S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

12
 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelorşi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a Pagina 1 din 11 28 - 29 iulie 2011, Sta ţia ICPE Agigea TEHNOLOGII DISPONIBILE PENTRU PROCESAREA POLIMERILOR BIODEGRADABILI Maria RÂPĂ, Elena GROSU, Andreiana SCHEAU, Cristian Florian STĂNESCU S.C. INCERPLAST S.A., Str. Ziduri Moşi, Nr. 23, Sector 2, Bucure şti e-mail: [email protected] Cuvinte cheie: polimeri, biodegradabilitate, poturi, band ă În ultimele decenii, polimerii sintetici sunt utilizaţi la scară mare în multe domenii de activitate. Aceste substanţe macromoleculare sunt, de obicei, de origine petrolier ă şi nu sunt biodegradabile. Oricum, resursele petroliere sunt limitate iar utilizarea polimerilor nebiodegradabili cauzează serioase probleme mediului înconjur ător. În plus, polimerii nebiodegradabili nu sunt adecvaţi pentru utilizarea temporar ă. Au fost propuse multe solu ţii pentru managementul deşeurilor provenite din materiale plastice, cum ar fi reciclarea, incinerarea şi degradarea materialelor. Prin reciclare nu se obţin produse de calitate datorită naturii heterogene a materialelor plastice. Incinerarea materialelor plastice cu eliminarea gazelor toxice şi a vaporilor poate constitui un pericol pentru sănătate. Cea mai oportună soluţie o reprezintă materialele plastice biodegradabile. În această lucrare se prezint ă aspectele generale legate de polimerii biodegradabili şi aplicaţiile compoundurilor polimerice pe bază de acid polilactic cu fibre derivate de lemn în sectorul agricol (poturi, bandă pentru legarea tomatelor). Keywords: polymers, biodegradability, pots, yarn In recent decades, synthetic polymers are used in large scale in many industries. These macromolecular substances are usually petroleum origin and are not biodegradable. However, oil resources are limited and the use of non-biodegradable polymers causing serious environmental problems. In addition, non-biodegradable polymers are not suitable for temporary use. Many solutions have been proposed for the management of waste plastics, such as recycling, incineration and material degradation. By recycling high quality products is not achieved because of the heterogeneous nature of plastic. Incineration of plastics disposal of toxic gases and vapours may be dangerous to health. The most appropriate solution is the biodegradable plastics. This paper presents general aspects related to biodegradable polymers and applications of Poly(lactic acid) PLA and wood fiber in the agricultural field (pots, tomatoes yarns).

Transcript of S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

Page 1: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 1/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 1 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

TEHNOLOGII DISPONIBILE PENTRU PROCESAREA POLIMERILOR

BIODEGRADABILI

Maria RÂPĂ, Elena GROSU, Andreiana SCHEAU, Cristian Florian STĂNESCU

S.C. INCERPLAST S.A., Str. Ziduri Moşi, Nr. 23, Sector 2, Bucureşti

e-mail: [email protected]

Cuvinte cheie: polimeri, biodegradabilitate, poturi, band ă 

În ultimele decenii, polimerii sintetici sunt utilizaţi la scară mare în multe domenii de activitate. Aceste

substanţe macromoleculare sunt, de obicei, de origine petrolieră  şi nu sunt biodegradabile. Oricum,

resursele petroliere sunt limitate iar utilizarea polimerilor nebiodegradabili cauzează  serioase probleme

mediului înconjurător. În plus, polimerii nebiodegradabili nu sunt adecvaţi pentru utilizarea temporară.

Au fost propuse multe soluţii pentru managementul deşeurilor provenite din materiale plastice, cum

ar fi reciclarea, incinerarea şi degradarea materialelor. Prin reciclare nu se obţin produse de calitate

datorită naturii heterogene a materialelor plastice. Incinerarea materialelor plastice cu eliminarea gazelor

toxice şi a vaporilor poate constitui un pericol pentru sănătate. Cea mai oportună  soluţie o reprezintă 

materialele plastice biodegradabile.

În această  lucrare se prezintă  aspectele generale legate de polimerii biodegradabili şi aplicaţiile

compoundurilor polimerice pe bază de acid polilactic cu fibre derivate de lemn în sectorul agricol (poturi,bandă pentru legarea tomatelor).

Keywords: polymers, biodegradability, pots, yarn

In recent decades, synthetic polymers are used in large scale in many industries. These

macromolecular substances are usually petroleum origin and are not biodegradable. However, oil

resources are limited and the use of non-biodegradable polymers causing serious environmental

problems. In addition, non-biodegradable polymers are not suitable for temporary use.Many solutions have been proposed for the management of waste plastics, such as recycling,

incineration and material degradation. By recycling high quality products is not achieved because of the

heterogeneous nature of plastic. Incineration of plastics disposal of toxic gases and vapours may be

dangerous to health. The most appropriate solution is the biodegradable plastics.

This paper presents general aspects related to biodegradable polymers and applications of

Poly(lactic acid) PLA and wood fiber in the agricultural field (pots, tomatoes yarns).

Page 2: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 2/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 2 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

1. INTRODUCERE

Tehnologiile de obţinere a unor noi materiale polimerice sunt foarte promiţătoare din punctul de

vedere al aplicaţiilor: agricultură (folii, produse cu acţiune ierbicidă şi aplicare preemergentă) [1]; bunuri de

larg consum (ambalaje) cu durată  determinată  de viaţă; produse pe bază  de matrici polimerice cueliberare controlată  de substanţă  activă  (medicamente); în industrie pentru produse electrotehnice

(izolaţii) [2]; recuperarea şi reciclarea deşeurilor polimerice; medicină, la obţinerea de dispozitive

medicale, implanturi [3-4].

Tendinţele actuale în ştiinţa procesării polimerilor sunt orientate către:

  crearea de noi tipuri de materiale cu proprietăţi de biodegradabilitate, biocompatibilitate, rezistenţă la

coroziune, flexibilitate, proprietăţi optice, electrice, care să  înlocuiască  materialele folosite tradiţional în

agricultură, electronică, industrie, medicină;

  posibilitatea de recuperare şi reciclare a acestor materiale pentru protejarea ecosistemului.

În contextul preocupărilor legate de prezervarea mediului înconjurător, recuperarea şi reciclareadeşeurilor din materiale plastice, înlocuirea polimerilor sintetici tradiţionali cu polimeri obţinuţi din resurse

regenerabile, ecologice, realizarea de amestecuri polimerice biodegradabile, cu aplicaţii în agricultură,

medicină etc. este de strictă actualitate.

Deşeurile de materialele plastice sunt rezistente la atacul microbian şi astfel se acumulează 

cantităţi mari în sol. Aceste deşeuri nu ajută  la fertilizarea solului. Cea mai bună  alternativă  pentru

deşeurile de materiale plastice este sintetizarea materialelor plastice degradabile.

Polimerii naturali cum ar fi amidonul, făina de lemn sunt biodegradabili, în timp ce majoritatea

polimerilor sintetici nu sunt biodegradabili. Aditivii materialelor plastice, cu masă moleculară mică, cum ar

fi plastifianţii şi agenţii de armare sunt susceptibili la atacul microbian. Aceştia conduc la rigidizarea

polimerului. Microbii, în schimb, eliberează enzime oxidative nespecifice care atacă polimerul sintetic. De

asemenea, degradarea graduală  a polimerului natural conduce la creşterea suprafeţei prin eroziune.

Acest fenomen va accelera degradarea polimerului sintetic prin difuzia O2, a umezelii şi a enzimelor în

matricea polimerică poroasă. 

Acest articol reprezintă o sinteză a consideraţiilor generale despre biodegradabilitatea polimerilor,

obţinerea unor polimeri biodegradabili, proprietăţile şi aplicaţiile acestora.

2. ASPECTE GENERALE PRIVIND BIODEGRADABILITATEA POLIMERILOR

Pe plan mondial este acceptată  ideea că  utilizarea prelungită  a polimerilor pentru aplicaţii care

necesită  o durată  de viaţă  scurtă  (ambalaje, industria alimentară, chirurgie, igienă) nu este în totalitate

adecvată. Aceasta nu este recomandată  atunci când există  preocupări în legătură  cu prezervarea

sistemelor ecologice. Majoritatea polimerilor sintetici sunt obţinuţi din resurse petroliere şi nu sunt

biodegradabili. Aceşti polimeri reprezintă o sursă semnificativă de poluare a mediului înconjurător atunci

când sunt dispersaţi aleator în natură.

Page 3: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 3/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 3 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

Au fost propuse multe soluţii pentru managementul deşeurilor provenite din materiale plastice, cum ar

fi reciclarea, incinerarea şi degradarea materialelor. Prin reciclare nu se obţin produse de calitate datorită 

naturii heterogene a materialelor plastice. Incinerarea materialelor plastice cu eliminarea gazelor toxice şi

a vaporilor poate constitui un pericol pentru sănătate. Cea mai oportună soluţie o reprezintă materialele

plastice degradabile. Datorită  preocupărilor privind protecţia mediului înconjurător şi nevoilor pentru

dezvoltarea durabilă  din ultimii ani s-au efectuat cercetări relevante pentru producerea de sisteme

polimerice biodegradabile.

Polimerii biodegradabili sunt studiaţi şi utilizaţi într-un număr foarte mare de aplicaţii, cum ar fi:

ambalaje, filme, fibre, straturi protectoare pentru hârtie şi textile, aplicaţii medicale pentru suturi

chirurgicale, implanturi, matrici pentru sisteme cu eliberare controlată a unor medicamente sau principii

active utilizate în domeniul agriculturii. Nu este neglijată nici introducerea lor în fabricarea de repere cu

scop industrial.

Obţinerea de amestecuri polimerice biodegradabile constituie o direcţie de cercetare prioritară  şi

multidisciplinară, aflată  în strânsă  conexiune cu cercetări fundamentale în domeniul termodinamicii şicompatibilizării polimerilor, a ingineriei mediului, a biotehnologiilor.

3.1 BIOCHIMIA PROCESELOR DE DEGRADARE

Biodegradabilitatea reprezintă  proprietatea unui material (inclusiv cel polimeric) de a-şi modifica

structura sa chimico-morfologică sub acţiunea diverselor specii de microorganisme [5].

Fig. 1. Modalităţi de desfăşurare a procesului de biodegradare

Conţinutul total de carbon (C) din polimer apare sub forma a trei produse finale (figura 1):

  CO2 este produsul de respiraţie al microorganismelor;

Page 4: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 4/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 4 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

  Reziduu care rămâne din polimer sau orice produs care se formează;

  Biomasa produsă de către microorganisme prin reproducere şi creştere.

Biodegradarea totală rezultă atunci când se îndepărtează complet C din mediu. Reziduu este constituit din

fragmente de material plastic sau metaboliţi produşi în procesele de biodegradare [6].

3.2 POLIESTERI BIODEGRADABILI

Poliesterii joacă  un rol important ca materiale plastice biodegradabile datorită  legăturilor ester,

potenţial hidrolizabile. Aşa cum se prezintă în figura de mai jos, poliesterii se clasifică în două mari grupe:

poliesteri alifatici (liniari) şi poliesteri aromatici.

Principalii poliesterii biodegradabili care se comercializează sunt prezentaţi în figura 2. Cea mai

mare parte a polimerilor biodegradabili studiaţi aparţine poliesterilor.

Legenda:

Fig. 2. Clase de poliesteri biodegradabili(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Polylactic_acid)

Poliesteri 

Alifatici Aromatici

PBS PCLPHA

PLA PET

modificat

AAC

PBSA  PHPHV PHH

PBAT  PTMAT

PHB/PHV PHB/ PHH 

Produşi naturali - Reutilizabili 

Produşi sintetici - Reutilizabili

Produşi sintetici - Nereutilizabili

Page 5: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 5/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 5 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

3.3 Polimeri pe bază de acid polilactic

3.3.1 Metode de ob ţ inere

  Acidul polilactic

Acidul lactic [acid (2-hidroxi-propionic)] este cel mai răspândit hidroxiacid în natură, este un monomer

netoxic şi poate fi obţinut atât pe cale chimică, cât şi prin procese de fermentaţie a carbohidraţilor. Este

obţinut din resurse regenerabile: amidon de porumb, grâu, cartofi, orez, sfeclă de zahăr şi alte produse

bogate în amidon. Acidul lactic este cel mai simplu hidroxiacid cu un atom de carbon asimetric şi există în

două  configuraţii optic active. Izomerul-L este un intermediar al metabolismului carbohidraţilor în

organismul uman şi animal, în timp ce enatiomerii D- şi L- sunt sintetizaţi de către sistemele bacteriene.

Acid polilactic (PLA) este un polimer biodegradabil obţinut prin policondensarea directă a acidului

lactic sau a dimerului ciclic (lactida) printr-un proces de polimerizare cu deschidere de ciclu (figura 3). 

Fig. 3. Procedee de obţinere a acidului polilactic [139]

Din cauză  că  policondensarea directă  este un proces de echilibru pot să  apară  dificultăţi în

 îndepărtarea urmelor de apă, limitând astfel obţinerea unui produs cu masă  moleculară  ridicată  deşi,

există şi unele studii care folosesc policondensarea directă în prezenţa unui amestec azeotrop de solvenţicu punct de fierbere ridicat [7-9].

Cele mai multe studii au fost orientate pe obţinerea acidului polilactic prin procedeul de

polimerizare cu deschidere de ciclu a lactidei în vederea ob ţinerii de polimer cu masă moleculară ridicată 

[10-13]. Cercetările de pionierat ale lui Carothers [14] sugerează o metodă de polimerizare în două faze

pentru a produce polimer cu masă moleculară mare. În prima fază se formează lactida, un dimer ciclic a

Page 6: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 6/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 6 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

acidului lactic prin evaporarea apei rezultate în timpul procesului de formare a oligomerilor. L-acidul lactic,

D-acidul lactic sau amestecul lor pot fi polimerizaţi la oligomerul corespunzătorde masă moleculară mică,

care apoi este depolimerizat catalitic printr-un proces de transesterificare internă  în lactide. În timpul

polimerizării sunt posibile formarea a trei stereoizomeri: L-lactida, D-lactida şi mezo-lactida. În faza a

doua, L-lactida, D-lactida, D, L-lactida (50:50 amestec L şi D) sau mezo-lactida după  purificare sunt

transformate prin polimerizare catalitică  cu deschidere de ciclu în poliesteri corespunzători de masă 

moleculară ridicată. Polimerizarea cu deschidere de ciclu poate fi realizată în topitură, masă, soluţie sau

emulsie având un catalizator care este întotdeauna necesar pentru a iniţia reacţia. Funcţie de sistemul

iniţiator/coiniţiator, polimerizarea cu deschidere de ciclu poate fi realizată prin mecanism anionic, cationic,

zwiterionic, H-activ sau radicali liberi.

O metodă de realizare a poliesterilor de masă moleculară mare este folosirea extenderilor de lanţ 

[15-16]. De obicei, extenderii de lanţ sunt compuşi bifuncţionali de masă moleculară mică cu care creşte

masa polimerilor printr-o reacţie rapidă  şi nu dau produse secundare care să  contamineze polimerulrezultat. Drept extenderi de lanţ pentru poliesteri se folosesc: diizocianaţi, bisepoxizi, dianhidride, bis(2-

oxazoline), bis(5,6-dihidro-4H-oxazine) [17-20].

  Polilactida

Polilactida este un polimer termoplastic biodegradabil obţinut din acid lactic. Polilactida este rezistentă 

la apă, dar nu poate rezista la temperaturi mari (> 55 0C). Deşi este insolubilă în apă, microorganismele

din mediul marin pot să o descompună în CO2 şi apă. Acest polimer se aseamănă cu polistirenul, prezintă 

aspect lucios, dar este dur şi casant şi necesită  modificare pentru cele mai multe aplicaţii practice

(prezenţa plastifianţilor conduce la creşterea flexibilităţii). Polilactida poate fi procesată  ca şi cele maimulte materiale termoplastice în fibre, filme, formare prin termoformare sau injecţie.

În procesul de fabricare a polilactidei, cerealele sunt măcinate pentru extragerea amidonului.

Amidonul este apoi procesat pentru producerea dextrozei nerafinate care, prin fermentare, conduce la

acid lactic. Acidul lactic rezultat este condensat pentru producerea lactidei, un dimer ciclic intermediar

care este utilizat ca monomer pentru obţinerea biopolimerului. Lactida este purificată  prin distilare în

vacuum. Apoi se supune procesului de fierbere fără solvent pentru deschiderea structurii inelului pentru

polimerizare, astfel se obţine poli(lactida) (figura 4).

Page 7: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 7/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 7 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

Fig. 4. Obţinerea polilactidei

3.3.2 Propriet ăţ i  

Acidul polilactic posedă  multe propriet

ăţi echivalente materialelor plastice derivate din

hidrocarburi, fapt ce îl face adecvat pentru o serie de aplicaţii. Acidul polilactic este un polimer

termoplastic şi se foloseşte în sectorul ambalajelor, întrucât are temperatura tranziţiei sticloase de aprox.

60 0C superioară  temperaturii de folosinţă  a produselor. Are rezistenţă  la solvenţi şi arome utilizate în

domeniul alimentar şi este o barieră bună pentru vapori şi gaze permanente [21].

Recentele avantaje oferite de obţinerea unui polimer cu masă moleculară înaltă permite folosirea

acestuia pentru obţinerea de fibre, filme, neţesute, articole formate prin injecţie şi termoformare [22].

Polimerii sintetizaţi îmbină  proprietatea de biodegradabilitate a acidului polilactic cu cele de

stabilitate termică  şi rezistenţă  mecanică  specifice poliuretanilor şi poliamidelor. Supuşi proceselor de

biodegradare în sol prin compostare şi în teste de creştere a plantelor s-a observat că  polimerii suntcomplet biodegradabili şi nu prezintă efecte ecocitotoxice.

Proprietăţile materialelor plastice pe bază de acid polilactic şi amidon comparativ cu materialele

plastice convenţionale sunt prezentate în tabelul 1.

Degradarea PLA are loc prin hidroliza grupelor ester care este un proces eterogen şi decurge cu

viteză  mai mare în partea centrală  a probei decât la suprafaţă. Această  viteză  depinde puternic de

structura morfologică, dimensiunea implantului biodegradabil, precum şi de condiţiile de reacţie. Hidroliza

este catalizată  de către grupele carboxil şi viteza de hidroliză  creşte exponenţial în timp. Prezenţa

monomerului rezidual, a oligomerilor şi compuşilor cu greutate moleculară scăzută accelerează puternic

viteza de degradare, întrucât prezenţa lor are tendinţa de a creşte flexibilitatea lanţului şi hidrofiliapolimerului şi furnizează grupe carboxilice pentru reacţia autocatalitică [23-24].

Page 8: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 8/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 8 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

Tabelul 1. Comparaţie între proprietăţile biopolimerilor şi materialele plastice convenţionale

(Sursa Ramani Narayan, Michigan State University)

Propriet ăţ i (U.M.) LDPEa  

PP PLAc

PLA Polimeri pebaz ă de

amidone

Polimeri pebaz ă deamidon

f  

Densitate (g/cm ) < 0,920 0,910 1,25 1,21 1,33 1,12Rezistenţa latracţiune (MPa)

10 30 53 48 26 30

Modulul detracţiune (GPa)

0,32 1,51 3,5 - 2,1-2,5 0,371

Alungirea la rupere(%)

400 150 6,0 2,5 27 886

Rezistenţa laimpact Izod, peepruvete crestate(KJ/m2)

Fără rupere 4 0,33 0,16 - -

Modulul de flexiune(GPa)

0,2 1,5 - 3,8 1,7 0,18

a  Valori pentru LDPE homopolimer

b  Valori pentru PP homopolimerc  Valori pentru PLA tip NatureWorks 2000D, pentru termoformare şi extrudere

dValori pentru PLA tip NatureWorks 3010D pentru formarea prin injecţie

e  Valori pentru Novamont Mater-Bi YIOI U, pentru formarea prin injecţie

f  Valori pentru Novamont Mater-Bi ZF03U/A, pentru film

3.3.3 Aplica ţ ii

Acidul polilactic este intens studiat pentru eliberarea controlată  a medicamentelor, suturi

chirurgicale biodegradabile şi implanturi pentru fixarea oaselor deoarece dispune de o serie de avantaje

comparativ cu sistemele convenţionale utilizate în terapeutică. Când un polimer biodegradabil este utilizat

ca transportor într-un sistem implantabil cu eliberare de medicament, nu este nevoie de recuperarea

chirurgicală  a acestuia. Polimerii biodegradabili care se bucură  de succes în acest moment sunt cei

obţinuţi din acidul lactic şi acidul glicolic. Ei combină  un număr mare de proprietăţi dorite, cea mai

importantă fiind faptul că viteza lor de degradare poate fi controlată pe un domeniu larg prin schimbarea

greutăţii moleculare. PLA se degradează la monomerul iniţial (acidul lactic), care este un metabolit normal

 în organismul uman.

NatureWorks LLC, filiala Cargill, este cea mai mare companie privată din Statele Unite care obţine PLA

din resurse regenerabile, cu utilizare pentru producerea ambalajelor prin termoformare, a filmelor prin

extrudere şi fibrelor. Capacitatea de producţie este de circa 1360000 t [25]. 

Page 9: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 9/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 9 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

Fig. 5. Compostarea ambalajelor din polilactidă 

(Sursa: NatureWorks)

Asemănător PET, PLA trebuie supus procesului de uscare, înainte de procesare. Reciclarea

poate avea loc fie prin repolimerizare sau reutilizare. Produsele obţinute din polimeri pe bază  de acid

lactic sunt în totalitate compostabile (figura 5). Ca şi PET-ul, materialele plastice obţinute din cereale

permit obţinerea de sticle cu diverse forme şi dimensiuni. Recipienţii monostrat obţinuţi din PLA pot fi

realizate pe aceleaşi echipamente de formare prin injecţie utilizate pentru PET, fără  scăderea

productivităţii. Deşi proprietăţile de barieră ale PLA sunt mai scăzute decât cele ale PET-ului, acest lucru

se poate modifica prin folosirea polipropilenei. La aproximativ 400C, începe pierderea formei obiectelor,

dar furnizorii fac progrese ferme privind obţinerea de noi grade de polimeri derivaţi din acidul lactic, care

să ofere materialelor plastice derivate din petrol, stabilitatea la încălzire şi astfel, găsirea de noi aplicaţii,

cum ar fi ambalaje pentru băuturi foarte fierbinţi, sau alimente preparate la microunde.

Utilizarea polimerilor biodegradabili în agricultură reprezintă un domeniu de cercetare în creştere.

Chiar dacă  PLA este recunoscut ca fiind un bun candidat pentru materialele plastice biodegradabile,

utilizarea acestuia într-un domeniu vast de aplicaţii este limitată  datorită  preţului de cost. O metodă 

eficientă de reducere a costurilor produselor finale este de a încorpora agenţi de umplutură sau fibre în

biopolimeri, astfel, reducându-se cantitatea de material polimeric necesar.

Utilizarea matricelor polimerice biodegradabile (polihidroxibutirat, acid polilactic, MaterBi)

 împreună cu fibre derivate din lemn pot avea posibile aplicaţii în ambalaje şi sectorul agricol (filme mulci,

folii biodegradabile, bandă pentru legarea tomatelor, poturi, fertilizatori, etc.) [26 – 30].

Materialele obţinute din resurse regenerabile (fibre de lemn) sunt total biodegradabile, au un cost mic şi

au densitatea mică [31]. În ultimul an, utilizarea materialelor derivate din resurse vegetale (făină de lemn,

fibre din plante, bumbac reprocesat) a înregistrat o continuă  creştere. Cercetările în acest scop au ca

rezultat dezvoltarea unor tehnologii eficiente pentru prelucrarea compozitelor pe bază  de resurse

vegetale. Biomasa forestieră  reprezintă  o resursă  abundentă, reutilizabilă  şi cu preţ  mic care poate

reprezenta o alternativă la resursele petroliere.

Fibrele de lemn pot fi utilizate ca umpluturi naturale, de înlocuire a fibrelor de sticlă şi sintetice în

producţia de compozite polimerice. Procentul de fibre de lemn este limitat datorită compatibilităţii scăzute

cu polimerii hidrofobi.

Page 10: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 10/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 10 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

Concluzii

Pentru managementul deşeurilor provenite din materiale plastice cea mai bună  soluţie o

reprezintă materialele plastice biodegradabile.

Principalele clase de polimeri biodegradabili sunt reprezentate de poliesteri, polimeri pe bază de

PLA, resurge regenerabile cum ar fi amidon, făină de lemn, etc.

Materialele biodegradabile se utilizează cu succes în agricultură, ca bandă biodegradabilă pentru

palisarea tomatelor şi ca poturi biodegradabile folosite pentru transplantarea plantelor.

Polimerii biodegradabili se pot prelucra pe utilaje convenţionale, prin tehnologiile de extrudere şi

injecţie, asemănător materialelor plastice tradiţionale.

Această lucrare a fost efectuată în cadrul proiectului european FP7, Contract 212239/2008, Forest

Resource Sustainability through Biobased Composite Development (www.forbioplast.eu).

BIBLIOGRAFIE[1] E. Grosu, E. Neme ş, M. Râp ă, Rolul foliilor polimerice fotoselective multistrat în crearea microclimatului

optim pentru culturi tehnice. I, Materiale plastice, 43, Nr. 4, 317-323, 2006.

[2] T. Zaharescu, E. Neme ş, M. Râp ă, E. Grosu , Radiation modification of functional properties in

PVC/mica electrical insulations, Polymer Bulletin 57, 83-60, 2006. 

[3] E. Grosu, M. Râp ă, A. Tomescu , Radiation processing of elastomer materials for medical uses,

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 208, 220-224, 2003.

[4] M. Râp ă, E. Grosu, T. Zaharescu,  The use of natural antioxidants in obtaining improved polymeric

materials for medical applications, European Medical Polymers Conference, Queen’s University Belfast,

(oral presentation) (2nd

 – 4th

 Sept. 2008).[5] Studii în ştiinţa polimerilor 12, Materiale plastice biodegradabile şi polimeri, p. 11-13

[6] http://www.denison.edu/chem/journal/scottv 1n1.html

[7] E.M. Filachione, C.H . Fisher , Ind. Eng. Chem. 36, p. 223, 1944.

[8] M. Ajioka, K. Enomoto, K. Suzuki, A.Yamaguchi, Bull. Chem. Soc. Jpn. 68, p. 2125, 1995.

[9] D. Bendix, Polym. Degrad. Stab. 59, p. 129, 1998.

[10] J.W. Leenslag, A.J. Pennings, Macromol. Chem. 188, p. 1809, 1987.

[11] D.R. Witzke, R. Narayan, J.J. Kolstad, Macromolecules 30, p. 7075, 1997.

[12] H.R. Kricheldorf, I. Kreiser-Saunders, C. Boettcher, Polymers 36, p. 1253, 1995.

[13] H.R. Kricheldorf, I. Kreiser-Saunders, A.Stricker, Macromolecules 33, p. 702, 2000.[14] Carothers W., Dorough G., Van Natta F., J. Am. Chem. Soc. 54, p. 761, 1932.

[15] Pat. US5470944, 1995.

[16] Pat. EP0020944, 1983.

[17] P. Bonsignore, US5470944, 1995.

[18] H. Inata, S. Matsumura, J. Appl. Polym. Sci. 30, p. 3325, 1985.

[19] K. Hiltunen, Acta Polytech. Scând. Che. Technol. Ser. 254, p. 1, 1997.

Page 11: S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

7/23/2019 S1 6 Tehnologii Disponibile Pentru Procesarea Polimerilor Biodegradabili

http://slidepdf.com/reader/full/s1-6-tehnologii-disponibile-pentru-procesarea-polimerilor-biodegradabili 11/11

 Simpozionul „Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM“ , ediţia a VIII-a 

Pagina 11 din 11 

28 - 29 iulie 2011, Staţia ICPE Agigea

[20] H. Inata, S. Matsumura, J. Appl. Polym. Sci. 34, p. 2609, 1987.

[21] N. Whiteman, P. DeLassus, J. Gunderson,  International Conference on polyolefins, Houston Texas

USA, February 24-27, 2002. 

[22] Lunt J., Shafer A. L., J. Industrial Textiles, 29, p. 191, 2000.

[23] X. Zang, U. P. Wyss, Rev. Macromol. Chem. Phys. C33 (1), p. 81, 1993.

[24] X. Zang, U. P. Wyss, Polym. Bull. 27, p. 623, 1992.

[25] http://www.natureworksllc.com

[26] E. Grosu, M. Râp ă, A. Scheau, F Petrescu, C St ănescu,  La degradation biologique des dechets

polymerique, “IX-éme

Colloque Franco-Roumain sur les Polymères”, Alba – Iulia, 27-29 Aug. 2009.

[27] E. Neme ş, M. Râp ă, F. Petrescu, Forest Resource Sustainability through Biobased Composite

Development, FP7, Contract 212239/2008.

[28] M. Râp ă, E. Grosu, F. Petrescu, A. Scheau, C. St ănescu , Matrices polymerique biodegradables avec

ranforcements naturels,  “IX-éme

Colloque Franco-Roumain sur les Polymères”, Alba – Iulia, poster, 27-29

Aug. 2009. [29] M. Râp ă, E. Grosu, F. Petrescu, A. Scheau, C. St ănescu , Polymeric biodegradable matrix with natural

reinforcement,  Workshop "Innovation and Evolution by R&D - SMEs Strategic Partnership", Bucharest,

poster, 10-12 Sept. 2009. 

[30] M. Râp ă, E. Grosu, A. Scheau, C. St ănescu , Forest Resource Sustainability through Biobased

Composite Development, XXXIth National Chemistry Conference, Oltchim, poster, 6-8 Octomber, 2010. 

[31] A. K. Montanty, M. Misra, L. T. Drzal,  “Sustainable Bio-Composites from renewable resources:

Opportunities and challenges in the green materials world”, J. Polym. Environ., 10, 19-26, 2002.