Biologisch afbreekbare kunststoffen

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Biologisch afbreekbare kunststoffen
250px
Eigenschappen
Categorie: Materialen
Originele auteur: Judith Vissers en Cyriel van Oorschot
Jaar: 2011
Wikipedia link: Biodegradable plastic

Inhoud

Handelsnamen

Er zijn een groot aantal biologisch afbreekbare kunststoffen op de markt die allemaal een handelsnaam hebben. Hieronder volgen enkele voorbeelden van de handelsnamen van alifatische (met koolstofverbindingen) polyesters die biologisch afbreekbaar zijn door middel van hydrolyse (proces waarbij stoffen gesplitst worden door toevoeging van water):

Naam kunststof Handelsnaam Soort
Polylactic acid PLA Hernieuwbare grondstof
Polybutylene succinate PBS Synthetisch
Polycaprolactone PCL Synthetisch
Poly-3-hydroxybutyrate PHB Natuurlijk geproduceerd
Polyhydroxyvalerate PHV Natuurlijk geproduceerd
Polyhydroxyhexanoate PHH Natuurlijk geproduceerd

Beschrijving

Biologisch afbreekbare kunststoffen zijn kunststoffen die composteren in een natuurlijke aërobische of anaërobische omgeving. Het afbreken van het kunststof kan bereikt worden door ervoor te zorgen dat micro-organismen die zich in de omgeving begeven de moleculaire structuur van het materiaal afbreken en het omzetten in humusachtig materiaal dat minder schadelijk is voor het milieu en zijn omgeving dan wanneer je traditionele kunststoffen in de natuur zou laten slingeren. De kunststoffen zijn gemaakt van of biologische kunststoffen, natuurlijke ruwe materialen (denk aan zetmeel, cellulose, plantaardige oliën en glucose) of petroleumkunststoffen die gebruik maken van een additief. Door toevoeging van bepaalde additieven kunnen sommige petroleumkunststoffen afbreken door ze bloot te stellen aan UV-licht. De petroleumkunststoffen zijn soms ook vermengd met zwelmiddelen die ervoor zorgen dat, wanneer de materialen zich bevinden in een warme en vochtige omgeving, ze opzwellen waardoor het additief de kunststof kan afbreken en neutraliseren. Biologisch afbreekbare kunststoffen kunnen op veel verschillende manieren verwerkt worden. Ze kunnen bijvoorbeeld worden spuitgegoten. Dan moet gedacht worden aan wegwerpverpakkingitems voor de voedselindustrie. Biologisch afbreekbare kunststoffen komen ook veel voor in folievorm, dan worden ze gebruikt voor onder andere fruitverpakkingen en ‘plastic’ tasjes.

Eigenschappen

Er moet een onderscheid gemaakt worden tussen biologische kunststoffen en biologisch afbreekbare kunststoffen:

  • Biologische kunststoffen: Dit zijn kunststoffen die gemaakt zijn van hernieuwbare grondstoffen zoals zetmeel, glucose, plantaardige oliën en cellulose. Deze kunststoffen zijn niet per definitie biologisch afbreekbaar. Hernieuwbare grondstoffen worden uit verschillende landbouwproducten gehaald en omgevormd tot polysachariden. Het kunststof is gevoelig voor vocht maar wordt veel gebruikt als verpakkingsmateriaal. Doorlaatbaarheid voor zuurstof is zeer laag. Door verschillende hoeveelheden flexibiliserende stoffen en weekmakers zoals glycerol en sorbitol toe te voegen veranderen de eigenschappen.
  • Biologisch afbreekbare kunststoffen. Dit zijn kunststoffen die zowel gemaakt kunnen zijn van hernieuwbare grondstoffen als fossiele grondstoffen. Biologisch afbreekbare kunststoffen kunnen wel biologisch afgebroken worden door middel van micro-organismen of ze kunnen gecomposteerd worden.
Traditioneel kunststof op molecuulniveau
Traditioneel kunststof op molecuulniveau

De verschillende kunststoffen hebben verschillende eigenschappen. Sterkte vochtgevoeligheid of bestendigheid tegen hoge temperaturen. Daarom worden er vaak mengsels gemaakt van de verschillende kunststoffen om een beter resultaat te krijgen. Biologische kunststoffen zijn over het algemeen wel poreuzer dan biologische kunststoffen en traditionele kunststoffen. Dit komt omdat er op molecuul niveau een verschil in lengte is van de polymeerketens. Traditionele kunststoffen hebben vaak langere ketens die dicht op elkaar zitten, hierdoor kunnen micro-organismen niet goed bij de ketens om deze af te breken. Biologisch afbreekbare kunststoffen bestaan uit kortere ketens die wat minder dicht op elkaar zitten. Hier kunnen de micro-organismen wel goed bij en dit wordt dan ook goed afgebroken. Er is een bepaalde wetgeving voor het benoemen van biologisch afbreekbare kunststoffen. Deze wetgeving verschilt van land tot land. Volgens de huidige standaarden in Nederland is een kunststof composteerbaar te noemen als het binnen 3 tot 6 maanden voor 60 tot 90% is afgebroken tot niet-toxische materialen. Biologisch afbreekbare kunststoffen behoren tot de groep van thermoplasten.

Hoe een bakje van bagasse (vezelachtig afval dat overblijft als de suiker aan het suikerriet onttrokken is) wordt afgebroken

Leveringsvormen

De ruwe grondstof van biologische kunststoffen wordt net als veel andere kunststoffen aangeleverd in de vorm van kleine korrels. Met de bestaande apparatuur voor plasticfabricage kunnen deze korrels verwerkt worden tot hun uiteindelijke vorm. Voor meer informatie over leveranciers, zie verderop in deze datasheet.

Be- / Verwerkingstechnieken

Net als de traditionele kunststoffen kunnen biologische kunststoffen ook verwerkt worden door middel van bijvoorbeeld extrusie, spuitgieten, folieblazen, schuimen en het aanbrengen van kunststof als deklaag op papier omdat ze ook thermoplastisch zijn. Wel moet er per materiaal gekeken worden of er kleine aanpassingen gedaan moeten worden alvorens de techniek te gebruiken. Maar dit is ook het geval bij de traditionele kunststoffen. Het is ook mogelijk het materiaal te kleuren, te mengen met vulstoffen of om speciale eigenschappen te verkrijgen door additieven toe te voegen.

Toepassingen

  • Voedselverpakkingen: Kunststoffen worden het meest gebruikt in de verpakkingsindustrie. Het is dus heel goed mogelijk om traditionele kunststoffen te vervangen door biologisch afbreekbare kunststoffen. Bijkomend voordeel hiervan is dat de inhoud met verpakking en al weggegooid kan worden wanneer het product zijn houdbaarheidsdatum heeft overschreden of wanneer het bedorven is. Houdt er wel rekening mee dat biologisch afbreekbare kunststoffen poreuzer zijn dan de traditionele kunststoffen wat nadelig is voor de houdbaarheid van het product.
  • Landbouw: Biologisch afbreekbaar kunststof als grondstof voor afdekkingsmateriaal van gewassen op het land is handig omdat het land aan het eind van het seizoen dan in één keer omgeploegd kan worden zonder dat het zeil eerst verwijderd moet worden. Dit wordt namelijk gecomposteerd in de grond. Een andere toepassing is het gebruik van biologisch afbreekbare afvalzakken. In de landbouw hebben ze veel groen afval wat gecomposteerd kan worden. Het is handig als je dit afval in één met zak en al op de composthoop kunt gooien zonder eerst de zak te moeten legen. Tevens bestaan er biologisch afbreekbare plantenpotten. De planten kunnen dan met pot en al in de grond worden gezet. De pot zal gecomposteerd worden.
  • Medisch: In de medische sector zijn eigenlijk twee toepassingen van biologisch afbreekbaar kunststof te noemen. Ten eerste oplosbaar hechtdraad. Wanneer patiënten gehecht zijn hoeven ze niet later terug te komen om de hechting eruit te laten halen.

De tweede toepassing is kleine capsules gemaakt van biologisch afbreekbaar kunststof. Deze capsules bevatten medicijnen en zorgen voor een geleidelijke afgifte ervan. Dit wordt vooral gebruikt voor patiënten met een chronische ziekte. Het voordeel is dat mensen minder vaak het medicijn in hoeven nemen want het is langer werkzaam, zij hoeven nu niet telkens opnieuw het medicijn toegediend te krijgen.

Voordelen

  • Gebruik van hernieuwbare grondstoffen. Een nadeel van traditionele kunststoffen is dat ze gemaakt worden uit fossiele brandstoffen. Biologisch afbreekbare kunststoffen kunnen ook gemaakt worden uit hernieuwbare grondstoffen die we zelf snel kunnen produceren.
  • Recycling. Wanneer biologisch afbreekbare kunststoffen zijn gemaakt van hernieuwbare grondstoffen (zoals bijvoorbeeld zetmeel en plantaardige oliën)kunnen ze gecomposteerd worden. Het compost kan vervolgens weer gebruikt worden als voeding voor de hernieuwbare grondstoffen. Zo ontstaat er een kringloop:

Kringloop Biologisch afbreekbare kunststoffen.png

  • Twee voordelen van compostering:
    • Vastleggen van koolstof in de bodem. Dit betekent dat deze koolstof niet in bijvoorbeeld CO2 vrijkomt en als broeikasgas in de atmosfeer komt.
    • Substitutie van kunstmest en veen. De productie van kunstmest is zeer slecht voor het milieu wanneer er een overmaat aan voeding wordt gegeven aan de planten. Kunstmest is zeer goed oplosbaar in water waardoor planten maar kort de tijd hebben om het op te nemen, want het wordt weggespoeld door het grondwater. De voeding die niet wordt opgenomen door de planten komt via het grondwater terecht in rivieren en oceanen waardoor deze wateren verontreinigd raken. Wanneer compost wordt gebruikt als voeding voor planten wordt het milieu niet geschaad.

Nadelen

  • Het afvalprobleem wordt niet opgelost door biologisch afbreekbare kunststoffen te gebruiken. Het onverantwoordelijke gedrag van mensen, om afval zomaar op straat te gooien, wordt hierdoor misschien juist versterkt omdat ze denken dat het toch weer afgebroken wordt. Maar dit duurt toch nog een aantal jaren omdat de omstandigheden ver van ideaal zijn op straat.
  • Biologisch afbreekbare kunststoffen breken alleen af in bepaalde omstandigheden (specifieke temperatuur, vochtigheid en micro-organismen). Als dit niet op de juiste manier gaat kunnen ze zelfs slechter voor het milieu zijn dan de gebruikelijke kunststoffen (zie o.a. volgend nadeel).
  • Wanneer biologisch afbreekbare kunststoffen gestort worden, worden ze door methaanproducerende bacteriën afgebroken. Methaangas is een nog veel schadelijker broeikasgas dan CO2. Het storten gebeurt heel veel in bijvoorbeeld Amerika. Vaak wordt het methaan niet opgevangen maar ontsnapt het gewoon de atmosfeer in.
  • Biologisch afbreekbare kunststoffen als verpakkingsmateriaal zijn vaak nadelig voor de houdbaarheid van het voedsel doordat het veel poreuzer is en daardoor is het minder luchtdicht.
  • Op dit moment zijn de uitgangsmaterialen van biologische kunststoffen over het algemeen iets duurder dan de uitgangsmaterialen van de traditionele kunststoffen. Maar hoe groter de schaal wordt waarop het geproduceerd wordt, hoe lager de materiaal- en productiekosten worden.
  • Om grondstoffen te produceren waarvan vervolgens biologische kunststoffen worden gemaakt wordt landbouwgrond opgeofferd dat anders voor de voedselproductie zou kunnen worden gebruikt.
  • Het kweken van grondstoffen en vervolgens verwerken tot kunststof kost veel water en energie.

Milieuaspecten

Biologisch afbreekbare kunststoffen zijn uiteraard erg milieuverantwoord doordat ze gerecycled kunnen worden. Er moet worden opgelet dat er wel wat nadelen kleven aan het productieproces waarbij het milieu geschaad kan worden (zie kopje nadelen). Ook is het een misverstand dat biologisch afbreekbare kunststoffen op elke plek in de natuur kunnen afbreken. Het afbreken van biologisch afbreekbaar kunststof geschiedt onder specifieke omstandigheden.

Leveranciers en kenniscentra

Er zijn een groot aantal leveranciers van biologisch afbreekbaar kunststof. Hieronder staan 4 grote producenten genoemd.

Bronnen

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen