Все больше и больше становится общепринятой точка зрения о том, что использование долговечных полимеров для кратковременных применений (упаковки, ресторанного обслуживания, хирургических операции или в качестве средств гигиены) не совсем оправдано.

Это просто необоснованное использование при том, что существует растущая озабоченность вопросами сохранения экологических систем. Многие сегодняшние синтетические полимеры производятся из нефтехимических веществ, и не поддаются биологическому разложению. Эти устойчивые полимеры являются источником значительного загрязнения окружающей среды, они наносят ущерб жизни дикой природы из-за своего распространения в окружающей природной среде. Так, например, известно, что присутствие в море пластмассовых пакетов наносит ущерб морской среде [1].

Кроме того, большая часть нагрузки по управлению отходами приходится на долю пластмасс, и занимающиеся этим организации (муниципальные, региональные или национальные) начинают осознавать, какую существенную экономию может принести сбор отходов, способных подвергаться компостированию. Помимо этого некоторые вопросы возникают и с валоризацией пластмассовых отходов. Энергетическая валоризация дает выбросы токсичных веществ (например, диоксин). Валоризация материала чревата проблемами, возникающими в связи с трудностями определения четко обозначенных и экономичных путей сбыта. Также из-за валоризации материала возникает довольно негативный экологический баланс из-за необходимости, практически во всех случаях, промывать пластмассовые отходы,  а также из-за энергозатрат в ходе различных технологических этапов (перемалывание отходов и обработка пластмасс).

По всем этим различным причинам огромный интерес для различных участников социо-экономической жизни общества (от отрасли по производству пластмасс до простого гражданина) представляет достижение условий, при которых можно будет заменить традиционные пластмассы на биоразлагаемые полимеры. 

Повсеместно давно уже признано наличие большого потенциала у биоразлагаемых полимеров, и, в частности, у полимеров, получаемых из сельскохозяйственных источников, таких как полисахариды (например, крахмал). Тем не менее, по сей день, такие полимеры, широко используемые в некоторых применениях (например, в пищевой промышленности), не нашли широкого применения в упаковочной промышленности в качестве замены традиционных пластмассовых материалов, хотя они могут быть в будущем интересным средством преодоления недостатков нефтехимических ресурсов. Ископаемое топливо и газ можно частично заменить материалами из более зеленых сельскохозяйственных источников, что также будет способствовать и уменьшению объемов выбросов углекислого газа [1].

БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ ПОЛИМЕРЫ

- Способность подвергаться биологическому разложению и компостированию

В соответствии со стандартом ASTM D-5488-94d, под биологической разлагаемостью понимается способность подвергаться разложению в углекислый газ, воду, неорганические компаунды, метан или биомассу (в которой основным механизмом функционирования является ферментативное воздействие микроорганизмов), которые можно измерить с помощью стандартных испытаний, на протяжении определенного периода времени, с указанием имеющихся условий утилизации.

Имеются различные среды (жидкая, инертная или компостная) для анализа на способность подвергаться биологическому разложению. Способностью подвергаться компостированию называется способность материала подвергаться биологическому разложению с использованием компостной среды. Под биологической деградацией понимается деградация органического материала, вызванная биологической деятельностью, в основном, ферментативным действием микроорганизмов.

Такое воздействие вызывает существенное изменение химической структуры материала. Конечными продуктами являются: углекислый газ, новая биомасса и вода (в присутствии кислорода: аэробия) или метан (в отсутствии кислорода: анаэробия), как определено в Европейском стандарте EN 13432:2000. К сожалению, в зависимости от используемого стандарта (ASTM, EN), необходимо иметь различные условия компостирования (влажность, температурный цикл) для определения степени компостируемости [2].

Кроме того, при использовании условий различных стандартов трудно осуществлять сравнение результатов. Надо также принимать во внимание объем минерализации, а также природу остающихся после биологического разложения остатков [3]. Накопление загрязняющих веществ с вредными остатками и химическими реакциями биоразложения могут привести к угнетению роста растений в этих продуктах, которые должны использоваться в качестве удобрений.

 На самом деле основным показателем, который должен быть определен на наличие таких побочных продуктов, является уровень токсичности окружающей среды, который также называют экотоксичностью [4].

Некоторые общие правила обеспечивают осуществления оценки степени биологического разложения. Повышение таких параметров, как: гидрофобность, макромолекулярная масса, кристалличность или размер сферулитов, снижает способность подвергаться биологическому разложению [5]. И, напротив, присутствие полисахаридов (смесей) способствует биологическому разложению.

- Возобновляемость и развитие с учетом потребностей будущих периодов

Возобновляемость тесно связана с понятием развития с учетом потребностей будущих периодов. Комиссия ООН по вопросам “Окружающей среды и развития в будущем” определяет возобновляемость как развитие, которое соответствует потребностям настоящего без нанесения ущерба способности будущих поколений удовлетворять свои потребности. По мнению Narayan (2001) [1], производимые продукты, например, упаковка, должны быть сконструированы и созданы исходя из “концепции реинкарнации”, или так называемого подхода “от колыбели до могилы”.

Использование ежегодно возобновляемой биомассы, такой как пшеничная, должно восприниматься как полный углеродный цикл. Это понятие основано на разработке и производстве продуктов на основе возобновляемых и способных подвергаться биологическому разложению ресурсов: крахмала, целлюлозы … С помощью сбора и компостирования биоразлагаемых пластмассовых отходов мы может создавать крайне необходимый богатый углеродом компост: перегнойные материалы. Эти ценные улучшители почвы могут возвращаться в фермерские земли, и возобновлять углеродный цикл. Кроме того, компостирование все больше и больше становится ключевым фактором в  поддержании возобновляемости сельскохозяйственной системы за счет уменьшения потребления химических удобрений.

- Классификация биоразлагаемых полимеров

Биоразлагаемые полимеры это растущая область [6-8]. На протяжении циклов роста всех живых организмов в природе синтезируется или формируется большое количество биоразлагаемых полимеров. Были выявлены некоторые микроорганизмы и энзимы, которые способны осуществлять их деградацию [6, 9-10].

В зависимости от того, как развивается процесс синтеза, предлагаются различные классификации различных биоразлагаемых полимеров. Один из вариантов такой классификации представлен на Рисунке. У нас имеется 4 различных категории. Только три категории (с 1 по 3) получаются из возобновляемых источников:

1. Полимеры из биомассы, такие как агрополимеры из сельскохозяйственных ресурсов (например, крахмал, целлюлоза),

2. Полимеры, получаемые за счет микробиологической деятельности, например, полигидрокси- алканоаты,

3. полимеры, получаемые в результате традиционного и химического синтеза, чьи мономеры получают из сельскохозяйственных ресурсов, например, поли(молочная кислота),

4. Полимеры, чьи мономеры получают за счет использования традиционного химического синтеза.

Все эти различные биоразлагаемые полимеры можно разбить на два основных семейства: агрополимеры (категория 1) и биоразлагаемые полиэфиры (категории со 2 по 4).

> Литература:

1. Narayan, R. Drivers for biodegradable/compostable plastics and role of composting in waste management and sustainable agriculture; Report Paper. Orbit Journal 2001, 1(1), 1-9.

2. Steinbuchel, A. Biopolymers, Volume 10: General Aspects and Special Applications. Wiley-VCH: Weinheim (Germany), 2003, 516 pp.

3. Avella, M.; Bonadies, E.; Martuscelli, E.; European current standardization for plastic packaging recoverable through composting and biodegradation. Polymer testing 2001, 20. 517-521.

4. Fritz, J.; Link, U.; Braun, R. Environmental Impacts of biobased/biodegradable Packaging. Starch 2001, 53; 105-109.

5. Karlsson, R.R.; Albertsson, A-C.; Biodegradable polymers and environmental interaction. Polymer Eng & Sci. 1998, 38(8), 1251-1253.

6. Kaplan, D.J.; Mayer, J.M..; Ball, D.; McMassie, J.; Allen, A.L.; Stenhouse, P. Fundamentals of biodegradable polymers. In Biodegradable polymers and packaging; Ching, C., Kaplan, D.L., Thomas, E.L.; Eds.; Technomic publication: Basel, 1993, 1-42.

7. Van de Velde, K.; Kiekens, P. Biopolymers: overview of several properties and consequences on their applications. Polymer Testing. 2002, 21, 433-442.

8. Rouilly, A.; Rigal, L. Agro-materials: a bibliographic review. J. Macromol. Sci.-Part C. Polymer Reviews 2002, C42(4), 441-479.

9. Chandra, R.; Rustgi, R. Biodegradable polymers. Prog Polym Sci 1998, 23, 1273-1335.

10. Averous L. Biodegradable multiphase systems based on plasticized starch: a review. J. Macromol. Sci.-Part C. Polymer Reviews 2004, 3, 231-274.

www.polymery.ru