Plásticos OxibiodegradáveisCiência e Aplicação

Plásticos OxibiodegradáveisCiência e Aplicação

Presented By: Brandon AtwoodTechnical Director

Presented By: Brandon AtwoodTechnical Director

Objetivo – descrever a tecnologia que torna os materiais poliolefínicos (PE, PP, PS) degradáveis e biodegradáveis

Fornecer a base científica e dados confirmatórios sobre essas propriedades

Porque e onde essas propriedades são úteis Usos e questões atuais e propostas

Sumário da Apresentação

Plásticos Oxibiodegradáveis (OBP’s)O que são?

Plásticos Oxibiodegradáveis (OBP’s)O que são?

Poliolefinas tradicionais com aditivos prodegradantes que:Sofrem oxidação catalítica visando a mudança da

sua estrutura química com perda de propriedades físicas e mecânicas

Convertidas pela ação de microorganismos em água, CO2, compostos inorgânicos, e biomassa

Processo em 2-estágios reconhecido pelo guia padrão ASTM D6954-04

Sacola Degradada – Sri Lanka(Plastic Pakaging Pte. Ltd. Com o uso do aditivo Willow Ridge)

Sacola Degradada – Sri Lanka(Plastic Pakaging Pte. Ltd. Com o uso do aditivo Willow Ridge)

OBP’s – Como acontece ?OBP’s – Como acontece ? FASE 1 – Oxidação catalítica da cadeia polimérica através de

processo químico conhecido. Cisão – Redução do PM para <5000 Inserção de oxigênio nos pontos de quebra da cadeia molecular Acompanhamento da reação pela observação do oxigênio

carbonílico (-C=0) em FTIR (Equipamento de Spectroscopia de Fourier)

FASE 2 - Fragmentos polares e saturados por água suscetíveis à biodegradação

Estudos biométricos já demonstraram a formação de CO2

Resíduos NÃO são ecotóxicos – estudos realizados com organismos sensíveis - crustáceos, vegetais, minhocas, etc.

OBP’s oligômeros de cadeia curta

Oxidação contendo oxigênio

microorganismos, H2O, O2

CO2, H2O, Biomassa (subproduto metabólico)

microorganismos, H2O, O2

HBP’s oligômeros de cadeia curta

(hidrobiodegradáveis) contendo oxigênio hidrólisehidrólise

A Ciência da Degradação é Conhecida (Ex.: Biodegradable Polymers for Industrial Applications. Ray Smith

(ed),CRC Press; G. Scott, Chapter 12, pp 313-335 (2005))

A Ciência da Degradação é Conhecida (Ex.: Biodegradable Polymers for Industrial Applications. Ray Smith

(ed),CRC Press; G. Scott, Chapter 12, pp 313-335 (2005))

Prejudica a reciclagem?Prejudica a reciclagem?

NÃO!! Os OBP’s são compatíveis com as cadeias de reciclagem existentes

porquê…

Química Os Prodegradantes são apenas catalizadores que não iniciam

nenhum processo químico novo. Calor/UV iniciam a formação de carbonila. (CO) Os grupos de Carbonila não podem se formar na presença de

antioxidantes Os Prodegradantes catalizam a quebra dos hidro peróxidos uma vez

formados, o que só pode acontecer quando não existir mais a antioxidação

Considerações Práticas Diluição na cadeia de reciclagem Disponibilidade pobre de oxigênio em itens mais espessos.

Comprovação Transformadores processam aparas aditivadas. Estudos e aplicação na Noruega, Canadá, Chile e Brasil.

Porque isso é interessante?

• As polieolefinas comuns, que normalmente nãodegradam e biodegradam, podem retornar aobiociclo

Benefícios dos OBP’sBenefícios dos OBP’sA Degradabilidade é “programável”Reciclável nas cadeias de reciclagem existentesRetenção das propriedades físicas e mecânicas das resinas

convencionais. As sacolas podem ser usadas como sacolas plásticas convencionais Compostagem eficaz com a produção de composto de alta

qualidadeProcessamento nas instalações existentes com o equipamento

atualmente em uso e similariedade com os parâmetros de processamento dos plásticos atuais.

Financeiramente viável / adotável pelos consumidores, e com isso apoiando programas de reciclagem orgânica.

Sem efeitos tóxicos em plantas sensíveis e vida animal. Em conformidade com os requisitos da EDA e Europeus para embalagem de alimentos.

Benefícios das embalagens degradáveisBenefícios das embalagens degradáveis

Aterro Sanitário – as embalagens degradáveis desintegram e liberam o material orgânico para que este biodegrade aerobicamente

Existe oxigênio suficiente nos aterros sanitários? – sim! Existe atividade biológica nos aterros sanitários? - sim Os operadores de aterros sanitários desejam que a biodegradação aconteça? - sim

Composto – embalagens degradáveis / biodegradáveis suportam o uso do dia-a-dia e facilitam a operação de compostagem

Os plásticos oxibiodegradáveis são compostáveis? – sim e não – estudos mostram que, quando adequadamente fabricados, geram um composto de alta qualidade (Projet Pilote de Collecte, transbordement et Compostage de Materiales Putrescibles avec Sacs degradables, CRIQ File# 640-PE26297, Oct 17, 2002)

Lixo – embalagens degradáveis / biodegradáveis não são a solução, mas já mostraram sua eficiência no controle do acúmulo do lixo. [J.E. Guillet, Plastics in the Environment, Degradable Polymers: Principles and Applications, G. Scott, D. Gilead(ed), pp216-246(1995)]

Considerações PráticasConsiderações Práticas Tecnologia utilizada atualmente por grandes redes de comércio Necessita de um fornecedor confiável que utilize aditivos

testados para as finalidades desejadas Desempenho não linear Projeto demanda ciência comprobatória Os efeitos precisam ser definidos – ex.: nem todos os produtos OPP irão

compostar (precisam formar grupos de carbonila (CO)

Excelente relação custo x benefício Indistinguível em relação aos plásticos convencionais

Aparência Desempenho em uso Processamento

• Sacolas – shopping, lixo, composto, produção• Filme de cobertura agrícola• Cobertura em dias alternados para aterros

sanitários• Plástico de embalagem• Envelopes Plásticos • Embalagem para alimentos• Talheres descartáveis• Recipientes de poliestireno• Embalagens transparentes em PP

Atuais AplicaçõesAtuais Aplicações

Qual o tamanho da oportunidade?Qual o tamanho da oportunidade? Somente nos Estados Unidos e na Europa Ocidental, 12.7M de toneladas

métricas de PE e 2.8 milhões de toneladas métricas de PP foram utilizadas em 2005

Utilização de filme plástico nos EUA, Europa Ocidental e China Previsão de filme PE - 22.5M tm(2005-2009) Previsáo de filme PP – 3,5M – 4,5M (2005-2009)

A Califórnia estima que os filmes plásticos contribuem com 1.6M de toneladas métricas em seus aterros sanitários (4.3% do material nos aterros) (CIWMB)

Os materiais orgânicos contribuem com 30% do total do volume dos aterros sanitários da California – 2/3 ou mais do que isso é acondicionado em sacolas plásticas

A reciclagem é parte da solução, mas em 2009 apenas 4.3% das sacolas plásticas foram recicladas nos EUA; 5% na Austrália e 2% no Brasil (fonte site R7)

A redução também é parte da solução, porém na Irlanda uma taxa sobre as sacolas reduziu o consumo em 95% mas aumentou o consumo de sacos para lixo – redução líquida igual a ZERO.

Química OBP (D.M. Wiles, Chapter 3, Biodegradable Polymers for

Industrial Applications, Ray Smith(ed), (2005))

A degradação oxidativa pode ser resumida como se segue:

RH (heat,O2,stress) ROOH (1) ROOH (heat/UV) RO + OH (2) slow OH + RH H2O + R (3)

R + O2 RO2 (4) RO2 + RH ROOH + R (5) slow

RO + RH ketones, alcohols, (6) very fast, results in esters, acids chain breakage

Catálise por prodegradantes Mn+ + ROOH M+n+1 + RO + OH-

M+n+1 + ROOH M+n + ROO + H+

Antioxidantes doam átomos de hidrogênio aos radicais que são formados para retorná-los à sua estrutura original. Controle da vida útil através do equilíbrio entre o prodegradante e o antioxidante.

Bibliografia SelecionadaBibliografia SelecionadaJ-F Tung, D. M. Wiles, B. E. Cermak, J. G. Gho & C. W. J. Hare, “Totally Degradable Polyolefin Products”Addcon World, Prague, RAPRA Publishing, p. 17, (1999).

N. C. Billingham, D. M. Wiles, B. E. Cermak, J. G. Gho. C. W. J. Hare, & J-F Tung, “Controlled – Lifetime Environmentally Degradable Plastics based on Conventional Polymers”, Addcon World, Basel, RAPRA Publishing, p. 6, (2000).

D. M. Wiles, “Oxo-biodegradable Polyolefins”, “Biodegradable Polymers for Industrial Applications” Ray Smith(ed), CRC Press (2005)

G. Swift and D. M. Wiles, “Biodegradable and Degradable Polymers and Plastics in Landfill Sites” inEncyclopedia of Polymer Science and Technology, J. I. Kroschwitz ed., John Wiley & Sons, (2004)

E. Chiellini, A. Corti and G. Swift, “Biodegradation of Thermally Oxidized, Fragmented Low Density Polyethylenes”, Polym. Deg. Stab. 81, 341, (2003)

R. Arnaud, P. Dabin, J. Lemaire, S Al-Malaika, S, Choban, M. Coker, G. Scott, A. Fauve & A. Maarsooufi“Photooxidation and Biodegradation of Commercial Photodegradable Polyethylenes”, Polym. Deg. Stab. 46, 211, (1994)

B. Raninger, G. Steiner, D. M. Wiles & C. W. J. Hare, “Tests on Composting of Degradable Polyethylene in Respect to the Quality of the End – Product Compost” in Microbiology of Composting, H. Insam, S. Klammer & N. Riddich eds., Springer-Verlag, Berlin, p. 299, (2002)

I. Jakubowicz, “Evaluation of Biodegradable Polyethylene”, Polym. Deg. Stab. 80, 39, (2003)

www.oxobio.org and references therein