MAPA DROGOWA OD NAUKI DO INNOWACJI W ŁAŃCUCHU WARTOŚCI

Transkrypt

1 MAPA DROGOWA OD NAUKI DO INNOWACJI W ŁAŃCUCHU WARTOŚCI This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed by the ERDF

2 2

3 SPIS TREŚCI 1. PROJEKT PLASTICE 4 2. GŁÓWNE WYZWANIA DLA KRAJÓW EUROPY ŚRODKOWEJ 5 3. ROZWÓJ ŁAŃCUCHA WARTOŚCI 7 4. PRACE BADAWCZO-ROZWOJOWE Charakterystyka właściwości fizycznych polimerów dostępnych na rynku Charakterystyka składu i budowy cząsteczkowej dostępnych na rynku materiałów polimerowych Chemiczna modyfikacja właściwości polimerów Fizyczna modyfikacja właściwości polimerów Optymalizacja procesu przetwarzania polimerów biodegradowalnych Wsparcie dla rozwoju przemysłowych procesów produkcyjnych Badania właściwości użytkowych Badanie biodegradacji i kompostowalności KONTAKTY SŁOWNIK POJĘĆ 18 ZAŁĄCZNIK CASE STUDIES 23 3

4 1. PROJEKT PLASTICE Realizacja projektu PLASTiCE rozpoczęła się w kwietniu 2011 roku w ramach Programu Europa Środkowa. Bierze w nim udział trzynastu partnerów w tym przedsiębiorstwa, organizacje wspierające biznes oraz instytucje badawcze z Włoch, Polski, Słowacji oraz Słowenii. Połączenie potencjału partnerów projektu miało na celu określenie przeszkód w rozwoju łańcucha wartości tworzyw zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju oraz promocję takich tworzyw. Szczególnie dotyczy to tworzyw biodegradowalnych. Głównym celem projektu jest określenie ram do działań na rzecz rozwoju rynku tworzyw biodegradowalnych w krajach Europy Środkowej jako innowacyjnego obszaru testowego dla nowych zastosowań produktu w wybranych sektorach przemysłu. Sektor przemysłowy o największym potencjale bezpośredniego wykorzystania tworzyw biodegradowalnych to opakowania (opakowania żywności, siatki i wyroby spienione). Branża ta obejmuje produkcję worków do zbiórki i kompostowania zielonych odpadów oraz toreb używanych do pakowania towarów w supermarketach, które to torby podlegają coraz ostrzejszej kontroli pod kątem wymagań ochrony środowiska. Tworzywa biodegradowalne mogą być również wykorzystane do produkcji innych wyrobów jednorazowych (talerze i miski, kubki do zimnych napojów, sztućce) lub wyrobów do specjalnych zastosowań (akcesoria sportowe, rolnictwo), a ich użycie nie ogranicza się do wymienionych sektorów. Celem niniejszego opracowania mapy drogowej jest wsparcie w Europie Środkowej współpracy instytucji badawczych oraz przedsiębiorstw w dziedzinie konkretnych zastosowań przyjaznych środowisku tworzyw biodegradowalnych. Stanowiąca połączenie wiedzy i kompetencji właściwych instytucji mapa prowadzi producentów przez cały proces: od badań po komercjalizację nowych przyjaznych dla środowiska biodegradowalnych tworzyw oraz ich zastosowanie. Przytoczone studia przypadku ilustrują zaś istotne kwestie, jakie należy brać pod uwagę, rozpoczynając produkcję tworzyw biodegradowalnych i wyrobów z nich wykonanych. Dokument ten został opracowany w ramach Pakietu Zadaniowego WP3 projektu Rozwój innowacyjnej środokowoeuropejskiej sieci tworzyw przyjaznych środowisku (PLASTiCE), współfinansowanego w ramach Programu Europa Środkowa przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego. 4

5 2. GŁÓWNE WYZWANIA DLA KRAJÓW EUROPY ŚRODKOWEJ Przemysł tworzyw w Unii Europejskiej to ponad przedsiębiorstw głównie małych i średnich generujących obroty ok. 300 miliardów euro rocznie. 1 Mimo że kryzys gospodarczy w Unii z lat negatywnie wpłynął na wyniki wielu sektorów przemysłu, rynek tworzyw Europy Środkowej po dwuletnim okresie spadku ponownie dynamicznie wzrasta. W ostatnich trzech latach w sektorze tym obserwowaliśmy rozmaite fuzje i przejęcia, ale także wzrost szans rynkowych nowych zastosowań w branżach samochodowej i lotniczej, medycynie, elektronice oraz AGD. Z względu na kwestie ekologiczne, zagospodarowanie odpadów z tworzyw sztucznych w dalszym ciągu stanowi jednak przedmiot zainteresowania europejskich decydentów. Tworzywa są obecne w niemal wszystkich zastosowaniach, a popyt na nie z każdym rokiem wzrasta. Stanowi to wyzwanie dla gospodarki odpadami i znacząco wpływa na środowisko, bowiem tylko niewielka część odpadów z tworzyw podlega recyklingowi. W marcu 2013 roku Komisja Europejska opracowała ZIELONĄ KSIĘGĘ w sprawie europejskiej strategii dotyczącej odpadów z tworzyw sztucznych w środowisku 2, stanowiącą część szerszego europejskiego prawodawstwa dotyczącego odpadów. Do czasu opracowania dokumentu odpady te zostały uwzględnione jedynie w Dyrektywie 94/62/EC w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych, która ustanawia konkretne środki związane z recyklingiem odpadów z gospodarstw domowych. Istotny krok w kierunku odpowiedzialności producenta za gospodarkę odpadami stanowi natomiast Dyrektywa Komisji Europejskiej w sprawie odpadów 2008/98/EC (artykuł 8). W roku 2011 europejski przemysł tworzyw wystąpił z ideą wprowadzenia zasady zero tworzyw na składowiskach do roku Jeżeli Komisja Europejska i rządy zdecydują się na jej przyjęcie, będzie to poważne wyzwanie dla krajów Europy Środkowej, gdzie znaczna część odpadów z tworzyw trafia na składowiska. Światowa Rada Biznesu na Rzecz Zrównoważonego Rozwoju przewiduje, że aby sprostać popytowi na produkty z tworzyw i ich zastosowania, potrzebny byłby cztero-, a wręcz dziesięciokrotny wzrost efektywności wykorzystania zasobów naturalnych do roku Obecnie tanie tworzywowe gadżety, nietrwałe zabawki, torby na zakupy oraz inne jednorazowe produkty są często dostępne po cenach niewspółmiernych do ich kosztów środowiskowych 4. System odzwierciedlający rzeczywiste koszty środowiskowe, od wydobycia surowców po produkcję, dystrybucję i unieszkodliwianie, byłby pomocny w opracowaniu nowych rozwiązań, na przykład wprowadzaniu tworzyw biodegradowalnych. Chociaż Europa rozumiana jako całość była w ostatniej dekadzie globalnym liderem w dziedzinie tworzyw biodegradowalnych, także Stany Zjednoczone i kraje azjatyckie dynamicznie rozwijają możliwości ich zastosowania. Europa Środkowa w dalszym ciągu pozostaje w tyle, jeśli chodzi o 1 Plastics the Facts 2012, An analysis of European plastics production, demand and waste data for 2011, PlasticsEurope, 2012, page 3 2 Green Paper On a European Strategy on Plastic Waste in the Environment, Brussels, , COM(2013) 123 final 3 Communication from the Commission to the European parliament, the council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions, Roadmap to a Resource Efficient Europe, Brussels, , COM(2011) 571 final, page 2 4 Green Paper On a European Strategy on Plastic Waste in the Environment, Brussels, , COM(2013) 123 final, page 15 5

6 troskę o produkcję i stosowanie tworzyw biodegradowalnych. Zaangażowani w projekt PLASTiCE pionierzy z obszaru przemysłu zwrócili uwagę na następujące przeszkody: należy poprawić właściwości funkcjonalne tworzyw biodegradowalnych; istotne jest zdobywanie know-how w zakresie przedłużenia dopuszczalnego czasu przechowywania opakowań biodegradowalnych; proces przejścia od tworzyw tradycyjnych do biodegradowalnych winien być lepiej zarządzany, we współpracy z partnerami zewnętrznymi, m.in. dostawcami materiałów oraz instytutami badawczymi; systemowi zagospodarowania odpadów winna towarzyszyć infrastruktura wspomagająca segregację i oddzielanie tworzyw biodegradowalnych od konwencjonalnych. Zgodnie z przewidywaniami Global Industry Analysts Inc., globalny rynek polimerów biodegradowalnych może osiągnąć do roku 2017 wartość 1,1 miliona ton 5. Wspierając rozwój tworzyw biodegradowalnych, w swoim dokumencie Plan działań na rzecz Europy efektywnie korzystającej z zasobów ( mapa drogowa ) Komisja Europejska postawiła istotny kamień milowy: Przed rokiem 2020 odkrycia naukowe i nieustanne wysiłki na rzecz innowacji znacznie poprawiły sposób, w jaki rozumiemy pojęcie wartości zasobów, zarządzamy nimi, użytkujemy je, odzyskujemy, zastępujemy i chronimy. Stało się to możliwe dzięki intensyfikacji inwestycji, spójności w podejmowaniu społecznych wyzwań efektywnego wykorzystania zasobów, zmianie klimatu oraz korzyściom wynikającym inteligentnych specjalizacji i współpracy w europejskiej przestrzeni badawczej. 6 W latach Komisja Europejska skupi, więc w swoich rękach kwestie finansowania prac badawczych, między innymi wspierania innowacyjnych rozwiązań w dziedzinie tworzyw biodegradowalnych. Biorąc pod uwagę powyższe zagadnienia, głównym motorem rozwoju łańcucha wartości tworzyw biodegradowalnych w Europie Środkowej są: wzrastające zapotrzebowanie na opakowania i produkty jednorazowe, większa świadomość użytkowników końcowych, presja związana z zakazami składowania odpadów tworzywowych, nieprzewidywalność cen ropy w następnej dekadzie oraz postęp technologiczny w dziedzinie polimerów biodegradowalnych. Mapa drogowa łańcucha wartości koncentruje się na przyjaznych dla środowiska tworzywach biodegradowalnych, szczególnie polimerach kompostowalnych (zgodnych z normami EN13432, EN 14995, ASTM D6400, ASTM D6868, ISO17088, AS 4736, AS 5810 oraz ISO 18606), projektowanych z myślą o kompostowaniu w warunkach tlenowych instalacji komunalnych i przemysłowych, bazujących na zasobach odnawialnych oraz nieodnawialnych, stosowanych w opakowaniach, cateringu lub rolnictwie i dostępnych na rynku europejskim na średnią lub dużą skalę. 5 Biodegradable polymers. A global strategic business report, 2012 ( 6 Communication from the Commission to the European parliament, the council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions, Roadmap to a Resource Efficient Europe, Brussels, , COM(2011) 571 final, page 9 6

7 Ponowne wykorzystanie i recykling Kompostowanie Użytkownicy 3. ROZWÓJ ŁAŃCUCHA WARTOŚCI Jeśli chodzi o strukturę łańcucha wartości tworzyw biodegradowalnych, jest ona porównywalna z analogicznym łańcuchem tworzyw tradycyjnych. W przypadku tych ostatnich większą uwagę zwraca się jednak na procesy recyclingu i wtórnego użycia, podczas gdy w przypadku tworzyw biodegradowalnych pod uwagę brane są procesy ich rozkładu i kompostowania. Europejskie dyrektywy dotyczące gospodarki odpadami Krajowe prawo dotyczące gospodarki odpadami Systemy certyifkacji Instytucje badawcze Dostawcy surowców Producenci i przetwórcy tworzyw biodegradowalnych Przetwórcy tworzyw sztywnych lub giętkich Przemysł (opakowania żywności, kosmetyków i leków ) Dystrybutorzy, sprzedawcy detaliczni produktów w opakowaniach biodegradowalnych Dystrybutorzy, sprzedawcy detaliczni opakowań biodegradowalnych Organizacje publiczne i non-profit odpowiedzialne za kampanie społeczne, szkolenia i doradztwo Na każdym etapie łańcucha wartości pokonać należy konkretne przeszkody w pracach badawczo-rozwojowych. Charakterystyka polimerów dostępnych na rynku Modyfikacja chemicznych i fizycznych właściwości polimerów Przetwórstwo polimerów Zaprojektowani e efektywnych warunków produkcji przemysłowej Właściwości użytkowe tworzyw biodegradow alnych Badania biodegradacji i kompostowalności Przedsiębiorstwa planujące rozpoczęcie produkcji tworzyw biodegradowalnych lub modyfikację aktualnych procesów pod kątem tych tworzyw i ich zastosowań, staną prawdopodobnie przed koniecznością zmierzenia się z poniższymi kwestiami. Mapa drogowa stanowi podstawowy zestaw odpowiedzi na najważniejsze pytania. Aby uzyskać więcej informacji, należy skontaktować się z krajowym punktem informacyjnym. 7

8 Pytanie 1.: Jakie polimery biodegradowalne będą najwłaściwsze w przypadku mojej obecnej technologii przetwórstwa? Należy wziąć pod uwagę właściwości fizyczne polimerów dostępnych na rynku. Takie działania obejmują ocenę stabilności termicznej, temperatury mięknienia oraz właściwości mechanicznych. Pozwoli to wybrać na rynku polimer najbardziej właściwy ze względu na obecną technologię przetwórstwa oraz przewidywane zastosowania. Więcej informacji znaleźć można na stronie 11. Można również wziąć pod uwagę skład oraz strukturę molekularną polimerów do konkretnych zastosowań. Pytanie 2.: W jaki sposób upewnić się, że wybrany biodegradowalny materiał polimerowy ma cechy właściwe dla danego zastosowania? Które parametry należy mieć na uwadze, by zagwarantować jakość produktu oraz biodegradowalność na końcu cyklu życia? W jaki sposób zweryfikować powtarzalność właściwości dostarczanego materiału polimerowego? Powinno się wziąć pod uwagę skład oraz budowę cząsteczkową polimerów do konkretnych zastosowań. Działania takie obejmują ocenę właściwości produktów końcowych, określenie rodzaju zanieczyszczeń wpływających na przetwórstwo materiału oraz zawartość i rodzaj wypełniacza. Pozwoli to wybrać materiał polimerowy właściwy do danego zastosowania oraz zagwarantuje, że dostarczona przez dostawcę partia materiału spełni oczekiwane standardy jakości. Jednocześnie da wiedzę na temat konkretnych warunków przechowywania (wilgotność, światło słoneczne i temperatura) oraz warunków przetwarzania wybranych materiałów polimerowych, a także warunków przechowywania produktów bazujących na tych materiałach. Zdobędzie się w ten sposób informacje o frakcji produktu nie nadającej się do recyklingu. Więcej informacji znaleźć można na stronie 12. Pytanie 3.: W jaki sposób chemicznie dostosować własności dostępnych materiałów polimerowych do konkretnych potrzeb produkcyjnych? Należy rozważyć chemiczne zmodyfikowanie właściwości polimerów. Działania takie obejmują zastosowanie przedłużaczy łańcucha, wprowadzenie polimerów funkcjonalnych oraz modyfikację powierzchni produktu (na przykład folia ułatwiająca zadruk). Pozwoli to na dopasowanie własności materiału do konkretnych wymagań. Więcej informacji znaleźć można na stronie 12. Można również rozważyć projekt badawczy, który może doprowadzić do opatentowania procesu. 8

9 Pytanie 4.: W jaki sposób fizycznie dostosować własności dostępnych materiałów polimerowych do konkretnych potrzeb? Należy rozważyć zmodyfikowanie właściwości poprzez zastosowanie metod fizycznych. Obejmuje to tworzenie wieloskładnikowych materiałów przez dodanie plastyfikatorów, kompatybilizatorów, wypełniaczy (najlepiej biodegradowalnych) lub mieszanie z innym polimerem biodegradowalnym. Pozwoli to na dopasowanie właściwości materiału do konkretnych wymagań, w tym na obniżenie ceny materiału. Więcej informacji znaleźć można na stronie 13. Można również rozważyć konkretne prace badawcze ukierunkowane na zasadniczą poprawę parametrów przetwórstwa, ostatecznych własności oraz zachowania się materiału w danym zastosowaniu. skrócenie czasu przebywania w urządzeniach przetwórczych. Jeżeli jest to niemożliwe (np. temperatura topnienia materiału jest zbyt wysoka), zaleca się badania aplikacyjne, w tym stosowanie stabilizatorów, przedłużaczy łańcucha, plastyfikatorów lub innych metod ograniczających niekorzystny wpływ degradacji. Pozwoli to na korzystanie z dostępnych urządzeń w ich obecnym stanie lub z niewielkimi modyfikacjami technologii, bez potrzeby inwestowania w całą nową linię produkcyjną. Więcej informacji znaleźć można na stronie 13. Można również rozważyć badania stosowane prowadzące do opracowania odpowiedniej technologii przetwarzania konkretnego materiału biodegradowalnego na wybranych maszynach i przy ustalonych parametrach. Pytanie 5.: Co należy zrobić, jeśli pojawią Pytanie 6.: W jaki sposób dostosować się problemy w trakcie przetwarzania na linii parametry produkcyjne danego procesu produkcyjnej? technologicznego? Winno się rozważyć zoptymalizowanie Winno się rozważyć wsparcie rozwoju przetwórstwa polimerów procesów przemysłowego wytwarzania biodegradowalnych. danego produktu. Działania takie obejmują zidentyfikowanie Działania takie obejmują badanie tworzywa najwłaściwszych zakresów temperatur na biodegradowalnego w laboratoryjnych każdym etapie produkcji. W większości warunkach produkcji, badania pilotażowe przypadków problemy przetwórcze dotyczą nowych produktów i szybką modyfikację niskiej stabilności termicznej tworzyw parametrów technicznych procesu. biodegradowalnych. Jeżeli temperatura Pozwoli to ograniczyć ryzyko przetwórstwa jest wyższa niż temperatura niepowodzenia oraz zminimalizować koszty krytyczna, materiał może ulec degradacji, produktu na początkowym etapie. prowadzącej do obniżenia masy molowej i Więcej informacji znaleźć można na stronie spadku lepkości. Można rozważyć 14. obniżenie temperatury przetwarzania lub 9

10 Pytanie 7.: W jaki sposób uzyskać wgląd we Pozwoli to uzyskać informacje, czy wyrób właściwości funkcjonalne będzie spełniał wymogi certyfikacji i biodegradowalnego wyrobu? otrzymania odpowiednich symboli lub Należy rozważyć analizę właściwości znaków. To zaś stanowi podstawę do funkcjonalnych wyrobu w konkretnych informowania konsumentów o tym czy obszarach jego zastosowania. produkt jest kompostowalny. Dotyczy to: określenia właściwości Więcej informacji można znaleźć na stronie polimerów w trakcie procesu starzenia, 16. właściwości barierowych materiałów polimerowych (przepuszczalność gazów), Pytanie 9.: W jaki sposób określić zawartość właściwości termo-mechanicznych procentową odnawialnego/biogenicznego materiałów polimerowych, wytrzymałości i trwałości. Pozwoli to zaoferować klientowi wyrób węgla w produkcie? Należy rozważyć określenie zawartości elementów biopochodnych zgodnie z normą spełniający konkretne wymagania ASTM D6866. dotyczące transportu, magazynowania, Działanie takie obejmuje określenie czasu przechowywania, a także zawartości węgla organicznego oraz kompostowania. zawartości węgla odnawialnego/ Więcej informacji znaleźć można na stronie 15. biogenicznego, za pomocą opisanych w normie ASTM D6866 metod bazujących na badaniu zawartości izotopu 14 C. Pytanie 8.: Jak potwierdzić, że dany produkt Pozwoli to uzyskać informacje dotyczące jest kompostowalny zgodnie z normami zawartości procentowej substancji dotyczącymi kompostowania biopochodnych w materiale, istotne dla przydomowego i przemysłowego? certyfikacji oraz działań marketingowych i Należy rozważyć badania dotyczące promocji wyrobów jako zgodnych z zasadą biodegradacji i kompostowalności. zrównoważonego rozwoju. Działania takie winny obejmować określenie zawartości metali ciężkich, badanie dezintegracji, fragmentacji i ekotoksyczności (uprawa roślin na uzyskanym kompoście). 10

11 4. PRACE BADAWCZO-ROZWOJOWE Rozdział ten stanowi przegląd działań badawczo-rozwojowych, które należy wziąć pod uwagę przy rozważaniu rozwoju i produkcji polimerów biodegradowalnych, produkcji wyrobów z tworzyw biodegradowalnych lub przy planowaniu opakowań biodegradowalnych dla produktów Charakterystyka właściwości fizycznych polimerów dostępnych na rynku Chcąc należy rozważyć następującą działalność badawczą aby uzyskać więcej informacji na temat Orientacyjny czas dostawy dobrać polimer o odpowiednich właściwościach w zakresie stabilności termicznej Analiza stabilności cieplnej (temperatura rozkładu) materiałów jedno- lub wieloskładnikowego (analiza termograwimetryczna w zakresach temperatur od pokojowej do 900 C w atmosferze gazów obojętnych lub powietrzu) zakresu temperatur, w którym polimer może być bezpiecznie przetwarzany 3 dni (jedna próbka) 7 14 dni (do 10 próbek) uzyskać wiedzę na temat przebiegu degradacji termicznej danego polimeru Analiza stabilności cieplnej substancji lotnych i spektrometria mas (przy zastosowaniu TGA-MS w zakresach temperatur od pokojowej do 900 C) oraz zmian masy molowej (GPC) związanych z degradacją frakcji uwalnianych przez polimer w trakcie obróbki termicznej 3 dni (jedna próbka) 7 14 dni (do 10 próbek) ocenić konkretną temperaturę mięknienia polimeru Analiza przemiany cieplnej (temperatura zeszklenia, krystalizacji, topnienia, z oceną temperatury przejścia oraz przyrostów ciepła właściwego, entalpie krystalizacji i topnienia, różnicowa kalorymetria skaningowa w zakresach temperatur od C do 250 C przy chłodzeniu płynnym azotem), 2 cykle dla próbki okna temperatury przetwarzania, ustawienia parametrów przetwarzania oraz zakres temperatur użytkowania przetwarzanego elementu dni (zależnie od ilości próbek) zweryfikować właściwości mechaniczne materiału polimerowego Ocena właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej (współczynnik sprężystości, naprężenia i wydłużenia na granicy plastyczności i złamania w próbie rozciągania z analizą statystyczną wyników dla co najmniej 8 powtórzeń) zachowania się materiału w kategorii wytrzymałości, sztywności i odkształcalności dni (zależnie od ilości próbek) zweryfikować właściwości termomechaniczne materiału polimerowego w określonych warunkach Ocena relaksacji lepkosprężystej (dynamiczna analiza mechaniczna w trybie jedno- lub wieloczęstotliwościowym, w zakresie temperatur od -150 C do 250 C) zachowania się materiału w dłuższym okresie (potencjalne starzenie się), reakcja materiału na odkształcenie wibracyjne dni określić, czy frakcja polimeru jest krystaliczna Oznaczanie stopnia krystaliczności (metodą szerokokątowej proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej) zależności zachowania się materiału w stanie stałym od stopnia krystaliczności 14 dni 11

12 4.2. Charakterystyka składu i budowy cząsteczkowej dostępnych na rynku materiałów polimerowych Chcąc uzyskać wgląd w skład materiałów nierozpuszczalny ch lub usieciowanych sprawdzić, czy w materiale jest wypełniacz należy rozważyć następującą działalność badawczą Określenie własności w stanie stałym przy zastosowaniu spektroskopii w podczerwieni (FTIR, spektroskopia w podczerwieni z transformatą Fouriera) Charakterystyka rozpuszczalności materiału i oznaczenie zawartości procentowej polimeru w tworzywie aby uzyskać więcej informacji na temat rodzaju polimeru i grup funkcyjnych obecnych w materiale polimerowym zawartości i rodzaju nierozpuszczalnego wypełniacza Orientacyjny czas dostawy 7 14 dni 7 21 dni uzyskać wgląd w skład rozpuszczalnej frakcji materiału Charakterystyka polimeru w tworzywie przez NMR (spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego) budowy chemicznej wybranego polimeru (statystyczna zawartość poszczególnych jednostek) 7 21 dni określić, czy materiał polimerowy ma masę cząsteczkową odpowiednią dla danego zastosowania zidentyfikować dodatki organiczne w tworzywie określić, czy PHA stanowi mieszaninę czy jest kopolimerem Ocena masy cząsteczkowej polimeru przez zastosowanie techniki GPC (chromatografia żelowa) Analiza dodatków przez zastosowanie spektrometrii mas (LCMS-IT-TOF hybrydowy spektrometr mas) Analiza sekwencyjna dotycząca PHA przy zastosowaniu techniki NMR i spektrometrii mas masy molowej, stopnia dyspersji masy molowej, jak również stopnia rozgałęzienia budowy chemicznej dodatków organicznych chemicznej homogeniczności próbki PHA 7 21 dni 7 21 dni 7 21 dni 4.3. Chemiczna modyfikacja właściwości polimerów Chcąc uzyskać wiedzę o ostatecznych właściwościach i parametrach procesu określić możliwości zmiany właściwości materiału dostępnego na rynku określić możliwości osiągania specjalnych właściwości powierzchni należy rozważyć następującą działalność badawczą Określenie właściwości fizycznych materiałów polimerowych Modyfikacja polimerów dla osiągnięcia konkretnych właściwości: sieciowanie polimerów dla lepszej odporności na działanie rozpuszczalników Modyfikacja polimerów dla uzyskania odpowiednich właściwości: zwiększonej polarności powierzchni polimeru dla zwiększenia możliwości zadruku, przyczepności i stabilności termicznej lub oksydacyjnej aby uzyskać więcej informacji na temat własności mechanicznych, lepkości, krzywych płynięcia, przepuszczalności gazów i łatwopalności materiału opracowania materiału zmodyfikowanego zgodnie z konkretnymi wymaganiami opracowania konkretnych, odpowiadających wymaganiom własności powierzchniowych materiału Orientacyjny czas dostawy 3 14 dni 30 dni (do dwóch lat w przypadku konkretnych badań stosowanych) 30 dni (do dwóch lat w przypadku konkretnych badań stosowanych) 12

13 4.4. Fizyczna modyfikacja właściwości polimerów Chcąc zmienić właściwości poprzez zastosowanie dodatków niskocząsteczkow ych zmienić właściwości poprzez mieszanie z innymi polimerami zmienić właściwości poprzez dodanie wypełniaczy należy rozważyć następującą działalność badawczą Modyfikacja własności konkretnego polimeru poprzez dodatki niskocząsteczkowe, na przykład plastyfikatory, przedłużacze łańcucha, stabilizatory lub poprzez zmieszanie z niewielką ilością innego polimeru dla osiągnięcia pożądanych własności Mieszanie dwóch polimerów powyżej ich stopnia mieszalności, pożądane właściwości uzyskuje się przez modyfikacje na granicy faz i kompatybilizację składników w ich całym zakresie koncentracji, aby uzyskać pożądane własności, otrzymane przez modyfikację powierzchni rozdziału i kompatybilność składników Przygotowanie materiałów kompozytowych opartych na matrycy polimerowej z określonymi własnościami poprzez modyfikację powierzchni rozdziału aby uzyskać więcej informacji na temat opracowania materiału zgodnego z konkretnymi wymaganiami opracowania materiału zgodnego z określonymi wymaganiami możliwość obniżenia ogólnych kosztów materiału poprzez tanie dodatki niepowodujące zmian właściwości lub powodujące marginalne zmiany Orientacyjny czas dostawy 30 dni (do dwóch lat w przypadku konkretnych badań stosowanych) 30 dni (do dwóch lat w przypadku konkretnych badań stosowanych) 30 dni (do dwóch lat w przypadku konkretnych badań stosowanych) 4.5. Optymalizacja procesu przetwarzania polimerów biodegradowalnych Chcąc optymalizować przebieg procesu dla konkretnego materiału polimerowego należy rozważyć następującą działalność badawczą Ustalenie parametrów przetwórstwa dla wybranych materiałów polimerowych aby uzyskać więcej informacji na temat parametrów planowanej linii produkcyjnej lub wskazówek technologicznych dotyczących obecnej linii Orientacyjny czas dostawy 7 30 dni 13

14 4.6. Wsparcie dla rozwoju przemysłowych procesów produkcyjnych Chcąc określić, czy linia produkcyjna będzie zdolna przetworzyć wybrany materiał polimerowy do produkcji folii określić, czy linia produkcyjna będzie zdolna przetworzyć wybrany materiał polimerowy do produkcji opakowań giętkich ustalić najwłaściwsze parametry procesu uzyskać wiedzę o możliwych zmianach, które mogą wystąpić w fizycznych właściwościach materiału po przetworzeniu sprawdzić, czy własności materiału związane z jego budową cząsteczkową zmieniają się w trakcie przetwarzania należy rozważyć następującą działalność badawczą Wytwarzanie folii w skali laboratoryjnej, w tym: badanie procesu przetwarzania i mieszania, wytwarzanie barwników w połączeniu z formowaniem wtryskowym, wytwarzanie próbek do testów materiału i zarejestrowanie własności reologicznych Wytwarzanie opakowań giętkich w skali laboratoryjnej Wsparcie produkcji pilotażowej na miejscu Kontrolowanie własności mechanicznych wyrobu w trakcie procesu produkcyjnego: pomiary właściwości mechanicznych (tester rozciągania Instron, model 4204) Skontrolowanie masy cząsteczkowej materiału po procesie produkcyjnym aby uzyskać więcej informacji na temat warunków pilotażowych przetwórstwa materiału zachowanie się tworzywa podczas procesu topienia i rozdmuchu folii, jaką chce się uzyskać parametrów procesowych, które pozwolą zminimalizować ryzyko dotyczące jakości i kosztów prawdopodobieństwa degradacji i krystalizacji na etapie przetwarzania oraz składowania produktu dodatków, które winny być wzięte pod uwagę stopnia degradacji materiału w trakcie jego przetwarzania Orientacyjny czas dostawy 7 14 dni 7 14 dni 1 45 dni 7 14 dni 7 21 dni 14

15 4.7. Badania właściwości użytkowych Chcąc uzyskać wiedzę na temat trwałości wyrobu w konkretnych warunkach składowania i użytkowania uzyskać wiedzę na temat ekologicznego oddziaływania materiału zrozumieć w jaki sposób przez produkt przechodzą gazy zidentyfikować możliwe zastosowania wybranych materiałów i produktów bazujących na nich Dowiedzieć się więcej na temat możliwości zamykania i uszczelniania danego materiału lub produktu uzyskać wgląd w fizycznochemiczne własności produktu określić, czy produkt nadaje się do kontaktu z żywnością sprawdzić obecność niebezpiecznych zanieczyszczeń należy rozważyć następującą działalność badawczą Xenotest określenie zachowania materiału w warunkach naturalnych Określenie zawartości węgla organicznego i innych bioskładników w materiałach polimerowych Testowanie przepuszczalności pary wodnej, tlenu i dwutlenku węgla Oznaczenie wytrzymałości na rozciąganie (naprężenie zrywające, wydłużenie przy zerwaniu, moduł sprężystości itp.) Oznaczenie oporu przedarcia Oznaczenie odporności na uderzenie spadającego grota Własności zgrzewające (maksymalne obciążenie przy zerwaniu, współczynnik wytrzymałości zgrzewu) Testowanie zgrzewów hot-tack DSC (skaningowa kalorymetria różnicowa) oraz FTIR (fourierowska spektroskopia poczerwieni) Analiza sensoryczna Badania migracji globalnej i specyficznej związków niskocząsteczkowych do żywności Badanie zawartości monomerów w tworzywach polimerowych oraz emisji części lotnych aby uzyskać więcej informacji na temat dopuszczalnego okresu przechowywania i czasu życia produktu zawartości odnawialnego węgla w danym materiale możliwych zastosowań produktu w przemyśle przetwórczym (żywność świeża i mrożona) własności mechanicznych przy konkretnych zastosowaniach sposobu i warunków zgrzewania danego materiału zakresu temperatur użytkowania danego wyrobu i jego przydatności do konkretnych zastosowań Przekazywanie obcego smaku i zapachu z materiału do żywności jakie substancje migrują z materiału do produktu żywnościowego ryzyka związanego z przebiegiem procesu prowadzącego do trudności w certyfikacji Orientacyjny czas dostawy 120 dni* 30 dni* 14 dni* 14 dni* 14 dni* 7 dni* dni* 30 dni* *Średni czas dostawy, łącznie z przygotowaniem, testowaniem i przygotowaniem raportu. Czas może być różny w zależności od obciążenia laboratorium 15

16 4.8. Badanie biodegradacji i kompostowalności Chcąc należy rozważyć następującą działalność badawczą aby uzyskać więcej informacji na temat Orientacyjny czas dostawy Sprawdzić szybkość dezintegracji materiału w kompoście Badanie dezintegracji w warunkach laboratoryjnych: badania wstępne nad biodegradowalnością materiału opakowaniowego z zastosowaniem symulowanych warunków kompostowania w skali laboratoryjnej, zgodnie z normą EN potencjału kompostowalności danego materiału 120 dni zdobyć wiedzę o tym, jak szybko dany materiał ulega (bio) degradacji Degradacja w warunkach laboratoryjnych: badanie hydrolitycznej degradacji w wodzie lub buforze (testy degradacji polimerów biodegradowalnych w reakcji na proste czynniki starzeniowe w celu Podatności danego materiału na degradację w reakcji na konkretne czynniki do 180 dni (w zależności od rodzaju materiałów oraz normy) Badania degradacji i kompostowalności przeprowadzane w warunkach laboratoryjnych: degradacja w kompoście z zastosowaniem respirometru (Respirometr zdobyć wiedzę o tym, jak szybko dany materiał ulega biodegradacji Micro-Oxymax S/N , Columbus Instruments, w celu pomiaru CO 2, zgodnie z normą PN-EN ISO :2009 Oznaczenie całkowitej biodegradacji tlenowej tworzyw sztucznych w przydatności do kompostowania danego materiału do 180 dni (w zależności od rodzaju materiałów oraz normy) kontrolowanych warunkach kompostowania Metoda pomiaru wydzielonego dwutlenku węgla Część 2.: Pomiar grawimetryczny dwutlenku węgla wydzielonego podczas otrzymać informację zwrotną czy produkt może uzyskać niezbędny znak certyfikacji Badanie (bio)degradacji i kompostowalności przeprowadzone w kompostowniach (badanie tworzywa biodegradowalnego w warunkach kompostowania przemysłowego: pryzma lub w systemie kontenerowy KNEER) warunków uzyskania certyfikatu dla produktu i prawa do oznaczenia go znakiem kompostowalności do 180 dni (w zależności od rodzaju materiałów oraz normy) 16

17 5. KONTAKTY Aby uzyskać więcej informacji, należy skontaktować się z krajowym punktem informacyjnym. Włochy i Austria Czechy i Słowacja Uniwersytet w Bolonii, Wydział Chemiczny G. Ciamician prof. Mariastella Scandola, kierownik Polymer Science Group Tel./Fax: / mariastella.scandola@unibo.it Instytut Polimerów Słowackiej Akademii Nauk prof. Ivan Chodak, samodzielny pracownik naukowo-badawczy Tel./Fax: / upolchiv@savba.sk Politechnika Słowacka w Bratysławie prof. Dušan Bakoš Tel./Fax: , , fax dusan.bakos@stuba.sk Słowenia i kraje bałkańskie Narodowy Instytut Chemii, Laboratorium Chemii i Technologii Polimerów dr. Andrej Kržan, starszy pracownik naukowo-badawczy Tel./Fax: andrej.krzan@ki.si Centrum Doskonalenia Materiałów i Technologii Polimerowych (CO Poli- MaT) Urska Kropf, pracownik naukowo-badawczy Tel./Fax: urska.kropf@polieko.si Polska i kraje bałtyckie Polska Akademia Nauk, Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych prof. Marek Kowalczuk, kierownik Pracowni Materiałów Biodegradowalnych Tel./Fax: / cchpmk@poczta.ck.gliwice.pl COBRO Instytut Badawczy Opakowań prof. Hanna Żakowska, zastępca dyrektora ds. naukowych Tel./Fax: ext ekopack@cobro.org.pl 17

18 6. SŁOWNIK POJĘĆ Polimer makrocząsteczka składająca się z wielu powtarzających się jednostek. Polimer (z greckiego: poly wiele, meros części) przyjmuje się że jest to związek organiczny, chociaż znane są również polimery nieorganiczne. Polimery mogą składać się z tysięcy powtarzających się jednostek (merów), ułożonych w sposób liniowy lub rozgałęziony i osiągają masę cząsteczkową ponad milion Daltonów (Dalton = g/mol). Polimery występują w przyrodzie oraz mogą być wytwarzane na drodze chemicznej syntezy (syntetyczne). Polimery naturalne to specyficzne, charakterystyczne i kluczowe składniki organizmów żywych. Są to głównie polisacharydy (np. celuloza, skrobia, glicerol) i białka (np. gluten, kolagen, enzymy), istenieje też jednak wiele innych form, jak lignina i poliestry. Polimery wytwarzane na drodze syntezy chemicznej stanowią dużą i zróżnicowaną grupę związków. Są one syntezowane na drodze chemicznej i biotechnologicznej. Roczna produkcja polimerów na świecie wynosiła w roku 2009 ok. 230 mln ton (Plastics The Facts 2010). Polimery syntetyczne są używane głównie do produkcji tworzyw sztucznych. Polimery różnią się od tworzyw sztucznych tym, że stanowią czysty związek chemiczny, podczas gdy tworzywa sztuczne to uformowany, gotowy do użycia materiał polimerowy. Biopolimer polimer utworzony przez organizmy żywe.* Biopolimery (polimery naturalne) stanowią kluczowy składnik organizmów żywych (do biopolimerów należą: białka, kwasy nukleinowe i polisacharydy). Są to głównie polisacharydy (na przykład celuloza, skrobia i glikogen) oraz białka (na przykład gluten, kolagen i enzymy), chociaż znanych jest również wiele innych form, takich jak lignina, poliestry itp. Alternatywne użycie 1: polimer w pełni lub częściowo pochodzący ze źródeł odnawialnych (CEN/TR 15932:2009). *Przyjęte w oparciu o: PAC, 1992, 64, 143 (Glossary for chemists of terms used in biotechnology, słownik terminów biotechnologicznych dla chemików (Zalecenia IUPAC 1992)), definicja na stronie 148. Tworzywa sztuczne materiały bazujące na polimerach, charakteryzujące się podatnością na formowanie. Głównym składnikiem tworzyw sztucznych (z greckiego: plastikos nadający się do formowania, plastos uformowany) są polimery, które wraz z dodatkami i wypełniaczami tworzą materiał technologiczny tworzywa. Tworzywa są definiowane przez ich podatność na formowanie stan lepkiego płynu na pewnym etapie procesu przetwórstwa. Według normy EN ISO 472: Tworzywo materiał, który zawiera polimer jako główny składnik i który w pewnym stadium przetwarzania w finalny wyrób może być formowany różnymi technikami. 18

19 Biodegradacja rozpad substancji wskutek działania czynników biologicznych. Biodegradacja jest procesem degradacji wywołanym udziałem żywych organizmów, może jednak stanowić kombinację innych procesów abiotycznych. Do biodegradacji dochodzi pod wpływem działania enzymów trawiennych mikroorganizmów i/lub wyizolowanych enzymów. Mikroorganizmy powodują biodegradację substancji, traktując ją jako źródło pokarmowe. Produkty końcowe biodegradacji to typowe produkty trawienia, jak dwutlenek węgla, biomasa lub metan. Końcowy etap jest znany jako ostateczna biodegradacja lub biologiczna mineralizacja. Ze względów praktycznych skala biodegradacji i jej ostateczne produkty powinny być znane. Biodegradowalne tworzywa polimerowe (przyjazne dla środowiska) tworzywa ulegające biodegradacji. Proces degradacji tworzyw biodegradowalnych może polegać na równoczesnych lub następujących po sobie procesach biotycznych lub abiotycznych, jednak musi obejmować etap biologicznej mineralizacji. Biodegradacja tworzyw zachodzi wówczas, gdy organiczny materiał tworzywa staje się źródłem pokarmu dla mikroorganizmów. Tworzywo biodegradowalne może pochodzić z biomasy odnawialnej (np. skrobia) lub z kopalin nieodnawialnych (np. ropa), przetworzonych w sposób chemiczny lub biotechnologiczny. Źródło pochodzenia oraz proces produkcji nie wpływają na klasyfikację tworzywa jako biodegradowalnego. Tworzywa kompostowalne tworzywa ulegające biodegradacji pod wpływem pewnych czynników i w ramach czasowych cyklu kompostowania. Kompostowanie polega na obróbce odpadów organicznych w warunkach tlenowych, kiedy materiał organiczny jest przetwarzany przez naturalnie występujące mikroorganizmy. Podczas kompostowania przemysłowego temperatura w pryzmie do kompostowania może osiągać 70 C. Proces kompostowania odbywa się przy dużej wilgotności i trwa kilka miesięcy. Ważna jest świadomośc faktu, iż tworzywo biodegradowalne nie musi być jednocześnie kompostowalne (może ulegać biodegradacji przez dłuższy czas lub w innych warunkach), natomiast tworzywo kompostowalne zawsze jest biodegradowalne. Istotną kwestię stanowi określenie kryteriów dla tworzyw kompostowalnych, materiał niezgodny z wymaganiami może bowiem pogorszyć jakość kompostu. Tworzywa kompostowalne są zdefiniowane w wielu zarówno krajowych, jak i międzynarodowych normach (np. EN 13432, ASTM D-6900), odnoszących się do kompostowania przemysłowego. Norma EN określa charakterystykę materiału opakowaniowego, który może być uznany za kompostowalny i przeznaczony do recyklingu przez kompostowanie stałych odpadów organicznych. Norma EN 14995:2006 ujmuje poszerza zakres regulacji o tworzywa niewykorzystywane do produkcji opakowań. Wymienione normy stanowią podstawę wielu systemów certyfikacji tworzyw kompostowalnych. 19

20 Zgodnie z normą EN 13432, materiał kompostowalny musi mieć następującą charakterystykę: Biodegradowalność: zdolność tworzywa do rozkładu na CO 2 pod wpływem działania mikroorganizmów. Cecha ta jest oceniana zgodnie z normą EN (opublikowana jako ISO 14855, Proces biodegradacji w kontrolowanych warunkach kompostowania). By materiał mógł być uznany za biodegradowalny, stopień jego biodegradacji powinien osiągnąć przynajmniej 90% w okresie krótszym niż 6 miesięcy. Dezintegracja: fizyczna fragmentacja do elementów niedostrzegalnych gołych okiem, w finalnym kompoście, zgodnie z normą (EN 14045). Brak negatywnego wpływu na proces kompostowania. Niskie poziomy metali ciężkich i brak negatywnego wpływu na ostateczny kompost. Kompostowanie domowe różni się od kompostowania w warunkach przemysłowych niższą temperaturą, w której zachodzi proces. Materiał tworzywa należy poddać specjalnym testom, aby uznać go za przydatny do kompostowania domowego. Biotworzywa materiały tworzywowe biodegradowalne albo wytworzone z surowców odnawialnych lub też spełniają oba te warunki.* Definicja ta jest używana w przemyśle, a w mniejszym stopniu w środowisku naukowym. Alternatywne użycie 1: może także oznaczać tworzywa biokompatybilne (CEN/TR 15932). Alternatywne użycie 2: naturalne materiały tworzywowe. Istnieje tylko kilka znanych naturalnych biotworzyw. Najlepszy przykład stanowią polihydroksyalkaniany naturalne termoplastyczne poliestry. *European Bioplastics Tworzywa z udziałem surowców odnawialnych tworzywa wytworzone z udziałem biomasy (wyłączając biomasę przekształconą w procesach geologicznych). Tworzywa mogą być całkowicie lub częściowo wytworzone z biomasy (ze źródeł odnawialnych). Użycie w produkcji surowców ze źródeł odnawialnych powinno prowadzić do wyższej oceny tworzywa pod względem stopnia zrównoważonego rozwoju. Chociaż surowce kopalne są surowcami naturalnymi, nie zalicza się ich do odnawialnych i nie są brane pod uwagę jako baza surowcowa tworzyw z zawartością surowców odnawialnych. Aby zdefiniować zawartość surowców odnawialnych należy przejść do części Zawartość węgla w tworzywach z surowców odnawialnych. Tworzywa z surowców odnawialnych są utożsamiane z biomateriałami, jednak te dwa pojęcia nie są synonimami (patrz: Biomateriały). Używanie tych dwóch terminów jako synonimów jest niewłaściwe. Biomasa materiał pochodzenia biologicznego z wyłączeniem biomasy 20

21 przekształconej w procesach geologicznych i materiałów geologicznych (ze źródeł odnawialnych). Terminy biomasa i surowce odnawialne dotyczą tego samego, jeśli chodzi o źródło i czas odnawiania się surowców. Surowiec odnawialny to ten, który odnawia się w takim samym stopniu w jakim jest wykorzystywany. Biomasa może być pochodzenia zwierzęcego, roślinnego lub mikrobiologicznego. Biobased bazujący na biomasie. Zawartość węgla pochodzącego z biomasy zawartość węgla pochodzącego z biomasy jako frakcji całkowitej zawartości węgla organicznego w materiale. Zawartość węgla pochodzenia organicznego jest dokładnie określana poprzez pomiar zawartości izotopu węgla 14C (izotop 14C w odnawialnych źródłach występuje w znacznie większych ilościach niż w kopalinach, jego czas połowicznego rozpadu to 5730 lat). Ta metoda stanowi podstawę dla zapisów normy ASTM D-6866: Standardowa metoda badania zawartości biomasy w próbkach substancji stałych, płynnych i gazowych metodą radiowęglową. Obecnie metoda ta jest wykorzystywana przy opracowywaniu innych norm. Certyfikacja i znaki bazujące na normie ASTM są dostępne dla materiałów o różnej zawartości surowców odnawialnych. Zawartość źródeł odnawialnych ma zgodnie z ASTM D 6866 takie samo znaczenie, zaś powiązane pojęcie zawartość biomasy jest definiowane jako masa pochodzącej z biomasy frakcji w materiale (CEN/ TR 15932:2009). Biomateriał materiał do zastosowań medycznych. Definicja Society for Biomaterials, międzynarodowego stowarzyszenia biomateriałów: Zrównoważony rozwój ogólny termin ujmujący obciążenia związane z procesem lub produktem. Można wyróżnić dwa główne aspekty pojęcia zrównoważonego rozwoju. Węższy to skupienie się na wykorzystaniu materiałów i źródłach energii. Szerszy obejmuje kryteria społeczne, ekonomiczne i ekologiczne. Ostatnia definicja wydaje się mniej precyzyjna ze względu na arbitralny charakter parametrów oraz kryteriów. Pierwsza natomiast ma bardziej techniczny charakter. Zrównoważony rozwój najczęściej jest opisywany definicją ustaloną na konferencji dotyczącej zmian klimatycznych w Rio: zużywanie surowców bez narażania przyszłych generacji na brak tych surowców. Inną definicję, skupiającą się na odnawialności surowców i energii, stworzył R. Baum: zużywanie słońca podstawą teraźniejszości (Sun based in real-time). Wspólne dla obu definicji jest to, że zrównoważony rozwój nie polega na całkowitym i ostatecznym zużyciu surowców. Druga definicja uznaje słońce jako jedyne źródło energii (niezbędne również do powstania biomasy). Najważniejsze narzędzia oceny zrównoważonego rozwoju można pogrupować na kilka kategorii: 21

22 1. Narzędzia zarządzania zrównoważonym rozwojem (np. GGP); 2. Metody i narzędzia oceny wpływu środowiskowego, ekonomicznego i społecznego (np. LCA); 3. Narzędzia zarządzania środowiskiem i certyfikacja (np. EMAS); 4. Narzędzia zrównoważonego projektowania (np. ekoprojektowanie). Najczęściej stosowana do oceny zrównoważonego rozwoju jest Ocena Cyklu Życia (LCA), obiektywna metoda oszacowania zużycia energii i obciążeń środowiskowych, a także wpływów związanych z produktem/procesem/działalnością w całym cyklu życia, od wydobycia surowców do końca ich życia ( od kołyski aż do grobu ). W tej technice, wszystkie fazy produkcji są traktowane jako związane ze sobą i współzależne, co pozwala na ocenę skumulowanego wpływu na środowisko. Metoda LCA jest określona w ISO i LCA to główne narzędzie wprowadzające do Life Cycle Thinking (LCT). LCT ma podstawowe znaczenie w ujęciu kulturowym, ponieważ wymaga wzięcia pod uwagę całego łańcucha produktu i określenia, które innowacje i ulepszenia można do niego wprowadzić. LCA jest również znane jako: analiza cyklu życia, ekobalans i analiza od kołyski aż po grób. Źródła: Plastics The Facts 2010, Plastics Europe, 2010: document/ final_plasticsthefacts_ _lr.pdf IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the Gold Book ). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins kompendium terminologii chemicznej. EN ISO 472 Tworzywa sztuczne Terminologia. Technical report CEN/TR 15932: 2010 Plastics Recommendation for terminology and characterisation of biopolymers and bioplastics, European Committee for Standardization, Brussels, March 24, 2010 raport techniczny, zalecenia dotyczące terminologii, charakterystyka biopolimerów i biotworzyw. ASTM D Standard Terminology Relating to Plastics (including literature related to plastics terminology in Appendix X1) terminologia związana z tworzywami. EN 13193:2000 Opakowania Opakowania i środowisko Terminologia. EN 13432:2000 Opakowania Wymagania dla opakowań podatnych na odzysk poprzez kompostowanie i biodegradację. EN 14995:2006 Tworzywa sztuczne Ocena zdolności do kompostowania. Council of the European Union, Improving environmental policy instruments. Council conclusions, Brussels, 21 December 2010 Rada Unii Europejskiej, wnioski w kwestii poprawy instrumentów polityki ekologicznej, Bruksela, 21 grudnia

23 ZAŁĄCZNIK CASE STUDIES Posters, presented at 3rd International PLASTiCE Conference THE FUTURE OF BIOPLASTICS CS1A Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the waste stream CS1B Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the waste stream CS2B systematic approach for sustainable production for bioplastics Composting CS3 Sustainable plastics materials in hygiene products CS4&5 Production of packaging for eggs made from BDPs CS6A Introduction of biodegradable plastics into drinking straw production CS6B Introduction of biodegradable materials in production process. Production of twines for agriculture 23

24 Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe CS 1A Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the waste stream U. Kropf 1, S. Gorenc 2, P. Horvat 3, A. Kržan 3 1 Centre of excellence Polymer Materials and Technologies PoliMaT, Tehnoloski park 24, 100 Ljubljana 2 Plasta production and trade, Kamnje 41, 8232 Šentrupert 3 National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana INTRODUCTION Biodegradable plastics when properly disposed with organic waste are in appearance indistinguishable from non-degradable plastics. In some processes they are excluded from the organic waste stream and are incinerated or landfilled. This completely annihilates the potential of biodegradable plastics to be integrated in the natural material cycles. A solution is the introduction of a labelling method that is simple for application to different compostable materials, simple for use in the waste management system and should be as specific as possible to avoid counterfeit products were tested. PROCESS IR DYES IR dyes are an attractive option since the IR spectral range is less occupied than the UV spectral range. No commercial IR dye was directly available. An IR pigment (100 g in total) that was turned into dye which was modified several times in order to achieve the most suitable texture and adhesive properties to be applied on the selected plastic materials Bio PE and PLA. As printing substrate two bioplastic materials (biope and PLA) in form of a 40 μm thick film on a roll were used. Both materials were treated with corona on the surface to achieve better printing results. PRINTING and DETECTION Laboratory IGT printing was used to simulate flexography. Printing on paper NO problems Printing on plastics Very thin film extension and twisting Bad adhesion of the dye issue solved with modification of the dye Figure 1 From top: 1) paper with normal dye 2) paper with IR dye 3) PLA with IR dye 4) PLA with normal dye 5) PE with normal dye 6) PE with IR dye (paper behind) Under visible light different materials printed with different dyes have the same appearance. Trouble with adhesiveness can be observed in Figure 1. With an IR detector normal black dye is invisible and the IR black dye is visible as black. Detection is possible with an IR camera. IR spectrum of the print without IR dye and with IR dye on paper and PLA film Figure 2 IR reflection spectrums of the paper samples. Through the entire UV the sample is black (very low reflection), VIS and NIR if the dye does not contain IR pigment. With the addition of the pigment one can observe no changes in UV or VIS but a significant difference in IR where the reflection increases. UV DYES A commercially available UV dye was tested. SELECTION OF THE MATERIALS and PRODUCTION OF FILMS Two materials certified as biodegradable were selected: Ecovio F FILM EXP (supplier BASF AG) and Prismabio (supplier FIPLAST srl). The total quantity of material used for testing, was approx. 600 kg. The transformation of materials was made from LDPE MFI 2 to biodegradable material without problems only correction was reduction of temperature profile to 150 C. Prior to processing it was very important to dry materials (3 hours at 55 C to 60 C). Films used for production of UV marked biodegradable bags were prepared by the blown film extrusion process on a mono-layer KUHNE line: Type of extruder Balloon diameter Type of screw Φ70 mm with 30D Max mm PRINTING and DETECTION Figure 5: Left: Control of print during flexoprinting. Right: UV photo of the Ecovio bag printed with UV marker. low temperature screw Flexography UV printing was performed on Kleine 2+2 equipment. For UV printing it is possible to use solvent or water based printing inks. For the purposes of this study (part of detection with UV ink) we have decided to use solvent based printing ink Termosac Rivelatore UV , manufacturer Colorprint srl. Printing did not cause any additional problems. CONCLUSION Printing on biodegradable materials is feasible both in laboratory and industrial scale The main risk is verification of the separation of biodegradable bags marked with markers from nonbiodegradable due to the to small amounts of printed material to be tested in real situation of waste management. When using dyes for marking biodegradable materials/products it is feasible to use existing technology and materials that are already available on the market. This way we can solve the identification problem of biodegradable plastics in the waste management system and make sure that compostable plastics do not end up in the landfills but are properly disposed. UV marker printing should be no more than 48 hours after extrusion process for better print quality. Die head Capacity Winder Φ 250 mm with GAP 1,2 mm up to 260 kg/h 2x Kolb 1800 mm Thickness 7-40 μm Figure 3: Blown film extrusion Figure 4: Blown film extrusion This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed by the ERDF

25 Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe CS 1B Testing of markers for easy identification of biodegradable plastics in the waste stream M. Musioł, W. Sikorska, G. Adamus, M. Kowalczuk, J. Rydz, M. Sobota Polish Academy of Sciences, Centre of Polymer and Carbon Materials 34. M. C. Sklodowska St., Zabrze, Poland INTRODUCTION The case study concerned the testing of markers for biodegradable plastic products to improve the identification of biodegradable materials in the municipal waste stream. A producer of biodegradable bags and a composting facility for biodegradable waste were involved. After selection of commercially available markers, printing and identification tests were performed on plastic bags. The participants in the case study focused on the development process of biodegradable plastic products with markers with the aim to verify viable solutions for future application. Cooperation between the Centre of Polymer and Carbon Materials on the one hand and the Institute of Low Temperature and Structural Research Polish Academy of Sciences and the Faculty of Environmental Engineering of the Wrocław University of Technology on the other hand, allowed to verify available solutions on the market and to prepare masterbatches containing different types of markers. With the selected markers the company Bioerg performed coloration of granulate for the preparation of labeled bags (MaterBi with 10% masterbatches, final content of marker 1%). PROCESS Three kinds of plastic bags (GP2, BP2, GP1) with different types In the next stage Bioerg produced labeled bags and delivered them to the Centre of Polymer and Carbon Materials for composting tests under laboratory scale. The laboratory degradation test of labeled bags no. B-P2 was performed in Micro-Oxymax respirometer (COLUMBUS INSTRUMENTS S/N ), to see the behaviour of the bags in laboratory compost. During the incubation, the samples gradually disintegrated, however the particles were still able to emit light. This is an important finding in case this kind of bags end up in regular waste streams: Respirometer Micro-Oxymax COLUMBUS INSTRUMENTS S/ N and composting tests at the laboratory scale Testing of the segregation effectiveness was conducted at the Sorting and Composting Plant in Zabrze. The labeled bags after UV irradiation were placed on the moving belt. After turning off the lights, the waste stream was observed. The test showed that acceptable results could only be reached under full dark room conditions, what is difficult to achieve in existing waste selection plants. CONCLUSION The case study showed that these kinds of markers do not fit for manual selection of biodegradable bags in traditional waste streams. However they could be applied in full automated selection systems. This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed 25 by the ERDF

26 Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe CS 2B Systemic approach for sustainable production for bioplastics - Composting M. Musioł, W. Sikorska, G. Adamus, M. Kowalczuk, J. Rydz, M. Sobota Polish Academy of Sciences, Centre of Polymer and Carbon Materials 34. M. C. Sklodowska St., Zabrze, Poland INTRODUCTION The international project PLASTiCE is devoted to the promotion of new environmentally friendly and sustainable plastic solutions. The main goal of this Project is elaboration a transnational roadmap for technology transfer from science to biodegradable plastics industry based on a joint R&D scheme. A roadmap for a transnational R&D scheme will allow companies to enter much quicker into a technology transfer process in the future and to relay on the expertise from a transnational team of researchers. The communication present the results one of the case study 2B Systemic approach for sustainable production for bioplastics - Composting, which concerns mainly the selective organic waste collection and studies of the biodegradation process of plastic packaging. Waste bins with biodegradable bags in Społem shops and schematic diagram of the organic recycling of packaging materials PROCESS The idea behind the case study 2B is to set up a separate waste stream process by way of delivering grocery shops and super markets biodegradable waste bags (from Bioerg company) to select organic waste at the source. The Społem chose two shops as a place for implementation of this case study. Waste bins with the bags were installed near fruit and vegetable departments. The super market staff disposed organic waste to the bins. Waste was collected in the period with a frequency of once a week. The total amount of collected waste was 1280 kg, this means an average of 640 kg of organic waste per month from two stores. Next, the composting facility in Zabrze (A.S.A company) received organic waste from the selected stores in order to perform composting process. The containers consisted approximately of 40% kitchen organic waste, 20% leaves, 20% branches and 20% grass. The conditions in container were computer-controlled, which allowed to read the current temperature of the process. [M. Musiol M; J. Rydz; W. Sikorska; P. Rychter; M. Kowalczuk Pol. J. Chem. Tech. 2011, 13, 55] CONCLUSION The experiences in the case studies showed that the joint R&D scheme is necessary to initiate a wide cooperation process between all partners in the biodegradable plastics value chain in Central Europe. Additionally one of the critical success factors is the full cooperation of the staff of company. Some cooperation initiatives highlighted new issues and framework conditions for successful production of biodegradable packaging, implementation of these kinds of packaging under market conditions and selection and final composting of such packaging. This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed 26 by the ERDF

27 Innovative value chain developement for sustainable plastics in Central Europe CS 3 Sustainable plastic materials in hygiene products A. Zabret 1, U. Kropf 2, P. Horvat 3, A. Kržan 3, 1 Tosama, Vir, Šaranovičeva cesta 35, 1230 Domžale, Slovenia 2 Centre of excellence Polymer Materials and Technologies PoliMat, Tehnoloski park 24, 100 Ljubljana, Slovenia 3 National Institute of Chemistry, Hajdrihova 19, 1000 Ljubljana, Slovenia INTRODUCTION Hygiene products are mostly single use/disposable products and are therefore contributing to large amounts of plastic waste. A short market research identified compostable tampon applicator, biodegradable surgical tweezers, blisters, diapers for children and elderly and also pet products as possible bioplastics applications. According to market demand we have selected to perform test production of biodegradable tampon applicators and single use surgical tweezers. PROCESS MATERIAL REQUIREMENTS The most important requirements for those products is their safety. A product that comes in contact with human body must not have any negative effects. Within the EU tampons have to follow the European General Product Safety Directive 2001/95/EC on general product safety. The directive holds manufacturers responsible for providing products that are safe to use. Article 2 of the directive sets requirements that need to be fulfilled for a product to be recognized as safe (safe product). Technical and processing requirements: only few processing changes can be made. SELECTION OF THE CS APPLICATIONS AND TEST PRODUCTIONS Based on the market demand, material properties and molding requirements we have selected the following two applications: tampon applicator and surgical tweezers. TAMPON APPLICATORS Tampon applicator is a simple tool for inserting a tampon into the human body. A tampon applicator consists of two tubes, one bigger and one smaller and is presented in the picture below. At the moment tampon applicators are made from PE. The current market demand for tampons in the EU is approximately billion tampons per year. TEST PRODUCTION OF TAMPON APPLICATORS Tampon applicators are produced by injection molding. Technical requirements are given according to processing limitations of the existing production technique. 6 materials were tested: 3 starch based materials and 3 PHA materials. An acceptable prototype on which artificial ageing is currently carried out. SIMULATED COMPOSTING SURGICAL TWEEZERS Tweezers are a useful and simple tool, used in medicine. We decided to produce tweezers from a PHA-based material because they are resistant to higher temperatures and would likely be suitable for steam sterilization. TEST PRODUCTION OF TWEEZERS Tweezers are produced with injection molding. One injection cycle produces 16 tweezers and each cycle uses cca. 100 g of the material although the mass of each tweezer is only 4.7 g; 25g of the material goes for a massive sprue. Processing temperature of PHA was lower than the temperature for conventional plastics. Also the overpressure at the end of the extruder was lower (5X) and the pressure profile in the extruder is lower. The obtained tweezers were well formed and had acceptable performance. ADDITIONAL PROCESSING OF THE TWEEZERS Because tweezers used in medical applications need to be sterile we tested how the water steam sterilization influences the products. Steam sterilization negatively affected closing and torsion of the forceps and the brittleness of the material increased. Other methods of sterilization might be better suited for this material. Project partner 11 established a method for simulated composting of plastic materials described according to the standard EN Packaging - Preliminary evaluation of the disintegration of packaging materials under simulated composting conditions in a laboratory scale test. Figure: Left: Glass reactors for determination of disintegration (one is full, three are empty photo taken in the middle of the preparation) Reactors are placed into large thermostatic chamber kept at 58 o C ± 2 o C. Total capacity of the box is up to 15 reactors (more if smaller reactors are used). The box itself was custom made for the intention of determination of disintegration within the PLASTiCE project. Right: Thermostatic chamber for determination of disintegration of plastic materials in controlled laboratory conditions. CONCLUSION The production of biodegradable tampon applicators and biodegradable tweezers was not fully successful, however is developed further. It is time consuming to find the right material for production of specific hygiene/medical device products and the process must be taken case by case. Because bioplastics have different processing properties some adjustments in the production process are necessary (time, pressure, molds, etc.). With adjustments processing of bioplastics is possible with conventional equipment. Introduction of bioplastics into production of hygiene products is time consuming but feasible. This project is immplemented through the Central Europe Programme co-financed 27 by the ERDF