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Plastiche Biodegradabili Prof.ssa Anna Maria MADAIO.

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Presentazione sul tema: "Plastiche Biodegradabili Prof.ssa Anna Maria MADAIO."— Transcript della presentazione:

1 Plastiche Biodegradabili Prof.ssa Anna Maria MADAIO

2 Sono costituiti da molecole a basso impatto ambientale Sintetici (derivati dal petrolio) Poliesteri Polivinilalcoli (PVA) Naturali (da sorgenti biologiche) Polisaccaridi Proteine Poliesteri da microorganismi FONTE NON RINNOVABILE FONTERINNOVABILE

3 RISORSE NON RINNOVABILI risorse fossili: carbone, petrolio, uranio. Limitate, definite e destinate ad esaurimento. Non si possono riformare in tempi brevi perché derivano da processi di natura geologica. La maggior parte dei polimeri e delle plastiche industriali sono attualmente prodotte a partire da risorse fossili che non sono rinnovabili. RISORSE RINNOVABILI biomasse: mais, canna da zucchero, microrganismi... Possono riformarsi con una velocità confrontabile con quella del loro sfruttamento.

4 Polimeri ottenuti da sorgenti naturali rinnovabili, sono spesso biodegradabili e non tossici da produrre Prodotti da sistemi biologici Prodotti da sistemi biologici: Piante, Animali, Microrganismi Sintetizzati chimicamente da molecole di origine biologica: Carboidrati (es. amido) Oli o grassi PolisaccaridiProteine Poliesteri termoplastici (PHA) Bioplastiche Mater-Bi® (mais) Solanyl®, (bucce di patate),

5 Biodegradazione aerobica: conversione della sostanza organica in CO 2 e H 2 O Proprietà delle sostanze e dei materiali naturali, di origine animale o vegetale, di essere trasformate dai microrganismibatteri, funghi o alghe) in sostanze più semplici ed essere così immesse nei cicli naturali. Proprietà delle sostanze e dei materiali naturali, di origine animale o vegetale, di essere trasformate dai microrganismi (batteri, funghi o alghe) in sostanze più semplici ed essere così immesse nei cicli naturali. Biodegradazione anaerobica: conversione della sostanza organica in CO 2, CH 4 e H 2 O

6 ORIGINE ANIMALE ORIGINE VEGETALE

7 la definizione di biodegradabile è strettamente legata all’ambiente e al tempo, cioè alle condizioni e al tempo impiegati per portare a termine il processo di biodegradazione. Senza queste specificazioni, il termine biodegradabile diventa vago e non utilizzabile in quanto virtualmente qualunque sostanza organica è biodegradabile se non ne viene specificato l’arco temporale.

8 OGGETTO/MATERIALE TEMPO DI BIODEGRADABILITA’ scarti di mela 2 mesi tetrapack 3 mesi quotidiani e riviste 4 – 12 mesi polistirolo 50 anni fermalattine 450 anni sacchetto di plastica 100 – 1000 anni piatto di plastica 100 – 1000 anni bottiglia di plastica 100 – 1000 anni carta telefonica 1000 anni pannolino usa e getta 450 anni pannolino biodegradabile 1 anno Tempo di biodegradabilita’

9 I concetti di rinnovabilità e biodegradabilità sono diversi e non sempre correlabili fra loro. OrigineBiodegradabilità Esempio di materiali RinnovabileBiodegradabile Poliidrossialcanoati (PHA o PHB e similari) Non-rinnovabileBiodegradabilePolicaprolattone RinnovabileNon-biodegradabile Polietilene da canna da zucchero Non-rinnovabileNon-biodegradabile Polietereterchetone per applicazioni biomediche La rinnovabilità riguarda l’origine del materiale La biodegradabilità riguarda il fine vita, ed in particolare il riciclaggio organico.

10 Trattamento biologico controllato di rifiuti di plastica biodegradabile in condizioni aerobiche o anaerobiche Trattamento biologico controllato di rifiuti di plastica biodegradabile in condizioni aerobiche o anaerobiche. Degradazione aerobica: in presenza di ossigeno (aria). Degradazione anaerobica : in assenza di ossigeno (aria) e che avviene in discarica e negli impianti di produzione di biogas. Biodegradazione: attività microbica Idrodegradazione: azione dell’acqua Fotodegradazione: azione della luce Decomposizione molecolare dei materiali

11 E’ un processo accelerato di trattamento biologico dei rifiuti organici (rifiuti di cucina, avanzi di cibo, erba, ecc.) che avviene negli impianti di compostaggio o in compostiere domestiche, dove i processi naturali di biodegradazione sono ottimizzati con il raggiungimento di alte temperature. I rifiuti organici vengono accumulati negli impianti dove i microrganismi presenti naturalmente nei rifiuti, biodegradano in presenza di aria le sostanze organiche, producendo anidride carbonica, acqua, compost e calore. Il calore prodotto non si disperde facilmente e causa un incremento di temperatura che accelera la reazione di degradazione aria le sostanze organiche, producendo anidride carbonica, acqua, compost e calore. Il calore prodotto non si disperde facilmente e causa un incremento di temperatura che accelera la reazione di degradazione

12 Il compost è un terriccio simile all'humus, la parte fertile del terreno, ricco di sostanze organiche e adatto ad essere usato in agricoltura come ammendante. Il compost migliora la costituzione fisico-meccanica dei suoli e la fertilità, grazie all’apporto di sostanza organica.

13 compostaggio industrale Il compost ottenuto dagli impianti industriali è un prodotto commercializzabile ed in quanto tale deve rispondere a specifici criteri di qualità chimico fisica e microbiologico-sanitaria fissati dalla legge. Il compost ottenuto dagli impianti industriali è un prodotto commercializzabile ed in quanto tale deve rispondere a specifici criteri di qualità chimico fisica e microbiologico-sanitaria fissati dalla legge. compostaggiodomestico

14  Imballaggio (packaging)  Orticultura  Raccolta differenziata  Resine per compositi (specie con fibre naturali: materiale interamente bio- degradabile)  Applicazioni biomediche: materiali biocompatibili (es. protesi) materiali assorbibili (es. sistemi per il rilascio dei medicinali)

15 "Requisiti per imballaggi recuperabili mediante compostaggio e biodegradazione - Schema di prova e criteri di valutazione per l'accettazione finale degli imballaggi", adottata anche in Italia con la denominazione UNI EN 13432, definisce le caratteristiche degli imballaggi “compostabili”, ossia che possono essere riciclati attraverso il recupero organico (compostaggio e digestione anaerobica). In questa norma restano esclusi dal campo di applicazione i materiali plastici non usati come imballaggi: plastiche usate in agricoltura, sacchetti per la raccolta dei rifiuti.

16  Da un punto di vista tecnico la norma UNI EN permette di coprire un più ampio numero di applicazioni diverse dall’imballaggio.  Entrambe le norme sono il più importante riferimento tecnico per i produttori di materiali, le autorità pubbliche, i compostatori, i certificatori e i consumatori.

17  Biodegradabilità, ossia la capacità del materiale di essere convertito in anidride carbonica (CO 2 ) grazie ai microrganismi ed in modo analogo a quanto accade ai rifiuti naturali  Disintegrabilità, cioè la frammentazione e perdita di visibilità nel compost finale (assenza di contaminazione visiva)  Assenza di effetti negativi sul processo di compostaggio  Metalli pesanti pressoché assenti e assenza di effetti negativi sulla qualità del compost.  Assenza di additivi

18  Ciascuno di questi requisiti è necessario per la definizione della compostabilità ma non sufficiente.  La compostabilità è provata dal contemporaneo soddisfacimento di tutti i requisiti. Ad esempio, un materiale biodegradabile non è necessariamente compostabile perché deve anche disintegrarsi durante un ciclo di compostaggio. D’altra parte, un materiale che si frantuma durante un ciclo di compostaggio in pezzi microscopici che non sono però poi totalmente biodegradabili non è compostabile.

19 Enti preposti al rilascio della certificazione di biodegradabilità e compostabilità: VINÇOTTE, DIN CERTCO per l' Europa BPI WORLD per gli Usa. Con l' ottenimento della certificazione di compostabilità si ha diritto all’ impiego dei marchi, OK Compost e/o Compostable che possono essere impressi sulle confezioni dei granuli e sulla documentazione pubblicitaria e tecnica che li accompagna

20 _UJPfQ Geo & Geo ene/puntata/228498/trincia-sacchetti- biodegradabili.html Le Iene

21  Ecoflex® Costituito da poliesteri aromatici ed alifatici Prodotto dalla BASF (Germania)  Mater-Bi® Amido di mais Poli( ε -caprolattone) Polivinilalcoli Prodotto dalla Novamont(Italia)

22 Famiglia di bioplastiche sviluppate da Novamont, biodegradabili e compostabili naturalmente Mater-Bi® è ottenuto combinando componenti vegetali (amido di mais, di patate o di grano allo stato naturale, circa 85%) con altri polimeri biodegradabili (soprattutto il policaprolattone –PCL), ottenuti sia da materie prime di origine rinnovabile, sia da materie prime di origine fossile. TG R Leonardo qMPAG0&feature=player_embedded qMPAG0&feature=player_embedded

23

24 Creato attraverso un processo di destrutturazione e di "complessazione" dell'amido con quantità variabili di agenti complessanti biodegradabili. Questi complessi creano un nuovo ordine cristallino aumentando la resistenza all'acqua e cambiando le proprietà meccaniche dell'amido originale, senza modificarne la struttura chimica ma potendone graduare le caratteristiche. Novamont Novamont player_embedded&v=644IsFYieo4 player_embedded&v=644IsFYieo4

25 Mater-Bi® Amilosio20% 80% Amilopectina Blocchi poli(butilene tereftalato) Lenta biodegradazione Lenta biodegradazione POLIESTERE sintetico (copolimero a blocchi alifatici ed aromatici) blocchi poli(butilene adipato) Veloce biodegradazione (PBA) (PBT) AMIDO (da vegetali)

26 Si presentano in forma di granulo e possono essere lavorati secondo le più comuni tecnologie di trasformazione, per realizzare prodotti dalle caratteristiche analoghe o migliori rispetto alle plastiche tradizionali, ma perfettamente biodegradabili e compostabili, minimizzando l'impatto ambientale, con resistenza e tenuta del tutto simili alle plastiche tradizionali Si presentano in forma di granulo e possono essere lavorati secondo le più comuni tecnologie di trasformazione, per realizzare prodotti dalle caratteristiche analoghe o migliori rispetto alle plastiche tradizionali, ma perfettamente biodegradabili e compostabili, minimizzando l'impatto ambientale, con resistenza e tenuta del tutto simili alle plastiche tradizionali. Biodegrada in un periodo pari ad un ciclo di compostaggio (minimo 90% in massimo 180 giorni)

27 I diversi Mater-Bi® sono indicati come “gradi” e sono identificati ciascuno da un diverso codice. Nell’ampia famiglia Mater-Bi®, i più recenti gradi di “seconda generazione” nascono dalla ricerca su materie prime ottenute da olii vegetali. Nel Mater-Bi® non vengono impiegati nè polimeri non biodegradabili, come il polietilene e il polipropilene, nè plastificanti della classe degli “ftalati”.

28  I gradi Mater-Bi® sono caratterizzati da: - completa biodegradabilità in diversi ambienti, come ad esempio in compostaggio e in suolo (in accordo con la norma europea EN e con i programmi di certificazione rilasciati da primari enti certificatori internazionali); - lavorabilità con le stesse tecnologie delle plastiche tradizionali e con produttività simile; - stampabilità con normali inchiostri e tecnologie di stampa, senza bisogno di trattamento corona; - colorabilità in massa con Master-batch biodegradabili; - intrinseca antistaticità; - sterilizzabilità con raggi gamma.

29  settore agricolo (pacciamatura, legacci)  ristorazione (piatti, posate, bicchieri, vassoi),  imballaggio (frutta e verdura freschi, muesli, prodotti da forno)  accessori, giocattoli  biofiller per il settore auto.

30  Poliestere termoplastico e biodegradabile che si può sintetizzare a partire dall’acido lattico prodotto dalla fermentazione lattica del glucosio, proveniente da fonti rinnovabili, ad opera di alcuni batteri anaerobi. acido piruvico acido lattico glucosio Fermentazione omolattica (produzione industriale) Fermentazione eterolattica: glucosio acido piruvico acido lattico etanolo CO 2

31 Streptococcus thermophilus microrganismo termofilo (temperatura ottimale di crescita fra i 37 e i 42°C). E’, insieme a Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, uno dei due componenti della microflora dello yoghurt. Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus : microrganismo termofilo (temperatura ottimale di crescita vicina ai 45°C), Lb. acidophilus; Lb. crispatus; Lb. Jensenii; Lb. Jensenii; Lb. helveticus; Lb. salivarius Lb. salivarius.

32  Condensazione diretta dell’acido lattico (sfavorita dalla produzione di acqua)  Polimerizzazione a più fasi (richiede la formazione del dimero - lactide) H2OH2O PLA H2OH2O Acido lattico Lattide ( )n)n Reazione catalizzata

33 Biomass, corn Lactic acid from Dextrose Condensation process Reduction to monomer Reduction of annually renewable resources Reduce Global Green House Effect A renewable resource such corn is milled, separating starch from the raw material Dextrose turns into lactic acid using a fermentation process Through a special condensation process a cyclic intermediate dimer, referred as lactide is formed Ring opening polymerization of lactide is accomplished with a solvent free melt process A wide variety of products that vary in molecular weight and crystallinity can be produced With the proper infrastructure product made by lactic acid can be recycled back to monomer and into polymer A reduction of annually renewable sources is achieved Carbon dioxide is removed from the atmosphere when growing the feed stock crop and it is returned to the earth when PLA is degraded Purification by distillation Products Packaging, Textiles, Medicine ( )n)n La materia prima per la produzione industriale dell’acido polilattico è costituita principalmente da carboidrati. Ad oggi, la coltura principalmente utilizzata su larga scala è il mais M. L. Tutino Dip.- Chimica Organica e Biochimica – Facoltà Scienze Biotecnologiche-Napoli

34 Polimeri biodegradabili : 6 mesi a 2 anni Plastiche convenzionali (PE & PS) : 500 – 1000 anni (approssimativo) 0 days 33 days 45 days

35  imballaggi alimentari e non  stoviglie  materiali per uso agricolo  fibre tessili  applicazioni biomediche (es. viti per fratture) (es. viti per fratture)  chirurgia plastica e ricostruttiva Le prestazioni meccaniche e di resistenza agli agenti termici dei prodotti in PLA sono assolutamente paragonabili a quelle delle plastiche tradizionali Impiegato da oltre 25 anni in chirurgia plastica e ricostruttiva, l’Acido L – Polilattico è un polimero ad alta tollerabilità, biocompatibile e interamente riassorbibile e soprattutto anallergico perché di origine non animale.

36 Nuovo materiale biodegradabile trasparente, a base di cellulosa. Il principale vantaggio del materiale è la facilità di lavorazione con le convenzionali linee di estrusione, che non richiede quindi modifiche agli impianti tradizionali.

37 Materiale composto da amido derivato dalle patate, termoplastico, mescolato con un polimero sintetico biodegradabile, a cui vanno aggiunti specifici additivi per compensare l’immiscibilità dei due componenti.

38  Produzione di concime Il tempo di decomposizione può essere di qualche mese in compostaggio contro i 1000 anni richiesti dalle materie plastiche sintetiche derivate dal petrolio  I rifiuti possono essere depositati tutti in discarica data la loro rapida biodegradabilità. Il tempo di decomposizione può essere di qualche mese in compostaggio contro i 1000 anni richiesti dalle materie plastiche sintetiche derivate dal petrolio.  Diminuzione dei contenitori dei rifiuti sul territorio (eliminando quelli di carta, vetro e materiale plastico)  Minori emissioni di fumi tossici nel caso di incenerimento.  Igiene dei contenitori alimentari

39  Costi più alti (un sacchetto di Mater-Bi costa 3 centesimi in più di un sacchetto in PE)  Ricorso a risorse non rinnovabili (Ecoflex) o a molecole estraibili da specie adibite ad uso alimentare (Mater-Bi)  Difficoltà a riconvertire gli impianti per la lavorazione del PE in impianti utili per la lavorazione delle bioplastiche  Caratteristiche tecniche che conferiscono una versatilità minore rispetto ai sacchetti di PE  Riduzione di disponibilità di derrate alimentari, se prodotte a partire da prodotti agricoli come il granturco ecc.  La coltivazione sottrae terreni prima destinati alle colture per il consumo umano e pertanto contribuiscono alla crisi globale dei prezzi alimentari.  La totale biodegradabilità può verificarsi solo quando questi materiali sono smaltiti correttamente in un sito di compostaggio

40  Poliidrossialcanoato ricavato dalla barbabietola da zucchero, e non da oli o amido di cereali e derivati, capace di biodegradarsi completamente in acqua a temperatura ambiente. Questo risultato viene da una ricerca tutta italiana, avviata nel 2007, condotta da Bio on e da Co.pro.bi, Cooperativa produttori bieticoli

41 Possibili fonti Scarti dalla lavorazione di:  Frutta  Ortaggi  Prodotti caseari

42  Riduzione del volume degli scarti  Riutilizzo di sostanze ad alto valore salutistico e nutrizionale (fibre, vitamine, proteine nobili)  “Edibilità” (Film edibili per proteggere alimenti)

43 Film polisaccaridici offrono una migliore barriera all’O2 Film lipidici offrono una migliore barriera al vapore acqueo Film proteici offrono una migliore barriera alla CO2 ed esibiscono buone proprietà meccaniche

44 RETICOLANTE RETICOLANTE Transglutaminasi Polisaccaridi + Proteine del siero di latte Network Film idrocolloidale con proprietà barriera alla CO 2, all’O 2 e con buone proprietà meccaniche

45 Materiale plastico biodegradabile dagli scarti della lavorazione industriale dei pomodori (bucce) (B. Nicolais, M. Malinconico- CNR-ICB Pozzuoli )

46 Scarto del Finocchio: (il 30% del raccolto rappresenta il valore medio di scarto della lavorazione) (rappresenta il 70% dei reflui delle industrie casearie) Siero di latte: (rappresenta il 70% dei reflui delle industrie casearie) Bioplastica! ADn0ik&feature=player_embedded (L. Mariniello, Facoltà di Agraria- Napoli) PolisaccaridiProteine

47 Omogenati di fragola, albicocca, finocchio, albedo di pompelmo Proteine della soia Proteine del siero di latte Ovalbumina Faseolina BIOPLASTICHE Polisaccaridi Proteine

48 Sequenza delle operazioni

49 t0 t21 t7 Siero di latte e finocchio Siero di latte e fragole Siero di latte e albicocche

50 1) 2) 3) 4) 5) 6) biodegradabile-dagli-scarti-della-lavorazione-industriale-dei- pomodori.htm biodegradabile-dagli-scarti-della-lavorazione-industriale-dei- pomodori.htm


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