Biopolymeren

Biopolymeren in verpakkingen

Biopolymeren voor verpakkingen

Biopolymeren staan al jaren in de belangstelling van verpakkers. Biologisch afbreekbare materiallen kunnen immers een deel van het probleem van verpakkingsafval oplossen. Aanvankelijk kleefden nog bezwaren aan het gebruik van deze materialen. Sommige zijn gevoelig voor vocht en de prijs was in verhouding zeer hoog.

De laatste jaren zijn diverse biopolymeren aanzienlijk verbeterd en de prijs is ook gezakt tot een aanvaardbaar niveau. Dat is mede het gevolg van het opstarten van productiefaciliteiten.

Er zijn - behalve de toch nog steeds wat hoge prijs en de matige verkrijgbaarheid - nog enkele andere problemen die met het gebruik van biopolymeren voor verpakkingen samenhangen. Slechte herkenbaarheid van biopolymeren ten opzichte van andere kunststoffen maken recycling van die kunststoffen moeilijker, omdat biopolymeren niet in deze recyclingcircuits mogen terechtkomen. Inmiddels hebben alle Nederlandse composteerbedrijven, vertegenwoordigd in de VA (Vereniging Afvalbedrijven) besloten om gecertificeerde bioplastics die voorzien zijn van het kiemplantlogo (zie afbeelding rechts) te accepteren.

Oorspronkelijke bezwaren op bestuurlijk niveau hebben zich ook in positieve zin ontwikkeld. Men heeft geen bezwaar meer tegen het op de markt brengen van bioplastics mits, naast het kiemplantlogo en het woord composteerbaar, de aanvullende tekst: "deze verpakking kan in de gft-bak. Informeer bij uw gemeente " wordt vermeld.

De gevoeligheid voor vocht van de meeste biopolymeren betekent dat ze slechts voor een beperkt aantal verpakkingstoepassingen geschikt zijn.

In Duitsland is sinds december 2004 een nieuwe regeling voor op biologische materialen gebaseerde verpakkingen opgenomen in de Verpackungs-Verordnung die de beperkingen die tot dusver golden voor deze verpakkingen opheffen tot 31-12-2012. Met name geldt dit voor de eisen die § 6 stelt. In de praktijk betekent dit dat er tot eind 2012 geen afdracht meer hoeft plaats te vinden in het kader van de Groene Punt. Dat kan een voordeel opleveren van maximaal € 1200 per ton verpakkingsmateriaal. Er moet na 2012 echter wel een effectief recoverysysteem in werking zijn. Dat moet door het bedrijfsleven worden opgezet.

Typen biologische polymeren

Biopolymeren zijn te verdelen in drie grote groepen.

Deze groepen zijn:

1. biopolymeren die worden gevormd door chemische synthese
2. biopolymeren die direct uit biomassa worden gewonnen;
3. direct door bacteriën geproduceerde biopolymeren.

1. Chemisch gesynthetiseerde biopolymeren

Door chemische synthese kunnen biologische monomeren worden gemaakt. Ze worden ook wel biopolyesters genoemd, omdat ze veel eigenschappen gemeen hebben met gewone polyesters.

Polylactaten (PLA)

De belangrijkste groep biopolyesters bestaat uit polylactaten of polylactiden. Ze worden geproduceerd via chemische synthese uit melkzuur dat wordt gewonnen uit landbouwproducten zoals aardappelen, maïs, tarwe e.d., maar ze kunnen ook worden gemaakt van afvalproducten uit de voedingsmiddelenindustrie zoals molasse, wei e.d.

Er zijn twee types PLA-monomeer, nl.:

L-PLA dat een zeer hoog smeltpunt heeft (ca. 265 ºC) en zeer kristallijn is;

D-PLA, een monomeer dat amorf is en een glasovergangstemperatuur heeft van 60 ºC.

Door de mengverhouding tussen D- en L-PLA te wijzigen zijn PLA's te maken die zeer verschillende eigenschappen hebben. Een copolymeer met bijvoorbeeld een verhouding 90/10% D/L PLA is goed in de smelt te polymeriseren en is dan uitstekend te verwerken tot verpakkingsfilms.

PLA's hebben enkele aantrekkelijke eigenschappen voor verpakkingen:

• goed te verwerken op bestaande apparatuur,
• sterk en helder, 
• goede gas-, water- en aromabarrière, 
• goed te lassen
• bestand tegen oliën en vetten.

 Een interessante mogelijkheid is het coaten van papier en karton met PLA. Met PLA gecoat papier en karton is zonder meer goed te recyclen.  De PLA's zijn tegenwoordig niet veel duurder meer dan gewone polyesters.

Zie ook: Toepassingen van biopolymeren.

2. Biopolymeren direct uit biomassa

Er zijn drie groepen biopolymeren die direct uit biomassa kunnen worden geproduceerd, nl.: polysacchariden, proteïnen, lipiden. Daarvan zijn de polysacchariden het belangrijkst. Er zijn al diverse toepassingen voor verpakkingen met biopolymeren van deze groep.

• polysacchariden;
• proteïnen;
• lipiden.

Polysacchariden

Van de biopolymeren die direct uit biomassa worden gewonnen zijn de polysacchariden het belangrijkst.

Zetmeel kan uit diverse landbouwproducten worden gewonnen en is te modificeren zodat biopolymeren van deze grondstof op bestaande apparatuur voor kunststoffen kunnen worden verwerkt. De uit zetmeel gewonnen biopolymeren noemt men polysacchariden. Ze zijn in principe geschikt voor gebruik van verpakkingsmaterialen. 

 Polysacchariden: 

• zijn gevoelig voor vocht, hoewel er enkele mogelijkheden zijn de gevoeligheid voor vocht te verminderen,
• hebben een goede zuurstofbarrière,
• kunnen worden gesmolten voor spuitgieten en extruderen,
• kunnen als geëxtrudeerde film goed worden thermogevormd.

 

De prijs van polysacchariden is nog slechts weinig hoger dan van de bulkkunststoffen zoals PP en PE.

Proteïnen

Proteïnen worden gewonnen uit: plantaardig materiaal, zoals gluten, sojabonen, erwten en aardappelen en dierlijke materialen, zoals caseïne, wei, collageen en keratine. In feite zijn het random copolymeren van aminozuren met zijketens die gemakkelijk chemisch zijn te modificeren. Dat is van belang om eventueel materialen te kunnen maken die geschikt zijn voor verpakkingen.

De eigenschappen van deze groep biopolymeren zijn divers:

• ze hebben een uitstekende gasbarrière;
• ze zijn gevoelig voor vocht. 

 

De vochtgevoeligheid is door blending en laminering enigszins te elimineren. Ook kunnen proteïnen chemisch worden gemodificeerd om gewenste eigenschappen te benaderen. Onderzoek moet nog aantonen of deze groep biopolymeren echt geschikt is voor verpakkingstoepassingen.

Lipiden

Lipiden zijn waarschijnlijk niet geschikt voor verpakkingen. Veel onderzoek is echter nog niet verricht.

3. Biopolymeren geproduceerd door bacteriën

Polymeren zijn ook direct uit biomassa door bacteriën te produceren. Dat zijn de polyhydroxyalkanoaten (PHA), waarvan polyhydroxybutyraat (PHB) in principe voor verpakkingen geschikt is. Het materiaal is echter voorlopig nog duur. Een speciale biopolymeer uit deze groep is cellulose.

• PHA
• PHB
• Cellulose

 

PHA

PHA (polyhydroxyalkanoaat) is compatibel met de PLA's. Compounds of blends van deze materialen zijn geschikt voor diverse verpakkingsdoeleinden. PHA's hebben een lage waterdampdoorlatendheid, ongeveer gelijk aan PE. Dat kan interessant zijn voor verpakkingsfolies.

PHB

PHB (polyhydroxybutyraat) is een hoogkristallijne thermoplast met eigenschappen die sterk aan die van PP doen denken. Het smeltpunt ligt op ongeveer 175-180 ºC en de mechanische eigenschappen zijn ongeveer dezelfde als die van PP.
PHB-monomeren verouderen echter betrekkelijk snel. Dat kan een nadeel zijn. Daarom wordt PHB vaak gebruikt in de vorm van een copolymeer. Aan het andere einde van het spectrum bevinden zich de polyhydroxyoctanoaten (PHO) die weinig kristallijn zijn en een laag smeltpunt hebben.

Cellulose

Direct door bacteriën gevormde cellulose valt ook in de groep van PHA's. Dit type cellulose is hoogkristallijn. De kosten van dit type cellulose zijn hoog doordat het proces langzaam verloopt. Voor verpakkingen verkeert deze biopolymeer hierdoor dus in een nadelige positie.

 

Nu in VM o.a. Packaging Innovations Moonen inspireert tot duurzaamheid 'Verantwoord alternatief voor snelle snacks' Blader door de nieuwe VM