Characterization of Biodegradable and Oxo-Biodegradable Plastic Bags

Význam tématu

Plastové tašky vyrobené z tradičních polymerů jako LDPE, HDPE či PP přispívají k dlouhodobému znečištění životního prostředí a rozkládají se až na mikroplasty. Alternativní materiály označované jako oxo-biodegradabilní a biodegradabilní nabízejí potenciál pro snížení této zátěže díky schopnosti fragmentace a biologického rozkladu.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat složení a termální chování komerčně dostupných plastových tašek označených jako oxo-biodegradabilní (O-BD), biodegradabilní (BD) a konvenčních PE tašek. K tomu byly využity metody FTIR, DSC a TGA pro identifikaci polymerů, přítomnost plniv a teplotní přechody.

Použitá instrumentace

FTIR: Shimadzu IRSpirit s ATR (diamantový prism)
DSC: Shimadzu DSC-60 Plus podle ISO 11357-3 v dusíkové atmosféře
TGA/DTA: Shimadzu DTG-60 podle ASTM E1131 v dusíkové a vzdušné atmosféře

Hlavní výsledky a diskuse

FTIR spektra ukázala, že O-BD1, O-BD2 i BD1 obsahují vedle PE charakteristické vrcholy CaCO3, zatímco O-BD3 má spektrum čistého PE a BD2 prokázala dominanci škrobu. DSC měření potvrdila tání PE při 130–134 oC u všech vzorků kromě BD2, která nevykazuje typické PE tání. TGA analýza odhalila u O-BD1 a O-BD2 kolem 87–89 % hmotnostní ztráty do 600 oC (polymer), 5–8 % zbytkových oxidovatelných složek (kovové katalyzátory nebo plniva) a zbytek popela. O-BD3 se chová obdobně jako čisté PE. BD2 vykazuje vysokou ztrátu vlhkosti (11 %) díky škrobu a následné rozkladné fáze odpovídající celulózové matrici.

Přínosy a praktické využití metody

Integrované využití FTIR, DSC a TGA umožňuje rychle a spolehlivě rozlišit různé typy plastů, odhalit přítomnost anorganických plniv či škrobu a stanovit termodynamické parametry. Tento přístup je vhodný pro kontrolu kvality, ověřování deklarovaného složení a vývoj environmentálně přívětivějších obalových materiálů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj by mohl zahrnovat kombinaci těchto technik s biologickými testy degradace, rozšíření na jiné polymerní systémy či vývoj senzitivnějších ATR povrchových analýz. Integrace dat do strojového učení může dále zlepšit rychlou klasifikaci vzorků v průmyslové praxi.

Závěr

Sada metod FTIR, DSC a TGA prokázala efektivitu při charakterizaci a odlišení oxo-biodegradabilních, biodegradabilních a konvenčních plastových tašek. Studie odhalila rozdíly ve složení plniv a polymerních matric, které korelují s termálními vlastnostmi a potenciálem biodegradace.

Reference

1. Finzi‐Quintão C.M., Novack K.M., Bernardes‐Silva A.C. (2016) Identification of biodegradable and oxo-biodegradable plastic bags sample composition. Macromolecular Symposia 367: 9–17.
2. Adamcová D., Vaverková M., Mašíček T., Břoušková E. (2016) Analysis of biodegrability of degradable/biodegradable plastic material in controlled composting environment. Journal Eco Eng 17(4): 1–10.
3. Sreekumar P.A., Al-Harthi M.A., De S.K. (2012) Studies on compatibility of biodegradable starch/polyvinyl alcohol blends. Polymer Eng Sci 52(10): 2167–2172.
4. ISO 11357-3: Plastics — DSC — Determination of temperature and enthalpy of melting and crystallization.
5. ASTM E1131: Standard test method for compositional analysis by thermogravimetry.
6. Wunderlich B. (2005) Thermal Analysis of Polymeric Materials. Springer, Germany.
7. Wahyuningtiyas N.E., Suryanto H., Rudiyanto E. et al. (2017) Thermogravimetric & kinetic analysis of cassava starch. Journal Mech Eng Sci & Tech 1(2): 69–77.