HULLADÉKGAZDÁLKODÁS IV.
Műanyag és gumi hulladékok feldolgozása és hasznosítása Előadás anyag nappali és levelező tagozatos Környezetmérnöki MSc szakos hallgatóknak
Készítette: Dr. Bodnár Ildikó, főiskolai tanár 2016.
1
Felhasznált és ajánlott szakirodalom
Bodnár Ildikó: Potenciálisan biodegradábilis, politejsav bázisú polimerek szintézise és vizsgálata, Ph.D. értekezés, Debreceni Egyetem, TTK, 2002.
Farkas Ferenc: A műanyagok és a környezet, Akadémiai kiadó, Budapest, 2000.
HEFOP 3.3.I.-P-2004-09-0152/1.0: Hulladékgazdálkodás/6.5. Műanyag és gumi hulladékok feldolgozása és hasznosítása, elektronikus tananyag, 2007.
Czvikovszky Tibor-Nagy Péter: Polimerek az orvostechnikában, egyetemi tankönyv, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2003.
Dr. Zsuga Miklós: Bevezetés a makromolekuláris kémiába, egyetemi jegyzet, KLTE, Debrecen, 1993.
Borda Jenő: Poliuretánok kémiája és előállításuk; Egyetemi kiadó, Debrecen; 1994.
Pukánszky Béla: Műanyagok, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1995.
Ollár Péter (MMSZ): A magyar műanyagipar számokban, REPLAST, Balatonfüred, 2010. április 8-9.
Ollár Péter (MMSZ): Magyarország műanyagipara 2009-2010, Észak-Magyarországi Műanyagipari Klaszter III. Műanyagipari Konferencia, Budapest, 2011.április 27. 2
A MŰANYAGOKRÓL ÁLTALÁBAN
3
Történeti áttekintés-Műanyagok A műanyagok ősei az ókorban is ismertek voltak.
Ezek a különböző természetes gyanták és a bitumen. Mesterséges úton nagytömegű műanyagot az 1900-as évszázad
végén kezdtek előállítani.
Óriásmolekulájú
vegyületeket sokszor véletlenül állítottak elő, műanyagként csak később alkalmazták őket.
Pl.: polisztirolt már 1835-ben előállítottak, de műanyagként csak közel 100 év múlva kezdték alkalmazni. Teflont is előállítottak már 1936-ban és használták is már a II. Világháború alatt, de nálunk csak jóval később vált ismertté.
4
Történeti áttekintés A műanyagok nagyarányú termelése az 1930-as években indult meg. 1908-ban Backeland belga tudós találmányával indult meg a nem
természetes alapú, szintetikus felépítésű műanyagok gyártása. Backeland fenol, formaldehid kondenzációs alapú műgyantája tette lehetővé a bakelit sajtolóporok gyártását. Pollák osztrák tudós a karbamid-formaldehid alapú kondenzációs termékek - aminoplasztok - felfedezésével vitte előbbre a szintetikus műanyagipart. E kettőt követte gyors egymásutánban az anilin, a különféle alkidok, a ftálsavas glicerin, a vinilgyanták és présporok stb. gyártása egészen napjaink legújabban birtokba vett műanyagszenzációkig.
1921-ben
Az első műanyag felfedezésével a világ új nyersanyagforrás birtokába
jutott. A műanyagok nyersanyagai megtalálhatók a növény és állatvilágban.
Természetes alapú műanyagok nyersanyagai cellulóz, furfurol és a növényi olajok, továbbá a kaucsuk a természetes gyanták és a bitumenek. 5
MŰANYAG = POLIMER + ADALÉKANYAG
6
Polimer gyártástörténet cellulóz alapú műanyagok
1870-től bakelit (fenol-formaldehid) 1907 PVC 1912 szintetikus gumi 1929 polietilén (PE) 1933 nylon (PA 6.6) 1935 polisztirol (PS) 1936 teflon (PTFE) 1938 szilikon gumi 1940 polioximetilén (POM) 1945 polipropilén (PP) 1954 poliimid (aramid) 1970-
Műanyag gyártás fejlődési diagramja az olajkrízisek hatására 7
Műanyagok és az acél termelése a világon milliárd liter
250
► Műanyag
termelés elhagyta az acél volumenét
Műanyag
200
Acél: 1,130 millió t =141 milliárd liter
100
►
Acél
Arányok:
1 kg műanyag = 1 l 8 kg acél = 1 l
50
1950
Világ termelés 2005:
Műanyagok: 230 millió t = 230 milliárd liter
Műanyag termelés > Acél termelés
150
►
1960
1970
Forrás: PEMRG
1980
1990
2000
Termelés visszaesés, 2008.
(Mio t) 300
Termelés felfutás 1,5 millió t (1950) 245 millió t (2008)
2008: 245 2006: 245
250
2002: 200
2008: Visszaesés 260-ról 245 millió t/ év-re.
200
Világ
150
Éves átlagos növekedés 9,0%
1989: 100 100
1976: 50 50
1950: 1.5
Európa 0 1950
1960
1970
Forrás: PEMRG
1980
1990
2010. év elejétől azonban egy óvatos, de egyenletes kilábalás jellemzi a műanyagipart!
2000
2012-ben 288 millió t/ év
Műanyagok előnyei és hátrányai Előnyök: Jó víz-, lúg- és savállóság.
Előnyös fizikai és mechanikai sajátságok (kis sűrűség, elektromos szigetelőképesség (általában), megmunkálhatóság).
Olcsó ár, egyszerű előállítás, nagy mennyiség.
Nemcsak más szerkezeti anyag helyettesítése, számos új alkalmazási lehetőség.
Hátrányok: Kis mechanikai szilárdság, alaktartás, hőállóság, Öregedés, Nem javítható, Nem bomlik le.
10
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK
11
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK A polimer fogalma: A nagy molekulatömegű, ismétlődő egységekből álló anyagot
makromolekulának, polimernek nevezzük.
Az elnevezés a görög poly (sok) és meros (egység, rész)
szavakból alakult ki.
A makromolekula és a polimer megnevezéseket szinonimaként
használják.
A polimer ismétlődő építőeleme a monomeregység. Abban az esetben, amikor egyfajta monomeregység ismétlődik
homopolimerről, ha pedig több, különböző ismétlődő monomeregységből épül fel a polimer, akkor kopolimerről beszélünk. 12
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK
Ha a monomeregységek száma kicsi: 2, 3,
4… dimerről, trimerről, tetramerről stb. beszélünk; ha 20-50 akkor a makromolekulát
oligomernek nevezzük. Ha 50-nél nagyobb polimer. 13
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK MONOMER 1.
CH2
CH2
MONOMEREGYSÉG CH2
CH2
CH
CH2
CH
PROPILÉN CH Cl VINIL-KLORID
CH2
CH2
n
CH
n
CH3
CH3
CH3
3. CH2
CH2
POLIETILÉN (PE)
ETILÉN
2. CH2
POLIMER
POLIPROPILÉN (PP) CH2
CH Cl
CH2
CH
n
Cl POLIVINIL-KLORID (PVC) 14
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK polimerek elnevezésében kétféle módszer honosodott meg: a triviális és a szisztematikus megnevezés.
A
Mindkét
elnevezésben ismétlődő egységnek.
fontos
szerepe
van
az
A gyakorlatban általában a triviális nevet használják, a
nehezebben megjegyezhető szisztematikus név helyett, pl.: a triviális néven ismert polipropilén, polisztirol szisztematikus nevei: poli(1-metil-etilén), poli(1-feniletilén), stb. 15
A gyakorlati életben legfontosabb polimerek és jelölésük
Polietilén Polipropilén Polivinilklorid Polisztirol Poliamid Polietiléntereftalát Politetrafluoretilén Poliuretán Polikarbonát Polimetilmetakrilát Poliakrilnitril
PE PP PVC PS PA PET PTFE=Teflon PUR PC PMMA PAN 16
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK A polimerek csoportosítása: A polimerek csoportosítása többféle szempont szerint történhet: Anyaguk szerint megkülönböztetünk szervetlen (pl. kvarc),
elemorganikus polimereket.
(pl.
polisziloxán)
és
szerves
(pl.
PVC)
Eredet szerint természetes (pl. cellulóz) és mesterséges (pl.
polipropilén) polimereket.
Előállítási mód szerint:
polimerizációval (polietilén, polipropilén, PVC, Teflon, PS, PMMA, stb.), polikondenzációval (bakelit, PET, PA, polikarbonátok, poliészterek) és poliaddícióval (poliuretánok) előállított polimerek között 17 teszünk különbséget.
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK
18
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK Az alábbi ábra néhány lehetséges polimer molekula alakzatot mutat be.
a
b
c
d
A polimer molekulák alakja a. fonalmolekula, b. elágazott fonalmolekula (ritka, hosszú oldalláncok), c. elágazott fonalmolekula gyakori, rövid elágazásokkal, d. térhálós molekula,
19
Fonalmolekulák A fonal alakú makromolekulák egyik megjelenési
alakjában a molekulaláncok rendezetlen gombolyag képét mutatják. Ebben az esetben amorf szerkezetről beszélünk. (Ilyen fonalas szerkezetű műanyagok a polimerizációs műanyagok).
A másik megjelenési alakjukban a molekulaláncok
részben párhuzamosan rendezettek is lehetnek.
Közös tulajdonságuk hogy oldószerben oldhatók, és
melegítéskor megolvadnak.
Ezek a hőre lágyuló műanyagok. 20
Térhálós molekulák A térhálós molekulákban a
molekularészek sokkal inkább rögzítettek, mint a nem térhálós molekulákban. oldószerben nem oldódnak, és melegítéskor nem olvadnak meg.
Szerves
Ezek a hőre műanyagok.
keményedő
Egy tipikus térhálós műanyag
Bakelit
a bakelit molekulaszerkezete figyelhető meg az ábrán.21
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK A kopolimerek és szerkezetük A biner (azaz A és B monomeregységből felépülő) kopolimerek szerkezetét a következő csoportokba tudjuk sorolni: random (szabálytalan, statisztikus): ...AABABBAAABABBBA... alternáló: ...ABABABABABABAB... blokk (szakaszos): ...AAAAAAAABBBBBBB.. ojtott (ág): . . .. A A A A A A A A A A A . . .. B B B. .. .
22
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK POLIMOLEKULARITÁS A polimerek a képződésükhöz vezető reakciók statisztikus
jellege miatt molekuláris szinten polidiszperz rendszerek.
Az anyagot felépítő azonos szerkezetű, de különböző nagyságú
makromolekulák polimer homológ sort alkotnak.
A polimer homológok a következők:
CH2=CHX R1-(CH-CHX)2-R2 R1-(CH2-CHX)3-R2 R1-(CH2-CHX)4-R2 R1-(CH2-CHX)n-R2
monomer, dimer, trimer, tetramer, n-mer. 23
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK MOLEKULATÖMEG A polimer különböző molekulatömegű makromolekulák együttese. Éppen ezért a polimer nem jellemezhető egyetlen jól definiált molekulatömeggel. A keletkező polimert jellemezni lehet: • a makromolekulák molekulatömegével, • a makromolekulákat felépítő monomeregységek számával, • azok tömegével • és az ebből számított átlagértékekkel.
24
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK Számszerinti átlagmolekulatömeg (g/mol): Mn, átlag= (n1M1 + n2M2 + n3M3 +…..+ nnMn)/(n1 + n2 + n3 +…..+ nn) Ahol: n = m/M
Tömegszerinti átlagmolekulatömeg (g/mol): Mw, átlag= (m1M1 + m2M2 + m3M3 +…..+ mnMn)/(m1 + m2 + m3 +…..+ mn)
25
POLIMERKÉMIAI ALAPFOGALMAK Molekulatömeg átlagok: Számátlag molekulatömeg :
M n MPn
Tömegátlag molekulatömeg :
M w MPw
Polidiszpe rzitás :
M w M n Pw Pn M Z M P3 N p
Z-átlag molekulatömeg: Viszkozimetriás molekulatömeg átlag:
M v M P N p 1 α
2 P Np
PN
A szummázások minden esetben P = 1 és P = között végezendők. 26
1/α
p
Molekulatömeg meghatározása GPC (SEC)-vel és MALDI-TOF MS-el
Int
Int %
31
32
33
34
A 7600-as polisztirol standard MALDI TOF spektruma
35
Retenciós idő (perc)
A 7600-as polisztirol standard differenciális és integrális gélpermeációs kromatogramja
27
MŰANYAGOK
28
A műanyagok fogalma: A műanyagok egy vagy több, főleg mesterségesen előállított polimerből és (különböző célú) adalékanyagokból álló összetett rendszerek.
29
Műanyagok csoportosítása eredet szerint
30
A műanyagok azonosítására használt jelölések
01 Polietilén-tereftalát (PET) üdítős flakonok 02 Polietilén (PE-HD nagysűrűségű) műanyag flakonok, kupakok, zacskók 03 Polivinil-klorid (PVC) élelmiszercsomagoláshoz használt tálcák 04 Polietilén (PE-LD kissűrűségű) műanyag flakonok, kupakok, zacskók 05 Polipropilén (PP) vajas dobozok, csipszes zacskók 06 Polisztirol (PS) joghurtos edény, műanyag tojástartó 07 Egyéb műanyagok (OTHER)
31
Műanyagok egyéb csoportosítása: A műanyagok feldolgozhatóság szerinti
osztályozása alapján: • hőre lágyuló (termoplasztok: PE, PP, PVC, Teflon, stb.), • hőre keményedő (duroplasztok vagy termoreaktív anyagok: fenoplasztok, epoxigyanták, szilikonok) • és hidegen keményedő műanyagrendszerekbe sorolhatók.
Tulajdonság és felhasználási cél szerint: •
• •
elasztomerekről (kaucsukszerű anyagok), plasztomerekről (műgyanták) és szálképző anyagokról beszélünk.
32
A műanyagok felhasználói a gumiipar, a műanyagipar, a vegyiszál (textil) ipar,
a lakkipar, az építőipar és a legtöbb iparág.
A magyar felhasználás megoszlása nagyon hasonló a nemzetközi gyakorlathoz, meghatározó a csomagolóipar, jelentős az építőipar.
A műanyag-felhasználás területenkénti megoszlása 2009-ben 33
Műanyaggyártás és felhasználás hazánkban Magyarország teljes ipari termelésének kb. 6%-át teszi ki a műanyagipar. A műanyag-alapanyaggyártás hagyományosan a magyar vegyipar legerősebb
alágazata, amelyet az elmúlt évtized jelentős beruházásai megerősítettek. Az egy főre jutó átlagos műanyag-felhasználás Magyarországon viszonylag magas:
71 kg/év. Összehasonlításul ez a szám Nyugat-Európában 100 kg/év, KeletEurópában 23 kg/év, míg a közép-európai régióban átlagosan 55 kg/év. Magyarországon alapanyaggyártással 4 nagy vegyipari vállalat foglalkozik (TVK,
BorsodChem, Dunastyr, MOL). A hazai termelés szerkezete nem felel meg az igényeknek, nem állítunk elő pl. pasztázható PVC-t és műszaki műanyagokat sem. Magyarországon
körülbelül 500 műanyag-feldolgozó cég van, beleértve az egyszemélyes vállalkozásokat is. Ezek közül kb. 300 cég dolgoz fel jelentős mennyiségű műanyag alapanyagot, azaz több mint 25 millió tonnát évente. (327 cég közül 155 nyilatkozta, hogy a csomagolóiparnak szállít, 97 az építőiparnak34és 82 az autóiparnak).
A műanyagok funkció és felhasználás szerint lehetnek: Szerkezeti anyagok
Oszlopok, árbócok, gépelemek Csövek, szerelvények Habok, fóliák, műbőrök Szálas anyagok, stb.
Technológiai anyagok
Ragasztó- és kötőanyagok Lakkok, bevonatok Sűrítők, védőkolloidok
35
Egészségügyi, biológiai anyagok Protézisek Gyógyszerhordozók Eszközök (vértárolók, infúziós csövek, stb.) Használati tárgyak Konyhai eszközök (tányérok, csészék, evőeszközök, stb.) Csomagolóanyagok (flakonok, kannák, hordók, stb.) Egyéb 36
MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA A műanyag előállítás és a felhasználás segédanyagai A gyakorlati alkalmazásra kerülő műanyagok a fő polimer komponenseken kívül különböző adalékanyagokat is tartalmaznak. Ezek az anyagok a következők:
Töltő és vázanyagok Kataliátorok, inhibítorok Iniciátorok Lágyítók Csúsztatók Öregedésgátlók Szálerősítők Színezőanyagok
37
MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA A műanyagok helyes alkalmazása igen sok területen mind műszaki, mind gazdasági szempontból előnyösebb, mint a hagyományos szerkezeti anyagoké. A különböző műanyagok feldolgozhatóságát döntően hőhatással szembeni viselkedésük határozza meg. A legelterjedtebb feldolgozási technológiák: Fröccsöntés Extrudálás Kalanderezés Palackfúvás Préselés
38
GUMIK
39
A gumikról általánosan polidiének azok a polimerek, amelyek monomeregységekként egy kettős kötést tartalmaznak. A diének polimerjei és kopolimerjei a legfontosabb elasztomerek, kaucsukszerű anyagok. A
Elasztomereknek nevezzük az: alacsony üvegesedési hőmérsékletű széles hőmérséklettartományban nagyrugalmas állapotban lévő polimer anyagokat. Az elasztomerek nagy polimerizációs fokú, kis szekunder
erőkkel összekötött, hajlékony láncú, amorf anyagok. Deformáló erők hatására maradandó deformációt szenvednek, mely térhálósítás (vulkanizálás) segítségével kiküszöbölhető.
Ritka térhálós termék: lágy gumi, Sűrű térhálós termék: kemény
gumi (ebonit).
40
A gumikról általánosan kaucsuknövények (kaucsukfa, gumifa, gumipitypang, quayulet) fehér színű tejnedvében, a latexben finoman (diszperzen) eloszlatott kolloid részecskék alakjában található a makromolekulákból álló kaucsuk (poliizoprén), amit kisebb kénmennyiséggel (1-10 %) gumivá (elasztomerré), nagyob kénmennyiséggel (13-45 %) ebonittá (duromerré) lehet alakítani.
A
A vulkanizálásnak nevezett kénfelvét növelt hőmérsékleten
megy végbe a poliizoprén láncok kettős kötésein, aminek következtében, különböző térbeli irányokban kénhidak kötik össze a láncmolekulákat. Ma ezt az alapkezelést kémiai gyorsítók és stabilizátorok hozzáadásával egészítik ki. 41
Vulkanizálás
42
A gumikról általánosan Az izoprén szuszpenziós polimerizációjával szintetikus
poliizoprén, műgumi állítható elő.
Különféle
olajokból (len-, repce-, ricinus- és cethalolajokból) kén vagy kénvegyületek hozzáadásával gumiadalék (töltőanyag), a fakisz (műkaucsuk) állítható elő.
Lenolajból
a gumi kénhidjaihoz hasonló szerepű oxigénhidak létesítésével linoxin készíthető, amihez természetes gyantákat, töltőanyagokat keverve, majd azt szövetre hengerelve linóleum nyerhető. 43
Egyéb fontosabb elasztomerek Polibutadién (BR): butadiénből tömb-, oldószeres vagy emúlziós
polimerizációval nyerhető. Általában más kaucsukokkal keverve használják.
Kopolimerek: Butadién-sztirol kopolimer (SBR): A sztiroltartalomtól függően (1050%) fagyálló műgumi, illetve keménygumi állítható elő gyökös mechanizmusú emúlziós polimerizációval. Butadién-akrilnitril kopolimer (nitril-kaucsuk, NBR): A különböző
nitrilkaucsukok AN-tartalomban és plaszticitásban különböznek egymástól. Olaj- és benzinálló csöveket készítenek belőle, illetve az ütésálló PS és PVC keverékek fontos komponense.
ABS: akrilnitril-butadién-sztirol kopolimer: a termék tulajdonságai a
három monomer arányával és az előállítási eljárással széles tartományban változtathatók. 44
Műanyagok és gumik mennyiségi viszonyai, műanyag és gumi hulladékok
45
A műanyagok helyzete Magyarországon, mint a világon mindenütt, egyre több
helyen alkalmazzák a műanyagokat.
Könnyűek, olcsóak, könnyen formázhatóak, szilárdak és a
környezeti hatásoknak ellenállnak (nehezen lebomlóak), így sokféle felhasználásuk lehetséges.
Évről
évre több termék csomagolására használnak műanyagokat. Ennek a folyamatnak az az eredménye, hogy nő a hulladékban levő műanyagok aránya. fent említett előnyös tulajdonságok, mihelyt hulladékba kerülnek, egyszerre hátrányossá válnak.
A
a 46
A Magyarországon keletkező műanyag hulladékok megjelenési hely szerinti megoszlása
Mezőgazdaság:
1%
Építés és szerelés:
3%
E+E ipar:
4%
Gépjármű ipar:
4%
Kereskedelem, ipar:
21%
Települési szilárd hulladék:
67%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
Forrás: Műanyag és Gumi, 2007./7.
Magyarországon a települési hulladék összetétel szerinti megoszlása (1998-ban)
Hulladékösszetevő
%-os aránya
Papír
16,83
Műanyag
5,23
Textil
3,87
Üveg
3,75
Fém
3,55
Bomló szerves
37,50
Szervetlen
28,75
Veszélyes
0,7
Összesen
100,00 48
A műanyagok életútja
A műanyag előállítása A műanyag feldolgozása A műanyagok használata Műanyaghulladékok
Élettartamuk alapján három csoportba sorolhatók:
Rövid élettartamúak (0-2 év): csomagolási és egészségügyi termékek. Közepes élettartamúak (2-15 év): autó- és bútor alkatrészek. Hosszú életűek (15-100 év): építőanyagok, víz- és gázvezetékek, elektromos cikkek és kábelek. 49
Műanyagok ökomérlege különböző műanyagok élettartamuk más és más szakaszaiban eltérő mértékben terhelik a természetet. Ezért összehasonlításuk csak a teljes életciklus vizsgálata alapján lehetséges.
A
Ez azt jelenti, hogy az előállításukhoz szükséges nyersanyag
kitermelésétől a belőlük visszamaradó hulladékok kezeléséig beleértve az újrafeldolgozást, az égetést vagy a lerakóba helyezést - tartó időszak alatt felhasznált anyagot, energiát, és az eközben a környezetbe jutó szennyező és káros anyagokat is számba veszik.
Független nyugat-európai intézetek által végzett életciklus
vizsgálatok alapján a műanyagok hatékonyan használják fel a természeti erőforrásokat. 50
Példa: 1 kg műanyag csomagolóanyag életciklusa során fellépő környezetterhelés jellemző adatai Jellemző
Egység
PE
PP
PVC
PS
PET
Alapanyag: - kőolaj
kg
1.97
1.96
0.91
3.49
4.0
- víz
liter
1.98
1.27
5.75
4.75
1.5
- oxigén
kg
-
-
-
-
527.0
Primer energia
MJ
68.1
71.0
51.1
75.3
84.5
- szénmonoxid
g
0.67
0.92
1.06
0.98
21.7
-kéndioxid
g
0.99
3.11
5.96
9.08
6.0
-nitrogénoxid
g
1.09
2.19
3.03
4.60
7.1
-illó szénhidrogén
g
11.3
11.9
10.5
26.6
28.1
-biológiai O2-igény
g
0
0
0
0
0
-kémiai O2-igény
g
0
0
0
0
0
-szerves halogének
g
0
0
0
0.2
0
-oldott szervetlen
g
24.7
25.4
30.8
48.5
52.0
Szilárd hulladék
g
3.9
11.0
170.3
76.6
73.7
Levegőszennyezés
Vízszennyezés
51
A HAGYOMÁNYOS MŰANYAGOK a nagy mennyiségben gyártott, hagyományos műanyagok a szabadba vagy a talajba kerülve a külső körülmények (nedvesség, napfény, mikroorganizmusok) hatására – szemben a bioszintézissel képződő makromolekuláris anyagokkal (cellulóz, keményítő, fehérje) – nem bomlanak le, hosszú éveken át gyakorlatilag változatlanul maradva kellemetlen esztétikai látványt nyújtanak.
Napjainkban
Fajlagos térfogatuk nagy. Fogyasztják a világ kőolajkészletét. (A kőolajkészletek becslések
alapján kb. 40-80 évre elegendők). De: A teljes olaj készlet 4%-át használjuk műanyagok gyártására. Ha csak műanyagot gyártanánk az olajból, legalább 1000 évig lenne elegendő. 52
Műanyag hulladékok mennyisége Hazai méretekben évente ~300 ezer tonna
műanyag hulladék keletkezik évente. Anyagát
tekintve a hulladékban főleg polietilén, PVC, polipropilén, polisztirol és poliuretán fordul elő.
53
Műanyag hulladékok keletkezési helyük szerint Gyártás során keletkező hulladékok (az előállítás helyén, tiszta,
fajtaazonos formában jelentkeznek, és gyakran azonnali kezelésük valósul meg).
Szállítási és tárolási csomagolások (fóliák, rekeszek, ládák, stb. -
viszonylag tisztán begyűjthetők, újrafeldolgozhatóak).
Fogyasztói csomagolószerek hulladékai (anyagi minőségük
sokféle, ált. erősen szennyezettek, a kommunális hulladék részeként jelentkeznek - energetikai hasznosítás, szelektív hulladékgyűjtés fontossága). A csomagolóanyagok és csomagolóeszközök gyártása során keletkező tiszta és egynemű hulladékokat általában vállalaton belül, esetleg más műanyag-feldolgozó cégnél feldolgozzák, ezek meg sem jelennek a hulladékáramban. 54
Műanyaggyártók és a környezetvédelem már a műanyagot gyártó nagyvállalatok (BorsodChem, TVK, stb.) is komoly hangsúlyt fektetnek a hulladékhasznosítás és kezelés megvalósítására.
Napjainkban
Több cég külön üzemegységet hozott létre,
melyek feladata a képződött és máshonnan beszállított műanyag hulladékok hasznosítása, feldolgozása.
55
Jogszabályok, környezetvédelmi törvények
56
Jogszabályok, környezetvédelmi törvények
Vizek tulajdona, használata és védelme 1959. évi IV. törvény 172.§, 1995. évi LVII. Törvény, 32/1964. (XII.13.) kormányrendelet, 232/1996. (XII.26.) kormányrendelet, 123/1997. (VII.18.) kormányrendelet, 132/1997. (VII.24.) kormányrendelet, 178/1998. (XI.6.) kormányrendelet, 46/1999. (III.18.) kormányrendelet, 120/1999. (VIII.6.) kormányrendelet, 22/1996. (XI.29.) KHVM rendelet, 12/1997. (VIII.29.) KHVM rendelet, 21/1999. (VII.22.) KHVMKöM együttes rendelet Környezetkárosítás 1978. évi IV. törvény 280 § Szennyvíztisztítás és szennyvízelhelyezés 4/1981. (IV.4.) OVH rendelkezés 2/1982. (II.22.) KPM rendelet a veszélyes áruk nemzetközi belvízi szállításáról szóló szabályzatról megjelent: 1997. IX.12. Hulladékok -/folyékony/ tárolása és ártalmatlanítása 2/1985. (II.16.) EüM-ÉVM együttes rendelet, 4/1984. (II.1.) ÉVM rendelet Hulladékok - /szilárd/ ártalmatlanítása és hasznosítása 1/1986. (II.21.) ÉVM-EüM együttes rendelet 10-11.§, 31/1999. (X.30.) AB határozat Légszennyezettség mérése 5/1990. (XII.6.) NM rendelet Hulladékok - /munkahelyi/ tárolása és elszállítása 1993. évi XCIII. Törvény 25. §, 25/1996. (VIII.28.) NM rendelet 7.§ Levegő tisztaságának védelme: környezetvédelem szervezete, igazgatása 1995. évi LIII. Törvény, 21/2001. (II.14.) kormányrendelet, 4/1986. (VI.2.) OKHT rendelkezés, 37/1995. (VI.2.) AB határozat 1995. évi LIII. tövény a környezet védelmének általános szabályairól /legutóbbi módosítása: 2000. évi CXXIX. Törvénnyel/ 1995. évi LVII. Törvény a vízgazdálkodásról Szennyvízbírság 1995.évi LVII. Törvény 14.§, 3/1984. (II.7.) OVH rendelkezés Egyes termékek környezetvédelmi termékdíja 1995. évi LVI. Törvény, 113/1995. (IX.) kormányrendelet, 10/1995. (IX.28.) KTM rendelet Hulladékok ártalmatlanítása és hasznosítása 16/1996. (VII.15.) BM-KTM együttes rendelet, 1/1986. (II.21.) ÉVMEüM együttes rendelet 10-11. §, 9/1997. (II.28.) AB határozat, 14/1997. (II.28.) AB határozat Veszélyes hulladékok keletkezésének ellenőrzése, szállítása és kezelése 102/1996. (VII.12.) kormányrendelet 57
Jogszabályok, környezetvédelmi törvények
Környezetbarát termékek megkülönböztető jelzésének használata 29/1997. (VIII.29.) KTM rendelet Az ipari, kereskedelmi és idegenforgalmi miniszter 5/1998. (I.16.) IKIM rendelete a textíliák nyersanyag-összetételének megadásáról 12/1999. (XII.25.) KöM rendelet egyes környezetvédelmi nemzeti szabványok kötelezővé nyilvánításáról 21/1999. (VII.22.) KHVM-KöM együttes rendelet a vízminőségi kárelhárítással összefüggő üzemi tervek készítésének, karbantartásának és korszerűsítésének szabályairól, megjelenés: 32/1964. (XII.13.) kormányrendelet a vízügyről szóló 1964. évi IV. törvény végrehajtásáról Vízszennyezés 218/1999. (XII.28.) kormányrendelet Vizszennyezettségi határérték /felszín alatti vizek/ 10/2000. (VI.2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes rendelet Vízszennyezési határérték 33/2000. (III.17.) kormányrendelet Hulladékok kezelése és hasznosítása 2000. évi XLIII. Törvény, 241/2000. (XII.23.) kormányrendelet, 242/2000. (XII.23.) kormányrendelet, 1/2001. (I.24.) KöM rendelet, 4/2001. (II.23.) KöM rendelet, 5/2001. (II.23.) KöM rendelet 25/2000. (IX.30.) EüM-SZCSM együttes rendelet a munkahelyek kémiai biztonságáról41/2000. (XII.20.) EüM-KöM együttes rendelet az egyes veszélyes anyagokkal, illetve veszélyes készítményekkel kapcsolatos egyes tevékenységek korlátozásáról 44/2000. (XII.27.) EüM rendelet a veszélyes anyagokkal és a veszélyes készítményekkel kapcsolatos egyes eljárások, illetve tevékenységek részletes szabályiról 46/2000. (XII.29.) EüM-FVM-KöM-GM együttes rendelet az egyes veszélyes anyagok és veszélyes készítmények behozatalával, illetve kivitelével összefüggő bejelentési és előzetes tájékoztatáson alapuló jóváhagyási (PIC) eljárásról 12/2001. (V.4.) KöM-EüM együttes rendelet a vegyi anyagok kockázatának becsléséről és a kockázat csökkentéséről 16/2001. (VII.18.) KöM rendelet a hulladékok jegyzékéről 58
Jogszabályok, környezetvédelmi törvények
Levegőterhelés /emisszió/ 21/2001. (II.14.) kormányrendelet Légszennyezési bírság 21/2001. (II.14.) kormányrendelet, 4/1986. (VI.2.) OKHT rendelkezés 9-18. §, 37/1995. (VI.2.) AB határozat 98/2001. (VI.15.) kormányrendelet a veszélyes hulladékkal kapcsolatos tevékenységek végzésének feltételeiről 193/2001. (X.19.) kormányrendelet az egységes környezethasználati engedélyezési eljárás részletes szabályairól 8/2002. (III.22.) KöM-EüM együttes rendelet a zaj- és rezgésterhelési határértékek megállapításáról 94/2002. (V.5.) kormányrendelet a csomagolásról és a csomagolási hulladék kezelésének részletes szabályairól 38/2003. (VII.7.) ESZCSM-FVM-KVVM együttes rendelet a BIOCID termékek előállításának és forgalomba hozatalának feltételeiről 74/2003. (V.28.) kormányrendelet a környezetvédelmi vezetési és hitelezési rendszerben (EMAS) résztvevő szervezetek nyilvántartásáról 83/2003. (VI.7.) kormányrendelet a közösségi ÖKO-címke odaítélését ellátó szerv kijelöléséről 126/2003. (VIII.15.) kormányrendelet a hulladékgazdálkodási tervek részletes tartalmi követelményeiről 164/2003. (X.18.) kormányrendelet a hulladékkal kapcsolatos nyilvántartási és adatszolgáltatási kötelezettségekről 59 2012. évi CLXXXV. törvény - a hulladékról
Jogszabályok, környezetvédelmi törvények
292/2013.(VII.26.) Korm. rendeletet a nem rendszeres hulladékszállítás szabályairól és az ennek során eljáró állami szervek kijelöléséről. 310/2013. (VIII.16) Korm. rendeletet a hulladékgazdálkodási tervekre és megelőzési programokra vonatkozó részletes szabályokról. 317/2013.(VIII.28.) Korm. rendeletet közszolgáltató kiválasztásáról és a hulladékgazdálkodási közszolgáltatási szerződésről. 317/2013.(VIII.28.) Korm. rendeletet közszolgáltató kiválasztásáról és a hulladékgazdálkodási közszolgáltatási szerződésről. 318/2013.(VIII.28.) Korm. rendeletet a hulladéklerakási járulék megfizetéséről és felhasználásának céljáról. 385/2014. (XII. 31.) Korm. rendelet a hulladékgazdálkodási közszolgáltatás végzésének feltételeiről. 439/2012. (XII. 29.) Korm. rendelet a hulladékgazdálkodási tevékenységek nyilvántartásba vételéről, valamint hatósági engedélyezéséről. 309/2014 (XII.11.) Korm. rendelet a hulladékkal kapcsolatos nyilvántartási és adatszolgáltatási kötelezettségekről (440/2012. Korm. rendelet helyett). 442/2012 (XII.29.) Korm. Rendelet a csomagolásról és a csomagolási hulladékkal kapcsolatos hulladékgazdálkodási tevékenységekről. 197/2014 (VIII.1.) Korm. rendelet az elektromos és elektronikus berendezésekkel kapcsolatos hulladékgazdálkodási tevékenységekről (443/2012 Korm. rendelet helyett). 369/2014 (XII.30.) Korm. rendelet a hulladékká vált gépjárművekről (444/2012 Korm. rendelet helyett). 445/2012 (XII.29.) Korm. Rendelet az elem- és akkumulátorhulladékkal kapcsolatos hulladékgazdálkodási tevékenységekről. 246/2014. (IX. 29.) Korm. rendelet az egyes hulladékgazdálkodási létesítmények kialakításának és üzemeltetésének szabályairól.
2015. január 1-től házhoz menő szelektív hulladékgyűjtés: (385/2014. (XII. 31.) Korm. rendelet a hulladékgazdálkodási közszolgáltatás végzésének feltételeiről) Műanyag hulladékoknak nincs helye a lerakókban!
Visszagyűjtés: minél nagyobb tisztaságban, minél rövidebb idő alatt!
60
Az alábbi hulladékhierarchiát irányadó elvként kell alkalmazni a hulladékmegelőzésre!
Megelőzés
Újrafelhasználás Újrafeldolgozás Egyéb hasznosítás, Ártalmatlanítás
Műanyag hulladékok problémája műanyaghulladék mennyiség nagymértékű növekedésének elkerülésének néhány alternatívája lehet:
A
1. A keletkező műanyag hulladék mennyiségének, térfogatának csökkentése.
2. A műanyagok hulladékainak feldolgozása, illetve hasznosítása.
3. Lebomló
műanyagok használata, amelynek természetbe visszakerülve azt nem károsítják.
a
A deponálás, hulladéklerakás kerülendő!!! 62
I. A műanyag hulladékok mennyiségének, térfogatának csökkentési lehetőségei
63
A műanyag hulladékok mennyiségének, térfogatának csökkentési lehetőségei Lehetőségek: hulladékszegény vagy hulladékmentes technológiák
bevezetése,
a termék méretének csökkentése nagyobb kiszerelés, utántöltő csomagolás, stb.
vagy termékcsere
cs
64
II. Műanyagok és gumik újrahasznosítási lehetőségei
65
Műanyagok újrahasznosítási lehetőségei A műanyaghulladékok hasznosítási lehetőségeit az
alábbi csoportokba soroljuk:
mechanikai kezelés (reciklálás) kémiai kezelés termikus kezelés A kezelési módot elsősorban a műanyag típusa és megjelenési formája határozza meg. Ma még csak a műanyagok kis százalékát dolgozzák fel újra! 66
Műanyagok újrahasznosítási lehetőségei
A mechanikai vagy pl. a termikus kezelés műanyag típustól függetlenül mindig ugyanazokat a lépéseket jelenti, viszont a kémiai kezelés általában műanyagfajta függő és gyakran jelentős beruházást igényel.
Napjainkban a hasznosítás elterjedt módja a mechanikai kezelés, mely csak a fajtaazonos műanyag hulladékok esetén gazdaságos.
Vannak műanyagok, amelyeket célszerűbb pl. kémiai lebontással feldolgozni (pl. PMMA), egyes műanyag és gumi hulladékok csak termikus úton hasznosíthatók, míg néhány típus mind a három módszerrel kezelhető. 67
Reciklálás, energetikai hasznosítás
Reciklálás Energetikai hasznosítás
Forrás: PEMRG
Szelektív hulladékgyűjtés szerepe
69
Műanyag hulladékok gyűjtése, válogatása
70
Műanyag hulladékok válogatása, szeparálása
71
1. Mechanikai kezelés (reciklálás) Válogatás Aprítás,
darabolás Mosás Szárítás Granulálás, darabosítás
72
Reciklálás
73
Reciklálás
74
Forrás: http://kornyezetbarat.hulladekboltermek.hu/
Újrafeldolgozásból nyert műanyag termékek jelzőoszlopok,
kerti bútorok, csövek, fóliák,
dobozok, térburkolatok, stb.
75
2. Kémiai kezelés Köztudott,
hogy kémiailag úton a polimerek lebonthatók monomerjeikre, de ez a hasznosítás tiszta, fajtaazonos hulladékot követel meg és sokszor a szükséges berendezések is rendkívül drágák. eljárás bomlástermékeiből legtöbbször újra polimert gyártanak, vagy a vegyipar más területén használják fel a kapott anyagokat (pl. olajfinomítás).
Az
Három alapvető módszert nevez meg a szakirodalom, de
ismertek speciális módszerek is, melyek bizonyos műanyag típusok esetén jól alkalmazhatók (katalitikus extrakció, dehalogénezés): depolimerizáció (PMMA)-(fajtaazonos hulladék), szolvolízis (PA, PUR)-(fajtaazonos hulladék), hidrogénezés -(kevert műanyag hulladék), 76
PET kémiai újrahasznosítása
77
3. Termikus kezelés A termikus eljárás alapvetően égetést jelent, de ezen kívül többféle
módszert is ismerünk: pirolízis, gázosítás, kohászati és cementipari hasznosítás.
Néhány évtizeddel ezelőtt még a cél a hulladék megsemmisítése
volt, de manapság már az energetikai hasznosításuk alapvető fontosságú. A módszer lényege, hogy a műanyag hulladékokat nem másodnyersanyagként hasznosítjuk, hanem nagy fűtőértékük miatt ezen anyagokat energia visszanyerésre használjuk.
A termikus hasznosításnak is vannak veszélyei, ugyanis csak
megfelelő füstgáz-tisztító egységgel ellátott égetőművek használhatók biztonságosan. Ha ezek az égetők nem megfelelően működnek, akkor az égetés a légkör, továbbá az ülepedés révén a talaj, növények szennyezésével veszélyt jelent a környezetre és az emberekre is. A helytelen technológiák alkalmazásával akár dioxin, furán származékok, valamint a füsttel szétszóródó nehézfémek (kadmium, cink, nikkel, ólom stb.) is kikerülhetnek a természetbe. 78
Műanyagok hőtartalma
79
Az égetés törvényi szabályozása A műanyagok égetése – a 21/2001. számú kormányrendelet
értelmében – nyílt színen vagy bármilyen tüzelőberendezésben tilos.
A jogszabály megszegői 500 ezer Ft-ig terjedő bírságra
számíthatnak.
tiltás alól csak néhány, külön engedéllyel működő hulladékégető mű kapott felmentést, ahol az égetés szigorú felügyelet mellett, az engedélyben előírt korszerű technológiával történik és ahol több lépcsős füstgázszűrő rendszerekkel és speciális előírások betartásával minimálisra csökkentik a légkörbe jutó szennyezőanyagok mennyiségét (pl. Budapest).
A
80
Gumi hulladékok A használt gumiabroncsoknak vagy azok aprított hulladékainak
hulladéklerakóban történő elhelyezése tiltott, ennek kapcsán fontos az újrahasznosításuk. (környezetkárosítás elkerülése, értékes anyagok visszanyerése)
Újrahasznosítási lehetőségek: elkopott futófelület újrafutózása, energetikai hasznosítás, anyagában történő újrahasznosítás, pl.gumiőrlemény felhasználása az építőiparban
Évente eladott gumiabroncs: kb. 50.000 tonna, a visszagyűjtés aránya az ábrán látható
81 Forrás: Perge P., Boros N., Gumiabroncs hulladék újrahasznosítási lehetőségei, Debreceni Műszaki Közlemények, 2012/2, pp.1-8.
Olaj – Fenntarthatóság - MŰANYAG • A műanyagok szénhidrogént vesznek kölcsön, majd az üzem-, fűtőanyag folyamatba adják vissza • Műanyagok akár hatszor is újra feldolgozhatók • Azon műanyagok, melyek nem reciklálhatók, energiát biztosítanak a hulladékból, energia „rendszeren” keresztül • A használt műanyag értékes erőforrás, és soha nem kerülhet(ne) hulladéklerakóba vagy szemétbe.
Klímaváltozás megoldása = MŰANYAG • Csomagolások, autók, repülők tömegcsökkentés • A megújuló energiák éltető elemei: szélturbinák, szigetelések, napelemek, …. • Műanyagok helyettesítése más anyagokkal = nagyobb energia fogyasztás, a globális felmelegedés növelése
• Csomagolások műanyagok nélkül – Tömeg x 4 – Üvegh. gázok x 2
- Energia x 1,5 - Hulladék x 1,9
- Ktg x 1,9
Mi lesz a műanyagokkal?
• A műanyagipar jól működött mielőtt az olaj lett volna a nyersanyaga. • Az olaj szénhidrogént biztosít, de metánból, szénből és biomasszából is nyerhetők.
• Ma a műanyagok 99%-a olajból származik. • Műanyagok más lehetséges nyersanyagai: keményítő, cellulóz, cukor, szerves hulladék, valamint a levegőben lévő hidrogén és szén.
III. Lebomló műanyagok és szerepük
85
LEBONTHATÓ MŰANYAGOK Előnyök A hulladékkal kapcsolatos problémák enyhítésének egyik lehetséges módja LEBOMLÓ műanyagok használata. Ezek a polimerek, illetve műanyagok többnyire megújuló nyersanyagforrásokon alapulnak, így használatukkal még a kőolajforrások sem csökkennek tovább.
86
Elvárások a megfelelő biológiailag bontható műanyagokkal szemben A
biológiailag bomló polimerek versenyképességéhez – bármelyik forrásból is állítják elő azokat – az alábbi feltételek szükségesek:
A késztermékek minőségi, fizikai-mechanikai jellemzői hasonlóak
legyenek a hagyományos műanyagtermékekéhez.
Feldolgozásuk (fóliafúvás, fröccsöntés, stb.) megoldható legyen a
hagyományos műanyag-feldolgozó berendezéseken.
Áruk
a hagyományos, nem lebomló összehasonlítva versenyképes legyen.
műanyagokkal
A csomagolóanyagokra vonatkozó licensdíjakból kedvezményt
kapjanak, illetve fejlesztésüket ezekből a pénzekből támogassák.
Felhasználási
területeiket folyamatosan bővítsék, különleges tulajdonságaik (pl. rétegelhetőség) javításával.
egyes 87
LEBOMLÓ MŰANYAGOK Ezek az anyagok kb. két évtizede jelentek meg a
műanyagipari kutatások területén.
Alapvetően két csoportjukat különböztetjük meg,
ezek:
Fény hatására bomló műanyagok Biológiailag bontható műanyagok
88
1. Fény hatására bomló műanyagok
89
Fény hatására bomló műanyagok Ismert, hogy a poliamidból készült függönyök fény
hatására viszonylag rövid idő alatt (1-2 év) elveszítették szilárdságuk zömét (így ma már nem is gyártanak ilyen anyagból függönyöket). Továbbá a stabilizálatlan PP szálasanyag halmaz egy
nyáron a szabadban hagyva elporlik. annak a következménye, hogy a fény fotonenergiája elegendő az említett polimerek egyes kémiai kötéseinek a felbontásához.
Mindez
E = h (c/λ)
90
Fény hatására bomló műanyagok A képlet szerint számolva a napfény 200-600 nm
hullámhosszúságú, ibolyántúli sugarainak abszorpciója 586-200 kJ/mol gerjesztési energiának felel meg, amely elég a kémiai kötések zömének megbontásához, fotolízises disszociálódásához.
Tekintettel arra, hogy az ózon szűrő hatása miatt a
290 nm-nél rövidebb hullámhosszúságú (>400 kJ) sugárzás nem jut el a földfelszínre, így olyan csoportok beépítésével lehet eredményt elérni, amelyeknek az abszorpciós maximuma nagyobb mint 290 nm.
Ilyen csoport pl. a karbonil-csoport, mely 300-325 nm
tartományban abszorbeál.
91
Fény hatására bomló műanyagok 1 %-nyi karbonil-csoport beépítése pl. a sztirolba,
olyan PS előállítását teszik lehetővé, amelyből készült poharak a lakásban stabilak, a szabadban azonban 2-3 hét alatt kis molekulatömegű porrá esnek szét, és ezeket a mikroorganizmusok már hasznosítani tudják. talajlakó mikroorganizmusok sejtjei a kb. 30 szénatomnál kisebb fragmentumokat már képesek lebontani.
A
92
Fény hatására bomló műanyagok A fény hatására bomló polimerek másik változatának
előállításához fémkelát additívokat használnak.
A vas(III) és réz(II) dinonil-ditio-karbamát komplexek
igen kedvező hatást fejtenek ki.
Kezdetben – mint peroxidbontók- stabilizálnak, közben
azonban fémion válik szabaddá, amely a peroxidok lánchasadásával járó reakciót katalizálja. Ilyen módon lehetővé válik meghatározott élettartamú polimerek előállítása.
Pl. a 0,05 % fémkomplex tartalmú PE 2 hónapon át
természetes körülmények között nem degradálódik, de 10 hónap múlva a szilárdsági tulajdonságok már93 75 %-os romlást mutatnak.
2. BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ POLIMEREK
94
BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ POLIMEREK FOGALMUK: Az olyan polimereket, amelyek természetes
vagy mesterséges körülmények között biológiailag lebonthatók, biodegradábilis polimereknek, biopolimereknek nevezzük.
95
Biológiailag bontható műanyagok Fogalmuk:
LEBONTHATÓ MŰANYAG =
LEBONTHATÓ POLIMER (Biodegradábilis polimer) +
ADALÉKANYAG (amely szintén lebomló: faliszt, sztearátok, laurátok, epoxidált szójaolaj, stb.) 96
BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ POLIMEREK BEVEZETÉSÉT INDOKOLJA
A környezetvédelmi törvények szigorodása,
A hulladéklerakás díjának emelkedése,
A műanyag csomagolóanyagok újrahasznosításának igénye,
A magas kőolajárak,
Valamint a megújuló forrásból származó alapanyagok árának csökkenése. (Az USA energiaügyi Minisztériuma szerint 2030-ban a vegyipari termeléshez szükséges alapanyagok 25%-a a mezőgazdaságból származik majd. Ehhez is szükséges a természetes alapokon nyugvó termékek, így a biopolimerek kínálatának bővülése.) ….várhatóan már a közeljövőben a tömegműanyagokéhoz 97 viszonyítva magas áruk csökkenéséhez vezet.
Árak
98
99
BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ POLIMEREK JELENTŐSÉGÜK: Biológiailag lebomló műanyagokra elsősorban a: csomagolóiparban, a mezőgazdaságban, valamint a gyógyászatban van nagy igény. A gyógyászatban ezeket az anyagokat felszívódó
anyagoknak nevezik, ugyanis az emberi szervezetben lebomlanak, elhidrolizálnak. 100
A biodegradálható műanyagok főbb felhasználási területei
Csomagolás
hordtáskák; tasakok; szemetes zsákok; raklapok; fóliák; palackok; tégelyek; térkitöltő csomagolás;
Gyógyászat
gyógyszerhordozó kapszulák (szabályozott hatóanyag kibocsátás); mesterséges bőr és egyéb szövetek, szervek; felszívódó protézisek, implantátumok; sebkötöző anyagok; biodegradálódó varratok, kapcsok és egyéb rögzítők, sebészeti kellékek;
Fogyasztási cikkek
egészségügyi törülköző; pelenka; intim higiéniás termékek; takarító cikkek; eldobható evőeszközök;
Mezőgazdaság
műtrágyazsákok; fóliák; palántatartók; kötözőzsinórok; peszticid és herbicid szalagok, illetve adagolók;
Egyéb
vegyszerhordozók; bevonatok; vizek denitrifikációja; 101
BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ POLIMEREK I. Gyógyászati alkalmazás: A biopolimereknek számos fontos követelménynek meg kell felelniük ahhoz, hogy biztonságosan tudják őket alkalmazni az orvosi területeken.
Ezek a következők: ne legyenek mérgezőek, fontos a hatékonyság és a tartósság, a sterilizálhatóság és az, hogy ne legyenek testidegenek (pl. a polietilén nem toxikus, de nem biokompatibilis).
A gyógyászatban számos területen nyernek alkalmazást:
megelőző kezelések, sebészeti eljárások, klinikai vizsgálatok, gyógyszerészeti kutatások, szövettervezés.
102
POLIMEREK ORVOSTECHNIKAI ALKALMAZÁSAI
103
POLIMEREK ORVOSTECHNIKAI ALKALMAZÁSAI Néhány tipikus gyógyászati alkalmazási forma: fecskendő, vér tárolására alkalmas zsák, katéter, sebészeti varrócérna, implantátum, műszerv, égési sérüléseket szenvedett betegeknél bőrpótló szövet valamint előnyösen használhatók a gyógyszerészetben, pl. gyógyszerhatóanyag kioldódásának szabályozására (retard hatású gyógyszerek).
104
BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ POLIMEREK II. Ökológiai alkalmazás:
mezőgazdaság, erdészet, halászat (halászháló) közszükségleti műanyagáruk előállítása (csésze, palack, evőeszköz, stb.) csomagolóipar (táskák, csomagolóanyagok, fóliák, stb.) piperecikkek, higiéniai termékek sportszerek hidraulikai folyadékok (növényolaj alapú készítmények, pl. repceolaj, mely biológiai lebonthatósága – a környezetben – teljes. ) elektronikai eszközök (pl. CD lemezek)
105
BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ POLIMEREK
106
BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ POLIMEREK
107
A biológiailag lebontható polimerek termelési kapacitásának alakulása a világon 1990-ben a kőolajalapú anyagok gyártókapacitása 100 t/év, a megújuló forrásból származóké 350 t/év volt.
108
A világ vezető biopolimer gyártói
NatureWorks (USA)
Novamont (Olaszország) BASF (Németország) Rodenburg-Biopolymers (Hollandia) Néhány kis kapacitású gyártó (Japán)
109
Biopolimerek alkalmazása Európában és Japánban a biopolimerek alkalmazása gyorsabban
nő, mint az Egyesült Államokban. Ennek oka, hogy az USA-ban a szemétlerakás költségei még viszonylag alacsonyak és a törvények sem olyan szigorúak, mint Európában és Japánban.
Más piackutató cégek a fenti prognózisnál jóval merészebb jövőt
jósolnak a biopolimereknek.
Az előrejelzések szerint 2020-ig a piac az EU-ban 3-6 millió tonnára
bővül, miközben a növényi alapanyagok részesedése 70-80%-ra növekszik.
110
A biológiai lebomlás jellemzése
111
BIOLÓGIAI LEBONTÁS Biológiai lebomlás alatt a mikroorganizmusok (gombák, baktériumok) hatására végbemenő lebomlást értjük, amelynek során a mikroszervezetek feltárják és a növények számára ismét felvehető formába hozzák a szerves anyagok felépítésében, az energia raktározásában és transzportjában résztvevő biogén elemeket. A természetben a mikróbák mellett kémiai (hidrolízis, oxidáció) és fizikai, illetve mechanikai (napfény, időjárás, kimosódás, mechanikai igénybevétel) hatások is szerepet játszanak a folyamatban. 112
A biológiai lebomlás jellemzése BIODEGRADÁCIÓ:
Ennek a folyamatnak az eredményeképpen a műanyag visszatér a természetes körfolyamatba.
A lebomlás során mérgező anyagok nem keletkeznek (szén-dioxid és víz +biomassza).
Adalékanyagok segítségével a bomlás sebessége is befolyásolható.
113
A biológiai lebomlás jellemzése
114
BIOLÓGIAI LEBONTÁS A lebomlásnak több típusát különbözteti meg a szakirodalom:
termikus aktiválás, radioaktív lebomlás, oxidáció, hidrolízis (enzimatikus (észteráz, lipáz), nem enzimatikus).
Ez utóbbi igen nagy jelentőséggel bír és a továbbiakban alapvetően ezt a módszert tárgyaljuk. Például: a politejsav nem enzimatikus úton bomlik le a természeti környezetben és az emberi testben, míg a polikaprolakton a természeti környezetben enzimatikusan 115 bomlik, az emberi szervezetben pedig nem enzimatikus úton.
Biológiai bomlás egy lebomló műanyagból készült termék esetében
Kukoricakeményítőből készült csomagolóanyag néhány hét alatt egyszerűen eltűnik: 116 széndioxidra és vízre bomlik le.
Lebomlás
117
BIOLÓGIAI LEBONTÁS Egy (mű)anyagot akkor lebomlónak (BLM), ha:
tekintünk
biológiailag
degradációja az ismert biodegradálódó anyagok lebomlásával azonos sebességű és fokú, és nem keletkezik belőle toxikus és/vagy perzisztens maradék,
szemmel nem látható, nem felismerhető részekre bomlik (CO2, H2O és biomassza),
nem ökotoxikus (és komposztálás esetén a bomlástermékek a keletkező komposzt minőségét nem rontják). 118
Új típusú műanyagok jelzései Az OK Komposzt jelzés garantálja, hogy a
termék alapanyaga ipari üzemben, vagy háztartásban komposztálható. OK Biológiailag lebontható jelzés garantálja, hogy a termék alapanyaga meghatározott természetes környezetben (talaj, friss víz, tengervíz, stb.) biológiailag lebontható.
Az
119
Természetes eredetű biológiailag bontható polimerek
120
Természetes polimerek és származékaik
Cellulóz alapú - cellulóz acetát - cellulóz kompozitok
Keményítő alapú - keményítő kompozitok, TPS - habosított keményítő
Kitin, kitozán
Szója alapú anyagok
A cellulóz és származékai
122
A CELLULÓZ Ez a poliszacharid -D-glükózegységekből épül fel, amelyek 1-4 glükozidos kötéssel kapcsolódnak össze. Alkoholos OH-csoport
H
CH2OH O HO
Glükozidos OH-csoport
O O OH
OH
HO
CH2OH
CH2OH O
O
HO
O O OH
HO
CH2OH
OH O
H
O
Cellobióz egység A cellulóz szubmikroszkópos szerkezete (f: fibrilla; mf: mikrofibrilla; m: az elemi fibrilla micelláris része; p: paramicellás részek (amorf); c: kristályrácsba rendeződött cellulóz molekula) Cellulóz fibrillák és részben felbomlott molekulakötegek A láncmolekulák párhuzamosak a szál irányával. 123 Kb. 15000-szeres nagyítás
A CELLULÓZ Cellulózgyártás Ha a sejtfalban található cellulózhoz hozzá szeretnénk jutni, akkor a kísérőanyagoktól el kell választani. 1. A folyamat első lépése egy mechanikai bontás
(csiszolás, aprítás), mivel a növényi sejtek a növény szövetszerkezetébe vannak beágyazva.
2. A mechanikai bontás után következik a kémiai
feltárás (savas, lúgos, semleges), amely során a kísérőanyagok kémiai depolimerizációja megy végbe.
124
A CELLULÓZ-ACETÁT
125
A CELLULÓZ-ACETÁT Jelenleg a cellulóz-észterek területén a kutatások nagy része biológiailag lebomló műanyagként való felhasználásuk felé irányul. A kereskedelmi szempontból legjelentősebb cellulózszármazék a cellulóz-acetát (CA). A cellulóz glükopiranóz egységein lévő szabad alkoholos hidroxil-
csoportokat részben, vagy teljesen acetil-csoportok helyettesítik. Emiatt a cellulóz stabilitását okozó inter- és intramolekuláris hidrogénhidak kialakulására is kevesebb a lehetőség. OAc OAc
H2C O
O
O
OAc
OH
O
OAc H2C OAc
O
OH H2C
O
OH O
OAc OH
CH2
OAc O
O
OAc
O OAc = O
C
CH3
126
A CELLULÓZ-ACETÁT Cellulóz-acetátból
készültek mágnesszalagok. Az ötvenes fényképészeti filmek anyaga.
az évek
első óta
Manapság: cigaretták füstszűrőjeként és felületbevonóként a legelterjedtebb, de könyvek, folyóiratok papírborítójának kasírozására, valamint dobozok átlátszó anyagaként is használt, illetve szemüvegkeretek, szerszámnyelek, fésűk és hasonló tárgyak készülnek belőle. 127
Cellulóz-acetát alapú termékek
128
A CELLULÓZ-ACETÁT A CA-fólia külsőre a viszkózfóliához hasonlít, de nedvességre kevésbé érzékeny. Csillogóan fényes felületű. Papírra jól ragasztható. Bár lassan, de biodegradálódik (a 2,5-nél alacsonyabb szubsztitúciós fokú CA biológiailag lebomló, valamint ez lágyítók segítségével javítható).
Közönséges környezeti körülmények között azonban a cellulóz-acetát tárgyak:
igen tartósak, szívósak, ütésállók. olajoknak, zsíroknak, rothadásnak és penészedésnek ellenállnak újrafelhasználhatók, illetve maradék nélkül elégethetők.
129
A KEMÉNYÍTŐ
130
A KEMÉNYÍTŐ természetben a másik nagy mennyiségben jelenlévő poliszacharid a keményítő, amely szinte valamennyi élőlényben megtalálható (növényekben, állatokban egyaránt), mint tartalék tápanyag.
A
Legnagyobb mennyiségben a növényekben fordul elő (magvak,
gyökerek, gyökérgumók), ugyanis a fotoszintézis során keletkező szőlőcukrot ilyen formában raktározza el a növényi szervezet.
Legolcsóbban a burgonyából állíthatják elő, amely kb. 20 %-ban
tartalmazza. A szeszgyártás kiindulási anyaga.
Keményítő → Erjeszthető cukor (maltóz)→ cukor oldat → Alkohol → Tiszta alkohol 131
A KEMÉNYÍTŐ A KEMÉNYÍTŐ ELŐFORDULÁSA
Burgonya
Kukorica
Búza
Rizs
Nedvesség
76
14
14
14
Keményítő
18
67
68
75
2
9,6
12
7,7
Rostanyagok
0,7
2,7
2,3
2,2
Zsiradék
0,1
5,1
1,9
0,4
Hamu
1,1
1,5
1,8
0,3
Fehérje
%
132
CH2OH
CH2OH O
H H OH
H
O
H H OH
H
H
O H
A keményítő -D-glükóz (az OH-csoport axiális állású) egységekből épül fel.
OH
H O
H
OH
n
n: 300-1000
Kristályos szerkezetű
A gabonafélék és a burgonya keményítőtartalma: 23-25 % amilóz és 75-77 % amilopektin.
Általános képlet: (C6H10O5)n n>1000 133
A KEMÉNYÍTŐ FELHASZNÁLÁSA A keményítőt eredeti formájában a következő területeken használják:
Élelmiszeripar (diétás és gyermektápszerek készítése) Szeszgyártás (kiindulási anyag) Papíripar (sűrítő-, ragasztó- és fényezőszer) Textilipar (keményítés, textilfestékekben sűrítő) Kozmetikai ipar (púderkészítés) Gyógyszeripar (tabletták kötőanyaga) Háztartás (vászonneműk keményítése, sütés-főzés)
A keményítő gyártás lényege: A tároló szövetek felszakítása után a keményítő-szemcséket vízben szuszpendálva szabaddá teszik, majd elválasztva az őket kísérő különféle rost- és sejtanyagtól, ülepítéssel különítik el. 134
A KEMÉNYÍTŐ A keményítő feldolgozása A nyers, természetes keményítő önmagában, hagyományos
műanyag feldolgozó módszerekkel nem dolgozható fel, mivel folyási hőmérséklete (Tfoly= 257 oC) az anyag bomlási hőmérséklete fölé esik (Tboml= 230-250 oC). Ezért célszerű a keményítőt termoplasztikussá tenni.
Ehhez a keményítő kristályos szerkezetét kell elbontani a
feldolgozás során. Ezt a lebontást a szakirodalom egyes helyeken destrukturálásnak, más esetekben zselatinálásnak nevezi. A víz mellett egyéb egy és többértékű hidroxi-vegyületek jöhetnek még szóba. Ezek az esetek döntő többségében alkoholok (etilén-glikol, glicerin). 135
A TPS felhasználási területei A TPS, mint biológiailag lebomoló műanyag, már a
’60-as évek elején felkeltette a kutatók figyelmét.
Németországban
a TPS-t biológiailag lebomló természetes alapú szálerősítéses rendszerekben használták mátrix polimernek. Mivel a TPS erősen poláros anyag, hasonlóan poláros szálas anyagot (len) használtak fel hozzá. TPS szilárdsági értékeinek másik javítási lehetősége, hogy töltőanyagot keverünk hozzá, ezáltal kompozitot hozunk létre. Ezen társított rendszerek egyik fajtája a nanokompozitok. 136
A
TERMÉSZETES SZÁLAK MŰANYAGOK ERŐSÍTÉSÉRE
137
MESTERSÉGESEN ELŐÁLLÍTOTT BIODEGRADÁBILIS POLIMEREK
138
Mesterségesen előállított biodegradábilis polimerek politejsav (PLA)
poli(-kaprolakton) (PCL) tejsav-kaprolakton alapú kopolimerek és
multiblokk kopolimerek poliészter-uretánok Poliéterek polivinil-észterek polivinil-alkohol poliészter-amidok polianhidridek
139
A TEJSAV ÉS A POLITEJSAV
140
A TEJSAV MONOMER O HO H 3C
O OH
H
D-(–)-tejsav
HO
OH H
CH3
L-(+)- tejsav
A tejsav szénhidrátokból (cukrokból) keletkezik a tejsav-baktériumok okozta erjedés (tejsavas erjedés) során. Pl.: a tej megsavanyodásakor az édes tejben levő tejcukor a Bacterium acidi lactici hatására alakul át tejsavvá.
141
A TEJSAV MONOMER O
O
O CH3
CH3
O
O O
H3C O D-laktid op:97°C
O O
H3C
CH3 O
H3C O L-laktid op:97°C
O meso-laktid op:52°C
racém sztereokomplex op:126-127°C
A laktid szerkezete
142
A TEJSAV MONOMER A tejsav ipari előállítása I. Fermentáció: A tejsavat nádcukorból, vagy malátacukorból állítják elő, tejsavas erjesztéssel. Megkülönböztetünk: a homo és heterofermentatív tejsavas erjesztést. 1. Az első eljárásnál a glükózból tiszta tejsav keletkezik az alábbi egyenlet szerint: C6H12O6 2 CH3-CH(OH)-COOH Itt a cukor lebomlása először a glikolízis mechanizmusa szerint indul meg és a képződő piroszőlősav végül a laktát143 dehidrogenáz hatására redukálódik tejsavvá.
A TEJSAV MONOMER 2. A heterofermentáció ezzel szemben három különböző bomlásterméket ad: a tejsavat, etanolt és szén-dioxidot, a alábbi egyenlet szerint: C6H12O6 CH3-CH(OH)-COOH + CH3CH2-OH + CO2 II. Petrolkémiai alapon történő előállítás: A fermentációs módszer mellet ismert a petrolkémiai termékekből történő előállítás is, mely etilén alapon működik. III. A tejsavat – hidroxikarbonsav lévén – kémiai szintézissel a megfelelő halogénezett karbonsav hidrolízisével, vagy olefinkarbonsavak hidratálásával is elő lehet állítani.
144
A POLITEJSAV POLITEJSAV A politejsav (Polylactic-acid: PLA) a szintetikusan előállított
biodegradábilis polimerek rendkívül fontos képviselője és a világ számos országában előállított mennyisége egyre növekszik, és alkalmazása nagy léptekkel halad előre.
A politejsavat laktidból gyűrűfelnyílásos polimerizációval
vagy tejsav monomerből (D,L- vagy L-) polikondezációval lehet előállítani.
145
A POLITEJSAV POLITEJSAV SZINTÉZIS CH3 O H
O
CH
CH3 O
C
OH + H
O
CH
CH3 O O
CH
OH y
x
H
C
- H2O
CH3 O
C
OH z
H
O
CH
C
CH3 O H
O
CH
C
OH x+ y
O
O
CH3
OH + H3C z-2
O
O 146
A POLITEJSAV A Petrolkémiai úton előállított etilén
B Takarmánynövények
oxidáció acetaldehid
keményítő
+ HCN dextróz laktonitril
racém D, L-tejsav (optikailag inaktív)
amorf politejsav (Tg = 60 °C)
L-tejsav
Nagy molekulatömegű politejsav (kristályos és amorf polimerek)
147
Cukorrépa 0,18 ha
Búza 0,48 ha
Kukorica 0,31 ha
Cukorrépa
Búza
Kukorica
9,33 tonna
3,38 tonna
2,60 tonna
Keményítő 1,69 tonna
Glükóz 1,47 tonna
Szaharóz 1,40 tonna
Tejsav 1,30 tonna
1 tonna politejsav előállításához szükséges takarmánynövénymennyiség és termőterület
Politejsav 1 tonna
148
A POLITEJSAV Napjainkban a világon több nagyvállalat állít elő
politejsavat, amelyek közül jelenleg a NatureWorks LLC. (Minneapolis) a legnagyobb kapacitással bíró vállalat.
A következő táblázat a világ nagy tejsav-gyártóit
szemlélteti:
149
A POLITEJSAV
Vállalat
A gyár elhelyezkedése
A tejsav előállításának módja
Purac
Hollandia, Spanyolország, Brazília
fermentáció
NatureWorks LLC (150 ezer t/év PLA granulátum)
USA
fermentáció
Galactic
Belgium
fermentáció
ADM
USA
fermentáció
Musashino
Japán
kémiai szintézis 150
A POLITEJSAV Ez a mennyiség az elkövetkező évtizedben várhatóan az alábbiakban látható trend szerint fog változni: 5
Mennyiség Ár
350
4 300 250
3
200 2
150 100
1
Politejsav ára [EUR/kg]
Elõállított mennyiség [tonna]
400
50 0 2000
2001
2002
2003
2004
2005
Év
2006
2007
2008
0 2009
151
A POLITEJSAV A politejsav és a politejsav polimerek alkalmazási területei Kedvező
tulajdonságaik alapján számos területen alkalmazzák.
a
politejsavat
Biokompatibilitásából és lebonthatóságából adódóan
alapvetően az orvostudomány és a gyógyszerészet kezdte alkalmazni előbb a politejsavat, majd polimerjeit. Emellett fontos az ökológiai alkalmazása is. Ezekről már korábban volt szó. 152
A POLITEJSAV Nagyon sokféle eszközt készítenek a politejsavból:
fecskendőt, vér tárolására alkalmas zsákokat, katétereket, sebészeti varrócérnát, implantátumokat, műszerveket, égési sérüléseket szenvedett betegeknél bőrpótló szövetet, valamint előnyösen használhatók a gyógyszerészetben, pl. gyógyszerhatóanyag kioldódásának szabályozására (retard hatású gyógyszerek). 153
A POLITEJSAV A gyógyászati alkalmazás mellet fontos terület az ökológiai alkalmazás is, hiszen környezetvédelmi szempontból alapvető fontosságú a biológiailag lebomló anyagok bevezetése és alkalmazása. Itt is több alterületet különböztethetünk meg: mezőgazdaság, erdészet, halászat közszükségleti műanyagáruk előállítása (csésze, palack, evőeszköz, stb.) csomagolóipar (táskák, csomagolóanyagok, fóliák, stb.) piperecikkek, higiéniai termékek sportszerek A következő ábrák néhány politejsavból készült terméket mutatnak be:
154
A POLITEJSAV
155
A POLITEJSAV
www.loopla.org
156
Összefoglalás A lebomló műanyagok előnyei:
A hagyományos műanyag-feldolgozó (színezhetők, nyomtathatók).
gépeken
feldolgozhatóak
A természetben ártalmatlan anyagok keletkezése közben lebomlanak, tehát nem terhelik a környezetet.
Másodlagosan is alkalmazhatóak: biogáz vagy mint komposztanyag a kertészetben.
Nem használják a világ kőolajkészletét (A kőolajkészletek becslések alapján kb. 40-80 évre elegendők). A mezőgazdaság világszerte támogatja a biológiailag lebomló polimerek alkalmazását.
A késztermék minőségi, fizikai-mechanikai jellemzői hasonlóak a hagyományos műanyagtermékekéhez. Bizonyos alkalmazási területeken jobb tulajdonságok: nagyobb lángállóság; jobb íz- és aromatartó tulajdonság; jó hőstabilitás; átlátszóbb filmek, fóliák; zsír157 és olajállóság; stb.
Összefoglalás A lebomló műanyagok hátrányai:
Viszonylag magas ár (10-70 %-kal drágábbak a hagyományos műanyagoknál). A mennyiségük növekedésével árúk várhatóan tovább csökken.
Speciális tulajdonság kialakításához technológia és adalékanyag szükséges.
megfelelő
Magyarországi helyzet:
Idehaza már kaphatók ilyen anyagokból készült termékek.
Néhány cég már konkrétan foglalkozik bioműanyagok alkalmazási lehetőségeivel:
a 158
A politejsav Magyarországon? 2013-ban indul a balatonfűzfői biofinomító és biogáz üzem? politejsav alapú csomagolóanyagok alkalmasak a jelenlegi PET, polietilén, és polisztirol alapanyagból készült csomagolóanyagok helyettesítésére, teljes értékű kiváltására, a belőle készülő vissza nem gyűjtött csomagolóanyag természetes körülmények között is széndioxidra és vízre bomlik.
A
A politejsav előállítása során felhasznált fosszilis energia legalább 30%-kal
kevesebb, mint a konkurens műanyagok energiaszükséglete. A politejsav alapú oldószerek alkalmasak a mérgező, környezetszennyező
szénhidrogénekből gyártott jelenlegi oldószerek kiváltására, nincs egészségkárosító hatásuk, és a környezetbe jutva biológiailag gyorsan lebomlanak. A feldolgozás melléktermékei részben energetikai hasznosításra kerülnek
(biogáz), részben mint talajjavító komposzt hasznosíthatók (érlelt biogáz 159 iszap).
160
Lebontható műanyagok Jövő – lehetőségek, feltételek Mindent összevetve ökológiai és ökonómiai szempontból is
megérett a helyzet a biológiai úton lebomló műanyagok és elsősorban a csomagolóanyagok elterjedésére, de több támogatásra lenne szükség: pályázatok, K+F területének felzárkózása az európai szintre, hazai alapanyaggyártás megoldása, hazai mezőgazdasági termelés hasznosítása. Lebontható műanyagok: Fontosságuk növekszik Környezetvédelem Gyorsan fejlődnek – gazdasági jelentőségük nő. Komolyabb kutatás-fejlesztés szükséges. Összehangolt munka és támogatás. 161
Gyűjtsd szelektíven a műanyag hulladékot és ha lehet használj lebontható műanyag termékeket!
162
MELLÉKLET KERESKEDELMI FORGALOMBAN LÉVŐ BIODEGRADÁLHATÓ TERMÉKEK
163
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek I. Az európai helyzetről hű képet adnak a BASF cég biológiailag
lebomló Ecoflex márkanevű alifás-aromás kopoliészterével szerzett tapasztalatok. A cég 1998 óta gyártja ezt a terméket egy 8 ezer t/év kapacitású berendezésen és tervezi egy 30 ezer t/év kapacitású gyártósor üzembe állítását.
Az Ecoflex gyűjtőnév, amelyen belül az egyes típusok a
felhasználási céltól függően az elágazások számában és a lánchosszúságban különböznek egymástól.
A jelenlegi alaptípusok és az ajánlott alkalamzási területek a
következőek: Ecoflex F: fóliagyártás Ecoflex S: keverékek Ecoflex P: extrúziós bevonás Ecoflex V: nemszőtt és szőtt textilek
164
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek A fejlesztés során kezdettől fogva különös gondot fordítottak arra,
hogy a hagyományos feldolgozógépek alkalmasak legyenek a gyártásra, emellett törekedtek a műszaki jellemzők és a biológiai lebonthatóság közötti optimumra. biológiailag lebomló Ecoflex poliésztert ma elsősorban keményítővel keverve használják. Pontosabban termoplasztikus keményítőt és biológiailag lebomló szintetikus polimert tartalmazó keverékből granulátumot állítanak elő, amelyből fúvással, fröccsöntéssel és mélyhúzással különböző eszközök állíthatók elő.
A
A keverék Ecoflex tartalma lehetővé teszi új alkalmazási területek
megnyitását a megújuló nyersanyagok előtt. 165
Az Ecoflex és az LDPE összehasonlítása
166
Biodegradálható anyagok gyártói Földrész
Gyártó
Polimer
Európa
Avebe
keményítõ keverékek
Európa
BASF
poliészterek (Ecostar)
Európa
Bayer
Poliészteramidok
Európa
Biotec
keményítõ keverékek (Flunteraplast)
Európa
Idroplast
PVA
Európa
Mazzucchelli
cellulóz acetát
Európa
Neste OY
Politejsav
Európa
Novamont
keményítõ keverékek (MaterBi)
Európa
Solvay
PCL
Európa
United Paper
Cellulózszármazékok
USA
Cargill-Dow
Politejsav
USA
Chronopol
Politejsav
USA
Dow
Poliészterek
Ázsia
Daicel
PCL/cellulózszármazék
Ázsia
Dai Nippon
politejsav
Ázsia
Japan Corn
keményítõszármazék
Ázsia
Showa
poliészter (Bionoll)
167
Biodegradálható polimerek – piaci termékek Típus
Márkanév
Gyártó
Ár (ECU/kg)
Felhasználás
Extrúziós keményítõ
Mater-Bi
Novamont
3–5
csomagolás, zsákok
Extrúziós keményítõ
Fluntera-Plast
WL, Fluntera
0,5–1
csomagolás
Extrúziós keményítõ
Novon
Novon
3–7
csomagolás, higiénia
Extrúziós keményítõ
Biopac
Biopack
7,5
élelmiszer, vakcina
Extrúziós keményítõ
PE/keményítõ
St. Lawrence
0,5
csomagolás, zsákok
Keményítõ hab
Keményítõ
Sunstartke
50 ECU/m3
csomagoló hab
Cellulóz
C. acetát
Eastman
5–10
csomagolás
Poliészter
PHBV
ICI/Monsanto
15
mûanyag, csomagolás
Poliészter
PLA/PLGA
Boehringer
>500
orvosi anyag
Poliészter
PLA
Cargill
1–10
mûanyag, csomagolás
Poliészter
Bionoll
Showa
10–20
mûanyag, csomagolás
Poliészter
PCL
Union Carbide
607
csomagolás
Proteinek
Zselatin
Deutsche G.
5
gyógyszer bevonat
PVA
PVA
Kuraray
20–30
csomagolás, zsák
168
Biodegradálható polimerek Fólia/textil kompozitokban felhasználható, biológiailag lebomló fóliatípusok
169
Biopolimerek felhasználása alkalmazási területek szerint 2000-2010 között, ezer tonna
170
A környezeti öregedést szimuláló vizsgálatok
171
Az Ecoflex és az LDPE összehasonlítása
172
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek A gyártási hulladék újrafeldolgozásakor döntő jelentősége van az
alapanyagok hőstabilitásának. Magasabb hőmérsékleten stabilabb anyagok nagyobb biztonsággal hasznosíthatók az alacsonyabb hőmérsékleten végzett újrafeldolgozás során.
A hőformázáshoz használt Ecoflex fólia 30-70% újrafeldolgozott
polimert is tartalmazhat és itt a hőstabilitás elsőrendű fontosságú, mivel csak így lehet kielégíteni az anyagi jellemzőkkel kapcsolatos követelményeket.
Az Ecoflex összetétele alapján megfelel az EC 90/128 szerinti
irányelvnek, amely az „Élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkezésbe kerülő műanyagok és műanyag tárgyak minőségi követelményei”re vonatkozik. Ez a műanyag-feldolgozót természetesen nem mentesíti egy adott élelmiszerrel kapcsolatos vizsgálatok elvégzése és a felelősség alól. 173
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek A biológiailag lebomló műanyagok feldolgozhatósága
általában hasonló a LDPE-éhez és a LLDPE-éhez. Az Ecoflex feldolgozható a meglévő fóliafúvó és – öntő, továbbá nyomtató berendezéseken. A festékek közül a gyártók az alkohol-tartalmú
hagyományos festékeket ajánlják. Nyomtatás előtt a fólia előzetes koronakezelésre szorul. A szárítási hőmérséklet a PE-énél alacsonyabb, de ajánlatos kísérletileg meghatározni. 174
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek II. Bioflex: polilaktid/kopoliészter keverék
A Bioflex 219F családot elsősorban bevásárlótasakok és különböző
célú
mezőgazdasági
laminálásához ajánlják.
fóliák
előállításához,
valamint
tálcák 175
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek III. Biograde: módosított cellulóz alapú termék A FkuR cég másik természetes alapú kompaundja módosított
cellulózalapú termék, amelynek feldolgozási jellemzői mechanikai tulajdonságai hasonlóak a polisztiroléhoz.
és
A fehér, természetes töltőanyagokat és speciális növényi olajat
tartalmazó, a szokásos gépeken fröccsönthető Biograde 300A élelmiszeripari alkalmazásra ajánlott. A Biograde 500A hőformázható típusból élelmiszeripari csomagolások készíthetők. A biograde 200C egy töltetlen cellulózalapú keverék, amely öntött
fólia, fröccstermék előállítására alkalmas, de felhasználható fúváshoz (pl. palackfúváshoz) vagy hőformázáshoz is. A biopolimerek között különleges tulajdonsága, hogy kicsi a
gázáteresztő képessége. A cég termékeinek ára: 2,85-3,70 EUR/kg.176
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek IV. Biomer termékek Egy másik német biopolimergyártó Biomer PHB (poli-(hidroxi-
butirát)) és Biomer PLA (polilaktid) néven poliészterrel kevert terméket kínál. A gyártó szerint az 1,2 mm vastag termék, amely a gyártó
adalékával készül, komposztálás során 6 hét alatt bomlik le. A Biomer PLA alapú termékből átlátszó gyógyászati diagnosztikai eszközök készülnek fröccsöntéssel. Felhasználják a terméket élelmiszeripari csomagolóanyagként is, pl. joghurtos pohár és italos palackok céljára. polilaktid-kopoliészter keverék és a cellulózalapú fóliák többnyire megfelelnek a követelményeknek. A fólia- és fröccstermékek után már a biológiailag lebomló öntapadó szalagok fejlesztésével is mutatkoznak az első eredmények. 177
A
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek V. A kanadai Omniplast cég az első kanadai vállalat volt, mely
környezetbarát tasakot gyártott. A vállalat a Totally Degradable Plastic Additives (TDPA) adalékot alkalmazza, amelyet az EPI (Environmental Products Inc.) technológiája biztosít. Az adalék a műanyag oxidációját indítja meg UV-fény, hő vagy nedvesség hatására. A környezeti hatások erősségével a bomlás ideje szabályozható, akár hónapra vagy évre. A bomlás során toxikus termék nem keletkezik. A Plastic Suppliers Inc. (Ohio/Columbus, USA) PS fóliafúvó
extrúderén – az eljárás módosításával – a világon elsőként gyártott PLA alapú biopolimer fóliát. A termék teljesen komposztálható. Az egyrétegű fólia átlátszó, karcálló és ráncmentes. A fóliákat többutas palackok címkézésére és borítékablakok készítésére próbálták ki. 178
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek VI. Az ausztráliai Plantic Technologies cég egy ún. „gyors” terméket
fejlesztett ki. A kukoricakeményítő alapú Plantic nevű termék néhány másodperc alatt vízben oldódik. A termék hőformázható és elsősorban édességek csomagolására készül. Jelenleg még csak Hollandiában és Angliában alkalmazzák. A biopolimerek gyártásában a NatureWorks LLC (korábban Cargill
Dow, Minnesota, USA) rendelkezik a legnagyobb évi 150 ezer tonna politejsav alapú granulátumgyártó kapacitással. Ez a méret már lehetővé teszi, hogy a fajlagos gyártási költségek észrevehetően csökkenjenek. Az USA feldolgozói úgy vélik, hogy a biopolimerek tömeges
elterjedése az 1 USD/font azaz kb. 2 USD/kg körüli ár esetén indulna meg. 179
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek VII.
180
Kereskedelmi forgalomban lévő népszerű biológiailag lebontható termékek VIII.
181
