Правда про біорозкладні пакети з крохмалю

       Усе людство заклопотане проблемою порятунку планети від сміття, яке воно саме ж і робить. В якості одного із способів вирішення проблеми розглядаються пакети з крохмалю. Адже ми вже вміємо шити одяг з сої, робити чашки з кавової гущі і плести меблі з водоростей. Може, пакет з кукурудзяного крохмалю врятує наш світ від екологічної катастрофи? А ось тут, на жаль, не все так просто. Виявляється, повністю біорозкладний пластик і пакети з кукурудзяного крохмалю мають між собою не так багато загального, як здається на перший погляд.

Замовити біорозкладні пакети з крохмалю можна перейшовши за посиланням тут.


Продукція з кукурудзи

       Хіміки довго билися над винаходом пластика, мріючи створити дуже міцний і довговічний матеріал. А коли їм, нарешті, це вдалося, то виявилось, що усі ці «дивовижні» переваги пластика являються його ж і недоліками. Матеріал виявився рідкісним довгожителем, який «не по зубах» більшості мікроорганізмів. Але що для геоматеріалів для будівництва доріг добре, то для кульків з-під картоплі - погано. Адже використовуємо ми їх сотнями, а розкладаються вони десятиліттями.

       Стало зрозуміло, що треба створювати біорозкладні полімери, за властивостями схожі з пластиком, але при цьому легкотравні для бактерій.

       І такі матеріали незабаром з'явилися. Виробники заявили, що вони налагодили виробництво біодеградованих полімерів з крохмалю і почали робити з них різні товари: посуд, вазони для розсади, підгузники, компостовані пакети.

       Але перемога над сміттєвим колапсом так і не відбулася. Коли стали розглядати усі аспекти промислової «кукурудзяної революції», то все виявилося не так благополучно. Причина тому - навіть не висока собівартість матеріалу, а енергоресурси, що витрачаються на його виготовлення, і шкода такої промисловості для екології.


Пакет з петлевою ручкою (петля) з кукурудзяного крохмалю

Пакет з петлевою ручкою з крохмалю кукурудзи


Пакети з кукурудзи з точки зору хімії синтетичних полімерів

       Екопакет з кукурудзяного крохмалю - насправді зовсім не сенсаційне ноу-хау. Сировиною для виробництва біо-пакетів з полісахаридів служить добре знайомий нам полілактид (полімолочна кислота), уперше синтезований більше півстоліття тому. З його розчину в розчинниках (хлороформі, бензолі, бутилацетаті) можна робити волокна і плівки. Правда, ці токсичні розчинники - далеко не квітковий нектар, а проблема їх утилізації без шкоди для екології доки не розв'язана. Але це велика тема для окремої статті, тому повернемося до самого полілактиду.

       Полілактид (ПЛА або PLA) - це полімер молочної кислоти, термопласт, який в промисловості синтезують переважно з гідролізату крохмалю. Кукурудзу змізерніють, отримують з неї крохмаль, якого міститься 57%. Потім його переробляють в декстрозу, яку далі піддають ферментації у присутності білкових каталізаторів для отримання молочної кислоти. З концентрованої молочної кислоти в процесі реакції олігомеризації отримують лактид, а потім - полімер молочної кислоти.

Але є у цієї технології свої проблеми:

  • продукти харчування украй небажано бездумно витрачати на виготовлення пластика;
  • усі існуючі технології мікробіологічного синтезу молочної кислоти викликають дуже багато питань.

       Річ у тому, що питомий вихід молочної кислоти при промисловому синтезі складає всього 0,2-0,4 г/л в годину. А в процесі виробництва утворюється величезна кількість побічних продуктів, які йдуть у відходи. Їх переробка вимагає великих енергетичних витрат і призводить до забруднення довкілля.

       Було запропоновано (і запатентовано) безліч альтернативних методів синтезу молочної кислоти: з гідролізату крохмалю з цукром, D- глюкози (декстрози) лактату натрію та ін. Але і вони себе повністю не виправдали, оскільки необхідний тривалий процес біосинтезу вимагає невиправдано великих енерговитрат (зокрема, для підтримки температурного режиму культивування продуцентів і отримання кінцевого продукту).

       Такі технології можна впроваджувати, якщо йдеться про синтез молочної кислоти для виготовлення, наприклад, біодеградованих імплантатів для хірургічних операцій. Але чи є сенс витрачати величезну кількість ресурсів і робити тонни сміття для отримання біодеградованих кульків?


Екопластик і біорозкладані пакети з крохмалю - реальність або ілюзія?

       Щоб докопатися до самої суті, треба спочатку розібратися, що таке біорозкладний пластик і еко пакети.

       Усі винайдені людством матеріали биорозкладні. Різниця лише в часі: деяким для цього досить року, іншим потрібні десятиліття.

       Ідеальні біо пакети, в теорії, повинні розкладатися до вуглецю і води. Проте це можливо тільки у тому випадку, якщо вони будуть на 100% виготовлені з рослинної сировини без хімічних добавок. На ділі ж, як показують дослідження, цього не відбувається. Наприклад, в «Journal of Polymers and the Environment» була опублікована стаття Feuilloley, P. et al. Degradation of Polyethylene Designed for. Agricultural Purposes. Journal of Polymers and the Environment 13, 349-355(2005). У ній написано, що жодна біорозкладна мульча (були взяті 3 різних плівки) навіть в ідеальних лабораторних умовах не деградувала повністю до безпечних для природи мінеральних речовин. На жаль, але дійсно розклалося всього близько 15% пластика.

       А ось пакети з полілактида розкладаються досить швидко, так. Але це не означає, що вони більш дружні для природи - виробництво пакетів з крохмалю завдає набагато більшої шкоди екології, чим пластикових.

 

Отже, що ж ми називаємо біорозкладним чудо-пластиком?

Насправді це різні по складу матеріали, що вимагають певних умов для утилізації :

  1. Компостовані пакети - гідророзкладані полімери з біоматеріалів, що вимагають спеціального температурного і вологості режиму для розкладання (такі спеціальні «компостні фабрики» є у наших сусідів в Європі, але їх немає в Україні).
  2. Біорозкладні пакети - повинні розкладатися за природних умов в природі в результаті мікробіологічних і хімічних процесів.
  3. Оксо - біорозкладні - біопакети з оксо-разкладною домішкою. Каталізатором деградації тут служить атмосферний кисень, прискорюючий розпад пластика на мікрочастки в десятки разів. Замовити оксо біорозкладні пакети можна перейшовши по посиланню тут.
  4. Усі інші - якісь розкладні полімери, що не підлягають вторинній переробці. 

       

Біорозкладний пакет з крохмалю від виробника


       Швидко і повністю розкладних пластиків на даний момент людство доки не винайшло. У виданні The Guardian була опублікована стаття «Biodegradable plastic bags survive three years in soil and sea». У ній наводяться результати дослідження деградації компостованих, біорозкладних і звичайних поліетиленових кульків під дією морської води, повітря і умов компостної ями. Жоден з них повністю не виправдав надій. Правда, компостований розклався через 3 місяці в морській воді, але з честю витримав 27 місяців «поховання» під землею (хоча чекали від нього зовсім іншого).

       Загалом, кожне рішення має свої плюси і мінуси. А технологія виробництва пакетів з крохмалю вимагає грунтовного доопрацювання.

       Але вже можна купити органічні пакети з крохмалю в Україні. Тільки треба розуміти, що це не ідеальна біомаса і папір, що не розмокає при першому дощі, а просто один з видів пластика. До речі, не варто сприймати папір як альтернативу поліетилену. Целюлозно-паперова промисловість завдає колосальної шкоди довкіллю, про що давно і безуспішно сурмлять на кожному розі екологи.

 

Світовий ринок «кукурудзяної» сировини

       Біополімери з поновлюваних природних ресурсів - модний світовий тренд. Що собою уявляють, де знаходяться або з чого їх можна зробити? Існують різні технології, у тому числі створені за допомогою генної інженерії. Наприклад, біопластик можна отримати з соєвого білку або рослинних олій, виготовляти за допомогою бактерій. Але найбільш перспективним виявилося виробництво біорозкладних полімерів (полілактидів) з кукурудзи.

       PLA в чистому вигляді - прозорий, водостійкий, з гарним глянцем, але занадто крихкий, жорсткий і не термостійкий матеріал (не витримує температуру більше 50-55°C і починає деформуватися). Проте його можна модифікувати за допомогою різних пластифікаторів. Наприклад, введення добавки Eastar Bio (робить компанія Novamont) збільшує його в'язкість, пружність і гнучкість. Ця добавка використовується для виробництва еко пакетів у всьому світі.

       Багато компаній впроваджують власні технології і роблять сировину, з якої можна робити упаковку, пакети біорозкладні, пластикову тару. Наприклад, BASF (Німеччина) створила і запатентувала інноваційний пластик Ecovio, який майже на половину складається з кукурудзяної PLA. Правда, в нім міститься і продукт нафтохімії Ecoflex, також ноу-хау корпорації BASF.

       Провідний світовий виробник біопластиків з рослинних полімерів, компанія Компанія NatureWorks, виготовляє INGEO PLA для біорозкладних плівок і термоупаковки, що отримуються методом екструзії.

       Американська компанія Cargill Inc. робить полілактид і дуже міцний біопластик Eco - Pla. Mitsui Toatsu (Японія) впровадила тенологію одностадійної модифікації полілактида і здешевила його собівартість. Biotec GmbH пропонує композит на основі крохмалю у вигляді компостованої біомаси (гранули, піноматеріали, литтєвий біопласт) для виготовлення м'якої упаковки, сільськогосподарської плівки, жорсткої тари і інших продуктів.

       Проте відомо, що виробники м'якої упаковки з ПЛА трохи лукавлять. Унаслідок недостатньої термічної стійкості, низьких бар'єрних характеристик по відношенню до кисню (в порівнянні з ПЕТ вони нижче приблизно в 10 разів) і високого коефіцієнта дифузії СО2 не можна зробити м'яку упаковку з чистого PLA, яка до того ж зможе контактувати з вологою і підійде для заморожених продуктів. ПЛА доводиться модифікувати і додатково вводити до складу композиту добавки для підвищення теплостійкості, стійкості до кисню.


Для прикладу можна розглянути зміст біоматеріалів в продуктах компанії Biotec GmbH (інформація з офіційного сайту компанії):

  • BIOPLAST GF 106/02 - 23% рослинної біосировини;
  • BIOPLAST 500 - 50%;
  • BIOPLAST GS 2189 - 69%;
  • BIOPLAST TPS - до 100% біосировини (подробиці не розголошуються).

 

       Бізнесмен з Китаю Френсіс Чой Чи-Мин, власник компанії Early Light International, що заробив свій стан на виготовленні іграшок, тепер одержимий ідеєю виробництва органічного пластика з кукурудзи і картоплі. Як пише журнал Forbes, китаєць створив спільно з одним з американських виробників екопластмас імперію по виробництву біопластиків NuPlastiQ.

       У інтерв'ю Френсіс Чой сказав: «Це стане для нас великим бізнесом. Матеріал NuPlastiQ можна використати для виготовлення м'якої упаковки, можна сплавити із звичайним пластиком для створення екологічно чистих речей, наприклад, дитячих іграшок. В найближчому майбутньому світу знадобиться біопластик».

       Ми теж анітрохи не гірше за китайців, адже екструдер насправді однаково переробляє будь-яку сировину і робить з неї як пластик, так і біопластик. Але у біопакетів з природної сировини в Україні є зовсім інші проблеми, які нам доки не вдається вирішити.


Пакет тип «майка» з кукурудзяного крохмалю

Пакет майка з крохмалю кукрудзи


Технологія виробництва пакетів з крохмалю

       Робити пакети з поліетилену - справа не хитра. Треба узяти природний газ або нафтопродукт, отримати мономер і зробити готовий виріб. Куди цікавіше попрацювати з крохмалем - саме він є найпопулярнішою біорозкладною сировиною.

       Звичайно, чистий крохмаль не підходить для виготовлення плівки, тому що він дуже крихкий і непластичний. Але якщо в нього додати пластифікатори (наприклад, сорбітол, гліцерин, полімери молочної кислоти), то можна буде зробити плівку непоганої якості. Причому можна використати крохмаль в якості наповнювача, а можна його модифікувати фізичними, хімічними і ферментативними (біохімічними) методами.

       Пакети з крохмалю можна робити на тому ж устаткуванні, що і звичайні. Увесь процес виробництва проходить в трьох цехах.


Екструдерный цех для виробництва рукава

       У екструдерном цеху встановлені екструдери, в яких з гранул сировини, пігментів і різних добавок формують заготівлю.  Оскільки крохмаль за властивостями поступається синтетичному етилену, то виробникові доводиться ретельніше підбирати склад суміші і використати різні домішки.


 Екструдер для виготовлення плівок


       Для виробництва рукава компоненти засипають у бункер, нагрівають, піддають пластифікації. А потім видувають підготовлену в'язкотекучу суміш через формувальну голівку і отримують тонкостінну циліндричну заготівлю. Потім її витягають методом пневматичного розтягування (подають всередину труби стисле повітря під тиском) до потрібного діаметру, охолоджують, складають за допомогою направляючих розсувних щік. Примусове охолодження дозволяє уникнути злипання рукава при стискуванні спеціальними валяннями і змотуванні у бобіни або рулони.

       Ще один етап виробництва - активація плівки, тобто обробка коронним розрядом. Цей етап дозволяє змінити поверхневий мікрошар для підвищення змочуваності і поліпшення адгезійних характеристик полотна, призначеного для подальшого нанесення малюнка.

       Якщо говорити простіше, то після обробки коронним розрядом змінюється поверхнева структура плівки - вона стає мікропористою і шорсткою. Фарба, що потрапила в ці мікропори, як би стає частиною структури поверхні, тому не змащується і не витирається.


Схема екструдера для роздуву плівок

 

Схема екструдера:

  1. Завантажувальний бункер для початкової сировини - крохмалю і домішок.
  2. Камера для нагріву сировини з шнеком, що обертається, для перемішування розігрітої суміші.
  3. Голова екструдера, що формує.
  4. Пристрій для охолодження рукава.
  5. Монтажна естакада.
  6. «Щоки» - пристрій для складання рукава.
  7. Облаштування прийому складеного полотна.
  8. Пристрій для намотування у бобіни.
  9. Блок управління екструдером.

 

Цех флексодруку : тут народжується мистецтво

       У цеху флексодруку на заготівлі наноситься зображення методом флексографії. Це метод високого прямого ротаційного друку, при якому фарба безперервно наноситься на кліше, а з нього - переноситься на поверхню, яка задруковується. Кліше (флексоформа) виготовляється з тонкого світлочутливого полімеру і є пластиною з опуклими і пробільними елементами.

Флексографічна машина конструктивно є верстатом з трьома валами:

  1. Гумовий вал опускається у барвистий резервуар, наповнений рідкою фарбою.
  2. Передатний растровий вал приймає фарбу з гумового.
  3. Друкарський вал із закріпленою на нім гнучкою флексоформой отримує від передатного дозовану порцію фарби і переносить її на запечатувану поверхню (плівку).

6-ти кольорова планетарна флексографічна машина

   Планетарна флексографічна машина 6 кольорова

 

Схема планетарної друкарської машини:

  1. Вузол розмотування чистих бобін, намотування бобін з друком.
  2. Сушарна камера пофарбованої плівки.
  3. Планетарна система друкарських секцій.
  4. Друкарські секції.
  5. Центральний друкарський вал.


       Кожен колір переноситься окремими валами. Тобто спочатку наноситься, наприклад, жовта фарба, на наступному етапі - синя і так далі. Для двокольорового друку на одній стороні плівки знаходиться 2 флексоформи, для друку з колірністю 2+2 знадобиться 4 кліше.

       Флексоформи виготовляються для кожного замовника індивідуально після затвердження макету. Але використати їх можна багаторазово впродовж 3-5 років. Тому для замовлення другої партії пакетів вже не треба виготовляти кліше - воно зберігається при строго визначених умови у виробника пакетів.

       Чому ми на самому початку заговорили про мистецтво? Дизайн побутових речей по класифікації - така ж повноправна форма мистецтва, як фотографія і анімація. Тому якісний друк дійсно позитивно впливає на смак споживача і довго тішить око. А ще вона вирішує маркетингові завдання. Причому справляється з цим завданням прекрасно.

 

Цех пакеторобних машин

Це завершальний етап виробництва. Конструкція пакеторобної машини залежить від типу пакету : майка, банан, петля.


 Пакеторобна машина

Принцип роботи пакеторобної машини:

  1. Бобіна із заготівлею кріпиться на подаючому валу.
  2. З подаючого валу рукав розмотується втягуючими валами і подається в операційну зону.
  3. Плівка подається не безперервно, а покроково, оскільки в операційній зоні у момент короткої зупинки виконуються певні операції: герметизація, зварювання швів, ущільнення, різання, приварювання ручок.
  4. Машина перераховує готові пакети і складає їх на приймальний стіл, тобто штабелює пачками зазвичай по 50 або 100 штук.
  5. Пачки упаковують і відправляють на склад готової продукції, звідки потім їх відвантажують замовникові.  

У що насправді обходиться виробництво біорозкладних пакетів в Україні

  1. На «органічні» екопакети з кукурудзяного крохмалю доводиться витрачати цінні продукти харчування.
  2. На виробництво біоупаковки витрачається на 40% більше енергоресурсів, ніж на виготовлення традиційної пластикової упаковки (із звіту Danish Environmental Protection Agency).
  3. М'яка упаковка з полісахаридів в 3 рази дорожче за ту, якою ми звикли користуватися.
  4. Компостований поліетилен деградує тільки за певних штучно створених умов.
  5. При розкладанні біопакетів виділяється метан - один з основних компонентів парникових газів атмосфери Землі.
  6. В Україні немає полігонів для органічного компостування (і навряд чи вони з'являться найближчим часом).
  7. У нас дуже низька екологічна свідомість, тому сортування сміття застрягло на етапі нереалізованого почину зелених эко-активистов.
  8. Поліетилен з PLA не підходить для вторинної переробки, він може тільки зіпсувати пластик і перетворити усю партію на браковану сировину.

Як бачимо, проблем вистачає. Але це не безвихідь. Просто потрібна зміна парадигм, тобто вихід треба шукати з іншого боку.


Поліетилен ПВД і ПНД з оксо - біорозкладними домішками - доступна і рентабельна альтернатива

       Якщо ми доки не можемо вирішити проблеми, пов'язані з енерговитратністю і складністю утилізації упаковки з полісахаридів, значить, треба вводити в звичайний поліетилен добавки для ініціації і прискорення його розпаду. Такі технології знижують собівартість виробництва, не роблять істотного впливу на стан екології, зберігають усі бажані властивості полімеру і забезпечують його швидке біорозкладання.

       Біодеградовані полімери (англ. biodegradable polymers) або біорозкладні полімери - це матеріали, в яких можна регулювати термін експлуатації, вони мимоволі руйнуються в результаті природних хімічних і мікробіологічних процесів.

       Самі кращі результати по сукупності витрат і результату показують композити з оксо - біорозкадними домішками. Наприклад, d2w вводиться у кількості 1-2%, не вимагає зміни технологічних режимів, не впливає на властивості готового продукту, не підвищує його токсичність. Виробником домішки d2w є компанія Symphony Environmental Technologies plc, Великобританія.

       Сировиною для виробництва еко-пакетів є: поліетилен HDPE або LDPE, оксо-біорозкладна домішка d2w (у кількості 1-2%), суперконцентрати для фарбування плівки, а також стабілізатори.

 

Порівняння біологічних полімерів рослинного походження з поліетиленом LDPE, HDPE із застосуванням оксо-біорозкладної домішки

Параметри для порівняння         

Полімери з рослиної сировини (кукурудзи)

Поліетилен з оксо-біодомішками

Енерговитрати на виробництво

Більше (у 40 разів)

Менше

Собівартість продукції

Більше (у 3-10 разів)

Менше

Залежність від нафтохімічної сировини

Менше

Більше

Шкода готового продукту для екології

Менше

Більше

Термін деградації (розкладання)

Від 6 місяців

Близько 2-3 років

Необхідність в створенні особливих умов компостування

Так

Ні

Можливість вторинної переробки

Ні

Так

Швидка біодеструкція без спеціальних умов (розкладання кинутого на природі кулька)

Ні

Так

Зміст біоматеріалів в композиті

Від 30%, решта - вуглеводні, тобто ті ж вуглеводні нафти

0%

Довговічність продукту впродовж періоду експлуатації і можливість контролю термінів розкладання

Довговічність не гарантована (продукт може стати крихким, неміцним), термін розкладання не можна контролювати

Довговічність гарантована, термін розкладання можна контролювати


       Як бачимо, у кожного з варіантів є свої плюси і мінуси. Красиву картинку легко намалювати, але наскільки вона відповідатиме дійсності?


Пакет з прорубною ручкою (банан) з кукурудзяного крохмалю

Пакет з прорубною рукою з крохмалю кукрудзи


Де купити біодеградуючі екопакети в Україні

       «МПАК» робить біологічно деградуючі екопакети, які мають усі необхідні споживчі властивості (простота застосування, низька ціна, зручність, якість, вантажопідйомність, довговічність), задовольняють вимогам наших клієнтів (міцність, зовнішній вигляд, форм-фактор, вартість), відповідають екологічним нормам.

       Розробимо індивідуально для вас макет, підберемо склад сировини, виготовимо упаковку і безкоштовно доставимо її в Київ, Харків, Дніпро, Одесу, Львів і інші міста.

 

Співпраця з українським виробником - перевага вашого бізнесу

гарантія успішного розвитку і процвітання компанії!

Вверх