Biopolimeri_OZS-Lipica_jun08:Biopolimeri_OZS-Lipica_jin08.qxd.qxd

Transkripcija

1 Biopolimeri Srečanje plastičarjev 2008 Lipica, 30. in 31. maj 2008 Janez Navodnik

2 Biotehnologija bo v pro iz vod nji poli me rov vse bolj izpo dri va la pet ro ke mi jo. Gensko spre me nje ne biolo{ke tovar ne `e zdaj pro iz va ja jo ~ude`ne vrste pla sti ke, npr. za vsad ke v telo z nastav lji vim ~asom resor bi ra nja, kot poti ska na emba la`a, ki jo poje mo s hrano, kot svila ali kot odli~no vezi vo za kom po zi te, kot sred stva za pospe{eva nje rasti in celje nje ran, za raz strup lja nje pitne vode, kot nado - me stek krvne plaz me in celo mi{i~nega tkiva, kot lepi lo za tkivo, kot inhi bi tor ji raz mno`eva nja raka - stih celic in viru sov, za holo gra fi jo in hra nje nje poda tkov. Vendar je pro iz vod nja za zdaj {e v ome je - nih koli~inah in zato pogo sto po (pre)viso kih cenah. Naravni poli me ri kot les, usnje, svila in celu lo za so z raz vo jem teh no lo gij izgub lja li svojo vlogo, danes pa jo ponov no pri do bi va jo s kemij sko in encim sko pre de la vo v nove bio kom pa ti bil ne, raz grad ne in obnov lji ve mate ri a le. V nara vi igra jo poli me ri bistve no vlogo, nukle in ske kis li ne in pro te i ni kot nosil ci infor ma cij, poli sa - ha ri di kot struk tur ni ele men ti in gori vo. Umetni poli me ri, ki so mar si kje izpo dri ni li narav ne, niso bio raz grad ni, dobi va jo pa se iz neob nov lji vih virov. [e huje je, da imajo mate ri a li, ki se upo rab lja jo v sin te zah, pogo sto toksi~ne kom po nen te. Biotehnologija upo rab lja `ive orga niz me in njih pro duk te za spre mi nja nje mate ri a lov in tudi orga niz mov. Eden bistve nih pro iz vo dov bio teh - no lo gi je so biopolimeri. Rezultat kemij skih sin tez so bolj ali manj nepra vil ni, line ar ni, raz ve ja ni ali cikli~ni homo po li me ri ali kopo li me - ri z bolj ali manj naklju~nimi bloki. Prednost narav nih poli me rov je pra vil na ponov lji va zgrad ba. Genetski in`eni ring zmore spre me ni ti in rekom bi ni ra ti sesta vo DNA, ki je klju~ za sesta vo novih poli me rov, ter s tem ustvar ja ti nove bio po li me re. Naravna teh no lo gi ja je tu mnogo uspe{nej{a od ~love{ke. Paj~evina npr. nasta ja zelo hitro celo pri nor mal nih tem pe ra tu rah in pri ti skih in ima za nekaj krat bolj{e last no sti od umet nih mate ri a lov. Biopolimeri so upo rab ni za lepi la, absor ben te, mazi - va, koz me ti ko, zdra vi la, tek stil, viso ko trd ne kon struk cij - ske mate ri a le in kot nosil ci infor ma cij. Prvi novi mate ri - a li so ali pre dra gi in se upo rab lja jo npr. v medi ci ni ali pa {e nedo de la ni, pro di ra jo npr. v emba la`i in hrani. Dva do pet krat vi{ja cena je v zgod nji raz voj ni fazi glav na ovira, eko no mi ja koli~in pa jih bo nare di la kon ku ren~ne in ena ko vred ne dru gim mega tren dom, kot so npr. foto vol tai~ne in goriv ne celi ce. Biopolimere deli mo v naravne, ki jih pro du ci ra jo mikro or ga niz mi, ras tli ne in `ivali, in sintetske, ki jih pro - iz va ja mo kemij sko iz narav nih mate ri a lov, npr. ami no kis lin, slad kor jev in ma{~ob. Tr`ni pre gled Tabela 1: Naravni biopolimeri V Evropi se bio po li me ri pro iz va ja jo v Nem~iji (BASF, Schering - ima najve~ PLA), v Veliki Britaniji (Biopol), Belgiji (CA), v Italiji, Avstriji in [vici. Polimeri za dozi ra nje zdra vil, npr. PLA, so v upo ra bi od leta 1990, trg v EU je okrog 500 mio EUR. Ortopedski poli me ri se upo rab lja jo v EU 10 let, trg je pri bli`no 40 mio EUR. Japonci pro iz va ja jo za 90 mio EUR mikrob skih poli me rov, za raz is ka ve pa imajo fond 150 mio $, npr. za poli estre - PHA, pro te i ne, bio mem - bra ne, PLA, lev cin za umet ne `ile. Velik je tudi raz voj za agro po li me re, pet ro po li me re, tiskar ske barve, beton, tek stil in seve da pla sti ko za tehni~ne izdel ke, npr. bio po li estri (Bio pol, Bio nel le). V ZDA pora bi jo letno preko 4 md $ za raz voj bio teh no lo gi je, ven dar ve~ji del za bio me di ci no in agro kul tu - ro, za samo pro iz vod njo bio po li me rov pa pri bli`no 150 mio $. Najuspe{nej{i so {krob ni poli me ri ( ton), npr. Novon, PLA (cena $/kg za medi cin ske name ne), pred vsem za emba la`o, bak te rij ska celu - lo za, itd. Biopolimeri za medi ci no imajo preko 2 md $ trga, ki se je v petih letih potro jil. Trg raz grad nih umet - nih kosti in spo jev je 0,5 md $ in traj no raste preko 10 %. Sistemi za dozi ra nje zdra vil so naras li preko 1 md $. Ogromna vla ga nja v raz voj bio po li me rov v ZDA, na Japonskem in tudi Evropi so naj za nes lji vej{i dokaz, da bodo obnov lji vi viri poli me rom omogo~ili nova podro~ja upo ra be in za~eli izpo dri va ti pet ro ke mij ske teh no - lo{ke postop ke. Vrednost pro iz vod nje bio raz grad nih mate ri a lov v EU je 1,2 md EUR in raste z 2,5 % letno. Trg bio po li me rov za oskr bo va nje ran je v EU pri bli`no 1 md EUR in raste z 8,5 % letno. Ameri{ke mul ti na ci o nal ke DuPont, Monsanto, Dow, Univ in Cargill so usta no vi le kon zor cij za raz voj pro - iz vod nje poli me rov iz agrar nih in gozd nih ostan kov in nedav no vlo`ile 12,5 md $ za ta raz voj. Vpliv genet ske ga in`eni rin ga na teh no lo gi jo bio po li me rov bo nedvo mno odlo~ilen. DNA (deok si ri bo nu - kle in ska kis li na), dvoj na spi ra la iz 4 nukle o ti dov, je komer ci al no zani mi va za bio ge ne ti ke in za sin te zo nano - struk tu ri ra nih mate ri a lov. Proteini so sestav lje ni iz do 20 poli pep ti dov v blo kih pona vlja jo~e se sesta ve. Sestavljajo preko 50 % suhe te`e celic. Nekatere je uspe lo tudi sin te ti zi ra ti. Proteini imajo okrog 100 enot iz blo kov po 20 poli pep ti dov, torej mo`nih struk tur. Polisaharidi so sestav lje ni iz mono slad kor jev in imajo dve funk ci ji, kot ener gen ti, npr. {krob in za trdno kon struk ci jo, npr. celu lo za. DNA s {tiri mi nukle o ti di in mili jon enot ima razli~nih mo`nosti. Biolo{ki kata li za tor ji - enci mi omogo~ijo, da je ver jet nost 1

3 nastan ka samo eno vrst nih mole kul 100 %. Polisaharidi so pogo sto modi fi ci ra ni z dodat kom dru gih mole kul. PHA - poli hi drok si alka no a - ti so narav ni bio raz grad ni ter mo pla sti. Z rekom bi na ci jo DNA je npr. mogo~e pro iz va ja ti narav no svilo z mikro or ga niz mi name sto s svi lo prej ka mi, obe nem pa je mogo~e ustva ri ti pov sem nove mate ri a le. Rekombinacijo DNA dose`emo tako, da spo ji mo kose DNA razli~nih orga niz mov. Biolo{ke kata li za tor je (restrik cij ski enci mi) upo ra bi mo za raz rez DNA v dele, od kate rih eden nosi nam zani miv gen. Za`elene dele DNA vne se mo v vek tor, to je DNA gostu jo~e celi ce. Raziskovalci tako modi fi ci ra jo gene npr. za izbolj{anje struk tur nih pro te i nov, svile, ela sti na, lepil itd. Za nepro te in ske poli me re je nalo ga te`ja. Za grad njo so odlo~ilni "narav ni stro ji", enci mi. Z vno som nove ga gena v orga ni zem lahko pro iz ve de mo nov encim, ki pro iz va ja druga~en poli mer. Primer je pro - iz vod nja {kroba v gene ti~no spre me nje nih ras tli nah. Biolo{ki stroj je mogo~e pre ne sti v druge orga niz me, tako npr. pro iz va ja jo THB (ter mo - pla sti~ni poli hi drok si buti rat) z bak te ri ja mi. Kot pri mer pro iz vod nje novih, druga~nih mate ri a lov je ksantan guma. Pri~akuje se raz voj novih mate ri a lov z druga~nimi mehan ski mi, kemij ski mi in raz grad ni mi last nost mi. Kemijske reak ci je za pro iz vod njo bio po li me rov, npr. pro te - i na, zara di viso ke cene v pri hod no sti ne bodo imele pomemb ne vloge, pa~ pa za modi fi ci ra nje last no sti bio po li me rov, kakor tudi za poli me ri - za ci jo biolo{kih osnov nih suro vin. Pri~akuje se veli ka pro iz vod nja bio - po li me rov z genet skim in`eni rin gom, pri mer je pro iz vod nja narav nih poli estrov (PHB) z encim sko raz grad njo koru ze in krom pir ja (tabe la 2). Tabela 2: Delitev naravnih polimerov Pregled bio po li me rov Biopolimere lahko pro iz va ja mo z mikro or ga niz mi, eks tra hi ra mo iz ras tlin ali kemij sko sin te ti zi ra mo iz narav nih grad ni kov. Polimeri iz ras tlin in vi{jih orga niz mov Celuloza je glav na kom po nen ta sten ras tlin skih celic in pred stav lja glav ni no biolo{ke mase. Zato je naj - ce nej{i poli mer, s ceno pri bli`no 0,6 $/kg. Biomasa sesto ji iz 40 % celu lo ze, 35 % hemi ce lu lo ze in 15 % lig ni na - les ima tipi~no struk tu ro kom po zi - ta. Ti poli sa ha ri di pred stav lja jo glav ni no organ ske snovi na zem lji. Celulozne mole ku le so line ar ne in tesno zlo`ene, z veli ko trd nost jo. Hemiceluloza je sestav lje na iz raz ve ja nih, manj trd nih mole kul. Lignin je lepi lo, ki spaja kom po nen te in obe nem pre pre~uje biolo{ko degra da ci jo. 90 % sve to vne pro iz vod nje celu lo ze (323 mio ton, od tega Evropa 90 mio ton) se upo rab lja za pro iz vod - njo papir ja, od tega je 80 % sul fat ne in 7 % sul fit ne celu lo ze. Kemijsko modi fi ci ra na celu lo za se upo rab lja v mno gih indu stri jah, npr. za vlak na, zgo{~evala, gele. CMC (karboksimetilc) se upo rab lja kot lepi lo, zgo{~evalo, sta bi li za tor za suspen zi je, deter gen te, hrano, zobno pasto, {ampo ne, tek stil, papir, kera mi ko, barve, za sepa ra ci jo mole kul v bio teh no lo gi ji, itd. HEC (hidroksietilc) je vodo to pen poli mer. Uporablja se v naf tni indu stri ji, pro iz vod nji cemen ta, kot zgo{~evalo. HPC (hidroksipropilc) ima odli~ne povr{inske last no sti in tvori viso ko flek si bil ne filme, npr. za pre kri va nje tablet, za IML briz gal ne teh no lo gi je, oslo je va nje papir ja, za tvor bo suspen zij, za bar vi la, ~istil na in poli rna sred stva. HPMC je zdra vi lo za zni`eva nje hole ste ro la. CA (celu loz ni ace tat) je `e dolgo znan plast za foli je in pro zor ne izdel ke, kot pla sti ka za pisa nje, npr. za kre dit - ne kar ti ce, itd. Metilceluloza MC je odli~en absor bent in zgo{~evalo, tudi za sla{~ice, pre li ve. Uporaben je kot lepi lo, doda tek k cemen tu, kme tij skim kemi ka li jam, bar vam in koz me ti ki. Encimi raz gra di jo celu lo zo v slad kor je, kar je ogro men poten ci al za pro iz vod njo eta no la. Za zdaj je posto pek dra`ji kot iz koru ze, ven dar raz voj bio teh no lo gi je hitro zni`uje cene. Nedvomno bo bio teh no lo gi ja to naj do stop nej{o bio ma so kmalu izko - ri sti la za pro iz vod njo cenej{ih bio raz grad nih poli me rov. Celuloza je naj ma sov nej{a kom po nen ta bio ma se, pro iz va ja jo pa jo lahko tudi bak te ri je s fer men ta ci jo v izred no ~isti obli ki in z edin stve ni mi last nost mi. Bakterije ace to bac ter eks tru di ra jo celu lo zo v obli ki med seboj pre ple te ne mre`e vla ken. Kot rasti{~e slu`i me{anica koru ze z vodo. Izkoristek je 0,2 g celu lo ze iz grama glu ko ze. Po fer men ta ci ji v veli kih poso dah celi ce raz kro ji jo v vro~em lugu. Bakterijska celu lo za je netop na in ima ogrom no povr{ino, 200-krat ve~jo kot vlak na iz lesa. Zaradi spo so bno sti tvor be vodi ko vih vezi ima ogrom no afi ni te to do vode. Absorbira lahko 6-kratno koli~ino last ne te`e. Kot suspen zi ja ima last no sti psev - do pla sti~nega zgo{~evala. Plo{~e iz bak te rij ske celu lo ze imajo odli~ne mehan ske last no sti. Edinstvena mre`a finih vla ken daje bio po li me ru last nost zgo{~eva nja, pove zo va nja in pre kri va nja, zato se tudi najve~ upo rab lja za zgo{~evala, vezi va in pre ma ze. Vlakna imajo tipi~en pre mer 0,1 μ, vlak na iz lesne celu lo ze so tri sto krat debe lej{a - 25 do 35 μ. Papir, pre krit z bak te rij sko celu lo zo, je eks trem no gla dek in {~iti notra nja vlak na pred vlago. Celuloza se upo rab lja tudi za reci kla`o olj, za barve, lepi la in koz me ti ko. Sony 2

4 upo rab lja celu lo zo zara di odli~nih aku sti~nih last no sti za viso ko frek ven~ne zvo~nike. V zadnjih letih imajo veli ko {tevi lo paten tov Japonci, nji hov kon zor cij bo mo~no zni`al ceno, ki je {e okrog 70 $/kg. Funkcija lignina je kot vezi vo celu loz nih vla ken ras tlin skih celic. Sestoji iz fenil pro pan blo kov in spada k poli fe no lom ter je sku paj s celu lo zo in hemi ce lu lo zo glav na sesta vi na ras tlin skih tkiv. Lignin je amorf na 3D struk tu ra in pre pre~uje raz grad njo. Je stran ski pro iz vod pri pro iz vod nji celu lo ze, najve~ v obli ki lig no sul fo na - ta iz sul fid ne ga postop ka ter v ~istej{i obli ki iz dra`jega "kraft" (NaOH) postop ka. Lignin se upo rab lja pred vsem kot gori vo, hitro pa nara{~a neener get ska upo ra ba, saj je narav no lepi lo. Ve~ mio ton lig no sul fa na tov poli va jo po cestah za pre pre~eva nje pra{enja. Uporablja se kot vezi vo v livar - stvu, v `ival ski hrani, kot disper zant, pre pre~eva lec nasta ja nja kamna v kotlih in hla dil nih stol pih, za pove~eva nje teko~nosti beto na in use dlin, kot disper ga tor v pesti ci dih. Kot fenol no lepi lo zame nju je spo rne fenol for mal de hid ne poli me re v papir ni in dru gih indu stri jah. Slu`i kot kemij ska suro vi na, npr. za sin tet ski vani - lin in zdra vi la. Lignin lahko upo ra bi mo tudi kot poli mer no vezi vo za kom po zi te (za livar ske kalu pe - Lenox) ali lepi lo, ki mu pove~amo lep lji vost z mokro oksi da ci jo ali encim sko obde la vo. Najnovej{a upo ra ba netop - ne ga lig ni na brez `vepla je za pro iz vod njo in`enir skih poli me rov, npr. PUR, elek tro pre vod nih poli me rov, fenol nih smol za avto mo bil ske zavo re, tiska na vezja, veza ne lesne plo{~e ali bio di sper zan te itd. Lignina se pro iz va ja preko 1,4 mio ton, po ceni od 0,1 do 0,5 EUR/kg. V ZDA je raz{irje na upo ra ba lig ni na kot dodat ka fenol nim smo lam, do 35 % v lepi lih, pred vsem za lesne plo{~e. Preko 50 % upo rab lje nih lepil ima tak{no sesta vo. Fenolnoligninske me{anice se upo rab lja jo tudi kot duro plast za pla sti~ne izdel ke in pene, za pri bli`no 20 % porab lje ne ga feno la v lepi lih in pla sti ki, celo ten trg zna{a pri bli`no 4 md USD oz. 1,7 mio ton. Svetovna pro iz vod nja fenol nih smol je 2,9 mio ton. Lignocelulozna vlak na, ki imajo veli ko biolo{ko in kemij sko odpor nost, lahko modi fi ci ra mo z uva ja njem manj hid ro fil nih ace til nih sku pin. Tako dobi mo kva li tet na ace ti li ra na vlak na za pro iz vod njo netka nih tek sti lov, tal nih oblog, tapet, lamel nih plo{~. Pri kemij ski pre de la vi lesa se eks tra hi ra tudi 1,2 mio ton narav ne smole, kolofonije, ki se upo rab lja za lepi - la, poli ole, PUR pene, amine, kot anti mi kro bno sred stvo, tudi pla sti ko ABS. Drug eks trat je tanin za usnjar - sko indu stri jo in pija~e. Proizvodnja je od 100 tt, cena pri bli`no 0,5 EUR/kg. Hitin je sko raj tako pogost kot celu lo za, saj sestav lja struk tu ro `u`elk, {koljk, gliv, plank to na. Glavna sesta vi na hitosan ima izjem no viso ko trd nost, je bio raz grad na, netok si~na. Glavni vir pri do bi va nja so {kolj ke, uve ljav lja pa se pred vsem bio teh no lo{ka pro iz vod nja iz gen sko modi fi ci ra nih alg in gliv, ki pro iz va ja jo ~ista hitin ska vlak na. Hitosan ima struk tu ro celu lo ze z -NH sku pi na mi name sto -OH, hitin pa ima amino sku pi no ace ti li ra no (NHCHOH). Uporaba je v medi ci ni, kme tij stvu, ~i{~enju vode, za obve ze ran, kom pak tne, vodo vpoj ne, za kisik pro - pust ne bio kom pa ti bil ne filme, ki jih lahko direk tno nane se mo na rane in ope kli ne z vodno raz to pi no. Hitosan se zato upo rab lja tudi za kon tak tne le~e. Telo hitin pre ba vi v CO 2 in vodo, zato je ide al na emba la`a in ~asov ni dispen zer zdra vil, kar je pose bej pomemb no pri kemo te ra pi ji Slika 1: Pri za{~itnih penah je biorazgradljivost mo~an trend. Izdelki na sliki bazirajo na p{eni~nem {krobu (Excelsior). raka. Deluje tudi kot inhi bi tor rasti viru sov (AIDS). Tvorbo mikro fil mov, ki zadr`ujejo vlago, izko ri{~amo v koz - me ti ki in oseb ni negi, za lake za lase in nohte, za kreme, {ampo ne, zobne paste in higi en ske izdel 1 % hiti na v papir ju mo~no dvig ne trd nost, pred vsem za uporabo v vlagi, npr. za naku po val ne vre~ke, brisa~e in higi en ske izdel ke. Padanje cene bo omogo~ilo ve~jo upo ra bo za nepo sred no paki ra nje hrane. Izjemne tehni~ne last no sti so odpr le upo ra bo za mem bra ne zvo~nikov, {port ne rek vi zi te, itd. Ionske last no sti, t.j. mo~no elek tro po zi tiv ne sku pi ne, omogo~ajo upo ra bo hito sa na za ~i{~enje ostan kov te`kih kovin in radi o ak - tiv nih odpad kov v pitni vodi, pa tudi v indu stri ji, kjer se upo rab lja kot flo ku la tor za lo~eva nje te`kih kovin iz odpad nih vod. Agar, ki ga tudi pri do bi va jo z alga mi, je podo ben pro dukt za koz me ti ko in medi ci no, slu`i tudi kot emul ga tor, npr. za foto graf ske emul zi je. Cena tehni~nega hiti na zna{a od $/kg, far ma cevt ske ga pa preko 60 $/kg. Amerika in Japonska inve sti ra ta v mor sko bio teh no lo gi jo ve~ sto mili jo nov USD. HA - hia lu ron ska kis li na nasta ja pred vsem izven celic in slu`i za for mi ra nje in repa ra tu ro celic, ima line ar ne veri ge iz slad kor jev, zara di mo~no nega tiv nih nabo jev je mo~no hid ro fil na. Visoka cena (preko $/kg) omogo~a le upo ra bo v medi ci ni, npr. za o~esno kirur gi jo, kot indi ka tor ciro ze, artri ti sa, tumor - jev, za pospe{eva nje celje nja ran, itd., ven dar zna{a celo ten posel HA okrog 1 md USD. [krob je ena naj ma sov nej{ih indu strij skih suro vin. V glav nem je iz koru ze, krom pir ja, p{enice, itd. Sestavljen je iz netop nih zrnc, vsako je me{anica dveh glu ka nov, ami lo ze in ami lo pek ti na. Koruzni {krob vse - bu je 28 % ami lo ze, iz gen sko spre me nje ne koru ze pa od 0,8 do 80%. Ker je kom po nen ti te`ko lo~iti, upo - rab lja ta pa se za razli~ne name ne, dose ga mo s ~isti mi "vrsta mi" bistve ne pri hran ke. Nizka cena {kroba omogo~a {iroko upo ra bo, npr. 400 mio sod~kov za alko hol kot gori vo, ~ez 10 mio ton za tehni~ne name ne, npr. lepi la za papir, kot absor ber vlage (200 mio ton), higi en ske izdel ke, saj absor bi ra tiso~krat no te`o vlage, kot zgo{~evalo, sta bi li za tor je, fil tre za olje, v novej{em ~asu pa tudi pred vsem kot adi tiv za bio raz grad njo pla - 3

5 sti ke. Vendar pa raz grad na pla sti ka na osno vi me{anice ne raz pa de dokon~no na vodo in CO 2, zato so na{li druge re{itve, v kate rih pred stav lja {krob osnov no suro vi no. Iz {kroba in vode izde la jo kri sta li ni~ne vodo top - ne ter mo pla ste, npr. Novon, ki so pri mer ni pred vsem za emba li ra nje hrane, oseb no nego, pol je del stvo, npr. vre~e, golf `ogice, far ma cevt ske kap su le, pol je del ske foli je, itd. Cena je dva krat vi{ja od stan dard ne pla sti - ke, od 3 do 4 $/kg, zato je pro iz vod nja {e majh na, pri bli`no 100 tiso~ ton. Amypol je vodo od po ren ter mo - plast, ki ga lahko eks tru di ra mo in briz ga mo za razne foli je oz. pred me te. Ksantan guma je kom pleks ni kopo li mer ni poli sa ha rid, ki je bil med prvi mi z bak te rij sko fer men ta ci jo pro - iz ve de ni mi bio po li me ri, pred vsem iz slad kor ne mela se in koruz ne ga siru pa. Z rekom bi na ci jo DNA so pove~ali pro iz vod njo preko 50 %. Uporablja se pred vsem v medi ci ni kot spe ci a li zi ra no lepi lo. V `ivil ski indu stri ji se upo rab lja za reci kla`o olj, kot `elir no sred stvo za sirne nama ze, sla do le de in pudin ge in nemast ne instant juhe, sicer kot biva cit in modi fi ka tor v papir ni indu stri ji, v kme tij stvu kot sti mu la tor rasti, v far ma ci ji za zadr`evano spro{~anje zdra vil ter v koz me ti ki za kon tro li ra no izhla pe va nje in za trans pa rent ne gel zobne paste. 60 % ksan ta na se pora bi za `ivila, osta lo za indu strij ske name ne. Proizvaja se v koli~ini preko ton (ADM, Merck), kar je za mikrob ske poli sa ha ri de pre cej, zato je tudi cena pri bli`no 16 $/kg, za ne`ivil sko upo ra bo pa pod 10 $/kg. Dekstrani so dru`ina mikrob skih poli sa ha ri dov, ki se poli me ri zi ra jo izven celi ce z enci mi, pri ~emer jih glive in bak te ri je gra di jo iz glu ko ze kot skla di{~e ener gi je, pro iz vod nja pa pote ka z encim sko kon ver zi jo slad - kor ja. Uporabljajo se pred vsem v medi ci ni za pre kri va nje ran, za pove~eva nje volum na krvi in izbolj{anje te~enja krvi v kapi la rah. Pri pomanj ka nju `eleza se upo rab lja spo ji na dek stran he mo glo bin kot nado me stek krvi in tudi plaz me, ki ima spo so bnost dostav lja nja kisi ka. Kemijski deri va ti, na pri mer sul fa ti, so anti ko a gu - lan ti za kri in za celje nje ran. V indu stri ji se upo rab lja jo za foto graf ske emul zi je, ki daje jo mat povr{ino, za reci kla`o olj, itd. [ir{o upo ra bo ome ju je viso ka cena (pri bli`no 160 $/kg). Pululan je vodo to pen line ar ni poli sa ha rid, ki se pro iz va ja izven celic z gli va mi, iz razli~nih siru pov, ki vse bu je jo slad kor. Kemijsko ga lahko modi fi ci ra mo do popol ne netop no sti, spre mi nja mo pa mu tudi termi~ne in elek tri~ne last no sti. Cene so od 12 do 30 $/kg, glede na stop njo ~isto sti, indu strij sko pre hram be no oz. medi cin sko. Je bio raz gra den, ven dar viso ko termi~no odpo ren poli mer in pokri va {iroko podro~je ela sti~nosti in top no sti. Uporablja se za razli~ne pla sti~ne izdel ke, saj dose ga trans pa rent nost, sijaj, trdo to, trd nost in togost PS ali PVC, ven dar je bistve no bolj ela sti~en. Nad 200 o C za~ne raz pa da ti, ven dar brez toksi~nih pli - nov. Uporablja se tudi kot adi tiv hrani, ki jo nare di kom pak tnej{o, je pa brez okusa, vonja in brez kalo rij, saj ga pre bav ni enci mi ne raz kra ja jo. V niz ko ka lo ri~ni hrani nado me{~a {krob. Hkrati zadr`uje vlago in pre - pre~uje rast gliv. Kot emba la`a za hrano se upo rab lja vodo top ni film, ki je trans pa ren ten, nepro pu sten za kisik in odpo ren na ma{~obe. Hrano lahko tudi poto pi mo v raz to pi no polu la na ali jo pre briz ga mo s poli mer nim spre jem - nasta ne zra ko tes na mem bra na, npr. za emba la`o zdra vil in hrane z ma{~obami, ki se nagi ba jo k oksi da ci ji, npr. ore{~ki. Embala`e pred jedjo ali pred kuha njem ni potreb no odstra ni ti. Tako paki ra jo tudi toba~ne izdel - ke. Estri in etri polu la na imajo lepil ne last no sti, podo bno kot gumi ara bi kum. Uporabljajo se za paste, ki `eli - ra jo z vlago. Vlakna imajo visok sijaj in trd nost kot PA. Uporabljajo se tudi za vezi va, za netkan tek stil in viso - ko kva li te ten tiskar ski papir. Kot anti oksi dant se polu lan upo rab lja v lito graf skem tisku. Ker pri se`igu ne daje stru pe nih pli nov, ga upo rab lja jo kot vezi vo za livar ske pe{~ene mode le, kot flo ku la tor za sepa ra ci jo razli~nih rud, hid ro ksi dov, kovin, itd. Kot anti oksi dant se doda ja bar vam za ve~jo traj nost in sijaj. Etikete in slike, tiska - ne na polu lan film, lahko v celo ti pre ne se mo na hrano. Glukani so po defi ni ci ji homo po li me ri glu ko ze, torej v sku pi no sodi ta tudi celu lo za in polu lan. Naziv glu - kan pa se komer ci al no upo rab lja za poli mer, ki ga kot celi~no steno pro iz va ja jo razne glive. V gli vah, na pri - mer pivo var ni{kih, je pri bli`no 14 % glu ka na, ki ga izlo~amo z vro~im alkal nim postop kom. Uporablja se v medi ci ni, saj mo~no pove~a imu ni te to orga niz mov. Z njim {kro pi jo ras tli ne proti virus nim bolez nim. Prepre~uje tudi rast tumor jev. Uporablja se tudi za neka lo ri~ne zgo{~eval ce hrane, za pre nos kisi ka v fer - men ta ci jah, nosil ni mate ri al pri kro ma to graf ski sepa ra ci ji, itd. Gelan guma je eden izmed bolj raz{irje nih, kom pleks nej{ih mikrob skih komer ci al nih poli sa ha ri dov. Nizka cena, pod 10 $/kg, omogo~a upo ra bo za `elir na sred stva za `eleje in sla{~ice. Mikrobiolo{ka pro iz vod nja osta ja naj po memb nej{a, saj je tu najla`e upo ra bi ti genet ski in`eni ring. Najpomembnej{i mikrob ski poli me ri so poli estri, pro te i ni in poli sa ha ri di. Poliestri (poli hi drok si al ka no a ti - PHA) so zara di bio raz grad lji vo sti dele`ni najve~jega zani ma nja. Preko 40 mio ton ter mo pla sti~ne emba la`e se namre~ kopi~i zara di neraz grad lji vo sti, tako na podro~ju teh ni ke kot mar ke tin ga. PHA se aku mu li ra v cito plaz mi celic kot rezer va ener gi je, poli me ri so pov sem podo bni sin tet skim ter mo - pla sti~nim poli estrom s tali{~em od 50 do 180 o C in razli~nimi mehan ski mi last nost mi, od trdih kri sta li ni~nih pla stov do ela sti~nih gum. Prvi je bil odkrit PHB (poli hi drok si bu ti rat). Firma Zeneca ga pro iz va ja pod ime nom Biopol. To je kopo li mer med buti ra tom in vale ra tom (PHBV), sled nji daje sicer krh ke mu PHB potreb no `ila - vost. Material nasta ja, ~e bak te ri jo alca li ge nes hra ni jo s kom bi na ci jo glu ko ze in pro pi on ske kis li ne. Material 4

6 ima podo bne last no sti kot PP. Mikroorganizmi raz gra ju je jo PHBV z izlo~anjem enci mov depo li me raz, nasta - ja HB in HV. Pri aero bnih pogo jih pote~e reak ci ja dalje do vode in CO 2, pri ana e rob nih pogo jih nasta ja tudi metan. Pri ugod nih ana e rob nih pogo jih raz pa de 80 % te`e v 30-ih dneh, pri obi~ajnih pogo jih na odpa du pa 60 % te`e v enem letu. Cena Biopola je pri bli`no 8 $/kg. Zaradi bio kom pa ti bil no sti so bak te ri o lo{ko pro iz ve de ni poli estri upo rab ni pred vsem v medi ci ni, npr. za kon - tro li ra no spro{~anje zdra vil, umet ne kosti in druge implan ta te, oskr bo ran, itd., druge upo ra be pa so zara di vi{jih cen od sin tet skih PE in PP {e ome je ne, ~eprav se zara di stal no pada jo~ih cen hitro {iri upo ra ba v emba la`i in {iroki potro{nji. Surovine pri hod no sti za vse PHA so koru za, krom pir, itd. Kemijsko poli me ri zi ra ni narav ni poli me ri so, ~eprav jih pro iz va ja mo umet no iz narav nih blo kov, inter - esant ni zara di nestru pe no sti, bio raz grad no sti, bio kom pa ti bil no sti in kot obnov lji vi viri. Najva`nej{i sku pi ni sta iz mle~ne kis li ne (lak ti di) in ami no kis lin. PLA - poli lak ti di: mle~na kis li na se doda ja hrani kot kon zer vans, upo rab lja se tudi v medi ci ni, npr. pri dia li zi, posta ja pa pomem ben grad nik dveh pla stov, PLA, in PLA-PGA. Slednji je kopo li mer z gli ko lo vo kis li - no, ki nasta ja pri pro iz vod nji slad kor ja. V celi cah nasta ja mle~na kis li na kot pre snov ni pro dukt, podo bno pri mikrob ski fer men ta ci ji slad kor ja. Za pro iz vod njo pora bi mo odpad ke mle~ne indu stri je, krom pir ja in koru ze. Najpogostej{a je upo ra ba za bio raz grad ni poli ester, za upo ra bo v medi ci ni in pol je del stvu, za po~asno spro{~anje kemi ka lij, kot adi tiv za papir no indu stri jo in kot emba la`ni mate ri al. Cene so {e viso ke, npr. 4 $/kg, za medi cin ske name ne pa tudi 200 do 2000 $/kg. V medi ci ni se upo rab lja za spro{~anje anti bio ti kov, kot inhi - bi tor raka stih celic, viru sov. Iz njih izde lu je mo mikro sfe re, mikro kap su le in votla vlak na, implan ta te, itd. Vicryl je npr. kopo li mer z 10 % PGA za pro iz vod njo vla ken z veli ko absorb ci jo in trd nost jo, ki se uporablja pred vsem v orto ped ske in kirur{ke name ne. Brizgani izdel ki se upo rab lja jo za vija ke in spa ja nje kosti. Z dele`em PGA lahko regu li ra mo hitrost raz grad nje v tele su. Rekombinirani pro te in ski poli me ri, ki jih dolo~i ustrez na DNA, so komer ci al no zani mi vi zara di encim - skih in far ma cevt skih last no sti, zani mi vi pa so tudi narav ni pro te in ski poli me ri, npr. svila, kola gen, adhe sin, ela stin itd. Kemijska sin te za pro te i nov je pre dra ga in tudi ne daje zado stne fizi kal ne in kemij ske homo ge no - sti, naspro tno pa z rekom bi na ci jo DNA lahko pro iz va ja mo viso ko~iste pro te in ske poli me re, ki so upo rab ni za mem bran ske sepa ra tor je v medi ci ni, opti ki, pa tudi za pre ma ze in lepi la. Proizvaja se `e ve~ deset genet sko kro je nih pro te in skih poli me rov, ki se pre de lu je jo v filme, vlak na, gele in pre ma ze, npr. za pro iz vod njo in tudi spa ja nje `il in zlep lje nje `ivih celic s pla sti~nimi implan ta ti, saj imajo odli~no adhe ziv nost na oba mate ri a la. Rekombinirano bio le pi lo, ki ga sicer pro iz va ja jo {kolj ke, se upo rab lja kot omo~ilo za narav na vlak na v kom - po zi tih, za pre ma ze v nav ti ki, kot lepi lo v o~esni kirur gi ji itd. Genetsko modi fi ci ran ela stin, ki ga sicer naj de - mo v gove du in svi njah, je podo ben gumi, ven dar ima druge upo rab ne last no sti. Reagira na spre mem be tem - pe ra tu re in lahko spre mi nja kemij sko ener gi jo v mehan sko in se lahko upo rab lja kot mi{i~no tkivo ali za krvne `ile. Svetlobno ob~utljiv pro te in bak te ri ro dop sin (BR) s spre mi nja njem jako sti sve tlo be spre mi nja barvo. Z genet skim spre mi nja njem BR lahko barv ne spre mem be kon tro li ra mo in spre mi nja mo. Poleg pro iz vod nje slik in holo gra fi je gredo raz is ka ve pred vsem v smer opti~nega hra nje nja poda tkov v IT. Ta mate ri al ima poleg tega mnoge last no sti teko~ekri stal nih poli me rov. Biotehnologija z rekom bi na ci jo se upo rab lja tudi za umet no pro iz vod njo svile, ki je 3-krat trd nej{a od sin tet ske ga PA, hkra ti pa je paj~evina pro te in, ki je 16-krat trd nej{i od PA in ima mno go krat vi{jo ela sti~nost. Mokra svila se npr. skr~i na sko raj pol ovi~no dol`ino, pri ~emer pade ela sti~en modul sko raj 1000-krat in omogo~i sko raj neome je no raz te za nje. Ta last nost omogo~a paj - kom stal no nate za nje mre` in ohra nja nje obli ke in nape to sti. Ta pojav super kon trak ci je ni znan pri nobe nem umet nem mate ri a lu. Paj~evina je stka na iz razli~nih nitk, neka te re med njimi vse bu je jo visok % raz top lje ne vlage in po potre bi vla`ijo celo tno nit. Podobni pro te i ni, pro iz ve de ni z bio teh no lo gi jo, so zara di ogrom ne natez ne trd no sti in ela sti~nosti sanj ski mate ri a li za arma tu re v kom po zi tih, zara di bio kom pa ti bil no sti pa tudi v medi ci ni za oskr bo ran, vsad ke, umet no ko`o, za pre maz raz nih pro te ti~nih naprav itd. Uporaba pro te in skih poli me rov je usmer je na na apli ka ci je v viso ki teh no lo gi ji, tako za ela sto me re, lepi la, bio ke ra mi ko, elek tri~ne in opti~ne mate ri a le. Ve~ina tre nut nih apli ka cij pa je zara di viso kih cen {e v kirur gi ji, kot adhe zi vi za fik si ra nje `il, `ivega tkiva itd. Eksperimentalne koli~ine najmo~nej{ih genet sko pre de la nih lepil iz {koljk lahko sta ne jo npr. 45 $/mg. Zaradi cene nih suro vin in zares mini mal no pora bo ener gi je pa so v pri hod no sti komer ci al ne in tehni~ne mo`nosti upo ra be teh poli me rov neslu te ne. Pajki in svi lo prej ke npr. pre - de lu je jo drob ne kap lji ce vodo top nih pro te i nov v naj trd nej{i in hkra ti naj bolj ela sti~en mate ri al, in to zelo hitro, pri sobni tem pe ra tu ri in nor mal nem pri ti sku pri mini mal ni pora bi ener gi je. Z genet skim in`eni rin gom pa ta posto pek `e znamo posne ma ti. Poliaminokisline (PAA, poli pep ti di) so sin te ti~no poli me ri zi ra ni iz ami no kis lin, 20 ami no kis lin v stal nem zapo red ju v nara vi s pomo~jo DNA tvori pro te i ne. Z enako amid no vezjo poli me ri zi ra mo viso ko~iste PAA. Paj~evina je narav na PAA z last nost mi, ki mo~no preka{ajo vsa umet na vlak na. V raz vo ju je posto pek z rekon bi ni ra nim DNA, ki bo mo~no poce nil seda nje postop ke pro iz vod nje PAA. Na trgu so `e PAA iz glu ta mi - na, lev ci na, gli ci na, itd., v koli~inah preko mili jo na ton, npr. za mikro kro gli ce (1,5 μ) za zapi ra nje agro ke mi ka - lij. Glutamin daje hid ro fil ni poli mer, lev cin in valin pa hid ro fob ne. S kom bi na ci jo dobi mo pol jub no stop njo bio - 5

7 raz grad lji vo sti. Polimeri niso imu no ge ni, ne pov zro~ijo imun ske - ga odzi va tele sa in so ide al ni za zapi ra nje zdra vil v mikro kro gli - ce veli ko sti 0,05 do 20 μ. Nadaljnja upo ra ba so orto ped ski izdel - ki in implan ta ti, umet na ko`a, pa tudi indu strij ske apli ka ci je, za kar upo rab lja mo poli me ri za ci jo pri o C z alkal ni mi kata - li za tor ji. Poliaspartati, npr. imajo anti ko ro ziv ne last no sti in pre - pre~ujejo nala ga nje mate ri a lov in alg na ladje, upo rab lja jo se tudi za disper gen te, flo ku lan te, supe rab sor ben te, za ~i{~enje vod, saj je cena nizka, od 3 do 4 $/kg, zato imajo vi{ji mole ku lar ni poli me ri mo`nost {iroke upo ra be za tehni~ne pla ste tipa PA. Razpolo`ljivi materiali in izdelki Biolo{ko razgradljive materiale proizvajajo po razli~nih tehnologijah, ali iz novih virov (surovine `ivalskega ali rastlinskega izvora) ali pa iz fosilov. Pri na novo nastalih surovinah je razlika med rastlinami, ki jih lahko popolnoma predelamo v biolo{ko razgradljive materiale in spremljevalnimi proizvodi (npr. mlekarski proizvodi). Biolo{ko razgradljive plaste predelujemo po standardnih postopkih za termoplaste. Po tem se razlikujejo od ostalih biolo{ko razgradljivih materialov, npr. lesa, usnja in papirja. V tabeli so prikazane danes dostopne skupine materialov. Pri razvoju teh materialov je pri{lo do precej{njega izbolj{anja pri biolo{ki razgradnji. Na za~etku razvoja so bili materiali, ki danes ne ustrezajo ve~ normam kompostiranja, npr. me{anice iz polietilena in {kroba. Zaradi slabe zdru`ljivosti polietilena s {krobom so bile tudi lastnosti zelo slabe. V zadnjih letih pa so razvili materiale, ki imajo ob hkratni nizki ceni tudi zelo dobre uporabne lastnosti. Embala`a za hrano Starej{i biolo{ko razgradljivi materiali se v Nem~iji `e ve~ let uporabljajo kot embala`a za hrano. Celulozni hidrat se uporablja za pakiranje sla{~ic in za umetna ~reva za klobase, celulozni acetat za suho hrano brez ma{~ob. Na trgu pa so `e novi izdelki, npr. polihidroksibutirat ali pa dolgo se uporabljajo biolo{ko razgradljive vre~e za shranjevanje krompirja. Higienski izdelki Posebna pozornost na tem podro~ju je namenjena plenicam za dojen~ke. Vre~e za biolo{ke odpadke To je najve~je podro~je za biolo{ko razgradljive materiale. Prednost tak{nih vre~ je transparenca in s tem la`ja kontrola ter ni`ji investicijski stro{ki. Poleg velikih vre~ se uporabljajo tudi manj{e za zbiranje biolo{kih odpadkov v gospodinjstvih. Vrtnarstvo in okolje Razpolo`ljivi biolo{ko razgradljivi materiali a) b) c) Oznaka za izdelke iz biolo{ko razgradljivih materialov Razgradnja folije v preskusu kompostiranja a) za~etek preskusa, b) in c) razgradnja folije pri kompostiranju (BASF). Tu se uporabljajo npr. biolo{ko razgradljive prekrivne folije, ki se razkrajajo na njivah ali pa cvetli~ni lon~ki, ki v zemlji razpadajo. 6

8 Povzetki tujih ~lankov Biorazgradljivi mate ri a li na osno vi {kroba Biorazgradljivi poli me ri pred stav lja jo novo dru`ino poli me rov, ki se raz gra ju je s pomo~jo `ivih orga niz mov. Predstavljajo mo`no alter na ti vo za klasi~ne neraz grad lji ve poli me re, v pri me - ru ko reci kli ra nje ni mogo~e ali ni eko no mi~no in jih lahko kom - po sti ra mo sku paj s hrano in kme tij ski mi odpad ki. Biorazgradljivi poli me ri na osno vi {kroba od firme Novamont s trgov skim nazi - vom Mater-Bi imajo slede~e last no sti: so popol no ma bio raz grad - lji vi in jih lahko kom po sti ra mo glede na obsto je~e stan dar de. Imajo pomem ben pri spe vek glede vpli va na oko lje, zla sti glede CO 2 emi sij in pora be ener gi je. Uporaba in pre de la va je podo bna pre de la vi klasi~nih ter mo pla stov. [krob je cenen izde lek, ki ga obi~ajno dobi mo iz koru ze in dru gih pri - del kov. Je popol no ma bio raz grad ljiv v razli~nih oko ljih. Pri degra da ci ji ali se`igu {kroba nasta ne atmo sfer ski CO 2, ki se je ujel v ras tli ne s {kro - bom med nji ho vo rast jo. S tem je torej zaklju~en biolo{ki oglji kov ciklus. V nara vi je {krob v obli ki kri sta lov s pre me rom mikro nov, ki jih z dovolj ener gi je in toplo te lahko popol no ma raz bi je mo. Tak{en {krob se obna{a kot ter mo pla sti~ni poli mer in ga lahko tudi podo bno pre de lu - je mo. V ~isti obli ki pa je seve da zelo ob~utljiv na vlago in je zato nepri - me ren za ve~ino upo rab. Podro~ja upo ra be ~iste ga {kroba so topne pene za kom po sti ra nje, pol ni la, ki po dolo~enem ~asu izgi ne jo, eks pan di ra ni plad nji, eks pan di ra ne plo{~e kot zame - nja va poli sti re na. [krob je kom pa ti bi len z razli~nimi sin te - ti~nimi poli me ri in v ter mo pla sti~nih kom po zi tih lahko dose`e vse bnost ve~ kot 50 %. Firma Novamont izde lu je tri tipe bio raz grad lji vih {krob nih mate ri a lov in sicer za foli je in plo{~e (Mater-Bi Z), za bio raz - grad lji ve pene kot zame nja va poli sti re na in za trde in dimen zij - sko sta bil ne briz ga ne izdel ke, tudi bio raz grad lji ve. Brizganje in mehan ske last no sti so podo bne poli sti re nu. [krob ne foli je se lahko pro iz va ja jo na klasi~nih eks tru der jih, ki so name nje ni za poli eti len nizke gosto te, dose ga mo pa pro - duk tiv nost od % pro duk tiv no sti PE-LD. Mo`ne so debe li ne od mikro nov, odvis no od stro ja. Pretr`ne last no sti {krob ne foli je so podo bne PE-LD foli jam, celo pri pogo jih rela tiv ne vla`nosti pod 5 % in tem pe ra tu ro pod 10 o C, so mehke na dotik, viso ko pre pust ne, ni sta ra nja celo po enem letu skla di{~enja, anti sta ti~ne, mo`no jih je oba rva ti s pig men ti, ki so dovo lje ni za kon takt s hrano, tes ni jo, imajo ugo den vpliv na oko lje, mo`no jih je kom po sti ra ti pri razli~nih pogo jih kom po sti ra nja, od doma~ih kom po ster jev do roti ra jo~ih fer men ta cij skih reak tor jev. Podro~ja upo ra be biopolimerov Za~etek Po 10 dneh Po 20 dneh Po 30 dneh Po 40 dneh Vzorec Izguba te`e Izguba te`e Izguba te`e Izguba te`e Mater-Bi 32,1% 55,7% 69% 90% Mater-Bi folija - obna{anje pri kompostiranju Kmetijstvo V kme tij stvu se foli je vse bolj upo rab lja jo za pre kri va nje pri del kov, pred vsem zara di slede~ih raz - lo gov: - dra sti~no zni`anje kon cen tra ci je her bi ci dov v zem lji - zni`anje potreb po vodi ozi ro ma zni`anje stro{kov nama ka nja - hitrej{a rast pri del kov glede na efekt ogre va nja zara di ~rne barve. Glavni pro blem poli eti len skih pla sti~nih folij je seve da ekolo{ki in tudi eko nom ski zara di nji ho ve - ga odstra nje va nja. Zato tu zelo pride v po{tev bio raz grad lji va {krob na foli ja, ki po raz grad nji ne one - sna`uje zem lje, nasta li kom post pri bio de gra da ci ji pa je popol no ma netok si~en. [krob na foli ja se pri~ne raz gra je va ti na robo vih, kjer je v kon tak tu z zem ljo oz. vodo in mikro or ga - niz mi v zem lji. Folija nad izdel ki pa se raz gra ju je pre cej po~asne je. Ostali del foli je se raz gra di na koncu ska doba Mater-Agro {krob ne foli je je od 1-3 mese ce, njene mehan ske in fizi - kal ne last no sti pa so tak{ne, da jo lahko pola ga jo z obi~ajni mi stro ji za osta le foli je. 7

9 Embala`a Mo`na upo ra ba je za naku po val ne vre~ke, ki so se za~ele iz {krob ne Mater-Bi foli je izde lo va ti na za~etku leta [krob ne vre~ke so glede nosil no sti podo bne tistim iz PE-LD. Na podro~ju higi e ne se {krob ne foli je lahko upo rab lja jo za ple ni ce. Primerne so zara di meh ke ga otipa in viso ke pre pust no sti, imajo pa tudi dovolj dobre mehan ske last no sti in traj nost. Biolo{ko razgradni plasti razpadejo v nekaj tednih Prva generacija biolo{ko razgradnih plastov je razpadla na podlagi prime{anih {krobnih derivatov na majhne polimerne delce, ki so se pome{ali z zemljo. Ta na~in razpada je sicer pripomogel k zmanj{evanju deponij in k bolj{emu izgledu narave, vendar pa je bil zaradi nastajajo~ega polimernega prahu ekolo{ko zelo sporen. Zato so proizvajalci razvili nove materiale, ki biolo{ko razpadejo v nekaj tednih na vodo, CO 2 in biomaso. Novi biopolimeri so ve~ji del na bazi poliestrov, poliamidov in polimerizirane mle~ne kisline. Tipi~ni proizvodi so jedilni pribor, folije za poljedeljstvo in embala`o, baloni, sredstva za nego, PET plastenke, kosti za pse. Termoplastični les Na podro~ju biolo{ko raz grad lji vih mate ri a lih je zani miv raz - voj t.i. termoplasti~nega lesa (Fasal), ki je v prin ci pu sestav ljen iz lesne moke ali les nih ostru`kov in {kroba. Izdelki iz tak{nega mate ri a la so pri ka za ni na sliki. Material lahko eks tru di ra mo v pro fi le, mo`ni pa so tudi briz ga ni izdel ki, ki so zani mi vi zla sti na avto mo bil skem podro~ju, saj imajo izgled lesa. Hkrati jih cene - je pre de lu je mo in obli ku je mo, isto~asno pa se izogne mo ostrim drob cem pri zlomu. Novost je tudi upo ra ba poli lak ti da kot kirur{kega mate ri a la za {iva nje, ki se nato v ko`i biolo{ko raz gra di. Nekateri od teh mate ri a lov so pomemb ni tudi pri izdel kih, kjer biolo{ka raz grad lji vost ni potreb na. Npr. celu loz ni ace tat se zara di svoje viso ke udar ne `ila vo sti upo rab lja kot mate ri al za dr`aje izvi ja~ev. [krob ni blen di pa so pri mer ni za mat oslo je va - nja papir ja. Lahko jih tudi tiska mo. Brizgani izdelki iz materiala les / {krob (Fasal) PLA - plastika iz `ita Firma Cargill Dow Plastics je pred stavi la nov poli mer, to je poli lak tid - PLA (poli me ri zi ra na mle~na kis li na) s trgov skim nazi vom NatureWorks, ki je na voljo v bio raz grad lji vi in nebio - raz grad lji vi obli ki. Trdijo, da je to prvi pla sti~ni mate ri al, ki se pro iz va ja iz letno obnov lji vih virov in s tra di ci o nal ni mi mate ri a li hkra ti tek mu je pri ceni in last no stih. Kot suro vi na se upo rab lja `ito, ven dar lahko poli mer pro iz ve - de jo tudi iz dru gih ras tlin skih virov, ki vse bu je jo {krob ali slad - kor (npr. p{enica, slad kor na pesa ipd.). Pri Cargill Dow Plastics trdi jo, da za mate ri al upo ra bi jo % manj fosil nih goriv, kot za tra di ci o nal ne pla ste. NatureWorks se odli ku je po bio raz grad lji vo sti, pri ja zen je oko lju, ima pa {e druge last no sti, kot npr. viso ko pro zor nost in sijaj, dobro trdo to, vra~anje po upo gi bu, lahko ga vari mo, ima dobre bari er ne last no sti glede arome in vonja, hkra ti je obsto jen na ma{~obe. Prvi izde la ni tipi so za foli je, ter mo - for mi ra nje in vlak na. Pri~aku je jo, da se ga bo do 20 % upo rab lja lo v bio raz grad lji vi obli ki; izdel ke bodo lahko pome{ali z organ ski mi odpad ki. Slabost materiala je nizka tem pe ra tu ra ste kla ste ga pre ho da (58 o C), kar predstavlja slab{o tem - pe ra tur no sta bil nost v neka te rih pogo jih. PLA je semi kri sta li ni~en poli mer in pri firmi trdi jo, da lahko nje go vo tem pe ra tur no obstoj nost kro ji jo z izbi ro prave sesta ve in pre de lo val nih pogo jev. Material je upo raben v obli ki folij za zavi ja nje, npr. bon bo nov, cvet ja in daril. Druge upo ra be so {e: ve~sloj ne folije za emba la`o sla{~ic, kave ipd, foli je za nalep ke, niz ko tem pe ra tur ne skr~ljive foli je, nerosljive 8

10 foli je za sve`e izdel ke. Prva upo ra ba PLA je na podro~ju emba la`e v obli ki folij za ter mo for mi ra ne izdel ke in poso de. Naravna vlakna Uporaba naravnih vlaken za oja~itev plasti~nih delov v avtomobilih vsekakor ni ve~ novost. Nedavno objavljeni rezultati raziskave uporabe materialov v nem{ki in avstrijski avtomobilski industriji ka`ejo, da so predelovalci v teh dr`avah porabili ton lana, konoplje in eksoti~nih vlaken (jute, kenafa in drugih) v letu 2002 v primerjavi s tonami v letu 2000 kljub ni`jemu skupnemu {tevilu proizvedenih avtomobilov. V avtomobilih, kjer so uporabljena naravna vlakna, se dele` le-teh giblje med 5 in 10 kg, kar predstavlja potencialni trg do ton/leto. Za primerjavo slu`i podatek, da se v evropski avtoindustriji porabi pribli`no ton/leto steklenih vlaken. Cene vlaken se gibajo med 0,55 EUR in 0,62 EUR/kg. Pri brizganju se porabi le pribli`no 5 % naravnih vlaken, ostanek pa se kompresijsko brizga in uporabi pri procesih stiskanja. Raziskava opozarja tudi na oster padec proizvodnje lesnovlaknato oja~enih duroplastov, saj se le-ti zamenjujejo s termoplasti~nimi deli, oja~enimi z naravnimi vlakni. V avtomobilskih delih v Evropi se uporabi pribli`no do ton lesnih vlaken na leto. Raziskava je pokazala tudi, da predstavlja samo lan kar 50 % celotne porabe naravnih vlaken v Evropi, ~eprav je najdra`ji s trenutno za 0,10 EUR/kg vi{jo ceno od drugih naravnih vlaken, pri ~emer se je potrebno zavedati, da se cene hitro spreminjajo glede na podnebne razmere in prilo`nostne zahteve modne industrije. Menijo, da bodo cene {e dodatno posko~ile, ko bo EU z letom 2005 ukinila subvencioniranje. Lesni kompoziti ^elada na sliki je oja~ena z bomba`em in lanom (Schubert Helmets), tehta 265 g in ustreza standardu DIN EN 397 za za{~itne ~elade. Je la`ja od tiste, oja~ene s steklom, toda s 5 % vi{jo ceno. Lesnokompozitni profili z izgledom visoke kvalitete Trg kompozitov iz lesnih in naravnih vlaken se je dvignil na 860 mio $ v letu 2002 Potreba po lesnih kompozitih in drugih celuloznih materialih strmo nara{~a - v ZDA opa`ajo kontinuirno rast, medtem ko je rast mo~nej{a na trgih, kamor kompoziti {ele prihajajo, kot npr. v Evropi, Ju`ni Ameriki in Aziji. Najbolj pogost matri~ni material je reciklat polietilena. Lesni kompoziti so znani `e desetletja, samo v zadnjem desetletju pa je trg strmo nara{~al z razvojem strojev in materialov, ki so omogo~ali vi{je proizvodne hitrosti. Za Severno Ameriko, ki je vodilna na podro~ju lesno-plasti~nih kompozitov, napovedujejo podvojitev potreb od leta 2001 do Najve~ji potro{nik je gradbeni{tvo, kjer bo poraba narasla od ton na ton v Ugotovili so, da je vse te`je priti do kakovostnega lesa, zato bo plastika predvsem iz okoljevarstvenih razlogov prevzela dolo~ene trge. V Severni Ameriki so glavni izdelek obloge, pri katerih se kot matri~ni material v 70 % uporablja PE, z 18 % mu sledi PVC in z 11 % PP. Kot recept za nadaljnjo rast se priporo~a ve~je zaupanje v lesno-kompozitne materiale, {e posebno v negradbenih izdelkih. Trg ima prav zaradi svoje majhnosti ogromne mo`nosti za strm vzpon. V Severni Ameriki so zabele`ili porabo 2,5 mio ton polnil, od ~esar je bilo samo 0,2 mio ton naravnih vlaken. Vsak 1 % prehoda iz talka, kalcijevega karbonata ali stekla v les pomeni 0,02 mio ton polnil ali 0,05 mio ton kompaunda. Izbira med lastnim proizvajanjem ali nakupom kompaunda je odvisna od koli~ine, vse ve~ ekstruderjev pa se vendarle odlo~a za lastno kompaundiranje. Kakorkoli, ve~ina predelovalcev nima izku{enj z naravnimi vlakni, ki jih je mnogo te`je kompaundirati kot npr. steklena vlakna, talk in druga polnila. Naravna vlakna se ne dodajajo tako preprosto v ekstruder, prav zaradi nestanovitnosti v debelini vlaken, togosti, dol`ini in premeru kot tudi zaradi trenja med posameznimi vlakni ter 9

11 vlakni in kovino. Lista dobaviteljev ekstruderjev je dolga: Cincinnati Extrusion, Davis Standard, Maplan, Entek, ICMA, DGP Windsor, Bausano, ExtrusionTek Milacron. Dobavitelji kompaunderskih ekstruderjev so Berstorff, Coperion, Farrel in Leistritz. Firmi Brabender in Colortronic proizvajata dozirne in me{alne sisteme za lesne kompaunde. Kompaundi z naravnimi vlakni so bolj togi in imajo ni`jo gostoto kot tisti z mineralnimi polnili. Vi{ja togost pa pomeni la`je in cenej{e izdelke. Vpra{anje tehnnike ostaja vlaga, kajti vsebnost lesnih vlaken v kompaundu je obi~ajno 50 %. Napomembnej{a je torej odstranitev vlage iz vlaken. Lesna komponenta v kompaundu poleg tega ni tako termi~no stabilna kot polimer, zato obratujemo pri temperaturah pod 200 o C, da prepre~imo razgradnjo vlaken. Potrebno je zadostno su{enje (3-4 ure pri 75 do 80 o C). Predsu{enje materiala je nujno, kajti odzra~evanje na ekstruderju ni zadostno za odstranitev vlage. Za PE kompaunde je sprejemljiva 0,5 % vlaga, za PP pod 0,25 %. Ker je ve~ina lesnih kompaundov poliolefinskih, je su{enje te`ko, vendar izvedljivo. Zaradi bariernih lastnosti, ki jih imajo olefini za vlago, je potrebno kompaund su{iti nad vreli{~em vode. Pri PE-HD je to problem, ker je temperatura tali{~a precej pod PP. Vseeno pa ve~ino z lesom polnjenih PE su{imo pri 105 o C. ^e je vsebnost vlage nad 2 %, uporabimo su{ilnike z vro~im zrakom. Za penjenje ABS, polnjenega z lesom, mora biti vsebnost vlage pod 0,04 %. Biopolimeri - trg V Nem~iji pred stav lja jo pri del - ki za obnov lji ve vire 12 % vseh kme tij skih povr{in in raste jo na ve~ kot 1,4 mili jo ne hek tar jev. Mednje sodi jo repi~no seme, ener gij ska `ita, koru za, krom pir in son~nice, ki so posta le bistven vir za indu strij ske suro - vi ne. Vzgajanje obnov lji vih virov se je od za~etka 90. let pove~alo za ve~ kot 5-krat. Repi~no seme za bio di esel sko pro iz vod njo, bio ma zi va in kemij sko indu stri jo {e vedno osta ja naj bolj pomemb no podro~je tega raz vo ja. Energijska `ita se vse bolj pospe{eno upo rab lja jo za pro iz vod njo bio eta no la in fer men ta ci jo v postro je njih z bio pli ni. Spisek naj bolj pomemb nih suro vin dopol nju je jo tudi slad kor, son~nice in lane no olje, {krob iz krom pir ja in p{enice za papir ter vlak na za avto mo bil - sko in fito far ma ko lo{ko indu stri jo. Nov bio raz grad ljiv poli mer iz sti re na Raziskovalna ekipa je odkri la bak te ri jo (pse u do no mas puti da), ki lahko pre tvo ri sti ren, mono mer poli sti re na, v poli hi drok si al ka no at (PHA), bio raz grad ljiv plast. Bakterija pre tvo ri sti ren v eno stav ne oglji ko ve enote, ki nato poli me ri zi ra jo v PHA. Biorazgradljiva pla sti ka, ki jo dobi mo na ta na~in, se lahko upo rab lja za {irok spek ter izdel kov, npr. za medi cin ske implan ta te, tem pe ra tur no odpor no pla - sti ko, itd. Polihidroksialkanoat (PHA, mono me re vse bu je jo od C6 do C14) je v vodi neto pen, bio raz - grad ljiv in bio kom pa ti bi len poli mer, ki je zla sti pri me ren za medi cin ske izdel ke. Za ta namen pa mora biti zelo ~ist, {e pose bej glede na piro ge ne kom pa un de. Obi~ajni PHA se pro iz va ja jo z dolo~enimi gram nega tiv ni mi bak te ri ja mi. Da dobi mo ~isti PHA, pa je potreb no intra ce lu lar ne ne~isto~e lo~iti od osta lih celi~nih kom po nent. PHA lahko one sna`ijo npr. lipi di in pro te i ni. Hitra bio raz grad lji va foli ja Firma Surface Specialties se je pred sta vi la z novo raz vi to Nature-flex foli jo, ki je popol no ma biolo{ko raz grad lji va in cer ti fi ci ra na z evrop sko normo EN 13432:2000. Za novo foli jo je zna~ilna last nost vro~ega spajanja v obmo~ju od 70 o C do 200 o C pri viso kih hitro stih. Deset CD-jev iz stor`a koru ze Rast obnovljivih virov v Nem~iji 2004/2005 Firma Mavic Media iz Japonske je v sode lo va nju s firmo Mitsui Gojenje obnovljivih virov dosega rekordne {tevilke 10

12 Chemicals raz vi la meto do, s kate ro izde lu je jo zgo{~enke name sto iz poli kar bo na ta (PC) iz bio raz - grad nih poli mle~nih kis lin (PLA). Da bi izbolj{ali sne ma nje izdel ka, zmo`nost pre pi sa pri bli`no mikro - me ter veli kih bit nih vzor cev in skraj{ali ~as cikla, so pri Sanyo Mavic opti mi ra li pogo je briz ga nja PLA tako, da so pre ma ga li te`ave str je va nja PLA. CD-ji so izde la ni iz poseb ne vrste PLA (Mitsui Chemicals' Lacea), ki ga izde lu je jo iz `ita. Koruzni stor` bi naj zado sto val za izde la vo 10 CD-jev. V zem lji se PLA po~asi raz gra di v vodo in oglji kov diok sid, kar pred stav lja nedvo mno ekolo{ko pri jaz - nej{o razli~ico od PC, ki ga je potreb no se`gati oz. osta ja iner ten v zemelj ski povr{ini. Na za~etku pri~aku je jo, da bodo cene CD-jev kar tri krat vi{je od tistih iz PC, ko pa bo posta la pro iz vod nja masov na, se bo cena prav goto vo zni`ala za vsaj %. Plastika iz narav nih mate ri a lov Avstrijski mate ri al Fasal je nare jen iz `ago vi ne, koruz ne ga prahu, narav nih smol in adi ti vov. Tipi~ni izdel ki so igra~e, deko ra ci je za bo`i~na dre ve sa in glas - be ni in{tru men ti. Brizgani izdel ki iz Fasala mora jo imeti debe li no stene nad 2 mm in kot sne ma nja od 2-3%. Poti te~enja mora jo biti krat ke, su{enje ni potreb no. Temperature cilin dra so od o C, tem pe ra tu ra orod ja od o C. Material Arboform od firme Tecnaro bazi ra na lig ni nu (iz pro iz vod nje celu - lo ze, narav nih vla ken in narav nih adi ti vov). Zahteva nizko tem pe ra tu ro pre de la - ve, mak si mal no 170 o C. Mo`ne so debe li ne sten 1,5 mm. Na voljo je kot gra - nu lat, ki po enem tednu izpo sta vit ve na sobni tem pe ra tu ri absor bi ra le 2 % vlage. Zaradi niz ke ga koe fi ci en ta termi~ne eks pan zi je je pri me ren za kom bi na - ci jo z lese nim fur nir jem, kajti nepra vil na ori en ta ci ja vla ken daje podo bne last no - sti v vseh sme reh. Predelujemo ga lahko kot les, je topel na dotik, skr~ki so nizki (mak si mal no 0,5 %). Primeren je za avto mo bil ske, pohi{tvene dele, ohi{ja elek - tron skih naprav, igra~e, penje ne plo{~e v grad be ni{tvu, ipd. Ohi{ja kemi~nih svin~nikov iz ligninskega materiala Arboform 11