پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر-قسمت اول

پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر، موادی با پایه زیستی یا مصنوعی هستند که توسط میکروب‌ها در تاسیسات کمپوست صنعتی به دی‌اکسید کربن و آب تجزیه می‌شوند. برخی از این پلیمرها در محیط‌های مختلفی مانند خاک، آب شیرین یا آب شور نیز قابل تجزیه هستند.‌
پلیمرهای زیست تخریب‌پذیری که استانداردهای بین‌المللی مانند ASTM D6400، EN 13432 یا ISO 17088 را رعایت می‌کنند، واجد شرایط صدور گواهینامه توسط سازمان‌های مستقل مانند DIN CERTCO و یا موسسه محصولات زیست‌تخریب‌پذیر (Biodegradable Products Institute)هستند.
این پلیمرها به عنوان زیرمجموعه‌ای از بیوپلاستیک‌ها شناخته می‌شوند. بیوپلاستیک‌ها، پلیمرهایی هستند که از مواد اولیه گیاهی تولید می‌شوند و ممکن است پایه زیستی یا زیست تخریب پذیر باشند. در مقابل، ترموپلاستیک‌های معمولی نه ترکیبات پایه زیستی دارند و نه به طور طبیعی قابل تخریب هستند.

پلیمرهای زیست تخریب‌پذیری که از نظر تجاری مهم هستند عبارتند از:

• سلولز دی استات و سلولز بازسازی شده (Cellulose Diacetate & Regenerated Cellulose)
• پلی هیدروکسی آلکانوات ها (PHAs)، از جمله پلی-3-هیدروکسی بوتیرات (PHB)، پلی-3-هیدروکسی بوتیرات-کو-3-هیدروکسی والرات (PHBV) و پلی-3-هیدروکسی بوتریات-کو-3-هیدروکسی هگزانوات (PHBH)
• پلی لاکتیک اسید(PLA) (Polylactic Acid)

پلیمرهای زیست تخریب پذیر مصنوعی (بر پایه محصولات پتروشیمی) با اهمیت تجاری عبارت‌اند از:

• کوپلی‌استرهایی مانند پلی بوتیلن آدیپات ترفتالات (PBAT) و پلی بوتیلن سوکسینات آدیپات(PBSA)
• پلی کاپرولاکتون (PCL)(Polycaprolactone)
• اسید پلی گلیکولیک (PGA) (Polyglycolic Acid)

بسته به انتخاب مواد اولیه، پلی بوتیلن سوکسینات (PBS) ممکن است مبتنی بر پتروشیمی و یا تا حدی مبتنی بر محصولات زیستی باشد. ترکیبات نشاسته معمولاً مخلوطی از پلیمرهای زیستی (به عنوان مثال، نشاسته) و پلیمرهای مصنوعی (مانند PBAT) هستند.

استانداردهای کمپوست پذیری:

حاضرین در این صنعت عموماً اصطلاح "کمپوست پذیر" را به "زیست تخریب پذیر" ترجیح می‌دهند. اصطلاح زیست تخریب‌پذیر به این معنی است که اقلام مورد بحث در نتیجه فرآیندهای طبیعی تجزیه می‌شود اما در آن شرایط تجزیه، چارچوب زمانی برای تجزیه زیستی و ماهیت محصولات تجزیه شده، نامشخص باقی می‌ماند. در مقابل، اصطلاح کمپوست‌پذیر به این معنی است که محصول با الزامات استانداردهای بین‌المللی مانند استانداردهای توسعه یافته توسط ASTM (انجمن آمریکایی آزمایش و تست مواد)، سازمان بین المللی استاندارد (ISO) و کمیته اروپایی استانداردسازی(CEN)(Comité Européen de Nomalisation, ) مطابقت دارد.
بخش‌ زیر پرکاربردترین استانداردها و روش‌های تست برای کمپوست پذیری را تشریح می‌کند. برخلاف روش‌های تست که پروتکل‌های تست را تعریف می‌کنند، استانداردها معیارهای قبولی/شکست خاصی دارند. استانداردهای کمپوست پذیری به طور کلی نیاز به:

• یک آزمایش شیمیایی شامل افشای تمام اجزای تشکیل دهنده و پایبندی به مقادیر آستانه برای فلزات سنگین باید باشد.
• زیست تخریب پذیری (مصرف اکسیژن و CO تولیدی) تحت شرایط کمپوست کنترل‌شده. حداقل 90% مواد آلی باید ظرف شش ماه به CO تبدیل شود.
• پس از سه ماه تجزیه، کمپوست‌سازی و از طریق الک‌کردن از طریق الک 2 میلی‌متری، نباید بیش از 10% از جرم اولیه به عنوان باقیمانده، باقی بماند.
• آزمایش عملی کمپوست‌پذیری در تاسیسات کمپوست نیمه صنعتی (یا صنعتی)صورت گیرد و هیچ تأثیر منفی بر فرآیند کمپوست، مجاز نیست.
• تست سمیت زیست محیطی و بررسی اثر کمپوست حاصل بر رشد گیاه (آزمایش زراعی) نیز انجام می‌گیرد.
  

استانداردهای ASTM

ASTM D6400

این استاندارد تحت عنوان "مشخصات استاندارد پلاستیک‌ها جهت کمپوست هوازی در تاسیسات شهری یا صنعتی" است. برای مطابقت با مشخصات، پلاستیک‌ها و محصولات پلاستیکی باید با سرعتی قابل مقایسه با مواد قابل کمپوست شناخته‌شده، تجزیه شوند. همچنین، فرآیند کمپوست نباید از ارزش یا استفاده از کمپوست بکاهد. در این استاندارد سه معیار باید رعایت شود:

* تبدیل به دی اکسید کربن، آب، ترکیبات معدنی و زیست توده. این تبدیل باید
به همان سرعت تبدیل مواد طبیعی مانند برگ، علف و ضایعات غذا رخ دهد
(در طی 180 روز یا کمتر).
* تجزیه بیش از 90% مواد مورد آزمایش باید از الک 2 میلی متری عبور کند.
* هیچ تاثیری بر ارزش یا کاربرد کمپوست نباید داشته باشد، عدم سمیت گیاهی
(اثر منفی بر گیاهان) و فلزات سنگین کمتر از نصف آستانه تعیین شده باشند.

ASTM D6691

این استاندارد تحت عنوان "روش تست استاندارد برای تعیین تجزیه بیولوژیکی هوازی مواد پلاستیکی در محیط دریایی توسط کنسرسیوم میکروبی تعریف شده یا تلقیح طبیعی آب دریا" است. هدف آن ارزیابی ماندگاری یک ماده پلاستیکی خاص در محیط‌های دریایی فعال غیرزیستی مانند سواحل دریا و اقیانوس است. در این آزمایش، میزان و سرعت تجزیه بیولوژیکی هوازی مواد پلاستیکی را که در اثر قرار گرفتن در معرض چندین میکروارگانیسم دریایی هوازی در شرایط آزمایشگاهی ایجاد می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند.

ASTM D6868

این آزمایش تحت عنوان "مشخصات استاندارد برای پلاستیک و پلیمرهایی که به عنوان پوشش یا مواد افزودنی با کاغذ و سایر بسترهای طراحی شده استفاده می‌شوند" است. این مشخصات برای محصولات (از جمله بسته‌بندی) است که دارای فیلم یا ورق پلاستیکی چند لایه یا اکسترود شده روی کاغذ و سایر بسترها هستند. کل محصول یا بسته‌بندی برای کمپوست‌سازی در تاسیسات شهری و صنعتی باید طراحی شود. برای انطباق با این استاندارد، محصول باید شواهدی از قبیل:
1- تجزیه مناسب در طول کمپوست
2- سطح کافی از تخریب زیستی ذاتی و
3- عدم وجود اثرات نامطلوب و کمک به رشد گیاهان باید از خود نشان دهد.

ASTM D7081

این استاندارد با عنوان "استاندارد برای پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر غیر شناور در محیط دریایی" است. این مشخصات الزاماتی را برای برچسب زدن مواد و محصولات از جمله بسته‌بندی، به عنوان "قابل تجزیه زیستی در آب‌ها و رسوبات دریایی" تعیین می‌کند که در آوریل 2014 کنار گذاشته شد و در حال حاضر جایگزینی ندارد اما یک استاندارد در حال بازنگری، در دست توسعه وجود دارد.

استانداردهای EN

EN 13432

این استاندارد تحت عنوان "بسته بندی (الزامات برای بسته بندی قابل بازیافت از طریق کمپوست و تجزیه زیستی) طرح آزمایشی و معیارهایی برای ارزیابی و پذیرش نهایی بسته بندی" است. این استاندارد الزامات و رویه‌هایی را برای تعیین کمپوست‌پذیری بسته‌بندی و مواد بسته‌بندی تعیین می‌کند. در این استاندارد به موارد زیر پرداخته می‌شود:
1- زیست تخریب پذیری
2- تجزیه در طی تصفیه بیولوژیکی
3- اثر بر فرآیند تصفیه بیولوژیکی و
4- تأثیر بر کیفیت کمپوست حاصله
استانداردهای ارزیابی کمپوست‌پذیری پلاستیک در توده‌های کمپوست خانگی به جای تاسیسات کمپوست صنعتی معمولاً مشابه این استاندارد است، اما این آزمایش‌ها معمولاً در دماهای پایین‌تری انجام می‌شوند و بازه زمانی مجاز برای تجزیه آن، طولانی‌تر است. نمونه‌هایی از استانداردهای کمپوست‌پذیری خانگی عبارتند از:
* AS 5810-2010 استرالیا:"پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر(پلاستیک‌های زیست‌تخریب پذیر مناسب
برای‌کمپوست خانگی)"؛
* EN 17427:"بسته‌بندی (الزامات و طرح آزمایشی برای کیسه‌های مناسب برای استفاده در تاسیسات خانگی تهیه کمپوست)"
* NF T51-800 فرانسه: "پلاستیک (با مشخصات مناسب برای استفاده در کمپوست خانگی.)"

EN 14995

این استاندارد شامل"ویژگی‌های پلاستیک (ارزیابی کمپوست پذیری) " است. این استاندارد مشابه EN 13432 است، اما دامنه گسترده‌‌تری را شامل می‌شود که شامل پلاستیک‌های مورد استفاده در کاربردهای غیر بسته بندی است.

EN 17033

این استاندارد تحت عنوان "پلاستیک (فیلم‌های مالچ زیست تخریب‌پذیر برای استفاده در کشاورزی و باغبانی) الزامات و روش‌های آزمایش" آن است. این استاندارد برای تعیین ترکیب شیمیایی (شامل محتوای فلزات سنگین و مواد خطرناک)، تخریب در خاک، سمیت زیست محیطی و خواص فیزیکی (استحکام کششی در هنگام شکست، انتقال نور و غیره) نیاز به آزمایش آزمایشگاهی دارد. در این استاندارد به بیش از 90٪ تجزیه (یعنی تبدیل به دی اکسید کربن) در شرایط هوازی در خاک طبیعی در دمای 20 الی 28 درجه سانتیگراد در طی دو سال نیاز است.

استانداردهای ISO

ISO 17088

این استاندارد تحت عنوان "مشخصات پلاستیک‌های قابل کمپوست" است. این استاندارد معادل ASTM D6400 است، الزاماتی را برای شناسایی محصولات پلاستیکی مناسب برای کمپوست هوازی در تاسیسات کمپوست صنعتی و شهری فهرست می‌کند. در این استاندارد باید شرایطی همچون:
* تجزیه زیستی
* تجزیه در طی کمپوست
* اثرات منفی بر فرآیند و تجهیزات کمپوست‌سازی
* اثرات منفی بر کیفیت کمپوست از جمله وجود فلزات مشخص و سایر اجزای مضر، مورد بررسی قرار گیرد.

ISO 17606

این استاندارد تحت عنوان "بسته بندی و بازیافت ارگانیک" است. این استاندارد، رویه‌ها و الزامات بسته بندی را مشخص می‌کند که برای بازیافت ارگانیک در نظر گرفته شده است. تمام اجزای بسته بندی باید این الزامات استانداردی را برآورده کنند. برای هر یک از اجزای بسته‌بندی، چهار جنبه زیر ارزیابی می‌شود:
- تجزیه زیستی
- تجزیه در طی فرآیند تصفیه زباله‌های بیولوژیکی (به عنوان مثال کمپوست‌سازی)
- اثرات منفی بر فرآیند بیولوژیکی (کمپوست‌سازی)
- اثرات منفی بر کیفیت کمپوست حاصل از جمله وجود فلزات مشخص و مواد خطرناک برای محیط زیست.

ISO 19679

این استاندارد تحت عنوان "تعیین تجزیه بیولوژیکی هوازی مواد پلاستیکی غیر شناور در آب دریا و رسوب آن با تجزیه و تحلیل دی‌اکسید‌کربن" است. این روش، آزمایشی را برای تعیین درجه و سرعت تجزیه هوازی مواد پلاستیکی در محیط دریایی با اندازه‌گیری دی‌اکسید‌کربن، توصیف می‌کند. این آزمایش پروتکل آزمایشگاهی شرایط موجود در بستر دریا را با استفاده از دی‌اکسید‌کربن برای اندازه گیری تخریب هوازی، شبیه‌سازی می‌کند. تعیین تجزیه زیستی مواد پلاستیکی مدفون در رسوبات دریایی خارج از محدوده این روش است.

روش‌های تست محتوای زیستی

بسیاری از پلیمرهای زیست تخریب پذیر، نه همه، از مواد اولیه گیاهی به دست می‌آیند. بخش‌های زیر روش‌های آزمایشی مهم برای تعیین محتوای تجدیدپذیر پلاستیک‌ها و محصولات پلاستیکی (فیلم‌ها، کیسه‌ها و غیره) را توضیح می‌دهند. بر خلاف استانداردها که دارای معیارهای قبولی/ شکست هستند، روش‌های تست به سادگی پروتکل‌های آزمایشی را تعریف می‌کنند.

ASTM D6866

عنوان این روش، "روش‌های تست استاندارد برای تعیین محتوای زیستی نمونه‌های جامد، مایع و گازی با استفاده از تجزیه و تحلیل رادیوکربن" است. این استاندارد استفاده از روش C برای تعیین مقدار کربن زیستی در پلاستیک استفاده می‌کند. در این آزمایش بین کربن حاصله از منابع تجدیدپذیر (یعنی ورودی کربن معاصر) و کربن حاصل از سوخت‌های فسیلی، تمایز قائل می‌شود. کربن بیوژنیک شامل رادیواکتیو است و کربن حاصل از سوخت فسیلی، فاقد این ایزوتوپ است.

CEN/TS 16137:2011

این روش تحت عنوان " تعیین محتوای کربن با پایه زیستی" است. در این روش مشخصات فنی برای تعیین محتوای کربن مبتنی بر زیست مونومرها، پلیمرها و مواد و محصولات پلاستیکی بر اساس اندازه گیری محتوای C تعیین می‌شود و با بکارگیری سه روش، محتوای کربنی مشخص می‌شود.
- روش Proportional Scintillation-Counter
- یونیزاسیون بتا و
- طیف سنجی جرمی.

ISO 16620

این روش تحت عنوان "روش‌های تست استاندارد برای تعیین محتوای زیستی پلاستیک‌ها" است. این دستورالعمل روش‌های محاسبه برای تعیین محتوای کربن مبتنی بر زیست مونومرها، پلیمرها و مواد و محصولات پلاستیکی را بر اساس اندازه‌گیری‌های محتوای کربنی انجام می‌دهد. این روش شامل:
* ISO 16620-1: پلاستیک (محتوای زیستی) بخش 1: اصول کلی.
* ISO 16620-2: پلاستیک (محتوای مبتنی بر زیست) بخش 2: تعیین محتوای کربن مبتنی بر محتوای زیستی.
* ISO 16620-3: پلاستیک (محتوای مبتنی بر زیست) قسمت 3: تعیین محتوای پلیمر مصنوعی مبتنی بر محتوای زیستی.