Injection molding, biodegradable plastics - bioplastics, part 1
Mnozí vidí v bioplastech brzkou budoucnost, ale z technicko - ekonomického hlediska je uvedená vize, v současné době, předčasná. Všeobecně existuje na téma bioplastů nemalé množství nezodpovězených otázek, na které bude nutno postupně hledat konkrétní odpovědi. Pro objasnění některých pojmů z oblasti environmentálního pohledu na bioplasty se podíváme na některé definice a výklady.
Bio výkladový slovník
BIOPLASTY/BIOPLASTICS - termín používaný jako definice pro dva různé druhy plastů:
A - plasty na bázi obnovitelných zdrojů - důraz je kladen na původ použité suroviny - mohou nebo nemusí být biologicky odbouratelné
B - biologicky rozložitelné a kompostovatelné plasty, například podle EN 13 432 - zaměření na kompostovatelnost konečného výrobku - biodegradabilní a kompostovatelné plasty mohou být vyrobeny na bázi obnovitelných zdrojů a/nebo neobnovitelných (fosilních) zdrojů
Biobáze znamená pouze to, že atomy uhlíku v molekulárních řetězcích pocházejí ze současné přírody, a nikoliv z fosilií.
Biopolymery - vysokomolekulární látky vytvářené biochemickými reakcemi:
- rostlin - celulóza, škrob
- zvířat - chitin, proteiny
- mikroorganismů - PHA polyhydroxyalkanoáty
Syntetické biopolymery - jsou syntetizovány z přírodních biomolekul, nejsou produktem živých organismů, ale vykazují vlastnosti biopolymerů - kyselina polylaktidová PLA, kyselina polyglykolová PGA
Syntetické biodegradovatelné polymery - syntetické polymery modifikované vhodnými aditivy, která způsobí, že polymery podléhají oxidačním reakcím probíhajícím v přírodním prostředí a vytvářejí produkty asimilované - zužitkované - mikroorganismy - TDPA Totally Degradable Plastic Additives - alifatické polyestery PCL polykaprolakton, aromatické polyestery PBAT polybutylenadipát tereftalát, polyvinylalkohol PVA, oxo - biodegradovatelné polyolefiny TDPA PE
Bioplasty tedy mohou být:
- na bázi obnovitelných zdrojů a biologicky odbouratelné
- na bázi obnovitelných zdrojů, ale biologicky neodbouratelné
- na bázi neobnovitelných - fosilních - zdrojů a biologicky odbouratelné
PLASTY/POLYMERY NA BIOLOGICKÉ (BIO) BÁZI/BIO - BASED PLASTIC/POLYMER - toto označení se používá pro odbouratelné plasty/polymery vyrobené zcela nebo z části z biomasy - při použití tohoto pojmu je nutno vždy uvést obsah/procenta určující do jaké míry je materiál/výrobek vyprodukován na bio bázi, včetně metody měření obsahu biosložky
BIOKOMPOZITY - polymerní materiály vyrobené kompletně - matrice i plnivo - z obnovitelných zdrojů
ČÁSTEČNÉ BIOKOMPOZITY - obvykle matrice z klasických polymerů a plnivo z přírodních obnovitelných zdrojů - náhrada minerálních a syntetických plniv
BIO BÁZE/BIO - BASED - tento termín říká, že alespoň část materiálu/výrobku je vyroben z biomasy a i zde je nutno toto tvrzení o bio bázi doložit obsahem/procenty bio báze a způsobem jejího vyhodnocení - hmotnostní obsah, procenta, obsah uhlíku, atd.
UHLÍKOVÁ BIO BÁZE/BIO - BASED CARBON - obsah uhlíku získaný z biomasy - materiál/nebo výrobek z fosilních a obnovitelných zdrojů obsahuje fosilní uhlík nebo uhlík na bio bázi - metoda 14C měří množství uhlíku na bio bázi v materiálu nebo produktu jako hmotnostní nebo procentuální podíl z celkového podílu organického uhlíku
HMOTNOSTNÍ OBSAH BIO BÁZE/BIO - BASED MASS CONTENT - popisuje množství biologicky založené hmoty obsažené v materiálu nebo výrobku – je to doplňující metoda k metodice 14C a navíc umožňuje určit, kromě organického uhlíku i další chemické prvky, například kyslík, dusík, vodík
BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÉ PLASTY/BIODEGRADABLE PLASTIC - jsou plasty, které v životním prostředí slouží určitým mikroorganizmům pro získání energie - uhlík z plastu je při mikrobionálním procesu zcela převeden na oxid uhličitý - proces biodegradace je přímo závislý na stavu prostředí v němž probíhá - místo, teplota, vlhkost, doba působení a samozřejmě i na rozkládaném materiálu nebo samotné aplikaci - v důsledku uvedených vlivů se rozkladný proces a jeho výsledek může značně lišit - biologická odbouratelnost je spojena se strukturou polymerního řetězce, ale není závislá na původu surovin - v současné době není k dispozici jediná, zastřešující definice biologické rozložitelnosti - jedna z běžně používaných je ve standardu ISO a EU - EN 14 995 Plasty - Hodnocení kompostovatelnosti - specifikace a schéma testu
BIOMASA/BIOMASS - je to materiál biologického původu, s výjimkou materiálů zakotvených do geologických struktur a materiálů transformovaných do fosilních - zkamenělých - materiálů, tj. jedná se o materiály jako například stromy, plodiny, trávy, stelivo, řasy, odpady biologického původu - hnůj, atp.
PŘEPRACOVANÉ BIOLOGICKÉ MATERIÁLY/BIOREFINERY - následná výroba zahrnující široké spektrum produktů na bio bázi - potraviny, krmiva, chemické látky, včetně monomerů nebo stavebních bloků pro bioplasty a energetické produkty - palivo, síla, teplo - z biomasy
UHLÍKOVÁ STOPA/CARBON FOOTPRINT CFPs, respektive PCFs PRODUCT CARBON FOOTPRINT - součet emisí skleníkových plynů a jejich pohlcení v systému výrobku, vyjádřené jako ekvivalent oxidu uhličitého CO2, včetně posouzení životního cyklu - ekvivalent CO2 určitého množství skleníkových plynů se vypočítá jako hmotnost daného skleníkového plynu vynásobená potenciálem globálního oteplování
UHLÍKOVĚ NEUTRÁLNÍ - CO2 NEUTRÁLNÍ/CARBON NEUTRAL - CO2 NEUTRAL - uhlíkově neutrální je takový produkt nebo proces, který má zanedbatelný vliv na celkovou hladinu CO2 v atmosféře; tvrzení o uhlíkové neutralitě je velmi složité prokázat;produkty, vezmeme - li v úvahu jejich celkový životní cyklus, ve většině případů nedosáhnou na uhlíkovou neutralitu
CELULÓZA/CELLULOSE - je hlavní složkou buněčných stěn všech vyšších forem rostlinného života, s různým procentuálním obsahem v něm - je to nejčastější organická polysacharidová sloučenina - celulóza je polymerní molekula s velmi vysokou molekulovou hmotností (monomer je glukóza) průmyslově získatelná, například ze dřeva nebo bavlny k výrobě papíru, plastů a vláken
ESTER CELULÓZY/CELLULOSE ESTER - se získá esterifikací celulózy s organickými kyselinami - pro technické aplikace jsou z esterů celulózy vhodné: acetát celulózy - CA s kyselinou octovou, propionát celulózy - CP s kyselinou propionovou a butyrát celulózy - CB s kyselinou máselnou - smícháním vznikne acetát propionát celulózy CAP nebo CAB celuloze acetát butyrát, ze kterého se, pro zajímavost, vyrábějí střenky originálních švýcarských armádních nožů
 |
| Bioplastové misky z cukrové třtiny a pšeničné celulózy od firmy Green Planet Investment s.r.o. |
DEGRADACE/DEGRADATION - finálních produktů - degradace oxidační, hydrolitická, fotodegradace, biodegradace - fragmentace, degradační prostředí - splaškový kal, kontrolované kompostování, simulovaná skládka odpadů
Metody používané k hodnocení biodegradability - stanovení:
- množství vznikajícího oxidu uhličitého nebo metanu
- změny molární hmotnosti materiálu
- změny mechanických vlastností materiálu
- úbytku hmotnosti materiálu
- rozsahu fragmentace materiálu
- kombinace metod
KOMPOST/COMPOST - půdní zušlechťovací materiál s rozkládající se organickou hmotou, která půdě poskytuje živiny a zlepšuje půdní strukturu
KOMPOSTOVATELNÉ PLASTY/COMPOSTABLE PLASTICS - plasty, které jsou biologicky rozložitelné - biodegradabilní - a to za podmínek kompostování - určitá vlhkost, teplota, mikroorganismy a časový rámec - u produktů takto označovaných musí být uvedeno přesné a konkrétní potvrzení o kompostovatelnosti - v domácím prostředí, v průmyslovém prostředí - včetně doby potřebné pro rozklad - viz EN 14 995 Plasty - Hodnocení kompostovatelnosti
KOMPOSTOVÁNÍ/COMPOSTING - technika nakládání s odpady, která využívá přirozený proces přeměny organické hmoty na CO2, vodu a humus a to působením mikroorganismů - když se hovoří o kompostování bioplastů, obvykle se má na mysli řízené průmyslové kompostování k němuž jsou, většinou, bioplasty při své likvidaci určeny
DROP - IN - BIOPLASTY/DROP - IN - BIOPLASTICS - chemicky identický plast jako plast vyrobený na ropné bázi, ale vyrobený z obnovitelných zdrojů - například bio - PE vyrobený z bio - ethanolu ( z cukrové třtiny, apod.) nebo částečně na bio - bázi PET nebo PA - PA 410, PA 610, PA 1010, PA 1012, respektive plně bio PA 510, či PA 1010
FERMENTACE/FERMENTATION - biochemické reakce řízené mikroorganismy nebo enzymy - proteiny, které katalyzují chemické reakce, například přeměna cukru na kyselinu mléčnou
SKLENÍKOVÝ PLYN/GREENHOUSE GAS GHG - plynná složka atmosféry - jak přírodní tak i antropogenní (jev podmíněný nebo způsobený lidskou činností), která obsahuje a emituje záření o určitých vlnových délkách v rámci spektra infračerveného záření emitovaného z povrchu Země, atmosféry, mraků
HUMUS/HUMUS - v zemědělství - obvykle zralý kompost nebo přírodní kompost extrahovaný, například z lesa nebo jiného přírodního zdroje pro použití na zlepšení struktury půdy
SMĚS - SLOUČENINA/COMPAUND/BLEND - směs plastů z různých základních materiálů - polymery a aditiva
PRŮMYSLOVÉ KOMPOSTOVÁNÍ/INDUSTRIAL COMPOSTING - proces založený na definovaných podmínkách –teplota, vlhkost, doba působení - pro přeměnu biologicky rozložitelných odpadů na stabilní, dezinfikované výrobky použitelné v zemědělství - kritéria pro průmyslové kompostování jsou uvedena v EN 13 432 - materiály a produkty splňující normu by měly být certifikovány a odpovídajícím způsobem označeny
GENETICKY MODIFIKOVANÉ ORGANISMY/GENETICALLY MODIFIED ORGANISMS GMO - jedná se o organismy - rostliny a zvířata, jejichž genetický materiál - DNA - byl změněn, což je částí odborníků i veřejností vnímáno jako nepřípustné s ohledem na zdraví člověka
Je vysoké podezření, že pro výrobu bioplastů se GM plodiny v určité míře používají
POSUZOVÁNÍ ŽIVOTNÍHO CYKLU/ LIFE CYCLE ASSESSMENT LCA - nebo také analýza životního cyklu, ecobalance, od kolébky do hrobu analýza - je vyšetřování a ocenění environmentálních dopadů způsobených daným materiálem, výrobkem nebo službou
PBAT - polybutylen tereftalátadipát je alifatický, aromatický kopolyester, který má vlastnosti běžného polyetylenu, ale je technologií průmyslového kompostování plně biologicky rozložitelný - je vyroben z fosilní ropy, ale již jsou první odkazy na jeho výrobu z částečně obnovitelných zdrojů
PBS - polybutylen sukcinát - sto procentně biologicky odbouratelný polymer , vyrobený z jantarové kyseliny, kterou je možno získat na bio - bázi
PC - polykarbonát - termoplastický polyester na ropné bázi kritizovaný za obsah BPA - bisfenol A, který působí zdravotní problém, protože se chová jako hormon
PCL - polykaprolakton - syntetický, na fosilní bázi, biodegradabilní bioplast - používá se jako součást blendů
PE - polyetylen - termoplastický polymerizát z ethylenu - může být vyroben z obnovitelných zdrojů, například z cukrové třtiny přeměněné na bio - ethanol
PGA - kyselina polyglykolová nebo polyglikolid je biologicky odbouratelný termoplastický polymer - lineární, alifatický polyester - využití jako bariérový materiál v obalovém průmyslu a v lékařství
PHA - polyhydroxyalkanoáty jsou lineární polyestery vyrobené bakteriální fermentací cukru nebo lipidů (organické látky tukové povahy), nejčastějším typem PHA je PHB
PHB - poly - 3 - hydroxy butyrát je PHA - polymer patřící do třídy polyesterů, je produkován mikroorganismy, je to v první řadě produkt asimilace uhlíku - z glukózy nebo škrobu - a je metabolizován mikroorganismy jako forma zachování energie molekul, PHB má vlastnosti podobné jako PP, je však tužší a křehčí
PHBH - poly - 3 - hydroxybutyrát –co - 3 - hydroxyhexanoát je PHA - stejně jako ostatní biopolymery z rodiny PHA je i PHBH produkován mikroorganismy v procesu kvašení - fermentace, kde se akumuluje v jejich těle pro jejich výživu, mezi hlavní rysy PHBH patří jeho vynikající biologická rozložitelnost s využitím hydrolýzy
PLA - polyaktid nebo kyselina polymléčná - biologicky odbouratelný termoplast, lineární alifatický polymer na bázi kyseliny mléčné, hlavní výrobní proces - fermentace cukru nebo škrobu s pomocí mikroorganismů, kyselina mléčná má více forem, během polymerace je možno laktidy kombinovat tak, aby získaný PLA plast měl požadované vlastnosti
PPC - polypropylene karbonáte - bioplast vyrobený kopolymerací oxidu uhličitého s propylenoxidem
PLASTY/PLASTICS - materiály s dlouhými molekulárními řetězci z přírodních i fosilních materiálů vyrobené chemickými nebo biochemickými reakcemi
OBNOVITELNÉ ZDROJE/RENEWABLE RESOURCES - zemědělské suroviny, které nejsou používány jako potraviny nebo krmiva, ale jako surovina pro průmyslové využití nebo jako zdroj energie
SACHARINY - SACHARIDY/SACHARINS - CARBOHYDRATES - rodina cukrů
ŠKROB/STARCH - přírodní polymer - sacharid - se skládá z amylózy a amylopektinu získaných z kukuřice, brambor, pšenice, tapioky, atd., je - li glukóza připojena na polymerní řetězec určitým způsobem, potom se výsledný produkt nazývá škrob, každá molekula se skládá z 300 až 1 200 glukózových jednotek
TERMOPLASTICKÝ ŠKROB/THERMOPLASTIC STARCH TPS - škrob, který byl upraven na plast
UDRŽITELNÝ ROZVOJ/SUSTAINABLE DEVELOPMENT - pokus vytvořit pro člověka i přírodní prostředí co nejlepší dlouhodobé životní podmínky;rozvoj, který uspokojuje potřeby současné generace, aniž by byla ohrožena schopnost budoucích generací uspokojovat své vlastní potřeby;udržitelnost se týká kontinuity ekonomických, sociálních, institucionálních a environmentálních aspektů lidské společnosti, stejně jako non - lidského prostředí
UDRŽITELNOST/SUSTANABILITY - má tři dimenze - ekonomickou - sociální - environmentální, které jsou známy pod pojmem trojí udržitelnosti, to znamená, že udržitelný rozvoj současně a neoddělitelně zahrnuje ekonomickou prosperitu, ochranu životního prostředí a sociální spravedlnost, jinými slovy tento pojem říká, že firmy mají rozšířit svoji zodpovědnost o sociální a environmentální rozměr;udržitelnost je o tom, že výrobky vhodné pro dané trhy zároveň s jejich společenskými přínosy mají i snížit dopady na životní prostředí lépe než jiné alternativy, které jsou v dané době k dispozici;to také znamená závazek k neustálému zlepšování, které by mělo vést k dalšímu snižování ekologické stopy dnešních produktů, výrob a použitých surovin.
Lepší celková ekobilance u bioplastů v porovnání s tradičními plasty dosud nebyla potvrzena.
Trends in plastic injection moulding: venting structures
7.2.2025 In plastic injection moulding, most of the venting takes place through the parting planes. However, conventional venting solutions are often not sufficient, resulting in low injection efficiency and part quality problems.
