Біорозкладні пакети - ЕКО рішення сміттєвого питання

       Відкриття реакції полімеризації етилену з отриманням поліетилену стало для людства таким же епохальною подією, як виникнення склороблення або початок ери нафтопереробки. Досить швидко знайшлося і практичне застосування новим термопластам - з HDPE, LDPE, MDPE почали виготовляти пакети типа "майка", "банан", "петля". Зручна, безпечна і практична упаковка так прижилася у виробництві, торгівлі та в побуті, що незабаром екологи забили на сполох - стали барвисто малювати апокаліптичні картину сміттєвої "Джомолунгми", в яку стала перетворюватися поверхня нашої планети. Тоді хіміки взялися за роботу і винайшли біорозкладні пакети.

       Здавалося б, з їх появою проблема була вирішена. Адже еко пакети в природі розкладаються за пару років, та ще й підлягають вторинній переробці (принаймні, біо пакети, виготовлені з додаванням оксо - деградаційних домішок, наприклад, D2W компанії Symphony Environmental Technologies plc. Але суперечки навколо цієї теми не вщухають. Щоб розставити всі крапки над i, в цій статті ми вирішили розібратися в питанні детально і неупереджено.

Замовити оксо - біорозкладні пакети можна перейшовши за посиланням тут.


Біорозкладний пакет з петлевою ручкою - Стаття



Що робити з пластиковим сміттям?

       Людство виробляє величезну кількість сміття. За даними держстатистики України, кожен житель нашої країни за рік відправляє на звалище 271 кг відходів (німець - 626 кг, так що "смітимо" ми не більше європейських країн). Але вся Західна Європа успішно переробляє своє сміття (а Швеція навіть скуповує у сусідів - свого не вистачає). А у нас на полігонах вже зібралося близько 13 млрд. тонн відходів, що "у перерахунку на Джомолунгму" перевищує розмір найвищої гори світу (8,848 км). Якщо ж перерахувати розмір українського "сміттєвого Евересту" в кубометрах і "скласти" з нього гору з діаметром основи 20 км, то в висоту вона досягне 10 км.


Існує 3 способи вирішення питання:

1. Складати на полігонах

Виникаючі проблеми:

  • накопичення біоінертної маси з токсичними сполуками, які потрапляють у воду;

  • скупчення в грунті хімічних речовин з патогенної мікрофлорою;

  • утворення "звалищних газів" з парниковим ефектом.

2. Спалювати

Виникаючі проблеми:

  • забруднення повітря і погіршення без того неблагополучної екологічної обстановки;

3. Переробляти на вторсировину

Виникаючі проблеми:

  • великі енерговитрати;

  • відсутність культури сортування сміття в Україні, інфраструктурна і ментальна неготовність населення до цивілізованого збору відходів.

Тому нам потрібно розвивати виробництво еко пакетів. І такі технології вже не просто існують, але і активно використовуються. Зокрема, у нас можна прямо сьогодні еко пакети купити. Зацікавились? Тоді давайте розберемо їх "по кісточках", щоб зрозуміти, що являють собою пакети біорозкладні, які у них є переваги і недоліки.


Що таке біопакети і якими вони бувають?

       Біопакети – упаковка, яка швидко біодеградує в природі, в остальному має такі ж експлуатаційні властивості, як звичні нам типи "майки" і "банани". Біодеградація являє собою розкладання складних речовин на прості складові. Простіше кажучи, це розпад продукту на дрібні частинки під дією вологи, атмосферного озона, ультрафіолету, температури, мікроорганізмів, грибів та ін.

Процес проходить в 3 етапи:

  1. біопошкодження або деструкція;

  2. фрагментація;

  3. асиміляція.

Звичайний поліетилен - рідкисний довгожитель. У природних умовах він розкладається століттями. Але вже є технології, які значно прискорюють процес розкладання упаковки.


На сьогоднішній день в промислових масштабах практично або теоретично можна виробляти:

1. Гідророзкладні пакети з біопластика: кукурудзяного та картопляного крохмалю, целюлози, білків (соєвих, казеїну, глютену), касторової олії (PA 410), ГМ-кукурудзи та ін. Однак виробництво багатьох з них занадто дороге і енергозатратне, а розкладаються вони тільки в спеціально створених для компостування умовах. Тому фахівці вважають, що це не вихід з положення.

       "Вирощувати величезні обсяги сільськогосподарських культур, щоб перетворити їх на одноразові предмети, - означає абсолютно нераціонально використовувати ресурси планети", - говорить один з провідних російських фахівців з екополітики А. Іванніков.

2. Оксо - біорозкладні пакети. Виготовляються з поліетилену з домішками (модифікаторами термопластів): D2W компанії Symphony Environmental Technologies plc (Великобританія), ADDITECH ® ОХ (Аддітех) компанії «Техноком» (Україна) та ін. Біорозкладні полімери швидко руйнуються у природних умовах з утворенням нешкідливих простих речовин (води, вуглекислого газу, метану, біомаси) результаті мікробіологічних процесів, тому не шкодять природі і не погіршують стан екології. Замовити оксо біорозкладні пакети можна перейшовши за посиланням тут.


Біорозкладний пакет з прорудною ручкою - Стаття


Промислове виробництво біорозкладних пакетів з домішками, які модифікують

       Виробництво синтетичних біодеградуючих термопластів ще порівняно недавно здавалося фантастикою. Але, завдяки появі сучасних технологій завдання стала цілком розв'язуваним.

       Вчені з'ясували, що необхідно модифікувати поліетилен таким чином, щоб він піддавався деградації в 2 етапи:

  1. Руйнування кристалічної макромолекулярної структури під дією хімічних та фізичних факторів навколишнього середовища (тепла, світла, води, озон, сонце, кисень).

  2. Засвоєння залишків біологічними мікроорганізмами (грибами, бактеріями, комахами) з подальшою деградацією до вуглекислого газу, води і інших безпечних компонентів.

       Звичайні полімери мають великий розмір молекул і міцні зв'язки з кристалічною будовою. Щоб прискорити процес їх розкладання, потрібно використовувати для виробництва поліетилену нестійкі композиційні полімери з добавками, які сприяють деградації термопласта.

       Зробити полімерний матеріал біологічно руйнівним можна шляхом введення до його складу наповнювача, який за рахунок заміщення в бічній групі послабить кристалічну структуру і прискорить вплив хімічних, фізичних і біологічних факторів, що сприяють деградації.

       Але при цьому необхідно використовувати такий наповнювач, який не змінить експлуатаційні властивості поліетилену. Тобто матеріал для виробництва еко пакетів залишиться настільки ж міцним, безпечним, нетоксичним, не розповзеться на шматки на складі або в руках у покупця.

Розробки велися в декількох напрямках:

  • використання композиту з суміші синтетичних і натуральних полімерів (крохмалю, хітину, хітозану);

  • синтез композиційного полімеру з біорозкладними компонентами, які виступають в ролі каталізатора реакції розкладання основного полімеру;

  • введення в макроланцюг молекул з функціональними групами, схильними до фотодеструкції (дітіокарбонатів, вінілкетонових мономерів, сополімерів етилену з оксидом вуглецю та ін.).

       Останній метод і зарекомендував себе краще за інших. Зокрема, широке поширення отримало використання біорозкладаної добавки D2W (органічного дітіокарбоната), яку виробляє компанія Symphony Environmental Technologies plc (Великобританія). Саме її ми використовуємо у виробництві еко пакетів для продуктів "МПАК".

       Процес виробництва біорозкладних пакетів є аналогічним традиційній технології. У екструдері виготовляється пластична маса, з якої потім видувається рукав. Далі поліетилен можна ламінувати, наносити на нього малюнок методом флексодруку, виготовляти з нього еко упаковку.


Як працює оксо - біоразклдна домішка D2W

Процес руйнування поліетилену з домішкою D2W відбувається за рахунок послідовного окислення і биоразладення.

Схематично його можна зобразити наступним чином:

Рисунок 1

Руйнування вуглецевих зв'язків в біо пакеті


Продеградант D2W руйнує вуглецеві зв'язки і активує розпад довгих молекулярних ланцюжків поліетилену. Під час абіотичної фази утворюються молекули з короткими ланцюжками і малої молекулярної масою. Поліетилен втрачає міцність, стає крихким, розпадається на клаптики.


Рисунок 2

 Утворення гіпероксиду в пакеті


Вільні радикали, що утворилися під впливом кисню, утворюють гідропередоксид, поліетилен набуває гідрофильність - вбирає воду і розбухає.


Рисунок 3

Біорозкладання еко пакету


Утворені гідропередоксиди починають біорозкладатися природнім шляхом. Вони стають доступними для мікроорганізмів, які переробляють їх з утворенням води, вуглецю і біомаси (кетонів, альдегідів, складних ефірів та ін.).


       Шведський професор Ignacy Jakubowicz, провідний спеціаліст науково-дослідного інституту RISE, керівник відділу досліджень і розробок хімії матеріалів і поверхонь, автор понад 30 наукових робіт, описує дію D2W наступним чином:

       "Процес оксобіорозкладання поліетилену становить собою не тільки фрагментацію, але й повну зміну структури термопласта з високомолекулярного полімеру до мономірним і олігомерним фрагментам і від вуглеводневих молекул до кислотовмісних молекул, які схильні до біоасиміляції".


Важливі переваги використання D2W:

  1. Несуттєва зміна складу поліетилену - в композитну суміш вводиться всього ~ 1% продеграданта.

  2. Безпеку і нетоксичність - біоразкладна "майка" настільки ж нешкідлива для здоров'я людей, як і її "вічні брати".

  3. Незмінність фізико - механічних характеристик - еко пакети по міцності, зручністі, зовнішнім виглядом не відрізняються від звичайних.

  4. Природна біорозкладність - біо пакетам не потрібні якісь особливі умови, які можна створити тільки на полігонах промислового компостування (як біополімер з рослинними домішками). Вони будуть розкладатися в річці, у землі, у лісі, на звичайному звалищі - скрізь, де є сонячне світло, волога, мікроорганізми. І через 1-2 роки повністю "розчиняться в природі" з утворенням води, гумусу, вуглекислого газу.

  5. Можливість вторинної переробки - їх можна використовувати для виробництва поліетилену з вторсировини. Звичайно, якщо ще не почався процес біорозкладення.

  6. Низька вартість - незначна зміна собівартості продукту, в порівнянні з пакетами з крохмалю, дозволяє виробникові пропонувати клієнтам біорозкладні кульки за досить демократичною ціною.

  7. Універсальність - D2W можна використовувати для виробництва типів "майок" і "бананів", упаковки для продуктів харчування, медичних бахіл, одноразових рукавичок та ін.

Впровадження нових технологій дійсно може врятувати нас від сміттєвого колапсу і зберегти навколишнє середовище.


Біорозкладні пакети - Стаття


Технологія виробництва біорозкладних пакетів

       Технологія виробництва біорозкладних пакетів мало чим відрізняється від виготовлення звичайної майки, петлі і банана. Єдина істотна відмінність - це особливий склад сировини, який дозволяє поліетилену за декілька років деградувати до води, діоксиду вуглецю і невеликої кількості компостованого залишку, якому можна знайти практичне застосування.

Цех екструзії: від гранул поліетилену до готової продуції

       У екструдерному цеху з гранул полімеру виготовляють заготівлю для виробництва майбутніх пакетів. Рукавну плівку роблять рукавним методом. Для цього у бункер екструдера завантажують усі інгредієнти: гранули поліетилену, пігменти і оксо-біорозкладні домішки. Потім суміш нагрівають до в'язкотекучого стану і пластифікують.


Плівковий екструдер


       Введення низькомолекулярних пластифікаторів дозволяє домогтися необхідних властивостей: підвищити еластичність і пластичність, понизити температуру плавлення та ін.

       Потім підготовлена суміш продавлюється через голівку, що формує, і набуває форми тонкостінної труби. Далі всередину трубчастої заготівлі подають через наконечник дорну стисле повітря для розтягування рукава. Наступний етап - перетворення за допомогою щік циліндричного рукава, що складають, в плоске подвійне полотно.

Рукав, що роздувається, прийматися за схемою:

       Приймання вгору - рукав проходить по розташованих зверху валах, що тягнуть. Перевага такого методу - рівномірно розподілене навантаження, що створює ідеальні умови для досягнення рівної товщини плівки. Недолік - повільне охолодження заготівлі.

       Далі в екструдерному цеху нейтралізують статичний заряд на рукаві і піддають заготівлю коронній обробці. Коронний розряд покращує адгезію і збільшує змочуваність - на мікрорівні формується поверхнева сітчаста структура, в яку потім проникає фарба.

 

Схема плівкового екструдера


Схема екструдера:

  1. Бункер для поліетилену і домішок.
  2. Шнек для перемішування розігрітої суміші.
  3. Голова екструдера для роздування плівки.
  4. Повітряне кільце.
  5. Фіксоване кільце для отриманого плівкового рукава.
  6. Щоки, що складають, - для складання рукава плівки.
  7. Приймальні валики.
  8. Підйомник.
  9. Вежа екструдера.
  10. Осьова лінія.
  11. Блок управління екструдером.

 

Цех флексодруку - царство маркетингу

       Устаткування цеху флексодруку - це флексографічні друкарські машини, за допомогою яких на заготівлю наносять зображення. Це ротаційні друкарські машини з валами і барвистими резервуарами. Для фарби кожного кольору - свій друкарський вузол.

По конструкції верстати бувають трьох типів:

  • ярусні - секції розташовані вертикально одна над іншою;
  • секційні - друкарські вузли розташовані горизонтально, тобто знаходяться на одній висоті одна за одною;
  • планетарні - мають центральний друкарський циліндричний вал, навколо якого розташовані друкарські секції для кожного кольору.

 

Ярусна 4 кольорова флексографічна машина

Ярусна флексографічна машина


Схема друкарської машини:

  1. Вузол розмотування чистих бобін.
  2. Ярусна система друкарських секцій.
  3. Друкарські секції.
  4. Пристрій для сушки забарвленої плівки.
  5. Вузол намотування бобін з друком малюнка.

Фарба наноситься на плівку з флексоформи. Флексоформа - це кліше з тонкої фотополімерної плівки, на якому є пробільні і опуклі ділянки.

       Кліше може зберігатися у виробника пакетів до 5-ти років і використовуватися багаторазово. Замовникові його не віддають, оскільки світлочутливий полімер вимагає особливих умов зберігання (температурного, вологості, санітарно-гігієнічного режиму). Щонайменший дефект кліше приведе до того, що у брак піде уся партія пакетів. Тому за флексоформами дуже ретельно стежать, зберігають їх в стерильних умовах. 

Переваги флексодруку:

  • висока якість зображення;
  • багатоколірність (1-6 кольорів);
  • можливість додаткових ефектів, півтонів, застосування металізованих фарб;
  • контроль і регулювання в'язкості фарби;
  • низька вартість при великих тиражах та ін.

Друк на пакетах - ефективний маркетинговий інструмент, який дозволяє перетворити звичайну майку, петлю або банан на рекламний носій. Причому ефективність такої реклами вища, ніж у бігбордів, плакатів, і крышных конструкцій.

 

Цех пакеторобних машин

Пакеторобні машини з рукава з малюнком виготовляє майку, банан або петлю.


Пакеторобна машина для виробництва пакетів типу майка

2 рядна пакеторобна машина

 

Виробничий цикл складається з декількох етапів:

  • розмотування рукава з рулону і подання в операційну зону;
  • термічне зварювання (контактно-теплова) за допомогою спаюючого ножа;
  • нарізка на пакети;
  • висікання або приварювання ручок.

Автоматична машина працює без втручання оператора. Він тільки контролює процес і при необхідності поповнює запаси заготівель або забирає готову продукцію, що штабелюється і готову до упаковки для подальшої відправки замовникові. 


Ви забули зїсти свій пакет

       Одне з найцікавіших ноу-хау - їстівні пакети. Їх прабатьками сміливо можна назвати найрізноманітнішу упаковку з їстівних матеріалів: японський одноразовий посуд з пресованого рисового борошна, знайомі всім нам з дитинства вафельні стаканчики. А не так давно в Німеччині почали виробляти баночки і коробочки з желатину, крохмалю, природної целюлози, в яких продають десерти, овочеві та м'ясні страви, супи, локшину, сухі сніданки та ін.

       Не відстають і інші країни. Наприклад, в Бразилії можна купити піцу в упаковці з … томатного пюре. Її можна сміливо відправляти в мікрохвильову піч і з'їдати разом з улюбленою «Маргаритою» або «Пепероні».


Бразильська мережа ресторанів Бобс (Bob's) пропонує клієнтам з'їсти гамбургер разом з папером

Упаковка гамбургера с папером



Компания Lavazza пропонує для своїх клієнтів їстівну чашку для кави. Її зовнішний шар виготовлений з італійського печива «Amaretinni» за спеціальним рецептом, а внутрішній шар складається з цукрової глазурі, яка не поспішаючи підсолоджує есрпессо і запобігає вбиранню напою.


Їстівна чашка для кофе


       Насправді, їстівною плівкою вже нікого не здивуєш - вона виробляється у світі понад півстоліття. Але в цій цікавій темі існує такий величезний потенціал, що над нею просто-таки кипить робота.

       Пару років тому група студентів та викладачів одного з ВНЗ України створили їстівні кульки з розплавленого полісахариду, на вкус що нагадують звичайну локшину. Креативні винахідники зі своїм стартапом взяли участь у конкурсі University Startup World Cup і перемогли в номінації Sustainability awards.

       Вони представили досить міцні кульки (витримують до 4-х кг), які можна помістити в мікрохвильову піч, відправити у морозилку, з'їсти самостійно або запропонувати комусь зі своїх хвостатих або рогатих домашніх вихованців.

       Так що не варто дивуватися, якщо за кордоном вам в кафе запропонують з'їсти свою упаковку від гамбургера або тарілку від піци. Поряд з біорозкладними пакетами цей альтернативний метод вирішення сміттєвого питання користується все більшою популярністю.

       Проблему сміттєвого Апокаліпсису може вирішити слоган у захист природи: "Купи біо пакет - збережи планету". І ми впевнені, що в найближчому майбутньому він обов'язково стане девізом нового світового еко флешмобу.


Вверх