Szakdoli6

6. Környezetbarát- és bio -polimerek alkalmazása a csomagolásban

Jelenkorunk nélkülözhetetlen eleme a csomagolt élelmiszer. Az élelmiszerek csomagolására egyre növekvő mennyiségű polimereket használnak fel. A legtöbb szintetikus polimert a lebomlási folyamatokkal szembeni ellenállóság jellemzi. Ez a felhasználás során előnyös tulajdonság a hulladékban való megjelenésekor problémát okoz.

A biológiailag lebomló csomagolóanyagok bizonyos célokra már bebizonyították alkalmasságukat. Az iparnak azonban meg kell oldania a csomagolóeszköz tartósságának és a bioélelmiszer eltarthatóságának összehangolását. Meg kel őrizni a lebomló csomagolóanyagok stabilitását a tárolás alatt, egészen a csomagolás eldobásáig. Lehetőleg ki kell küszöbölni a lebomlást elindító körülményeket, kidobás után pedig biztosítani kell a biodegradáció optimális feltételeit (szelektív gyűjtés, komposztálás).

6.1. Gazdasági kérdések

            Az ismertetett problémákon túl nyitva marad a gazdaságosság kérdése. Ma a csomagolásfejlesztőket a költségek csökkentésének kényszere kedvezőbb alternatívák kidolgozására ösztönzi. Kivételekkel csak ott találkozunk, ahol a különleges csomagolás révén magasabb ár érvényesíthető. A gazdaságosság a csomagolásfejlesztés fontos területe marad a jövőben is.

           

Jelenleg a komposztálható anyagok drágábbak a hagyományosoknál. Ennek egyik fő oka a magas fejlesztési költség, valamint a kisebb termelési kapacitás. A nagy tömegben előállított műanyagok, például a polietilén ára az alapanyagok árával szorosan összefügg ( a petrolkémiai források korlátozottsága még nem jelent meg az árakban). Viszonylagossá teszei az árkülönbözetet a hulladékkezelés költsége, például a DSD-nek (Duales System Deutschland) fizetendő licencdíj, amely jelenleg a polimerekre 2,95 EUR/kg, a komposztálás költsége jóval 1 EUR/kg alatt van.

A hulladékkezelés árviszonyai, valamint a termelő kapacitások bővülése minden bizonnyal javítani fogja a komposztálható biocsomagolóanyagok esélyeit.

Ha az említett határfeltételek javulása bekövetkezik, látható, hogy néhány éven belül kedvező elmozdulás várható. A csomagolóanyag-gyártók és felhasználók számára fontos, hogy a biológiailag lebomló anyagokkal kapcsolatos változásokat figyelemmel kísérjék, és amint lehetséges, megfelelő csomagolási megoldást dolgozzanak ki.

A biológiailag lebomló anyagokban nagy innovációs lehetőség rejlik, ami éppen a csomagolóipari vállalatok számára nyithat új és ígéretes piacokat. Minden bizonnyal még hosszú az út addig, míg biológiailag lebomló anyagok a hagyományos anyagokkal azonos teljesítményt fognak nyújtani. Az is biztos, hogy több ezek közül hosszú távon nem is helyettesíthető más anyaggal. A lényeges az az előny, amelyet a lebomló anyagok a komposztálhatóság és a megújuló erőforrások használata révén nyújtanak.

A lebomló anyagok alkalmazása hozzá járulhat ahhoz, hogy a jövő generációja nem fog függeni a mi mentalitásunktól. Olyan egyszer használatos (egyutas) termékeknél, ahol nincs szükség hosszabb idejű stabilitásra, már ma is kifizetődőbb tömegtermelésük. Elegendő, ha a gyorséttermekre utalunk. A környezetben érvényes körforgás komposztálható anyagokkal a közeljövőben, a gazdaságban is megvalósítható lesz.

6.2. A biológiai úton lebomló csomagolások helyzete Európában

Az utóbbi években a biológiailag lebomló csomagolások piaci bevezetése látványosan bővült. Erre Európában a szupermarketekben, különösen Franciaországban, Nagy-Britanniában, Olaszországban és Hollandiában került sor, ahol a vezető kereskedelmi láncokban tesztelték ezeket a termékeket friss gyümölcs és zöldség vagy higiéniás termékek csomagolására.

Európában, 2010-ben 40 ezer tonnára becsülték a lebomló csomagolások felhasználását, ez a 2008-as évinek a duplája volt. A komposztálható csomagolóanyagok legnagyobb része a kereskedelmi láncokban található meg.

            Németországban a komposztálható anyagok korábban nem kapták meg a törvényi támogatást, de 2005 májusától a megújított csomagolási jogszabály a minősített, úgy nevezett újratermelődő/ megújuló alapanyagú, komposztálható csomagolásokra felmentést adott a termékdíjból a piac bevezetési időszakra, egészen 2012-ig.

A lebomló csomagolóanyagok megkapták a „zöld pont” tanúsítványt, ezáltal megszűnt a biocsomagolóanyagok újrahasznosítására kivetett illeték, és a biopolimerekből készülő csomagolóanyagok árát akár kilogrammonként egy euróval is csökkentheti.

            Németországban a Fogyasztóvédelmi és a Mezőgazdasági Minisztérium a kutatás-fejlesztést és a piacbevezetést 2005-ben 54 millió EUR összeggel támogatta, és ezt várhatóan a következő években megfogja duplázni. A biológiai úton történő hulladékkezelés körülményei alá kerülő, biológiai úton lebomló komposztálható termékek szigorú minőségi követelményekkel kerülnek szembe. Ez három elemet tartalmaz:

o   Ismérvek (kritériumok),

o   Tanusítvány,

o   DIN EN 13432/ASTM D 6400 ill. 6868.

Ezekkel biztosítható, hogy a termék valójában komposztálható. A komposztálhatóság vizsgálata céljából Németországban bevezettek egy szabványt ( DIN V 54900), azzal a céllal, hogy a biológiailag lebomló anyagok (BAW – biologisch abbaubare Werkstoffe) komposztálhatósága előírt feltételek mellett vizsgálható legyen. A tanúsított termékek használhatják a komposztálhatóság jelzést, ezzel megkülönböztetve magukat a hagyományos műanyagoktól. Az IBAW által kialakított jelzés nemzetközi szinten védett, és az DIN Certo Gesellschaft für KonformitÄtsbewertung mbH ítéli oda a kérelmezőnek.

6.2. A biológiai úton lebomló csomagolások helyzete hazánkban

            A 90-es évek elején az egyik hazai ipari kutatóintézetnél, a SZEVIKI-nél kifejlesztettek és szabadalmaztattak a poliolefinek fényhatására történő lebomlását elősegítő adalékot. Ennek felhasználásával készült a Sensilene márkanevű fólia, amelyet sikerrel próbálta ki a zöldségtermesztésben növény- és talajtakaróként, de a termék piaci bevezetése – elsősorban gazdaságossági okok miatt – már nem sikerült. Azóta jelentősen megváltozott a gazdasági környezet, és az EU-ba való belépésünk után a hulladékokkal kapcsolatos törvényi szabályozás is. Eszerint évente csökkenteni kell a hulladéklerakókba kerülő csomagolási hulladék – köztük a bevásárlótáskák – mennyiségét.

            Az Európai Unió követelményeinek megfelelően 2005. április 6-án érvénybe lépett a biológiai úton lebomló bevásárlótáskákra vonatkozó új környezetbarát pályázati kritérium rendszer. A pályázók környezetbarát védjegy használatra jogosultak, amennyiben a feltételi rendszernek megfelelnek. A védjegy birtokában ezek a csomagolások részben (jelenleg 25%-ban ) felmentést kapnak a csomagolóeszközökre vonatkozó termékdíj (53/2003.IV.11. Korm.Rendelet) fizetési kötelezettsége alól.

A környezetbarát védjegy használatával kapcsolatos minősítési és egyéb feladatokat a Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium 100%-os tulajdonában levő Környezetbarát Termék Közhasznú Társaság koordinálja, azaz kiírja a pályázatokat, megszervezi a szakértői vizsgálatokat és megköti a védjegyhasználati szerződést. A védjegy, úgy nevezett ökocímke, megkülönböztető jelzésként jelenik meg a terméken, ezzel javítva a gyártók piaci lehetőségeit. Az így minősített termék felirata: „Biológiai úton lebomló és komposztálható termék”.

11. ábra Környezetbarát-termék védjegy

            A környezetbarát Kht. szerint a környezetbarát termékek körébe tartozik a biológiai úton lebomló és komposztálható műanyag bevásárlótáska, amely természetes nyersanyagforrásból (cellulóz, textilből vagy természetes polimerből) vagy lebomló polimerből (hagyományos műanyagok adalékkal előidézett bomlása) készül. Míg az első csoportot az EN 13432 szerint vagy az ezzel harmonizáló ASTM D6400-99, vagy a DIN V 54900 szerint minősítik, a poliolefinekből előállított bevásárlótáskákra az ASTM D 3826-98-at vagy ezzel egyenértékű szabványt alkalmazza a minősítő.

            A magyarországi helyzetet jellemzi, hogy a lebomló hulladékok is a települési lerakóba kerülnek, mert az üzemi mértékű komposztálótelepek még nem épültek ki. A szelektív gyűjtési rendszerek kiépítése is még csak most alakul, ami azért is halaszthatatlan, mert a hulladékgazdálkodási törvény előírása szerint a települési lerakókban a biológiai úton lebomló hulladék mennyiségét fokozatosan csökkenteni kell.

            A környezetbarát pályázati rendszer meghirdetése óta tizenegy cég minősíttette bevásárlótáska termékét, azonban ezeknek a zöme lebomló adalékkal készült PE-fólia, és csak elvétve jelent meg kukoricaalapú biotermékből gyártott tasak. A lebomlást előidéző adalék és a kukoricaalapú fólia is exportból kerül hazai feldolgozásra.

            Mindent összevetve, ökológiai és ökonómiai szempontból is megérett a helyzet a biológiai úton lebomló polimerek és elsősorban a biocsomagolóanyagok elterjedésére, de talán több támogatásra lenne szükség, például pályázatokra, hogy a kutatás és fejlesztés területén is felzárkózhassunk az európai szintre, megoldjuk az itthoni alapanyaggyártást, amihez hazai mezőgazdasági termelést lehetne hasznosítani.

12. ábra Környezetbarát csomagolás védjegy

7. Várható jövő a biocsomagolásban

Jelenleg a komposztálható, lebomló csomagolóanyagok drágábbak a hagyományosnál. Ennek egyik fő oka a magas fejlesztési költség, amelyet ma még ezek az anyagok magukba foglalnak, valamint a kisebb termelési kapacitás. Ha a feltételek javulása bekövetkezik, néhány éven belül kedvező elmozdulás várható. A csomagolóanyag-gyártók és felhasználók számára fontos, hogy a biológiailag lebomló anyagokkal kapcsolatos változásokat figyelemmel kísérjék, és amint lehetséges, megfelelő csomagolási megoldásokat dolgozzanak ki. A biológiailag lebomló anyagokban nagy innovációs lehetőség rejlik, ami éppen a csomagolóipari vállalatok számára nyithat új és ígéretes piacokat. A lebomló anyagok alkalmazása hozzájárulhat ahhoz, hogy a jövő generációja ne függjön a mi „eldobó” mentalitásunktól. Olyan egyszer használatos (egyutas) termékeknél, ahol nincs szükség hosszabb idejű stabilitásra, már ma is kifizetődőbb tömegtermelésük. Elegendő, ha a gyors-étkeztetőkre gondolunk. Remélhető, hogy a természeti környezetben működő körforgás, a komposztálható anyagokkal a közeljövőben, a gazdaságban is megvalósítható lesz.

7. 1. Bioélelmiszerek környezettudatos csomagolásának jövője

            A biológiailag lebomló műanyagok tulajdonságai és különböző élelmiszerek ezzel kapcsolatos igényeinek összehasonlítása azt mutatja, hogy sok termék nem alkalmas biocsomagolásra. Ezért meg kell határozni azoknak az élelmiszereknek a körét, amelyek erre alkalmasak. Ugyanakkor szűkíti a lehetőségeket az a körülmény is, hogy ma még a lebomló műanyagok előállítása jóval drágább, mint a hagyományos anyagoké. Azonban ahhoz, hogy olcsóbb legyen az előállítás, az lenne szükséges, hogy a piac mutasson hajlandóságot alkalmazásukra.

            A vásárlók véleménye egy másik nagyon fontos kérdés: általánosan elfogadott, hogy a vásárlóknál jobban figyelni kellene a környezetre. Így környezetkímélő viselkedésnek tekintenék megújuló forrásokból készült, biocsomagolt élelmiszerek vásárlását. A vásárlók feltehetően hajlandóak lennének többet fizetni egy környezetkímélő termékért, és ezt figyelembe kell venni a biocsomagolásra alkalmas termékek kiválasztásánál.

            A biológiailag lebomló polimerek új lehetőséget adnának a módosított légterű csomagolásban, amellyel javítható egyes termékek minősége a tárolás folyamán (pl. zöldségek) és meghosszabbítható az élelmiszerek minőségi és eltarthatósági ideje.

            A biodegradálódó polimerek záró tulajdonságai (különösen vízgőzre vonatkoztatva) sokkal rosszabb minőségűek, mint a hagyományos csomagolóanyagoké. Ez különösen akkor érvényes, ha a biocsomagolást primer csomagolóanyagként alkalmazzák. A probléma úgy oldható meg, hogy csak olyan bioélelmiszert csomagolnak ilyen anyagba, amely kompatibilis a csomagolóanyaggal és annak tulajdonságaival. Azonban lehet megfelelő tulajdonságokkal rendelkező polimer fóliát is használni úgy, hogy a biológiailag lebomló csomagolóanyag egy összetett csomagolás keretében kiegészítjük szintetikus műanyaggal. Az így kapott primer csomagolás előnye, hogy anyagfajtánként szétválasztható, külön hasznosítható. Utóbbiak olyan monoanyagokból állíthatók elő, amelyek kímélik a forráskészletet, így minimálható a felhasznált csomagolóanyag mennyisége is.

            Egy következő megoldás a biocsomagolóanyag bevonása viasszal, amely fokozza a csomagolás víztaszító jellegét. A technológia lehetővé teszi Két biocsomagolóanyag egymásra rétegezését is, vagy a biológiai és szintetikus anyagok keverését. Ilyenkor végül nem biocsomagolóanyagot kell használni másodlagos csomagolásként.

            Előfordulhat, hogy szükséges a biocsomagolóanyag megváltoztatása a bioélelmiszer csomagolás szempontjából lényeges tulajdonságainak javítása céljából. Ez természetesen növeli a végtermék árát például a kutatás és fejlesztés költségei következtében. A biocsomagolóanyag ára nagyüzemi termeléskor természetesen alacsonyabb.

A bioélelmiszer csomagolás következő fontos tényezője a migráció (általános és specifikus). A biocsomagolást – élelmiszer primer csomagolására való felhasználása előtt – meg kell vizsgálni a migrációs tulajdonságokat ártalmas anyagoknak az élelmiszerbe való bevándorlásának meggátolása céljából. Az aktív, ehető bevonatoknak és bioanyagoknak – ahol kívánatos az antioxidánsok és a mikrobaelleni anyagok migrációja – ugyan csak meg kell felelnie a törvényes előírásoknak, amit alaposan be kell tartani és ellenőrizni kell.

A biológiailag lebontható csomagolóanyagok mikrobás stabilitását a tárolás alatt – egészen a megsemmisítésig – felhasználás előtt tesztelni kell (szükséges a lényeges vegyületek szabályozása és a gyártáshoz használt adalékok, lágyítószerek engedélyezése).

A biocsomagolás terjedésének az élelmiszeriparban jó esélye van mind a közeli, mind a távoli jövőben, és a megvalósulás útjában már csak néhány akadály van. A nyugati vásárlók igen jó minőségű élelmiszer-termékeket igényelnek, és egyre inkább tudatosulnak a környezetvédelmi szempontok. A vásárlók nem csak az élelmiszer eredetét és kezelését tartják fontosnak, hanem a használt csomagolóanyag kezelését is. Ha a vásárlók megfelelőnek tartják a bioélelmiszert, hajlandóak többet is fizetni érte. Az újabb becslések szerint többet is képesek szánni az olyan bioélelmiszer vásárlására amely bioanyagokba csomagolt és a környezet szempontjából kedvezőbb. Így a szerves élelmiszerek biocsomagolása egy lehetőség, mivel ezek tipikusan egyediek és drágák. Biocsomagolásra alkalmasak még a drága zöldségek és gyümölcsök (gomba, saláta), amelyeknek rövid a szavatossági idejük. Fontos, hogy biocsomagolásokról olyan kép alakult ki, miszerint ezek mezőgazdasági forrásból származnak és természetben lebomlanak, így nem károsítják a környezetet. Ezzel kapcsolatban életciklus-elemzéseket kell végezni.

Nem lehet figyelmen kívül hagyni egy másik szempontot sem, a törvényi szabályozást. Alapvető jelentőségű a jelölések követelményeinek rögzítése, az bioanyag vagy biocsomagolás címkézésének szabványos módja. A címkén fel kell tüntetni, hogy a csomagolás megújítható forrásokból készült. Ez megkönnyíti a fogyasztó számára az egyes termékek megkülönböztetését és elősegíti a hulladék szétválogatását.

Sok európai országban elégetik a háztartási hulladékot. Ki lehetne alakítani egy olyan rendszert, amelyben az elégetésre szánt csomagolóanyagokat megadóztatnák, míg a komposztálható biocsomagolást nem terhelné adó. Fontos, hogy a fejlesztéseket kövesse a megfelelő szabványok kidolgozása az új típusú anyagokra és azok vizsgálati módszereire vonatkozólag. Sok – a biocsomagolások gyártásához használt – vegyület nem szerepel a jelenlegi szabályozásban.

Az EU mezőgazdasági politikája célul tűzte ki a fölösleges európai készletek (főleg búza és kukorica) felhasználását. Ezenkívül nagy mennyiségű – jelenleg felhasználatlan  maradék mezőgazdasági terméket hasznosítani lehetne például politejsav (PLA) gyártására.

8. Befejezés

Minden bizonnyal még hosszú az út, amíg a biológiailag lebomló anyagok hagyományos anyagokkal azonos teljesítményt fognak nyújtani, s főleg gazdaságos termelékenységgel. Az is biztos, hogy a sokféle előnyt biztosító polimer társítások hosszútávon nem is helyettesíthetők más anyaggal, így a különleges bánásmódot, minőségvédelmet igénylő kiemelt minőségű biotermékek nem valószínű, hogy biocsomagolásban kerülnek a vásárlók asztalára. A kutatás-fejlesztésre (K+F), az innovációra pénzt és időt fordítani mégis érdemes, mert igen lényeges az előny, így fentiek bevezetése, fejlesztése amit a lebomló anyagok a komposztálhatósága és a megújuló erőforrások használata biztosít szolgál, környezetünk megóvása, fejlődése érdekében hasznos befektetésnek bizonyul.

Irodalomjegyzék

[1]http://bioteszta.hu/hu/mi-a-bio
Megtekintés: 2014.05.17.

[2] Szakály Zoltán – Berke Szilárd: A táplálkozás, a minőség és a marketing kapcsolata élelmiszereknél In: Berács József - Lehota József - Piskóti István - Rekettye Gábor (szerk. 2004): Marketingelmélet a gyakorlatban KJK-KERSZÖV Jogi és Üzleti Kiadó Kft Budapest (331. oldal)

[3] Kardos, Gy. – Kollár, G. – Burián, L. – Bódi, Cs. – Kerényi, Z. – Szőke L. (2002): Ökonyersanyagok és feldolgozott élelmiszerek minősége és minősítése In: Radics László (2002): Ökológiai gazdálkodás II. Szaktudás Kiadóház Budapest 501 – 516. oldal

[4] Szakály Zoltán – Berke Szilárd: A táplálkozás, a minőség és a marketing kapcsolata élelmiszereknél In: Berács József - Lehota József - Piskóti István - Rekettye Gábor (szerk. 2004): Marketingelmélet a gyakorlatban KJK-KERSZÖV Jogi és Üzleti Kiadó Kft Budapest (324. oldal)

[5] Szente Viktória – Széles Gy. - Szakály Zoltán (2006): Az élelmiszer-fogyasztói magatartástrendek vizsgálata, kiemelt figyelemmel a stratégiai élelmiszerekre (6. oldal) Élelmiszer, Táplálkozás és Marketing III. évf. 2/2006.

[6] Törőcsik Mária–Varsányi Judit (1998): Termékstratégia emocionális és racionális közelítésben, Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó (64-74. oldal)

[7] Biokontroll Hungária Nonprofit Kft. http://www.biokontroll.hu/cms/
Megtekintve: 2014.05.18.

[8]http://www.fkf.hu/portal/page/portal/fkf/szolg/Lakossag/Hulladek/Szelektiv Megtekintés: 2014.05.16.

[9]http://members.chello.hu/csontos.kornel/
Megtekintve: 2014.05.13.

[10]http://de.wikipedia.org/wiki/Biologisch_abbaubarer_Werkstoff
Megtekintve: 2014.05.10.

[11] Dr. Beczer Judit: Kutatások és fejlesztési törekvések az élelmiszeriparban
Központi Élelmiszeripari Kutató Intézet

[12] Beczner Judit: Csomagolóanyagok lebomlása a környezetben
Központi Élelmiszer-tudomyányi Kuatatóintézet

[13] Tiefbrunner Anna: Csomagolás és környezetvédelemPapír-Press Egyesülés, Budapest 2002

[14] Koltai László: Lebomló műanyagok szerepe a környezetvédelemben
Transpack- csomagolási, anyagmozgatási és logisztikai magazin, IX.évf./3.sz. pp. 22-23.

[15] Koltai László. – Kapás G.: Biológiailag lebomló műanyagok, lehetőségek a csomagolóipar számára – I. rész Transpack- csomagolási, anyagmozgatási és logisztikai magazin, VIII.évf./II.sz. 2009. február, pp. 24-25

[15] Koltai L. – Munkácsi Z.: Biológiailag lebomló műanyagok, új lehetőségek a csomagolóipar számára – II. rész Transpack- csomagolási, anyagmozgatási és logisztikai magazin, VIII.évf./III.sz. 2009. május,  pp. 24-25

Ábra- és táblázat jegyzék

1. ábra Biokontroll Hungária Nonprofit Kft. védjegye. 1

2. ábra Ökogarancia Hungária Kft. védjegye. 1

3. ábra Csomagolási hulladékok megoszlása anyagfajtánként 1

4. ábra Műanyag hulladék palackok bálákban. 1

5. ábra A biológiailag lebomló anyagok felosztása. 1

6. ábra A természetes, természetes alapú és a lebontható anyagok halmazai 1

7. ábra A politejsav kémiai szerkezete. 1

8. ábra A fermentáció folyamata. 1

9. ábra A poli(hidroxi-alkánoát) kémiai szerkezete. 1

10. ábra A poli(észter-amid) kémiai szerkezete. 1

11. ábra Környezetbarát-termék védjegy. 1

12. ábra Környezetbarát csomagolás védjegy. 1

13. ábra Környezetbarát csomagolás védjegy. Hiba! A könyvjelző nem létezik.

1. táblázat A termékminőség értelmezése élelmiszereknél 1

2. táblázat Lebomló csomagolóanyagokra vonatkozó szabványok. 1

3. táblázat Szintetikus polimerek rezisztenciája mikroorganizmusokkal szemben. 1

szakdoli5

5.1. A lebomló polimerek csoportosítása

            A biopolimerek nyersanyagbázisuk és az előállítás módja alapján csoportosíthatóak:

·         természetes polimerek

o   poliszacharid alapúak

§  keményítő

§  cellulóz

o   fehérje alapúak

§  állati – kollagén, zselatin, kazein, keratin

§  növényi – buzaglutén, kukoricazein, szójafehérje

·         fermentációval előállított monomerek polimerjei

o   poliaktátok (politejsav, PLA)

o   Poli(hidroxi-alkanoátok) PHA

·         szintetikus polimerek

o   poli(észter-amid)

o   poli(észter-uretán)

o   poliglikolsav

o   polilaktidok

·         természetes és szintetikus komponensekből álló polimerek

o   keményítő/PVAL

o   keményítő/politejsav

Alapfogalmak:

·         Természetes polimerek: A természetben polimerként megtalálható, eredeti formájában vagy módosítást követően kerül felhasználásra.

keményítő, cellulóz, selyem, gyapjú

·          Természetes alapú polimerek: Az előállításhoz felhasznált alapanyag (monomer) természetes, megújuló forrásból származik, de a polimerizáció ipari körülmények között zajlik, akár kémiai, akár biológiai úton.

politejsav,  poli(hidroxi-butirát)

·         Biodegradálható, komposztálható polimerek: Megfelelő, enyhe  körülmények között, meghatározott, rövid idő alatt kismolekulasúlyú vegyületekre bomlik; lehet akár szintetikus, akár természetes polimer. A komposztálhatóság feltétele, hogy a keletkező termékek nem lehetnek toxikusak, vagy bármilyen formában károsak  a környezetre.

politejsav, keményítő, polikaprolakton

6. ábra A természetes, természetes alapú és a lebontható anyagok halmazai

5.1.1. Természetes polimerek

A természetes polimerek közös tulajdonsága az, hogy a természetben vagy a mezőgazdálkodási tevékenységek során újratermelődő növényi és állati eredetű anyagok átalakításával nyerhetőek.

            A keménytő alapú műanyagok a biopolimerek legnépesebb csoportját alkotják: a lebomló anyagok piacának 85-90%-át teszik ki. A keményítőkülönböző gabonafélék magjaiból, burgonyából, illetve kukoricából nagy mennyiségben, olcsón állítható elő, ugyanakkor polimerjei könnyen és gyorsan lebomlanak.

            Biológiailag lebomló polimerek gyártásához a keményítőt természetes állapotában, kis mértékben módosítva vagy más biopolimerrel, gyakran szintetikus biodegradálódó makromolekulákkal társítva használják fel. A módosítás, társítás célja:

·         megfelelő mechanikai, filmképző és záró tulajdonságok kialakítása,

·         a termoplasztikus feldolgozhatóság biztosítása

·         vízérzékenységének csökkentése, az anyagi hidrofil jellegének megszüntetése.

A keményítő alapú, lebomló polimerek többféle formában alkalmazhatóak csomagolási célokra:

·         hálók,

·         mozgáscsillapító anyagok,

·         koextrudált és extrudált fóliák,

·         hőformázott vagy fröccsöntött félmerev falú csomagoló eszközök.

A biopolimer fóliák mechanikai tulajdonságai megközelítik a kissűrűségű polietilénét, gáz- és aromazárásuk kedvezőbb, azonban lényegesen nagyobb a vízgőzáteresztésük. A fóliák transzparensek vagy anyagukban színezhetők, felületük nyomtatható.

Konfekcionálással zacskók, tasakok készíthetők, elsősorban élelmiszerek csomagolására. Fóliafúváskor a feldolgozás hőmérséklete alacsonyabb (120-140°C), mint a hagyományos polimerek esetében, ezért a már üzemelő berendezések átállítható keményítő bázisú biopolimerek gyártására.

A keményítő alapú polimerek másik jellegzetes felhasználási területe a fröccsöntés. Egyes alapanyagok a hagyományos berendezéseken is feldolgozhatóak alacsony, 180°C és 190°C közötti hőmérsékleten. Az előállított csomagolóeszközök megjelenése, jellemzői hasonlóak a polipropilénéhez, alkalmazási körükbe a készételek csomagolására használt tálcák, illetve dobozok tartoznak.

A keményítő alapú hálók zöldség és gyümölcs fogyasztói csomagolásra alkalmasak. Előnyük a termékből származó hulladékkal együtt kezelhető.

A cellulóz alapú polimereknek hagyományos szerepük van a csomagolástechnikában. A viszkóz fólia vagy a cellulóz-acetát fólia leginkább jó gázzáró tulajdonságának köszönhetően a jövőben is fontos csomagolóanyag marad. Ugyan a cellulóz kémiai módosítása csökkenti a lebonthatóságot, de ezek az anyagok azért még biológiailag lebonthatónak tekinthetők. Ha cellulóz alapú biodegradábilis anyagokról beszélünk, akkor végső soron akár a papír is ebbe a csoportba sorolható.

Fehérje alapú polimereket szintén régóta alkalmaznak csomagolási célra. Az ehető műbelek, a kolbászfélék kollagén bevonata a biológiai lebontás legkézenfekvőbb megoldása, hiszen a termékkel együtt az emberi táplálkozás során történik. A fehérje alapú biopolimereknek azonban nem csak az ehető csomagolások terén van jövőjük: a növényi és állati fehérjék mind módosítás nélkül, mind pedig módosított formában felhasználhatóak a csomagolások gyártásához. Jelenleg az élelmiszeripar az állati fehérje alapú csomagolószereket alkalmazza és kizárólag fólia, bevonat illetve műbél formájában. Félmerev és merev falú csomagolások inkább növényi eredetű fehérjékből készíthetőek.

Magyarországon a Biopack 2001 Kft búzalisztből (glutén) poharak, tálcák, tányérok és dobozok kísérleti gyártását és tesztelését kezdte meg, elsősorban a gyorséttermeket célozta meg piacként. A termékek inkább a habosított polisztirolból készült csomagolóeszközök kiváltására alkalmasak, előállítási költségük – az előzetes számítások szerint – kedvezőbb lesz a hagyományos polimer csomagolószereknél.

5.1.2. Fermentációval előállított monomerek polimerjei

            A poliaktátok (politejsav, PLA) tejsav polimerizációjával előállított biopolimerek. A tejsav aszimmetrikus szénatomot tartalmazó vegyület, így két sztereoizomerrel rendelkezik. A sztereoizomerek aránya és eloszlása jelentős mértékben befolyásolja a képződő polimerek tulajdonságait.

7. ábra A politejsav kémiai szerkezete

            A tejsav a tejfeldolgozás melléktermékeként vagy különböző mezőgazdasági eredetű hulladékokból fermentációval nyerhető ki.

           

A biopolimerek állatorvosi lova a politejsav:

·         Monomerét biológiai úton állítják elő

·         Kémiai úton polimerizálják

·         Természetes alapú polimer

·         Biodegradálható

·         Komposztálható

·          Biokompatibilis

·          Kristályos, de amorf

·         Olcsó, de nem elég olcsó

·         Jelenleg a legnépszerűbb

            A polilaktát polikondenzációs reakcióval állítható elő, azonban ez a polikondenzáció reverzibilis, így a polimer a feldolgozás során nagyfokú degradációt szenvedhet. Ahhoz, hogy a politejsav – hosszabb ideig tartó alkalmazás során, víz vagy magas relatív légnedvesség hatására bekövetkező – hidrolitikus degradációja megakadályozható legyen, a gyakorlatban többféle előállítási módszer alkalmazható:

·         a polikondenzációt difunkciós vegyületek jelenlétében végzik és az így kapott úgynevezett telechelikus politejsavat szintén kétfunkciós kapcsoló ágensek segítségével nagy molekulatömegű poli (tejsav-uretán) típusú polimerré alakítják.

·         hagyományos polikondenzáció, amit depolimerizálás követ, majd a keletkező tejsav dimerből gyűrűfelnyitásos polimerizáció során nyerhető a nagy molekulatömegű termék.

·         speciális körülmények között végrehajtott polikondenzációs reakció

Kálcium (Ca) alapú semlegesített fermentáció

Hátrányai

·         Dráguló alapanyagok
mész, kénsav

·          Melléktermék
CaSO₄

Tisztítás

·          Aktív szén, ioncsere

·          Észterezés

·         Kristályosítás

·         Vákuumdesztilláció

·        

8. ábra A fermentáció folyamata

Extrakció

A politejsav elsősorban egy- vagy többrétegű, esetleg biorientált fóliák, illetve hőformázott félmerev csomagolóeszközök (pohár, flakon) gyártására alkalmas, de ígéretes területnek látszik a papír vagy karton bevonása polilaktáttal is. A biopolimer ára amit főképp a tejsav monomer előállítási költsége szab meg – ma meglehetősen magas, így az ipari méretekben történő gyártás még nem gazdaságos. A tejsav alapú termékek éves forgalma világviszonylatban hozzávetőleg 3ezer tonna.

A polilaktát fólia rugalmas, mechanikai tulajdonságai jók és szilárdsági jellemzői kopolimerizációval tovább javíthatóak. A csomagolóanyag optikai tulajdonságai függenek a polimerizáció körülményeitől, az anyag kristályosságától, de a fólia jellemzően transzparens.

A politejsav fólia oxigénzárása jó, míg a széndioxidot kis mértékben átereszti. Nem túl hosszú tárolási időt feltételezve a vízgőzzárása is kielégítő. Előkezelés nélkül is jól nyomtatható. A polimerizációt követő módosításokkal fokozható a stabilitása, a flexibilitása és javíthatóak a záró tulajdonságai. A tejsav alapú műanyagok biológiai úton könnyen lebomlanak és az eljárások többségében hagyományos feldolgozó berendezések alkalmazhatóak.

A poli(hidroxi-alkanoát)-ok (PHA) a biológiailag lebomló műanyagok közül talán a legígéretesebbek, ugyanakkor ma még a legmagasabb az előállítási költségük. A poli(hidroxi-alkanoát)-ok hidroxi-valerát és hidroxi-butirát monomerekből fölépülő, optikailag aktív poliészterek. Mindkét monomer homopolimerjét előállítják a természetben különböző baktériumok a növényi sejtekben, ahol energia- és széntartalék szerepét töltik be. Ipari előállításuk az ICI nevéhez fűződik, a vegyipari vállalat az Alcaligenes eutcophus baktérium segítségével, poliszacharidok fermentálása útján állította elő a hidroxi-butirát és a hidroxi-valerát kopolimerjét. Az új biológiailag lebomló anyag Biopol márkanéven került forgalomba.

9. ábra A poli(hidroxi-alkánoát) kémiai szerkezete

A poli(hidroxí-alkanoát)-ok – hidrofób jellegüknek köszönhetően – a nedvességnek ellenállnak, azonban gázzáró képességük gyenge. A már kereskedelmi forgalomba került PHA-ok termoplasztikusak, tulajdonságaikban leginkább az izotaktikus polipropilénre emlékeztetnek. A biopolimerek hagyományos berendezéseken feldolgozhatók. Szélesebb körű alkalmazásuk elsősorban az előállítási költségek függvénye, ha ezt sikerül leszorítani, inkább akkor tág határok nyílnak meg a PHA csomagolószerek előtt. Jelenleg inkább bevonóanyagként használják, például karton poharak (italokhoz, jégkrémekhez) vízállóságának fokozására. A kozmetikai iparban samponos flakonok készültek kisérleti jelleggel a poli(hidroxi-alkanoát)-ból, kizárólag exkluzív termékekhez.

5.1.3. Szintetikus polimerek

            A főláncban csak szén-szén  kötést tartalmazó szintetikus, nagy molekulatömegű polimerek (például PE, PP, PS) gyakorlatilag rezisztensek a mikroorganizmusokkal szemben. Azonban az olyan heteroláncú polimerekkel, melyek a főláncban oxigént, nitrogént tartalmaznak (PET, PA), ha lassan is, de biológiailag lebonthatók. A lebomlás mértékét meghatározza:

·         a molekulatömeg

kis > nagy

·         a morfológia

amorf > kristályos

·         a láncon belüli kötés típusa

észter > éter > amid > uretán

·         az anyag hidrofil jellege

hidrofil > hidrofób

            A szintetikus biodegradábilis polimerek előállításának alapja az, hogy a főláncba labilis kötések (észter-, amid-) beépítésével a szintetikus polimer könnyen lebomlóvá és komposztálhatóvá tehető. Az előállított polimerek termoplasztikusak, feldolgozhatóak extrudálással, fóliafúvással, hőformázással.

            A poli(éeszter-amid) kaprolaktám, adipinsav és butándiol bázison készül. Komposztáláskor biológiai lebomlása nedvesség, bizonyos baktériumok és gombák jelenlétében tökéletes, a teljes lebomlás hozzávetőleg 70 nap alatt következik be.

10. ábra A poli(észter-amid) kémiai szerkezete

            A biopolimerek a kissűrűségű polietilénhez hasonló tulajdonságai vannak, sőt szakítószilárdsága és nyúlása kedvezőbb. Elsősorban fóliák gyártására (például mezőgazdasági) ajánlják, de palackok, flakonok és dobozok is készíthetőek belőle, hiszen a polimer hőformázható, hegeszthető és egyes típusai fröccsenthetőek. Bevonóanyagként és laminátumok összetevőjeként (például papírral társítva) is alkalmazható. Kísérletek folynak további szintetikus biodegradálható polimerek ipari előállítására is, ezek közül kiemelhetőek:

·         a polilaktidok, amelyik közül a 95% L-laktidból és 5% ɛ-kaprolaktonból álló kopolimer tulajdonságai a polisztiroléhoz hasonlóak.

·         egyes poli(α-hidroxi-savak), például a poliglikolsav (PGA)

5.1.4. Természetes és szintetikus komponensekből álló polimerek

            A kombinált anyagú, lebomló csomagolószerek egyik jellegzetes példája, amikor keményítő alapú, hőformázott tálcákat, illetve poharakat politejsav bevonattal látnak el. A biológiailag lebontható tálcákat elsősorban húsok és készételek csomagolására alkalmazzák a kombinált anyag -40°C és +220°C közötti hőmérséklettűrése lehetővé teszi a termék gyorsfagyasztását, illetve sütését.

            Jelenleg a komposztálható biopolimerek lényegesen drágábbak a hagyományos polimereknél, de ezt az árkülönbözetet – ahol szelektív gyűjtésük már megoldott – viszonylagossá teszi a hulladékkezelés költsége. A társadalmi megítélés, valamint a termelő kapacitások bővülése minden bizonnyal rövid időn belül javítani fogja a biodegradábilis polimerek esélyeit. A biológiailag lebomló anyagokban páratlan innovációs lehetőség rejlik, amit éppen a csomagolóipar fordíthat a saját és a környezet hasznára. Azonban csak ott és azokkal az anyagokkal érhető el siker, ahol a lebonthatóság mellé megtalálják a megfelelő funkciót, ahogy ez a biohulladék gyűjtőzsákok esetében is megtörtént.