Biodegradovateln polymery Obsah Biodegradovateln polymery jejich charakteristika a
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 obaly stavebnictví spotřebitelské produkty transport bytové zařízení elektro export jiné 3
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 4
Biodegradovatelné polymery Základní rozdělení biopolymery (celulóza) speciá lní biopolymery (kyselina polymléčná) synt etické biodegradovatelné polymery (polyethylen) 5
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 • Alifatické polyestery (PCL polykaprolakton) • Aromatické polyestery (PBAT polybutylenadipát tereftalát) • Polyvinylalkohol (PVA) • Oxo-biodegradovatelné polyolefiny (TDPA PE) 8
Degradační procesy Degradace během výroby Degradace finálních produktů • krátký a intenzivní proces probíhající při zpracování polymerní taveniny • degradace oxidační, hydrolytická, fotodegradace, biodegradace • fragmentace 9
Degradační procesy biodegradace 10
Hodnocení degradačních procesů Degradační prostředí Metody využívané k hodnocení biodegradability zahrnují stanovení • splaškový kal • kontrolované kompostování • simulovaná skládka odpadů • množství vznikajícího oxidu uhličitého nebo methanu • změny molární hmotnosti materiálu • mechanických vlastností materiálu • úbytku hmotnosti materiálu • rozsahu fragmentace materiálu • kombinace metod 11
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/cm 3] 1, 2 -1, 3 1, 5 -1, 7 1, 1 -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 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* [k. Nm/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 [o. C] 45 -60 35 -45 -60 -65 5 -15 -80 83 80 50 Tm [o. C] 150 -160 220 -230 5865 168182 105 -110 - - 13
Výroba biodegradovatelných polymerů • fotosyntéza • výroba z biomolekul • výroba z minerálních zdrojů 12 H 2 O + 6 CO 2 + E = C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O - škrob - mikrobiální polyestery (komerční výroba probíhá v bioreaktorech) 14
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 15
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
- Slides: 19