Биоразлагаемая добавка d2w что это
Добавки для самопроизвольного разрушения полимеров
Сегодня в России все больше внимания уделяется вопросам экологии. Важные изменения происходят как в официальной позиции властей, так и в менталитете рядовых россиян. И первые, и вторые приходят к пониманию, что безответственное и наплевательское отношение к природе должно остаться в прошлом.
Конечно, до Германии в этом вопросе нам еще далеко. В ФРГ отлажена эффективная инфраструктура утилизации бытовых отходов. В немецких домах принято тщательно сортировать и очищать мусор перед тем, как выкинуть его. Для граждан ФРГ это такое же естественное занятие, как личная гигиена. Как результат: вся территория страны может похвастаться идеальной чистотой и отсутствием мусора.
В России все не так благостно. У нас нередкая картина, когда мусорные пакеты выкидывают из квартиры прямо в окно. Отметим, что подобные явления сейчас становятся все более порицаемыми в обществе. Вместе с ростом уровня жизни в России растет потребность в чистой окружающей среде.
Вопросами экологии озабочено и высшее руководство страны. Первые лица все чаще говорят о необходимости очищения российских городов от вездесущего мусора. И, прежде всего, речь идет о проблеме пластиковых пакетов. Дело в том, что полиэтиленовая продукция разлагается в течение очень долго периода времени, включающего нескольких столетий. Поэтому многие специалисты уверены, что именно пакеты из пластика стали причиной большого числа сегодняшних экологических проблем.
С другой стороны, пластиковая упаковка обладает множеством преимуществ. В их числе:
Отказываться от использования полиэтиленовых пакетов едва ли проставляется разумным в современных условиях. Существующие технологии не могут дать достойную альтернативу данному материалу.
А значит, выход нужно искать в том, чтобы сохранить все достоинства пластиковой упаковки, но при этом устранить ее главные минусы. Полиэтиленовые пакеты должны разлагаться намного быстрее. Одним из наиболее перспективных вариантов является использование специальных добавок при производстве пластиковой продукции. Данные добавки должны обеспечить быстрое разрушение полимеров.
Что такое добавка d2w?
Одной из наиболее эффективных инноваций в этой сфере является добавка d2w, производимая британской компанией Symphony. Сегодня она активно используется крупнейшими производителями полиэтилена в 60 государствах Европы, Америки и Азии. А в числе потребителей пластиковой продукции с добавкой d2w значатся ведущие мировые ритейлеры, предприятия общепита и отели: Wal-Mart, Tesco, KFC, Pizza Hut, Marriott, Nescafe, ZARA, WWF.
По своей структуре d2w является мастербатч-гранулятом на полимерной основе. Чтобы добавка эффективно выполняла свою задачу, нужно, чтобы ее содержание в полиэтиленовой продукции составляло всего 1 %. Это очень незначительная доля, которая не требует вносить каких-либо изменений в процесс производства. Внедрять специальное оборудование также не нужно. Еще одно важное преимущество добавки в том, что производительность технологической линии остается на прежнем уровне.
Единственное различие – пакеты с d2w разлагаются намного быстрее. Производитель может сам определить срок полного разложения изделия. Как правило, данный параметр устанавливается, исходя из вида продукции, которая помещается в упаковку. Например, для замороженных овощей используют пакеты со сроком разложения в несколько лет, а для свежей зелени применяют пакеты со сроком разложения всего несколько недель. Здесь очень важно отметить, что процесс разложения запускается не сразу, а в строго определенный производителем срок. Подобная отсрочка достигается благодаря включению в состав d2w особых стабилизаторов.
Внедрение добавки d2w в России
Для российских производителей упаковки технология d2w пока что является совершенно новым продуктом. А ко всему новому у нас принято относиться с осторожностью. Тем не менее, ведущие компании отрасли уже начали внедрять британскую инновацию в производство. Этому способствуют сразу несколько ключевых факторов.
Компания «УпакСнаб» относится к числу ведущих российских производителей упаковки, активно внедряющих инновационные технологии.
Биоразлагаемая добавка d2w что это
Опыт работы компании «Симплекс» с добавкой для разложения полимеров d2w показывает, что этот новый продукт интересен для отечественных производителей упаковки. А, значит, есть надежда, что апокалипсическая картина мусорного «монблана» может и не стать реальной… В данной статье подробнее остановимся на описании механизма разложения с помощью d2w изделий из полиолефинов…
Каждый день мы ходим в магазины, и все, что мы оттуда уносим, упаковано в пластик: пленку, пакет, мешок, коробку, бутылку, блистер и т.д. К этому надо прибавить полимерные отходы промышленности, сельского хозяйства, использованный одноразовый медицинский инвентарь. Все это выбрасывается, попадает в подавляющем большинстве на свалку и остается там навсегда нетленными монбланами, расползаясь вдаль и вширь, захватывая все новые и новые территории. Согласитесь, картина вполне апокалиптическая.
Как правило, львиная доля пластиков, использующихся для упаковки, приходится на полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП). Всего в мире ежегодно производится 66 млн тонн ПЭ и 60 млн тонн ПП. Для упаковки используется 38% от этого количества.
Если учесть, что ежедневно добывается 87 млн баррелей нефти, а для производства полимерных материалов (ПМ) используется 50% нафты (побочного продукта экстракции сырой нефти), то можно себе представить, какое количество природных ресурсов планеты извлекается из ее недр, чтобы, в конечном итоге, осесть на ее поверхности «мертвым грузом».
В Великобритании подсчитали, что каждый из 60 млн ее граждан в год «производит»:
Итого – 430 млн тонн ежегодно. Такими темпами можно заполнить мусором знаменитый «Альберт Холл» менее чем за шесть часов. По России такой достоверной статистики нет, но вряд ли мы «мусорим» меньше, чем в других странах.
Сейчас в странах Запада на вопрос «Что такое мусор?» все чаще можно услышать: «Мусор – это ценные материалы в неправильном месте» или «Мусор – это сырье для будущих поколений».
А что можно сделать с пластиковым мусором? На этот вопрос существует 3 варианта ответа, каждый из которых имеет свои недостатки:
2. Сжечь, извлечь энергию (пиролиз). Недостаток – ухудшение экологической обстановки: вредные выделения в атмосферу, выделение большого количества СО2
3. Оставить на свалке, закопать. Недостаток – постоянный рост биоинертной (неразлагающейся в природных условиях) массы.
В целом, вторичная переработка пластикового мусора – задача трудо- и энергозатратная. Экономическая эффективность ее находится под большим сомнением: мусор надо собрать, отсортировать, промыть и т. д. Кроме того, вторичный материал демонстрирует значительное ухудшение свойств по сравнению с первичным.
Как же быть?
В последнее время вроде бы найден ответ на этот животрепещущий вопрос – использовать биопластики, или биополимеры, т.е. полимеры, которым в процессе их изготовления придается способность в течение определенного периода (от нескольких недель до нескольких лет) разлагаться с образованием летучих и твердых продуктов, не наносящих ущерба окружающей среде, или вводить разлагающую полимер добавку в традиционные полиолефины.
Механизм разложения с помощью добавки d2w следующий: сначала происходит процесс окисления, вызванный воздействием света, тепла и механических нагрузок; затем – процесс биоразложения полимера микроорганизмами.
Рассмотрим механизм действия добавки d2w более подробно.
Полиолефины, которые подверглись окислительной деструкции, представляют собой молекулы с уменьшенной молекулярной массой и гидрофильными поверхностями. Уменьшение молекулярной массы полиолефина от 300 000 до 40 000 вместе с проникновением кислорода, который содержит функциональные группы (радикалы), ведет к биоразложению.
Присутствующие в добавке соли переходных металлов (кобальта, железа, марганца, меди, цинка, церия, никеля) создают свободные радикалы, которые, в свою очередь, ведут к появлению гидро- и пероксидов в форме альдегидов, кетонов, эфиров, спиртов и карбоновых кислот. Именно эти продукты затем и подвергаются биоразложению. Многочисленные бактериальные клетки и грибковые споры колонизируются на участках разлома и по всей толщине пленки.
Рис. 1.
На рисунке 1 показаны фрагменты пленки, в которой начат процесс разложения.
Эти фрагменты были погружены в воду и смешаны с компостом. Затем они были изучены с помощью растрового электронного микроскопа. На участках обширного распада появились колонии бактерий.
Управление скоростью разложения полиолефинов осуществляется с помощью антиоксидантов и прооксидантов. Антиоксиданты определяют индукционный период до распада макромолекул в процессе перокисления (induction period to peroxidation), прооксиданты определяют скорость биоразложения путем абиотического окисления.
Рис. 2 Размножение бактерий на ПЭ пленке с добавкой после начала процесса окисления.
Скорость разложения аналогична скорости разложения лигниноцеллюлозных природных материалов, таких, как опилки или солома.
Прооксиданты являются катализаторами процесса окисления и био-разложения полимера. Типичными нетоксичными прооксидантами для полиолефинов являются ионы переходных металлов в небольшой концентрации. Они содержатся во многих природных субстанциях. Например, содержание переходных металлов в пище и воде, мг/кг:
Железо – в обилии в мясе, в большинстве овощей, воде;
Кобальт – в рыбе (0,01), орехах (0,09), зерновых (0,1);
Магний – в зеленых овощах (2,0), орехах (15), хлебе (8,0), других зерновых (6,8), чае (2,7), воде (до 0,01);
Никель – в овсе (0,18), орехах (1,8).
Полиолефины, подвергнутые окислению, перестают быть биоинертной массой, из гидрофобных они становятся гидрофильными (смачиваемыми водой) материалами, которые способствуют интенсивному биологическому росту. Тесты, проведенные для подтверждения безопасности продуктов разложения для почвы, подтвердили: оксибиоразлагаемые полимеры в полной мере служат в качестве аэратора, удобрения для растений.
Таким образом, добавка d2w может успешно применяться в производстве изделий для сельского хозяйства и садоводства. Например, для производства защитных пленок (мульчирующих, укрывных), шпагата и нитей, сеток и т. д.
Рис. 3 Конец октября, месяц с момента укладки пленки
Конец декабря, три месяца с момента укладки пленки
Кроме того, исследования показали, что почвы, на которых ежегодно «перегнивает» такая пленка, являются более плодородными, что увеличивает урожай в кг/м2 на 15—20 %, т. к. результатом работы микроорганизмов, кроме СО2 и воды, является образование гумуса.
А безопасны ли продукты оксибиоразложения полимера для почвы?
Ответ может быть только положительным. Ведь перекисное окисление под действием света и тепла ведет к уменьшению длины полимерных цепочек и образованию усваиваемых биологическими организмами продуктов окисления.
Рис. 4 Такие испытания проводятся, в частности, на установке, называемой Bandol wheel (Колесо Бандол), которая позволяет создавать различные комбинации воздействия разрушающих факторов, имитирующих влияние всевозможных погодных условий.
После испытаний производится определение уровня разложения с помощью ряда показателей:
Результаты проведенных лабораторией Королевского химического общества (Великобритания) сравнительных испытаний образцов полиолефинов с добавкой d2w и без нее приведены на рис. 2
Вторичная переработка для полимеров с добавками – не является проблемой: при вторичной переработке не меняется ни ПТР, ни показатель относительного удлинения при разрыве. Единственно только, в процессе вторичной переработки вследствие действия высоких температур растрачиваются как катализаторы, так и стабилизаторы разложения, отчего добавка прекращает свое действие.
В статье «Пластиковый мусор: добавка – разрушитель» уже упоминалось, что у полимеров с добавкой d2w имеется Сертификат лаборатории Rapra на допуск к контакту с пищевыми продуктами.
Таким образом, суммируем явные преимущества оксибиоразлагаемых полимерных материалов
Экологические преимущества:
Преимуществами полиолефинов с добавкой в процессе изготовления, переработки и использования упаковочных материалов являются:
• Возможность использования добавки с многотоннажными полимерами
• Материал сертифицирован на контакт с любыми пищевыми продуктами и идеально подходит даже для замороженных продуктов.
• Материал можно как компостировать, так и вторично перерабатывать в изделия.
Опыт работы компании «Симплекс» с добавкой d2w показывает, что этот новый продукт интересен для отечественных производителей упаковки. А, значит, есть надежда, что нарисованная в начале статьи апокалипсическая картина мусорного «монблана» может и не стать реальной.
Как работает биоразлагаемая добавка d2w?
Пластиковые пакеты, изготовленные с применением биоразлагаемой добавки d2w, относят к классу оксо-биоразлагаемых, поскольку их разрушение происходит в два этапа: 1) окисление и 2) биоразложение.
Производство и использование
Добавка d2w представляет собой соли металла и включается в состав исходного сырья на стадии производства.
После заданного периода стабильности, обеспечиваемого антиоксидантами, входящими в состав d2w, добавка вызывает распад углерод-углеродных связей в молекулярной цепи, что приводит к расщеплению цепи и её разрыву.
Окисление
Сокращение размеров молекул позволяет кислороду связываться с углеродом с образованием CO2. Пластмассовые изделия становятся хрупкими и разрушаются на мелкие хлопья. Процесс окисления может идти быстрее в присутствии света, тепла и механических воздействий.
К концу этапа материал фактически становится смачиваемым водой и теперь микроорганизмы могут получить доступ углероду и водороду.
Биодеградация
На данный момент это уже не пластик, а материал, способный к биоразложению.
В итоге биоразложения получаем CO2, воду и гумус.
Иллюстрация процесса деградации пластикового пакета
Это видео демонстрирует, как пластиковый пакет разлагается с течением времени, благодаря уникальной добавке d2w. Эта добавка превращает обычные пластиковые изделия в конце срока их полезного использования в материал с совершенно другой молекулярной структурой. На финальном этапе это уже не пластик, а материал, который может быть био-ассимилирован в открытой среде так же, как осиновый лист.
Биоразлагаемая добавка d2w что это
В настоящее время производится примерно 150 видов различных пластиков, из которых в отходы попадает до 75 % материалов от общего объема произведенных и использованных полимеров. В связи с этим проблема переработки отходов полимерных материалов обретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей среды, но и с экономических позиций [6, 7].
В общей массе полимерных отходов основной удельный вес занимает полиэтилентерефталат – 25 %, затем полиэтилен высокой плотности и низкой плотности (ПЭВП, ПЭНП) – по 15 %, полипропилен (ПП) – 13 %, полистирол (ПС) – 6 %, поливинилхлорид (ПВХ) – 5 % и прочие полимеры, использование которых пока ограничено – 21 % [8].
Значительная доля полимеров имеют очень короткий срок эксплуатации. Рост объемов производства полимеров приводит, соответственно, к росту их доли в отходах. По данным Союза европейских производителей пластмасс за последние 15 лет доля полимерных материалов в отходах выросла с 2 до 8–11 %.
Полимерная упаковка выходит из оборота почти сразу же после того, как товар попал в руки покупателя. Отходы полимеров, в том числе и упаковочных материалов, подвергают либо захоронению в земле, либо утилизации, которая осуществляется по одному из трёх направлений: сжигание, пиролиз, рециклинг [7].
Одним из наиболее эффективных способов решения проблемы полимерного мусора является получение новых композиционных материалов на основе вторичных полимеров [4, 9] и производство биоразлагаемых полимеров, способных разрушаться в природе с образованием безвредных веществ [3].
Процессы разложения отходов полимерных материалов в природных условиях являются малоизученными из-за их новизны, сложности и отсутствия быстрой экономической выгоды. Дело в том, что известные на рынке типы полимерных материалов с оксобиоразлагаемыми добавками разлагаются по-разному не только по скорости, но и по механизму деструкции.
Полимеры, изготовленные с применением добавки d2w (дитиокарбонат железа или никеля), относят к классу оксибиоразлагаемых, так как их разрушение происходит в два этапа: окисление и биоразложение. Сначала происходит процесс окисления, вызванный воздействием света, тепла и механических нагрузок; затем – процесс биоразложения полимера микроорганизмами. При этом действие добавки запускается не сразу после производства изделия, а через некоторое время, поскольку включение в рецептуру определенных стабилизаторов препятствует этому.
После заданного периода стабильности, обеспечиваемого антиоксидантами, входящими в состав d2w, добавка вызывает распад углерод-углеродных связей в молекулярной цепи, что приводит к расщеплению цепи и её разрыву. Полиолефины, которые подверглись окислительной деструкции, представляют собой молекулы с уменьшенной молекулярной массой и гидрофильными поверхностями. Уменьшение молекулярной массы полиолефина от 300 000 до 40 000 вместе с проникновением кислорода, который содержит функциональные группы (радикалы), ведет к биоразложению [1–3].
Сокращение размеров молекул позволяет кислороду связываться с углеродом с образованием CO2. Пластмассовые изделия становятся хрупкими и разрушаются на мелкие хлопья. Процесс окисления может идти быстрее в присутствии света, тепла и механических воздействий.
К концу этапа материал фактически становится смачиваемым водой, и микроорганизмы могут получить доступ к углероду и водороду, это уже не пластик, а материал, способный к биоразложению, в результате которого получаем CO2, воду и гумус [1]. Управление скоростью разложения полиолефинов осуществляется с помощью антиоксидантов и прооксидантов. Антиоксиданты определяют индукционный период до распада макромолекул в процессе перокисления (induction period to peroxidation), прооксиданты определяют скорость биоразложения путем абиотического окисления. Скорость разложения полиолефинов в этом случае аналогична скорости разложения природных материалов, таких как опилки или солома.
Кроме того, исследования показали, что почвы, на которых ежегодно «перегнивает» такая пленка, являются более плодородными, что увеличивает урожай на 15–20 %, т.к. результатом работы микроорганизмов, кроме СО2 и воды, является образование гумуса.
Сфера применения добавки d2w обширна: это может быть и упаковка из термоусадочной пленки, любые другие изделия, которым необходимо придать свойство «быстро исчезнуть».
На базе кафедры химии Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова в период с февраля 2014 г. по март 2016 г. проводились исследования с целью изучения влияния добавки d2w на деструкцию полиэтиленовых упаковочных пленок.
Объекты исследования. Для достижения цели были отобраны образцы шести оксибиоразлагаемых плёнок из полиэтилена различных производителей, которые доступны в Уральском регионе (табл. 1).
Миф о “волшебной” добавке d2W и ее биоразлагаемых свойствах.
Ведь с 2021 года Евросоюз отказывается от использования этого материала. Как идти в ногу со временем и соответствовать Европейским требованиям?
Решить эту проблему должна “магическая” добавка d2W. Но не зря ли на нее возложены такие надежды? Обеспечит ли она Биоразлажение? Сегодня мы в этом разберемся.
Модный тренд Экологичности и Безопасности уже не первый год занимает умы наших сограждан.
Мы, все чаще, делаем выбор на основе пользы, а не экономии. Мы покупаем все, к чему добавлена приставка ЭКО или БИО. И этот спрос породил много мифов и манипуляций.
В нашей стране самые передовые производители и продавцы любой пластиковой продукции заявляют сегодня о переходе на новое сырье, которое является Биоразлагаемым. Этим сырьем они называют обычный полипропилен в который добавлен d2W.
Большая сеть недорогих продуктовых супермаркетов АТБ с 1 апреля 2019 года стала продавать полиэтиленовые пакеты с этой добавкой. Назвали они их “Зеленые пакеты”.
Я не химик, но мне стало интересно, как добавка введенная в сырье из нефти может сделать всю массу Биоразлагаемой.
Чтоб разобраться с этим понятием, сначала выясним, что означает термин Биоразлагаемый пластик. По Европейской классификации полностью биоразлагаемым считается материал, который разлагается на 90% и более, в течении 90 дней. Это Европейский промышленный стандарт EN 13432. Приставка Био, подразумевает растительное или органическое происхождение сырья. А нефть, добываемая из недр Земли мало похожа на растение.
Так что же делает добавка d2W с традиционным пластиком? Она ускоряет процесс разрушения, только и всего.
Изобрела эту добавку Английская фирма Symphony. Она действует как катализатор, который вызывает разрушение углеродных связей в молекуле полипропилена. От этого молекула делится на фрагменты, а сам материал становится хрупким и разлагается на множество мелких частиц.
К тому же, для разложения такого вида пластика необходимы отдельные полигоны, а значит, надо сортировать мусор при попадании его в мусорную корзину. У нас этого нет и в ближайшее время не предвидится. Выброшенный на общую свалку он ведет себя так же как обычный полипропилен. И разлагаться будет столетия.
Еще одна опасность кроется в том, что неотсортированный и отправленный во вторичную переработку, он вредит вторичнопроизведенному пластику и делает его еще более токсичным.
Те изделия с d2W, которые разложились на более мелкие фрагменты, наносят еще больший вред. Волокна и микрочастицы становятся летучими, попадают с воздухом в организмы людей и животных, а там они уже не растворяются, а вызывают заболевания. Мелкие части пластика попадают в водоемы, загрязняя и отравляя все вокруг. От этого гибнут рыбы, птицы, морские животные. Вода становится непригодной для использования. Ее очистка требует больших средств. Целый пакет или тарелку проще поднять и выбросить, чем тысячи фрагментов.
В 2015 году в Милане состоялся суд над итальянской компанией KromaBatch, которая продавала добавку d2W, как биоразлагаемую. Это химическое вещество не соответствует Европейским стандартам Биоразложение. Суд Милана постановил, что более быстрое разложение пластика с содержанием d2W не делает его биоразлагаемым. Упаковка и продукция из такого пластика не соответствуют Европейскому стандарту промышленного компоста EN 13432.
Применение добавки d2W в Европе с целью Биоразлажения- запрещена.
Подведем итоги. Химическая добавка d2W:
Вывод очевиден! Модная добавка d2W не более чем маркетинговый ход. Это так нам свойственно, менять ничего не меняя.
Но давайте называть вещи своими именами: пластик пластиком, химические вещества химическими веществами, токсичность токсичностью. Потому что, если мы не назовем проблему такой, как она есть, у нас нет шансов с ней справится.
Так и будем прятаться за сложными химическими формулами, которые никому не понятны и приписывать приставки Эко и Био ко всему, что сложно проверить.
Давайте действительно что-то с этим делать. У нас аграрная страна, которая дает нам огромные возможности производит аналоги пластика из растительного сырья. Мы можем обезопасить себя, свою семью и своих потомков.