Biyobozunur Plastik Ambalaj Malzemeleri

Bitkisel yağ, mısır nişastası, bezelye nişastası veya mikrobiyota gibi yenilenebilir biyokütle kaynaklarından türetilen Biyobozunur Plastik Ambalaj Malzemeleri daha düşük sera gazı salınımına neden olur.

 

Polistiren, polipropilen, polietilen, polimetilmetakrilat ve polivinil klorür gibi günlük yaşantımızda her alanda yaygın olarak kullanılan petrole dayalı sentetik plastikler her yıl 250 milyon tondan fazla üretilmektedir. Bunların % 30’u pa­ketleme malzemesi olarak kullanılıp atık olarak çöp toplama alanlarında toplanmakta ve atmosferik şartlarda iklim değişikliklerine bağlı olarak soğuk, sıcak, nem farklılıkları ile parçalanıp toprağa karışmaktadır. Ticari polimerlerden plastik şişe malze­mesi olarak yaygın bir şekilde kullanılan polietilen tereftalatın or­talama bir süre içinde tamamen parçalandığı bilinmektedir.

 

ABD ve Avrupa Birliği ülkelerinde toprakta çürüyebilen (biyobozunur) plastik am­balaj malzemelerinin üretimi ve kullanımı zorunluluk halindedir. Doğa kendi ürettiğini yine kendisi yok eder. Bu nedenle doğada üretilmiş olan doğal maddeler toprağa dönünce 1-6 ay gibi kısa sürede çürüyüp toprağa karışmaktadır.

 

Biyobozunum

 

American Society for Testing Materials (ASTM) tarafından yapılan tanıma göre, doğada bulunan bakteri, mantar, alg, maya ve diğer mikroorganizmaların etkisi ile çözünebilen polimerlere biyobozunur polimer denir. Biyobozunur polimerler doğal olarak canlı organizma (hayvan, bitki, bakteri gibi) tarafından üretilen selü­loz, nişasta, deri, çitin, çitosan, bakteriyel polyester.. yanında sentetik olarak üreti­len ama biyobozunurluğu kanıtlanmış poli(laktik asit) (PLA), poli(e-kaprolakton) (PCL), poli(glikolik asit) (PGA)’yı kapsar. Biyobozunmanın gerçekleşmesi için te­mel olarak üç ana koşulun sağlanması gerekir. Bunlar organizma, substrat ve çev­re etkisidir. Bunlardan herhangi biri sağlanamadığı zaman biyobozunma gerçek­leşemez.

 

Polimerlerde bozunma hücre dışı ve hücre içi olmak üzere iki temel işleyiş üze­rinden yürümektedir. Hücre dışı parçalanmada polimer, aerobik ya da anaerobik koşullarda mikroorganizmaların ürettiği endo ve ekzoenzimlerce katalizlenen biyokimyasal tepkimeler ile bozunmaya uğrar. Endoenzimler, polimer zincirinin iç kısımların­daki tekrarlayan birimlerden başlayarak parçalar, bu poli­merin molekül ağırlığında ani düşmeler gözlenir. Ekzoenzimler ise, polimer molekülünü uç birimlerinden başlaya­rak parçalar, bunda ise bozunma yavaş ilerler. Enzim­ler, karboksil (-COOH), hidroksil (-OH) ve amin(-NH2) gibi hidrofilik gruplar taşıyan yüksek molekül ağırlığı­na sahip proteinlerdir. Böylelikle, enzim etkisiyle po­limer zincirindeki parçalanma çoğunlukla hidrolizlenme ya da yükseltgenme mekanizması üzerinden yürür. Bu tür bozunma için mikroorganizmaların, oksijen, nem ve minerallerin organizmaya göre sı­caklığı 20-60 oC arasında, pH‘ı ise 5-8 arasında olmalıdır. Biyobozunmanın ikinci aşamasında ise, hücre içine girebilecek kadar küçülmüş oligomerler mineralize edilir. Mineralizasyon ile organizma enerji kazanırken CO2, CH4, N2 gibi gazlar, H2O, tuzlar, mineraller ile orga­nik atıklar açığa çıkar. Bu durumda polieti­lenin fotolitik yollarla parçalanması fiziksel bir parçalanma olup toprak­ta dağılıp gitmesini sağlayabilir. Ancak oligomerler basamağında bakteri tarafından yenerek CO2 ve suya kadar yükseltgenme basamağına uğratıldığına dair bilimsel bir veriye ulaşılamamıştır.

 

Bu tür plastiklerin parçalanması biyobozunmadan ziyade bir kimyasal reaksi­yonun sonucudur. Ortaya çıkan parçacıklarsa doğada kalacaktır. Parçalanma atık sorununa bir çözüm değil, daha çok gözle görülür kirleticilerin (plastik atık) göz­le görülmez kirleticilere (parçacıklar) dönüştürülmesidir. Bu, genel olarak, plastik atık sorunu için uygun bir çözüm sayılmaz çünkü atıkların çevreye atılması sonu­cu kirlilik şeklinde ortaya çıkan davranışsal sorun bu tür ürünlerle tetiklenebilir.

 

Polimerlerin parçalanması üzerine mikroorganizmaların etkileri incelenmiş, polimerin molekül ağırlığı 5000 g/mol’ün altına düştüğünde mikroorganizmalar tarafından yenebildiği bulunmuştur. Bakteri ve mantar kolonilerin oluşabilmesi için, polimer üzerindeki yüzey gerilimi, yüzey bozukluğu, yüzey alanı, gözenek yapısı ve çevre koşullarının uygunluğu gerekir.

 

Biyo-çözünür Plastikler

 

Doğal polimerleri kaynaklarına göre üç ana gruba ayırabiliriz. Birinci grup bit­kisel kaynaklı doğal polimerlerdir. Polisakkarit olan selüloz, nişasta, aljinat, agar, karraginan, çeşitli zamklar (guar), pek­tin. İkinci grup hayvansal kaynaklı do­ğal polimerlerdir: Polisakkarit orijin­li kitin, kitosan, hyluronatlar ile prote­in orijinli kollajen, albümin, fibronejen, kasein, resilin, ipek, elastin, soya, buğ­day gluteni ve yapıştırıcılar. Üçüncü grup mikrobik kaynaklı doğal polimer­lerdir: Bakteriyel polyesterler ve poli­sakkarit orijinli hyluronatlar.

 

Biyoçözünür Ambalaj

Doğal kaynaklardan insan eliyle üretilen ve aynı doğal polimerler gibi toprağa bırakılınca kısa zamanda çürüyebilen fakat plastik malzemelerin gösterdiği üstün mekanik ve termal özelliklere sahip önemli polimerlerden biri laktik asit polimeridir (PLA). Halen tıbbi uygulamalar için biyo-malzemelerin üretiminde kullanılan PLA, son yıllarda satış fiyatlarının düşmesiyle birlikte, sıcaklığa dayanıklı, yüksek dirence sahip, petrole bağımlı olmayan, biyobozunur plastik pazarında ümit vadeden bir ambalaj malzemesi olarak hızlı bir şekilde öne çıkmaktadır. PLA, işleme kolaylığı, transparan, sert ve elastik oluşu nedeniyle ziraatte kullanılan film örtüleri, ambalaj malzemeleri, plastik torbalar, ofis ürünleri, tek kullanımlık çatal, tabak, bardak malzemeleri gibi birçok ürünün hammaddesi olarak kullanılmaktadır. Toprakta biyobozunmanın yanında bu tür polimerlerin geri dönüşümü de ekonomik olmaktadır. Ancak polietilen, polipropilen, polivinil klorür gibi petrole dayalı ve biyobozunur olmayan polimerlerin atıkları geri toplanıp yeniden işlenerek eşya haline getirilirken polimer zincirinin parçalandığı mekanik dayanımının düştüğü, bilinen bir zayıf noktalarıdır. Bunun için geri dönüşümden sonra üretilen eşyanın kalitesi düşer. Halbuki PLA’nın geri dönüşümünden sonra, kolay bir hidroliz prosesi ile laktik asit monomerine dönüştürülüp yeniden orijinal PLA üretimi gerçekleştirilebilir.

 

Bakteriyel polyesterler de şeker gibi doğada üretilebilen kaynağa dayalı biyobozunur polimer sınıfındandır. Bu polyester sınıfında poli(3-hidroksibutirat) (PHB) fermentörlerde şekerle beslenerek büyütülen Ralstonia eutropha’nın hücre içinde enerji deposu olarak biriktirilir. Bir iki gün gibi çok kısa bir sürede bakteri tarafından hücre içinde üretilen polyester çözücü ekstraksiyonu ile izo­le edilir. PHB de yüksek sıcaklığa dayanıklı, yüksek mukavemete sahip doğrusal bir plastiktir.

 

Doymamış bitkisel yağlar da plastik malzeme yapımı için düşük maliyetle polimerleştirilebilir. Hint yağı, keten tohumu yağı, soya yağı, susam yağı gibi doğal bitkilerden elde edilen doğal yağlar biyopolimer sentezi için uygun kaynaklardır. Özellikle soya yağının polimerleri üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu yağların yapısında en çok trigliseritler bulunur. Trigliserit yağların çok çeşitli uygulama alanları olduğundan, modifikasyonla fiziksel ve kimyasal özellikleri değiştirilerek yeni polimerler elde edilir.

 

PHB fiziksel karakteristikleri nedeniyle farklıdır. Erime noktası 170 oC civarında, şeffaf bir film üretir ve kalıntı bırakmadan biyobozunur.

 

Sonuç olarak, doğal polimerler (nişasta bazlı reçineler ve diğerleri) ve poli(lak­tik asit), poli(e-kaprolakton) ve poli(glikolik asit) gibi sentetik polimerler toprağa atık olarak bırakılınca bakteri tarafından salgılanan enzimlerle bozundurularak son ürün olarak zararsız ve çevre dostu küçük moleküllere, karbondioksit ve suya dönüştürülmektedir. Bu da şekilde gösterildiği gibi doğal karbon çevrimini sağlamakta ve ekstra bir karbondioksit üretimi olmadığından küresel ısınmaya sebep olmamaktadır.

 

Biyolojik plastikler düşük erime sıcaklıkları nedeniyle üretim aşamasında da daha az enerji sarfetmekte, daha az petrol kullanılmaktadır. Amerikan Novamont şirketinin en son yaptığı açıklamada biyolojik plastik üretiminde geleneksel plastiğe göre yaklaşık %65 enerji tasarrufu sağlamaktadır.

 

Bugün yaygın olarak kullanılmakta olan polietilen gibi sentetik polimerlere bazı inorganik katkı maddeleri (mangan stearat gibi pro oksidanlar) karıştırılarak üretilen ambalaj malzemelerinin de hızlandırılmış oksidasyon yoluyla parçalandığı, bu küçük parçaların daha ileri oksidasyonla aldehit, keton, karboksilli asitler gibi küçük moleküllere parçalandığı bilinmektedir. Bu polimer parçaları ve küçük organik moleküllerin de biyoasimilasyonu öne sürülmekle birlikte, pro-oksidan içeren polietilen filmlerin toprakta bulunan mantar ve bakterilerle biyobozunurluğunun ortaya konulması için daha geniş araştırmalara ihtiyaç vardır.

 

Kaynaklar
1-(Narayan, R., Schaaf, K. 1992. Plastics Subcommittee Establishing New Criteria for Materials Degradability. ASTM Standardization News, July, pp. 23-26)
2-(Kaplan, D.L., Mayer, J.M., Ball, D., McCassie, J., Allen, A.L. and Stenhause, P., 1993 Fundementals of Biodegradable Polymers, in: Biodegradable Polymers and Packaging. Ching, C., Kaplan, D.L., Thomas, E.L.,eds. Technomic Publishing Company, Inc., Basel, pp. 1-42)
3-(Lenz RW, Adv. Polym. Sci. 1993, 107: 1)
4-(Huang, J.C., Shetty, A.S., Wang, M.S. Adv. Polym. Technol.,1990, 10, 23-30)
5-(Holmes 1988 Biolagically Produced (R)-3-Hydroxy Alkanoate Polymers and Copolymers in Developments in Crystalline Polymers., ed. Basset, D.C. Applied Science, London, pp. 1-65.; Huang et al. 1990 Huang, J.C., Shetty, A.S. and Wang, M.S. (1990) Biodegradable Plastics: A Review. Adv. Polym. Technol., Vol. 10, pp. 23-30.)
6-Narayan, Rahmani, Biodegradability – Sorting Facts and Claims, Bioplastics dergisi, Cilt 01/2009, sf. 29.
7-Berlin, July 2009 – European Bioplastics e.V., Marienstr. 19/20, 10117 Berlin, Phone: +49 30 284 82 350, Fax: +49 30 284 84 359, info@european-bioplastics.org, www.european-bioplastics.org
8-(Potts, J.E., 1984 Environmentally Degradable Plastics in Encyclopedia of Chemical Technology. ed. Grayson, M.V.E., John Wiley and Sons, New York, pp. 626–663.)
9-(Holmes 1988 Biolagically Produced (R)-3-Hydroxy Alkanoate Polymers and Copolymers in Developments in Crystalline Polymers. ed. Basset, D.C., Applied Science, London, pp. 1-65.; Galvin, T.J. 1990, PHBV Biodegradable Polyester in Degradable Materials: Perspectives, Issues and Opportunaties. eds. Barenberg, S.A., Brash, J.L., Narayan, R., Redpath, A.E., CRC Press, Fl., pp. 39-54)
10-(Ou X., Cakmak M. Polymer 2008, 49, 5344–5352; R. Ferreira, N. Pedrosa, I. M. Marrucho, Luís P. N. Rebelo, J. Chem. Eng. Data 2008, 53, 588–590)
11-(Hazer B., Steinbuchel A. Appl. Microbiol. Biotech. 2007, 74, 1-12)
12-(Çakmakli B., Hazer B., Tekin İ. Ö., Cömert F. B. Biomacromolecules 2005, 6, 1750-1758)
13-(Hazer B., Hazer D. B., Çoban B. J. Polym. Res. 2010, 17:567–577)
14-(F. Khabbaz, A.-C. Albertsson, Biomacromolecules 2000, 1, 665-673)
15-(A. Corti, S. Muniyasamy, M. Vitali, S. H. Imam, E. Chiellini, Polym. Deg. Stab. 2010, 95, 1106-1114)

Admin

Daha yeşil ve güzel bir Dünya için yola çıkan Yeşil Aşkı, herkesi Dünya’ya zarar vermeden, çevre dostu ve sürdürülebilir bir yaşama davet ediyor. Bütün gayemiz; temiz bir çevre, yaşanabilir bir dünya ve yeşil gören gözlerdir. Yeşil görmeyen gözler, Renk zevkinden mahrumdur.

Biyobozunur Plastik Ambalaj Malzemeleri” için 6 yorum

  • 14 Ağustos 2017 tarihinde, saat 12:55
    Permalink

    Biyobozunur plastikler ile ilgili bu detaylı yazınız için teşekkür ederiz. Özellikle pro-oksidant kullanarak petrol bazlı polietilen gibi hammaddelerin biyobozunur yapılması konusunda yanıltıcı bilgilerle ilgili sitenizde daha çok bilgi verirseniz memnun oluruz. Genel olarak özellikle biyobozunur hammaddelerden üretilen ambalajların amacı kompost tesislerinde diğer kompost olan bahçe atığı, yemek atığı gibi atıklarla gübre haline gelmesinin sağlanmasıdır. Ama bu tip katkı ile biyobozunur olduğu iddia edilen ürünlerin bu endüstriyel kompost tesislerinin gerektirdiği şartlarda bozunması mümkün olmuyor ve bu da atık yönetimine zarar veriyor.

  • 14 Ağustos 2017 tarihinde, saat 14:08
    Permalink

    Mert Bey Merhaba, ilginiz için biz teşekkür ederiz. Atık Yönetimi konusunda insanlar bilinçlendikçe bu tür zarar verici durumları düzeltmek daha kolay olacaktır. Bu konuyla ilgili özgün bir yazı hazırlayabilirseniz yayınlayabiliriz. Saygılarımızla.

  • 8 Mart 2019 tarihinde, saat 12:14
    Permalink

    PLA’nın erime derecesi kaçtır acaba? Eridiğinde formaldehit gibi toksik maddeler açığa çıkar mı? Bunun cevabını bulamıyorum bilgi verirseniz çok sevineceğim.

  • 13 Mart 2019 tarihinde, saat 12:47
    Permalink

    Serap Hanım Merhaba, PLA (polilaktikasit “Polylactic acid”) çevre ve kullanıcı dostu bir filamenttir. Mısır nişastası ve şeker kamışı gibi organik malzemelerden elde edilir. Bu nedenle yeşil plastik diye de adlandırılır. PLA, güvenli bir şekilde hiç bir toksik atık yada duman bırakmaz. Diğer plastik türlerine göre doğada daha çabuk yok olur ve çevreye zarar vermez. Biyolojik olarak çözülebilen bir malzemedir. Genellikle gıda ürünlerinin ambalajlarında kullanılır. PLA’nın erime sıcaklığı 210-220 derece civarındadır.

  • 16 Mart 2019 tarihinde, saat 21:22
    Permalink

    Merhabalar çok güzel bir yazı gerçekten. Yazan kişinin ellerine sağlık. Alıntı yaptığınız kişi bir üniversitede profesör ve akademik bir makale yayınlamış. Sizde bunu herhangi bir kaynak göstermeden yayınlamışsınız. Çok verimli bir internet sayfası fakat bu tür şeylere dikkat ederseniz sayfa dahada güzelleşecektir.

  • 16 Mart 2019 tarihinde, saat 22:34
    Permalink

    Beste Hanım Merhaba, bilgilendirme için teşekkür ederiz. Gözden kaçmış. Prof. Dr. Baki Hazer hocamızın emeklerine sağlık. Kaynakça; hem yazan kişinin emeklerinin taçlandırılması hemde makalenin inandırıcılığı açısından önem verdiğimiz bir konudur. Makalede yararlanılan kaynaklar ilave edilmiştir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir