Если нет условий компостирования, такие полимеры не разлагаются, либо разлагаются медленно. Данный вид полимеров имеет свои недостатки, в том числе связанный с тем, что такие полимеры получают из растительного сырья, а растительное сырье имеет свои ограничения в объеме по разным причинам: урожай, не урожай, ограничения по объему площадей для выращивания таких культур, поскольку эти площади нужны для выращивания культур, которые применяются для производства пищи.
По этой причине, данные полимеры не могут покрыть весь спектр применений полимеров в пищевой и других областях.
Однако до сих пор в большом объеме применяются для пищевой упаковки, в медицине,
в других областях традиционные полимеры, такие как полипропилен, полиэтилен, сополимер этилена и винилацетата.
Эти полимеры разлагаются очень медленно.
Для того, чтобы они разлагались нужны дополнительные меры.
Существуют много мифов в области биоразложения полимеров. Много непроверенной информации, информации, которая вводит в заблуждение людей, которые хотели бы применять полимеры без вреда экологии, и вот некоторые из них:
Миф: существует универсальное решение в биоразложении полимеров.
Его нет. Каждая технология может решить определенную задачу и с определенным полимером или полимерами, если они имеют схожую структуру.
Например, компостируемые биоразлагаемые полимеры не решают вопросы биоразложения синтетических полимеров ПЭ, ПП.
Да, если мы применяем компостируемые материалы для производства пакетов для покупок в супермаркетах и, если есть реальный раздельный сбор мусора и эти пакеты попадают в компост, в этом случае решается только одна проблема -проблема пакетов, тонких пленок и только в узком сегменте. Там, где мы заменили пакеты из Пэ и ПП на компостируемыми пакеты.
Однако, если они не попадают в компост, то никакого эффекта нет.
Миф: ПЭ и ПП не могут разлагаться
Могут. Для этого необходимо применять катализаторы деструкции — прооксиданты. Вещества, окисляющие полимер и способствующие абиотическому разложению ПЭ и ПП. К сожалению, по многим причинам, не относящимся к возможностям технологии разложения ПЭ и ПП прооксидантами, их пытаются оговорить.
Какие технологии на сегодняшний день можно применить для утилизации полимеров:
1. Это переработка полимеров физическими методами. Вторичная переработка.
2. Регенерация энергии и ресурсов. Это процессы сжигания, термо-расщепление и химическое расщепление.
3. Биоразложение биоразлагаемых полимеров, компаундов на их основе.
Например, компостируемые пластики на основе полимеров молочной кислоты.
Для этого необходим промышленный компост.
Для синтетических полимеров таких как полиэтилен, полипропилен, можно применять катализаторы окисления абиотическое разложение (окисление и деструкция полимера) с последующим биотическим разложением.
Все это известно под общим названием оксо-биоразложение, которое включает в себя все виды воздействия на полимер, с целью его деструкции и разложения.
Это фоторазложение, термо-разложение, механо -химическое и так далее.
Основная цель — окисление полимера до низкомолекулярных продуктов.
Мы не будем подробно останавливаться на переработке пластиков методом экструзии или сжиганием и химическим расщеплением.
Переработка пластиков методом экструзии имеет свои особенности и не всегда экономически целесообразна. Но это один их эффективных способов.
Сжигание полимеров и химическое расщепление имеет свои технологические
и экологические плюсы и минусы, устранив которые можно эффективно бороться
с пластиковым мусором.
Мы не будем здесь говорить об этом детально.
Мы делаем акцент на биоразложении.
Каким образом можно ускорить процесс биоразложения синтетических полимеров
ПЭ и ПП:
Микробы и биоразложение
Пластики могут разлагаться под воздействием микроорганизмов или безпозвоночными.
В соответствии со стандартом британским BSCEN/TR 15351e2006 биоразлагаемые пластики минерализуются в СО2 воду и биомассу в течение процесса биоразложения.
В основном, процесс биоразложения полимеров проходит в 4 этапа:
- Биодетериоризация —образование пленки.
- Деполимеризация —когда микроорганизмы выделяют внеклеточные ферменты (экзоферменты), которые катализируют разложение цепочки полимера в олигомеры, димеры, мономеры.
- Биоассимиляция —небольшие молекулы разлагаемого полимера абсорбируются на микробных клетках, генерируя образование первичных и вторичных метаболитов (продуктов обмена веществ).
- Минерализация —когда продукты обмена веществ, метаболиты минерализуются в СО2, СН4 воду и другие газы.
Однако, для микроорганизмов сложно разлагать пластик полностью в течение короткого времени, это обусловлено структурой полимеров, например, ПЭ И ПП, их длиной цепочки, в том числе с присутствием добавок и антиоксидантов.
Основным источником питания бактерий и грибов является углерод.
И он должен быть доступен.
Полимер с длиной углеводородной цепочкой и большой молекулярной массой обладает высокой гидрофобностью, не смачивается водой.
Углерод в такой структуре не доступен для бактерий.
Поэтому, предварительная обработка синтетических полимеров необходима.
Это предварительное абиотическое разложение, окисление как первая стадия разложения полимера, подготовка его к биотическому разложению, второй стадии.
Это значительно снижает общее время разложения.
Это уникальная возможность, и очень важная часть в деле утилизации полимеров. Поэтому, и в настоящее время многие ученые изучают этот процесс и стараются совместить окисление с другими процессами.
Но основной процесс остается окисление полимера прооксидантами.
Прооксидант
Когда мы хотим сохранить свойства полимера мы добавляем антиокосидант,
который предотвращает деструкцию и окисление полимера по радикальному механизму.
Сейчас у нас обратная задача.
Мы должны создать условия для окисления и деструкции полимера до низкомолекулярных фрагментов и получить продукты с высокой гидрофильностью, смачиваемостью и с доступным углеродом для микроорганизмов.
Процесс разложения полимера с помощью прооксиданта называется абиотическим.
Что можно применять в качестве прооксидантов?
Например, прооксиданты основанные на комбинации металлов, дающие два металлических иона, обладающее окислительной способностью, очень активные и эффективные. Например, Mn+2/Mn+3.
Материал использует кислород воздуха в атмосфере, чтобы деструктировать по свободно радикальному механизму.
Гидропероксиды формируются как первичный продукт, далее термическое разложение
и фотохимическое разложение под каталитическим воздействием прооксиданта.
Это в конечном счете, приводит к расщеплению, и получению низкомолекулярных продуктов, таких как карбоновые кислоты, спирты, кетоны, углеводородные воска.
Можно применять фоточувствительные вещества, или фото.
Можно применять радиационную обработку и другие способы.
Все они окисляют полимер, способствуют его разложению по радикальному механизму.
И все это классифицируется как оксоразложение.
Поскольку во всех этих процессах в первую очередь участвует кислород.
Конечно самый удобный способ — это применять прооксидант в виде добавки в полимер.
Под классификацию оксобиоразложения попадают многие компании, которые применяют разные прооксиданты.
Возьмем в пример полиэтилен.
Чтобы вы не добавили в ПЭ, крахмал, сополимеры, какие-нибудь энзимы, другие полимеры и так далее, в любом случае Вы должны будете использовать прооксидант для первичного разложения, окисления высокомолекулярной молекулы полиэтилена.
Остальные выше приведенные добавки -это вспомогательные вещества, которые могут привлекать микроорганизмы, и снижать общую массу полиэтилена.
Без прооксидантов вы не сможете получить низкомолекулярные продукты разложения.
В конечном счете после абиотического разложения полимера мы на первом этапе имеем фрагменты в виде порошка, это уже не тот изначальны полимер, это уже окисленный полимер, с разорванными связями, с низкой молекулярной массой.
Есть большая разница в том когда мы окисляем полимер и разрушаем его химические связи, или просто взяли и порезали полимерную пленку на мелкие фрагменты ножницами.
Поверхность полимера становится гидрофильной, то есть хорошо смачивается водой. Далее мы получаем низкомолекулярные фрагменты, карбоновые кислоты, спирты, углеводородные воска.
Мы уже говорили от том, что микроорганизмам легче добывать углерод в низкомолекулярных веществах.
Так в нашем случае, микроорганизмы начинают атаковать низкомолекулярные продукты после окисления полимера.
