok a v

časovom rámci kompostovacieho cyklu.

Kompostovanie je spôsob spracovania organického odpadu, ktorý prebieha za aeróbnych

podmienok (prítomnosť kyslíka), pri ktorom sa organický materiál premieňa pomocou

mikroorganizmov vyskytujúcich sa vo voľnej prírode. Počas priemyselného kompostovania

môže teplota kompostovaného materiálu dosiahnuť až 70 °C. Proces kompostovania

prebieha niekoľko mesiacov. Je dôležitéu vedomiť si, že biodegradovateľné plasty nemusia

byť nevyhnutne kompostovateľné (môžu sa biologicky rozkladať dlhšie alebo za iných

podmienok), zatiaľ čo kompostovateľné plasty sú vždy biologicky rozložiteľné čiže

biodegradovateľné. Definovanie kritérií pre kompostovateľné plasty je dôležité, nakoľko

materiály, ktoré nie sú kompatibilné s kompostovaním, môžu znížiť výslednú kvalitu

kompostu. Kompostovateľné plasty sú popísané v celom rade vnútroštátnych a

medzinárodných noriem (napr. EN13432 a ASTM D6900), ktoré definujú priemyselnú

kompostovateľnosť. EN13432 definuje vlastnosti obalových materiálov, ktoré majú byť

uznané za kompostovateľné a vhodné na recykláciu prostredníctvom kompostovania

organického pevného odpadu. EN 14995 rozširuje rozsah pôsobnosti na plasty používané

na iné účely ako obaly. Tieto normy tvoria základ pre mnohé certifikačné systémy.

Podľa normy EN 13432 musí mať kompostovateľný materiál nasledujúce vlastnosti:

Biodegradabilita: schopnosť kompostovateľných látok premeniť sa na CO2 vplyvom

pôsobenia mikroorganizmov. Táto vlastnosť sa vyhodnocuje na základe normy EN

14046 (vydanej tiež pod názvom ISO 14855 - biodegradabilita pri kontrolovaných

podmienkach kompostovania). Na preukázanie úplnej biodegradability je potrebné

dosiahnuť najmenej 90 %-nú úroveň biodegradability za menej ako 6 mesiacov.

Dezintegrácia, rozdrobenie: fyzikálna fragmentácia na jemné častice a úplné rozptýlenie

v konečnom komposte meraná na základe pilotného kompostovacieho testu (EN 14045).

Neprítomnosť negatívnych vplyvov na proces kompostovania

Nízka úroveň ťažkých kovov a neprítomnosť negatívnych vplyvov na konečný kompost

20

Kompostovanie v domácnostiach sa líši od priemyselného kompostovania nižšími teplotámi kompostu. Kompostovateľnosť v podmienkach domáceho kompostovania je potrebné pre

určitý plast potvrdiť špeciálnymi testami.

Bioplasty – plastový materiál, ktorý je biodegradovateľný, biologický alebo obidva.*

Pojem uvedený v prvotnej definícii je všeobecne rozšírený v odvetví výroby plastov a menej

vo vedeckej komunite.

Alternatívne použitie 1: môže tiež znamenať biokompatibilné plasty (CEN/TR 15932).

Alternatívne použitie 2: prírodný plastový materiál. Existuje veľmi málo známych bioplastov.

Najznámejším príkladom sú polyhydroxyalkanoáty – prírodné termoplastické polyestery.

* European Bioplastics (Európske bioplasty)

Plast z obnoviteľných zdrojov – plast pochádzajúci z biomasy (s výnimkou fosílnej

biomasy).

Plast môže byť úplne alebo čiastočne pchádzať z biomasy (= obnoviteľné suroviny). Využitie

obnoviteľných surovín by malo viesť k vyššej environmentálnej vhodnosti plastov. Aj keď

fosílne zdroje sú tiež prírodné, nie sú však obnoviteľné a nie sú považované za vhodnú

surovinu pre plasty z obnoviteľných zdrojov. Pre definovanie vyjadrenia, či je plast z

obnoviteľných zdrojov pozri Obsah uhlíka z obnoviteľných zdrojov Materiály založené na

prírodných zdrojoch sa často uvádzajú ako biomateriály, aj keď v praktickom použité tieto

pojmy nie sú synonymami (pozri Biomateriál). Použitie tohto pojmu ako synonyma k pojmu

plast na báze obnoviteľných zdrojov je nevhodné a nepatričné.

Biomasa – materiál biologického pôvodu s vylúčením fosílnych a geologických materiálov (=

obnoviteľné zdroje). Pojmy biomasa a obnoviteľné zdroje vyjadrujú tie isté materiály z

hľadiska zdroja a času doplnenia. Obnoviteľný zdroj je zdroj, ktorý je doplňovaný

porovnateľnou rýchlosťou ako sa ťaží. Biomasa môže mať živočíšny, rastlinný alebo

mikrobiálny pôvod.

Z obnoviteľných zdrojov – odvodený od biomasy.

Obsah uhlíka z obnoviteľných zdrojov – obsah uhlíka odvodeného z obnoviteľných

zdrojov ako časti hmoty z celkového množstva uhlíka v materiáli.

Obsah uhlíka odvodeného z obnoviteľných zdrojov je presne stanovený meraním obsahu

izotopu C14. (množstvo C14 v obnoviteľných zdrojoch je oveľa vyššie ako vo fosílnych

zdrojoch a jeho polčas rozpadu je 5730 rokov). Táto metóda je základom normy ASTM

D6866: Štandardné metódy testovania zložiek z obnoviteľných zdrojov vo vzorkách pevných látok, kvapalín a plynov pomocou rádiokarbónovej analýzy. V súčasnosti sa na jej základe

vyvíjajú ďalšie normy. Certifikáty a certifikačné logá normy ASTM D 6866 sú k dispozícii pre

materiály s rôznym obsahom zložiek z obnoviteľných zdrojov. „Obsah zložky z obnoviteľných

zdrojov” má rovnaký význam aj podľa normy ASTM D 6866. Súvisiaci „obsah uhlíka z

obnoviteľných zdrojov” je definovaný ako podiel hmoty pochádzajúcej z biomasy (CEN/TR

15932:2009).

http://www.plastice.org/faq/plastice-glossary-of-terms/#c103

http://www.plastice.org/faq/plastice-glossary-of-terms/#c104

21

Biomateriál – materiál pre biomedicínske aplikácie

Pozri definície stanovené Medzinárodnou spoločnosťou pre biomateriály:

http://www.biomaterials.org/index.cfm

Udržateľnosť – všeobecný pojem, ktorý popisuje zaťaženie zdrojov procesu alebo

výrobku.

Z hľadiska udržateľnosti existujú dve hlavné relevantné oblasti. Užšie vymedzená oblasť je

zameraná výlučne na využívanie zdrojov materiálov a energií. Širšia zohľadňuje

všeobecnejšie spoločenské aspekty a definuje udržateľnosť ako celok zložený z ekonomickej

a sociálnej udržateľnosti, resp. udržateľnosti zdrojov. Druhá definícia sa považuje za horšiu

vzhľadom na nejednoznačne definovanú povahu použitých parametrov a kritérií, pričom

prvá definícia sa sústreďuje vo väčšej miere na technické hľadisko.

Udržateľnosť sa najčastejšie vyjadruje pomocou definície, ktorá vznikla na konferencii v Rio

de Janeiro o klimatických zmenách: Využívanie zdrojov bez toho, aby bola ohrozená schopnosť budúcich generácií pokračovať v ich využívaní. Inú definíciu zameranú na

obnoviteľnosť materiálov a energií vytvoril R. Baum, Slnko v reálnom čase. Cieľom oboch

definícií je, že udržateľnosť nie je kompatibilná s úplnou a vyčerpávajúcou spotrebou

surovín. Druhá definícia potvrdzuje, že Slnko je jediný zdroj energie (tiež potrebný pre tvorbu

biomasy).

Kľúčové nástroje pre hodnotenie udržateľnosti možno rozdeliť do štyroch hlavných kategórií:

1. Nástroje pre udržateľnú správu (napr. GGP);

2. Metódy a nástroje na hodnotenie ekologických, ekonomických a sociálnych vplyvov

(napr. LCA);

3. Nástroje na ochranu životného prostredia a certifikáciu (napr. EMAS);

4. Nástroje pre trvalo udržateľný dizajn (napr. ekodizajn).

Udržateľnosť sa obvykle meria pomocou Posúdenia životného cyklu (Life Cycle Assessment

LCA), systematickej a objektívnej metódy pre hodnotenie a kvantifikáciu energetických a

environmentálnych dôsledkov a potenciálnych vplyvov spojených s produktom/procesom/

činnosťou počas celého životného cyklu od získania surovín až do ukončenia životnosti („od

kolísky po hrob”). V rámci tejto metódy sa všetky fázy výrobného procesu považujú za

navzájom súvisiace a vzájomne závislé, čo umožňuje vyhodnotiť kumulatívny vplyv na

životné prostredie. Na medzinárodnej úrovni sa LCA riadi normami ISO 14040 a ISO

14044. LCA je hlavným nástrojom pre realizáciu ‘Zohľadňovania životného cyklu’ (LCT). LCT

má zásadný význam ako kultúrny prístup, pretože zahŕňa celý výrobný reťazec a určuje, aké

zlepšenia a inovácie sa v rámci neho môžu vykonať.

LCA je tiež známa ako analýza životného cyklu, ekologická rovnováha a analýza od kolísky

až po hrob.

http://www.biomaterials.org/index.cfm

22

Zdroje:

1. Council of the European Union, Improving environmental policy instruments. Council

conclusions, Brussels, 21 December 2010.

2. Plastics – The Facts 2010 (Plasty – fakty 2010), European Plastics, 2010

http://www.plasticseurope.org/documents/document/20101006091310-

final_plasticsthefacts_28092010_lr.pdf

3. IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). (IUPAC.

Stručný prehľad chemickej terminológie, 2. vydanie („Zlatá kniha"). Zostavili A. D.

McNaught a A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line

opravená verzia: http://goldbook.iupac.org (2006-) vypracovali M. Nic, J. Jirat a B.

Kosata; aktualizácie vypracoval A. Jenkins.

4. EN ISO 472 Plastics – Vocabulary (Plasty. Slovník)

5. Technical report CEN/TR 15932: 2010 Plastics - Recommendation for terminology and

characterisation of biopolymers and bioplastics (Technická správa CEN/TR 15932:

2010 Plasty - Odporúčania týkajúce sa terminológie a charakterizácie biopolymérov

a bioplastov), European Committee for Standardization (Európsky výbor pre

normotvorbu), Brusel, 24. marca 2010.

6. ASTM D883 - 11 Standard Terminology Relating to Plastics (Štandardná terminológia v

oblasti plastov) (vrátane literatúry týkajúcej sa plastovej terminológie v prílohe X1)

7. EN 13193:2000 Packaging – Packaging and the environment – Terminology (Obaly.

Obaly a životné prostredie. Terminológia)

8. EN 13432:2000 Packaging - Requirements for packaging recoverable through

composting and biodegradation (Obaly. Požiadavky na obaly zhodnotiteľné

kompostovaním a biodegradáciou)

9. EN 14995:2006 Plastics: Evaluation of compostability (Plasty. Hodnotenie

kompostovateľnosti)

10. Council of the European Union, Improving environmental policy instruments (Rada

Európskej únie, zlepšovanie nástrojov politiky životného prostredia). Závery Rady,

Brusel, 21. decembra 2010.

http://www.plasticseurope.org/documents/document/20101006091310-final_plasticsthefacts_28092010_lr.pdf

http://www.plasticseurope.org/documents/document/20101006091310-final_plasticsthefacts_28092010_lr.pdf

http://goldbook.iupac.org/

23

PRÍLOHA — CASE STUDIES

Posters, presented at 3rd International PLASTiCE Conference THE FUTURE

OF BIOPLASTICS

CS 1A — Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the

waste stream

CS 1B — Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the

waste stream

CS 2B — Systematic approach for sustainable production for bioplastics - Composting

CS 3 — Sustainable plastics materials in hygiene products

CS 4&5 — Production of packaging for eggs made from BDPs

CS 6A — Introduction of biodegradable plastics into drinking straw production

CS 6B — Introduction of biodegradable materials into production of twines for

agriculture

Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe

INTRODUCTION

Biodegradable plastics when properly disposed with organic waste are in appearance indistinguishable from non-degradable plastics. In some

processes they are excluded from the organic waste stream and are incinerated or landfilled. This completely annihilates the potential of biodegradable

plastics to be integrated in the natural material cycles. A solution is the introduction of a labelling method that is simple for application to different

compostable materials, simple for use in the waste management system and should be as specific as possible to avoid counterfeit products were tested.

PROCESS

CONCLUSION

Printing on biodegradable materials is feasible both in laboratory and industrial scale

The main risk is verification of the separation of biodegradable bags marked with markers from nonbiodegradable due to the to small amounts of

printed material to be tested in real situation of waste management.

When using dyes for marking biodegradable materials/products it is feasible to use existing technology and materials that are already available on

the market. This way we can solve the identification problem of biodegradable plastics in the waste management system and make sure that

compostable plastics do not end up in the landfills but are properly disposed.

UV marker printing should be no more than 48 hours after extrusion process for better print quality.

CS 1A—Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the waste stream

U. Kropf1, S. Gorenc2, P. Horvat3, A. Kržan3

1Centre of excellence Polymer Materials and Technologies PoliMaT, Tehnoloski park 24, 100 Ljubljana 2Plasta production and trade, Kamnje 41, 8232 Šentrupert 3National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana

IR DYES

IR dyes are an attractive option since the IR spectral range is less occupied

than the UV spectral range. No commercial IR dye was directly available.

An IR pigment (100 g in total) that was turned into dye which was modified

several times in order to achieve the most suitable texture and adhesive

properties to be applied on the selected plastic materials—Bio PE and PLA.

As printing substrate two bioplastic materials (bioPE and PLA) in form of a

40 μm thick film on a roll were used. Both materials were treated with

corona on the surface to achieve better printing results.

PRINTING and DETECTION

Laboratory IGT printing was used to simulate flexography.

Printing on paper Printing on plastics

NO problems Very thin film—extension and twisting

Bad adhesion of the dye—issue solved with

modification of the dye

Figure 1 From top: 1) paper with

normal dye 2) paper with IR dye 3) PLA with

IR dye 4) PLA with normal dye 5) PE with

normal dye 6) PE with IR dye (paper be-

hind)

Under visible light different materials printed with different dyes have the

same appearance. Trouble with adhesiveness can be observed in Figure 1.

With an IR detector normal black dye is invisible and the IR black dye is

visible as black. Detection is possible with an IR camera.

IR spectrum of the print without IR dye and with IR dye on paper and PLA

film

Figure 2 IR reflection spectrums of the

paper samples. Through the entire UV the

sample is black (very low reflection), VIS

and NIR if the dye does not contain IR

pigment. With the addition of the pigment

one can observe no changes in UV or VIS

but a significant difference in IR where the

reflection increases.

UV DYES

A commercially available UV dye was tested.

SELECTION OF THE MATERIALS and PRODUCTION OF FILMS

Two materials certified as biodegradable were selected:

Ecovio F FILM EXP (supplier BASF AG) and Prismabio 91319 (supplier

FIPLAST srl). The total quantity of material used for testing, was approx.

600 kg. The transformation of materials was made from LDPE MFI 2 to

biodegradable material – without problems – only correction was

reduction of temperature profile to 150 °C. Prior to processing it was very

important to dry materials (3 hours at 55 °C to 60 °C). Films used for

production of UV marked biodegradable bags were prepared by the

blown film extrusion process on a mono-layer KUHNE line:

PRINTING and DETECTION

Flexography UV pr int ing was

performed on Kleine 2+2 equipment.

For UV printing it is possible to use

solvent or water based printing inks.

For the purposes of this study (part of

detection with UV ink) we have

decided to use solvent based printing

ink Termosac Rivelatore UV 012465,

manufacturer Colorprint srl. Printing did

not cause any additional problems.

Figure 5: Left: Control of print during flexoprinting. Right: UV photo of the Ecovio bag printed with UV marker.

Type of extruder Φ70 mm with 30D

Balloon diameter Max. 1600 mm

Type of screw low temperature screw

Die head Φ 250 mm with GAP 1,2 mm

Capacity up to 260 kg/h

Winder 2x Kolb 1800 mm

Thickness 7 - 40 μm Figure 3: Blown film extrusion

Figure 4: Blown film extrusion

This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF

25


Three kinds of plastic bags (GP2, BP2, GP1) with different types

of masterbatches—exposition tests

INTRODUCTION

The case study concerned the testing of markers for biodegradable plastic products to improve the identification of biodegradable materials in the

municipal waste stream. A producer of biodegradable bags and a composting facility for biodegradable waste were involved. After selection of

commercially available markers, printing and identification tests were performed on plastic bags. The participants in the case study focused on the

development process of biodegradable plastic products with markers with the aim to verify viable solutions for future application. Cooperation between

the Centre of Polymer and Carbon Materials on the one hand and the Institute of Low Temperature and Structural Research Polish Academy of Sciences

and the Faculty of Environmental Engineering of the Wrocław University of Technology on the other hand, allowed to verify ava ilable solutions on the

market and to prepare masterbatches containing different types of markers. With the selected markers the company Bioerg performed coloration of

granulate for the preparation of labeled bags (MaterBi with 10% masterbatches, final content of marker 1%).

PROCESS

CONCLUSION

The case study showed that these kinds of markers do not fit for manual selection of biodegradable bags in traditional waste streams. However they could be applied in full automated selection systems.

CS 1B—Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the waste stream

M. Musioł, W. Sikorska, G. Adamus, M. Kowalczuk, J. Rydz, M. Sobota Polish Academy of Sciences, Centre of Polymer and Carbon Materials 34. M. C. Sklodowska St., 41-800 Zabrze, Poland


In the next stage Bioerg produced labeled bags and delivered them to the

Centre of Polymer and Carbon Materials for composting tests under laboratory scale.

The laboratory degradation test of labeled bags no. B-P2 was

performed in Micro-Oxymax respirometer (COLUMBUS INSTRUMENTS S/N 110315), to

see the behaviour of the bags in laboratory compost. During the

incubation, the samples gradually disintegrated, however the particles were still able to

emit light. This is an important finding in case this kind of bags end up in regular waste

streams:

Respirometer Micro-Oxymax COLUMBUS INSTRUMENTS S/

N 110315 and composting tests at the laboratory scale

Testing of the segregation effectiveness was conducted at the Sorting and Composting Plant in

Zabrze. The labeled bags after UV irradiation were placed on the moving belt. After turning off the

lights, the waste stream was observed. The test showed that acceptable results could only be reached

under full dark room conditions, what is difficult to achieve in existing waste selection plants.

26


CONCLUSION

The experiences in the case studies showed that the joint R&D scheme is necessary to initiate a wide cooperation process between all partners in the biodegradable plastics value chain in Central Europe.

Additionally one of the critical success factors is the full cooperation of the staff of company.

Some cooperation initiatives highlighted new issues and framework conditions for successful production of biodegradable packaging, implementation of these kinds of packaging under market conditions and

selection and final composting of such packaging.

CS 2B—Systemic approach for sustainable production for bioplastics - Composting

M. Musioł, W. Sikorska, G. Adamus, M. Kowalczuk, J. Rydz, M. Sobota Polish Academy of Sciences, Centre of Polymer and Carbon Materials 34. M. C. Sklodowska St., 41-800 Zabrze, Poland

INTRODUCTION

The international project PLASTiCE is devoted to the promotion of new

environmentally friendly and sustainable plastic solutions. The main goal of

this Project is elaboration a transnational roadmap for technology transfer

from science to biodegradable plastics industry based on a joint R&D

scheme. A roadmap for a transnational R&D scheme will allow companies

to enter much quicker into a technology transfer process in the future and to

relay on the expertise from a transnational team of researchers.

The communication present the results one of the case study 2B „Systemic

approach for sustainable production for bioplastics - Composting“, which

concerns mainly the selective organic waste collection and studies of the

biodegradation process of plastic packaging.

PROCESS

The idea behind the case study 2B is to set up a separate waste stream

process by way of delivering grocery shops and super markets

biodegradable waste bags (from Bioerg company) to select organic waste

at the source. The Społem chose two shops as a place for implementation

of this case study. Waste bins with the bags were installed near fruit and

vegetable departments. The super market staff disposed organic waste to

the bins. Waste was collected in the period 01.08 - 30.09.2012 with a

frequency of once a week. The total amount of collected waste was 1280

kg, this means an average of 640 kg of organic waste per month from two

stores. Next, the composting facility in Zabrze (A.S.A company) received

organic waste from the selected stores in order to perform composting

process.

The containers consisted approximately of 40% kitchen organic waste,

20% leaves, 20% branches and 20% grass. The conditions in container

were computer-controlled, which allowed to read the current temperature

of the process. [M. Musiol M; J. Rydz; W. Sikorska; P. Rychter; M.

Kowalczuk Pol. J. Chem. Tech. 2011, 13, 55]


Waste bins with biodegradable bags in Społem shops and schematic diagram of the organic recycling of

packaging materials

27


INTRODUCTION

Hygiene products are mostly single use/disposable products and are therefore contributing to large amounts of plastic waste. A short market research

identified compostable tampon applicator, biodegradable surgical tweezers, blisters, diapers for children and elderly and also pet products as possible

bioplastics applications. According to market demand we have selected to perform test production of biodegradable tampon applicators and single use

surgical tweezers.

PROCESS

MATERIAL REQUIREMENTS

The most important requirements for those products is their safety. A product that comes in contact with human body must not have any negative effects.

Within the EU tampons have to follow the European General Product Safety Directive 2001/95/EC on general product safety. The directive holds

manufacturers responsible for providing products that are safe to use. Article 2 of the directive sets requirements that need to be fulfilled for a product to

be recognized as safe (safe product). Technical and processing requirements: only few processing changes can be made.

SELECTION OF THE CS APPLICATIONS AND TEST PRODUCTIONS

Based on the market demand, material properties and molding requirements we have selected the following two applications: tampon applicator and

surgical tweezers.

CONCLUSION

The production of biodegradable tampon applicators and biodegradable tweezers was not fully successful, however is developed further. It is time

consuming to find the right material for production of specific hygiene/medical device products and the process must be taken case by case. Because

bioplastics have different processing properties some adjustments in the production process are necessary (time, pressure, molds, etc.).

With adjustments processing of bioplastics is possible with conventional equipment. Introduction of bioplastics into production of hygiene products is time

consuming but feasible.

CS 3—Sustainable plastic materials in hygiene products

A. Zabret1, U. Kropf2, P. Horvat3, A. Kržan3,

1 Tosama, Vir, Šaranovičeva cesta 35, 1230 Domžale, Slovenia 2 Centre of excellence Polymer Materials and Technologies PoliMat, Tehnoloski park 24, 100 Ljubljana, Slovenia 3 National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana, Slovenia

TAMPON APPLICATORS

Tampon applicator is a simple tool for inserting a tampon into the human

body. A tampon applicator consists of two tubes, one bigger and one

smaller and is presented in the picture below. At the moment tampon

applicators are made from PE. The current market demand for tampons in

the EU is approximately 15-20 billion tampons per year.

TEST PRODUCTION OF TAMPON APPLICATORS

Tampon applicators are produced by injection molding. Technical

requirements are given according to processing limitations of the existing

production technique.

6 materials were tested: 3 starch based materials and 3 PHA materials.

An acceptable

prototype on which

artificial ageing is

currently carried out.


SIMULATED COMPOSTING

Project partner 11 established a method for simulated composting of plastic materials described according to the standard EN 14806 “Packaging -

Preliminary evaluation of the disintegration of packaging materials under simulated composting conditions in a laboratory scale test.

Figure: Left: Glass reactors for determination of disintegration (one is full, three are empty – photo taken in the

middle of the preparation) Reactors are placed into large thermostatic chamber kept at 58 oC ± 2 oC. Total

capacity of the box is up to 15 reactors (more if smaller reactors are used). The box itself was custom made for

the intention of determination of disintegration within the PLASTiCE project. Right: Thermostatic chamber for

determination of disintegration of plastic materials in controlled laboratory conditions.

SURGICAL TWEEZERS

Tweezers are a useful and simple tool, used in medicine. We decided to

produce tweezers from a PHA-based material because they are resistant

to higher temperatures and would likely be suitable for steam sterilization.

TEST PRODUCTION OF TWEEZERS

Tweezers are produced with injection

molding. One injection cycle produces

16 tweezers and each cycle uses cca.

100 g of the material although the mass

of each tweezer is only 4.7 g; 25g of

the material goes for a massive sprue.

Processing temperature of PHA was

lower than the temperature for conven-

tional plastics. Also the overpressure at

the end of the extruder was lower (5X)

and the pressure profile in the extruder

is lower. The obtained tweezers were

well formed and had acceptable

performance.

ADDITIONAL PROCESSING OF THE TWEEZERS

Because tweezers used in medical applications need to be sterile we

tested how the water steam sterilization influences the products. Steam

sterilization negatively affected closing and torsion of the forceps and the

brittleness of the material increased. Other methods of sterilization might

be better suited for this material.

28


INTRODUCTION

This case study concerned the preparation of compostable material suitable for processing by blistering technology possessing the required mechanical

properties and acceptable price. The aim was to develop fully compostable packaging for eggs, serving as an example of successful application for

other companies that are not sure about benefits of these kind of applications.

CS 4 & 5— Production og packaging for eggs made from BDPs

Polymer Institute of the Slovak Academy of Sciences (Slovakia)

University of Technology in Bratislava,(Slovakia)

PROCESS

The material made from biodegradable plastics was adjusted on laboratory scale for packaging for eggs, especially regarding ultimate properties, price and processing parameters. Pellets made from a new biodegradable blend (based on PLA and PHB) was prepared in four slightly different alternatives mainly differing in processing details, with the aim to various processing parameters to be able to adjust the blend for fixed conditions in the pilot experiment.

Twin-screw extruder for pellets preparation

Product prototypes

The four compositions were tested under laboratory conditions regarding

foil extrusion and consequent vacuum thermoforming. All compositions

showed good processability both in extrusion and in thermoforming of

6-pack egg packaging, similar to reference materials, namely polystyrene

(used nowadays) and polylactic acid (standard biodegradable material

supposed to be easily processed).

In the meanwhile an external company made a thorough economic

analysis (feasibility) of the production for three different kinds of packaging.

Thermoforming process study

CONCLUSIONS

Biodegradable material suitable for vacuum thermoforming was tested and

packaging for eggs has been produced under laboratory conditions. This

case study confirmed that industry and the research sector can overcome

specific challenges in the production process and that it is possible to

develop new biodegradable blends in a relative short period of time.


29


CS 6A—Introduction of biodegradable plastics into drinking straw production

P. Horvat1, A. Kržan1, U. Kropf2, M. Erzar3

1National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana 2Centre of excellence Polymer Materials and Technologies PoliMaT, Tehnoloski park 24, 100 Ljubljana

3 Pepiplast d.o.o., Cesta goriške fronte 46, 5290 Šempeter pri Gorici

INTRODUCTION

Drinking straws are disposable single-use products with a long history and although straws are small they result in a substantial amount of plastic waste

that is often dispersed in nature. Biodegradable plastic straws offer the same convenience as classic drinking straws with no or limited downside of the

plastic waste issue. With this CS we could ease the transition of drinking straw production from conventional materials to bioplastics.

PROCESS

CONCLUSION

From food contact testing results we can conclude that bioplastics can be used for food contact, important is that we take into consideration actual use

conditions and do not use all materials for all purposes.

Although the material was intended for production of straws some processing adjustments e.g. temperature, pressure, screw rotation, production speed,

etc. were necessary. Because production of straws from biodegradable materials is already well established elsewhere the producer of the material

could offer us the right material.

The implementation of biodegradable plastics into straw production was fast and simple because we had a partner with long history of production of

biodegradable straws. The company is also producing their own equipment for production of straws and knows how the machines are working and their

wealth of experiences was also one of the main reasons why this case study was concluded so quick.

We conclude that there is a significant benefit when the operator has long time experiences with production of similar or the same products, knows the equipment and if we have the material intended for exactly this product.

The main advantage is the existence of the material intended for specific use, which allowed CS 6A to proceed with relative ease.

FOOD CONTACT TESTING

Drinking straws are a product that is intended to come in contact with

foodstuff. Due to lack of information regarding overall migration from

bioplastics we tested several products made of bioplastics to see if they

are suitable for use in food contact applications.

We analyzed the overall migration of non-volatile substances from

bioplastic items such as packaging and utensils into aqueous food

simulants. The tested samples were commercially available products made

of polylactide (PLA) and thermoplastic starch (TPS). For all 7 tested items

and/or materials it can be expected that they may come in contact with

foodstuffs. Testing was performed according to the standard EN 1186 in a

laboratory accredited according to EN ISO/IEC 17025. Test methods for

overall migration into aqueous food simulants a) by article filling, b) by

total immersion, and c) by cell were used. The materials were exposed to

aqueous solutions simulating actual use conditions and up to three

migration cycles were performed. FT-IR spectroscopy was used for sample

characterization and for identification of migrated substances. Total

migration was quantified using the evaporation method.

Figure 1: Migration cell,

dismantled (left) and during the migration (right)

The migration of non-volatile substances from bioplastics was determined

by evaporation method. Overall migrations from all PLA samples and most

TPS samples was below the level of detection, only one overall migration

from TPS foil was above the legal limit but the product was not intended to

come in contact with foodstuff (bags).

PRODUCTION OF STRAWS

Conventional straws are made from PP and the plan was to replace PP

with a bio-based and biodegradable material which was already

prepared to be used for production of this specific product. The used

material was PLA based blend MaterBi CE01B.

In the conventional production the set-up of the system was well optimized

and the system was very stable. This is crucial since a very high throughput

(900 pcs/min) must be reached in order to have a sustainable production.

When switching to the bioplastics optimizing the new set-up of the system

was quite complicated. A number of times the system collapsed only one

step before it was set up. After suitable conditions were found the system

was stable.

The production temperatures were lower than for PP. The biggest

difference when comparing PP straws and straws made from bioplastics is

in mass (biodegradable is approx. 50 % heavier) but this could still be

improved. We also tested production of straws with hinges (knees) and

observed no problems.

Figure 2: Introduction of melt through the

cooling system and into the haul-off.

Figure 3: Left: The production line from the extruder to the haul-off (first

part) and the rotary cutter (second part) Middle: System for collection of

straws, Right: PepiPlast/PLASTiCE biodegradable straws


30


The company involved in the Case Study produces polypropylene twines for agricultural use and joined the Case Study with the intention to substitute the

polyolefin used for production with a biodegradable polymer.

Material change over time for twine production

Selection of the polymer

All materials taken into account as potential candidates were thoroughly characterized using a range of techniques (DSC, DMTA, TGA, TGA-MS, XRD,

SEM, FTIR, mechanical properties etc.), in order to allow final selection of the materials to be processed at the company’s p lant. Only two potential

candidates were selected for twine production, based on proven soil biodegradability and commercial availability:

Polyester (A)

Polyester Blend (B)

Twine processing trials and characterisation of the product

After some trials with Polymer A at the factory’s production line, where

problems with polymer film stretching after extrusion were experienced,

laboratory trials on a small-size extrusion machine (fig. 1) were carried out.

The results using Polymer A were encouraging and a demonstration twine

was produced (fig. 2). Mechanical properties of the thread were in the

range expected for the twine application.

Polyester B didn’t provide good results.

CONCLUSION

Important points to be taken into consideration for potential substitution of the presently used polyolefins with biodegradable polymers for twine

production are:

Biodegradability in soil is a fundamental requirement

The material must stand the applied high draw ratio after the extrusion

The twine mechanical properties (strenght) must comply with application requirement

Price of new polymer is a crucial factor

CS 6B—Introduction of biodegradable materials into production of twines for agriculture M. Scandola, I. Voevodina

University of Bologna, Chemistry Department “G. Ciamician”, Selmi 2, 40126 Bologna, Italy


Advantages of twines from biodegradable polymers for

agricultural applications:

Ploughing-in of soil-biodegradable twines after use instead of

collecting them from the field and disposing as waste

Improving the quality of the soil by using twines with added

fertilizers to be released in soil in a controlled manner

Main parameters considered in selection of biodegradable polymers for

their use in twine production:

biodegradation in soil

appropriate mechanical properties

acceptable price

Steps of the Case study:

analysis and selection of biodegradable polymers available in the

market

characterization of physico-chemical properties of selected

polymers

twine processing trials

characterization of the product

Simplified scheme of production line

for twines at the company site

Figure 1 Figure 2

31

32

Plastics are a fellow traveller of modern life with whom we have an ambivalent relationship:

we love the convenience of plastics but hate them for polluting our environment. Newly

developed "bioplastics" are biodegradable or made from renewable resources, to make

use of plastics more sustainable. PLASTiCE promotes a joint research scheme that exposes

producers to the possibilities of the new plastics while also creating a roadmap for actions

that will lead to commercialization of new types of plastics.

Better plastics produce less waste

www.plastice.org

Documents

Úspešna budúcnosť biodegradovateĺných plastov v Strednej Európe