Biopohjaiset ja biohajoavat muovit
Muoviplast 1/2020
Teksti: Jenni Syvänne, Muovipoli Oy
Palstan edellisessä osassa tutustuimme termeihin biomuovi, biohajoava, biopohjainen ja kompostoituva. Tässä osassa tutustutaan hieman tarkemmin, minkälaisia muoveja näiden termien alta löytyy.
Biopohjaiset, ei-biohajoavat muovit
Tähän joukkoon kuuluu muun muassa joukko erilaisia drop-in biomuoveja, jotka ovat kemialliselta rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan täysin vastaavia kuin vastaavat fossiilisista raaka-aineista valmistetut muovit. Drop-in biomuovit voidaan kierrättää samassa virrassa fossiilisista raaka-aineista valmistettujen vastineidensa kanssa. Bio-PE:n valmistukseen voidaan käyttää esimerkiksi bioetanolia, joka puolestaan voidaan valmistaa esimerkiksi sokeriruo’osta, mäntyöljystä tai erilaisten rasvojen sivu- ja jätevirroista. Bio-PET laaduista, joita on kaupallisesti saatavilla, suurin osa on vain osittain biopohjaisia. Myös polykarbonaatista on saatavissa osittain biopohjaisia vaihtoehtoja. Polyamidia löytyy sekä osittain että täysin biopohjaisena.
Biopohjaisten, ei-biohajoavien muovien uusia tuulia edustaa polyeteenifuranoaatti (PEF), jolla on hyvät barrier-ominaisuudet. PEF on kierrätettävä ja se sopii PET:n kierrätysjakeeseen tietyssä suhteessa. PEF-laatujen ennustetaan olevan markkinoilla lähivuosina. Teollinen tuotanto alkaa arvioiden mukaan vuonna 2023.
Biopohjaiset, biohajoavat muovit
Polylaktidi (PLA) on yksi kenties tunnetuimmista biopohjaisista biohajoavista muoveista. PLA valmistetaan fermentoimalla tuotetusta D- ja/ tai L-maitohaposta. Ominaisuuksiltaan PLA on usein polystyreenin kaltainen jäykkä, hauras ja läpinäkyvä. Siitä on kuitenkin saatavilla useita erilaisia laatuja erilaisiin käyttökohteisiin. Sopivia laatuja löytyy niin ruiskuvaluun kuin ekstruusioon. Myös korkeita lämpötiloja kestäviä laatuja löytyy. Monet PLA laaduista sopivat teolliseen kompostointiin. Polylaktidi on myös mahdollista kierrättää sekä mekaanisesti että kemiallisesti ja sen erottuvuus NIR-tekniikalla on erinomainen. PLA:n valmistajia ovat muun muassa NatureWorks ja Total Corbion.
Polyhydroksialkaonaatit eli PHA:t ovat biopohjaisia polyestereitä, jotka biohajoavat nopeasti. Raaka-aineena voidaan käyttää glukoosia, joka puolestaan voidaan valmistaa muun muassa erilaisista kasviöljyistä, kuten maissi-, palmu- tai soijaöljystä. Ryhmän muoveista polyhydroksybutyraatti PHB on osakiteinen materiaali ja sopii hyvin ruiskuvaluun. Kalvosovelluksiin paremmin sopii sitkeämpi polyhydroksybutyraatti-co-valeraatti PHBV. PHA muovit kestävät hyvin rasvoja, kosteutta ja kuumaa vettä. Valmistajia ovat muun muassa Tianjin ja Danimer Scientific.
Selluloosapohjaisista muoveista (CA, CAB, CAP) voidaan valmistaa kirkkaita kalvoja, joilla on hyvä kemikaalien ja rasvan sekä öljyn kesto. Selluloosapohjaisten muovien biohajoavuutta voidaan kontrolloida asetyloinnin asteella. Biohajoavuus katoaa propionaatti- tai butyraatti –komponenteilla, mutta ne parantavat materiaalin vedenkestoa sekä prosessoitavuutta. Käyttökohteita ovat esimerkiksi erilaiset kalvot, kammat ja silmälasien sangat. Valmistajia ovat muun muassa Eastman ja Daicel.
Tärkkelyspohjaisia muoveja valmistetaan muun muassa maissista, riisistä ja perunasta. Nämä ovat täysin biopohjaisia muoveja ja ne biohajoavat helposti. Tärkkelyksestä saadaan termoplastista tuhoamalla kiderakenne. Ominaisuuksia voidaan muokata myös esimerkiksi asetyloinnilla. Tärkkelyspohjaisten muovien mekaanisia ominaisuuksia voidaan parantaa seostamalla tärkkelystä muiden muovien kanssa (esim. PBAT, PHA ja PLA). Tyypillinen käyttökohde tärkkelyspohjaisille muoveille on kompostoituvat biojätepussit. Valmistajia ovat muun muassa Novamont ja Biotec.
Polybutyleenisukkinaatista (PBS) löytyy sekä uusiutuvista että fossiilisista raaka-aineista valmistettuja laatuja. Raaka-aineena käytetään esimerkiksi butaanidiolia, meripihkahappoa ja adipiinihappoa. Mitsubishi Chemical Corporation on patentoinut biopohjaisen PBS:n valmistuksen. PBS:n työstöominaisuuksia voidaan verrata polyeteeniin ja lisäksi se biohajoaa alhaisissa lämpötiloissa. Ominaisuuksiltaan PBS on usein joustava ja läpinäkyvä ja sillä on matala sulamispiste. Polybutyleenisukkinaatti soveltuu joustopakkauksiin, kuidutukseen, seostamiseen ja pinnoitukseen ja se on elintarvikekelpoinen. PBS voidaan myös seostaa esimerkiksi PHA:n tai PLA:n kanssa.
Polyglykolihappo (PGA) on nopeasti biohajoava. Se on ominaisuuksiltaan jäykkä ja sillä on hyvät barrier-ominaisuudet. PGA sopii ruiskuvaluun ja ekstruusioon. Polyglykolihappoa on saatavilla kudosyhteensopivana ja näitä laatuja käytetään muun muassa haavalangoissa. Polyglykolihappoa valmistaa esimerkiksi Kureha.
Biohajoavat, ei-biopohjaiset muovit
Polykaprolaktoni (PCL) valmistetaan fossiilisista raaka-aineista ja se on biohajoavaa. PCL on läpinäkyvää ja sillä on erittäin alhainen lasisiirtymälämpötila. Tyypillisesti polykaprolaktonia käytetään muiden biopolymeerien tai tärkkelyksen kanssa seostettuna, jolloin PCL parantaa tuotteen joustavuutta. Polykaprolaktonia valmistaa muun muassa Dow Chemicals.
Polybutyleeni-adipaatti-tereftalaatti (PBAT) valmistetaan fossiilisista raaka-aineista ja se on biohajoavaa. PBAT on ominaisuuksiltaan joustavaa ja sitkeää. PBAT voidaan seostaa muiden muovien, kuten PLA:n ja tärkkelyspohjaisten muovien kanssa. Käyttökohteita ovat muun muassa maatalouden katekalvot, tuorekelmut ja pinnoitukset. PBAT:a valmistaa esimerkiksi BASF.