การเปลี่ยนไปใช้วัสดุพลาสติกที่ยั่งยืนมากขึ้นทำให้เกิดเรซินสามประเภทที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น: เรซินที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจากชีวภาพ, พีพี เอสที (โพลีโพรพีลีนผสมกับแป้ง) และ พีอีเซนต์ (โพลีเอทิลีนผสมกับแป้ง) แต่ละผลิตภัณฑ์แสดงถึงกลยุทธ์ที่แตกต่างกันในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์พลาสติก และไม่มีสิ่งใดที่จะทดแทนผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่เป็นสากลได้ เรซินชีวภาพให้ความสำคัญกับการจัดหาวัตถุดิบหมุนเวียน และสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้อย่างแท้จริง ขึ้นอยู่กับสูตรผสม การผสม PP ST และ PE ST ยังคงรักษาความสะดวกในการประมวลผลและความคุ้นเคยเชิงกลของโพลิโอเลฟินส์ทั่วไป ในขณะที่ผสมแป้งเพื่อลดปริมาณฟอสซิลบางส่วน และในบางสูตร จะช่วยเร่งการย่อยสลาย การเลือกวัสดุเหล่านี้อย่างถูกต้องจำเป็นต้องทำความเข้าใจองค์ประกอบที่แท้จริง คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ ขอบเขตการรับรอง และพฤติกรรมการสิ้นสุดอายุการใช้งาน ซึ่งทั้งหมดนี้แตกต่างอย่างมากจากคำอธิบายทางการตลาด
"ชีวภาพ" เป็นตัวอธิบายวัตถุดิบ ไม่ใช่คำกล่าวอ้างความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ เรซินชีวภาพเป็นเรซินที่มีปริมาณคาร์บอนบางส่วนหรือทั้งหมดมาจากแหล่งทางชีวภาพ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นพืชผลทางการเกษตร เช่น ข้าวโพด อ้อย มันสำปะหลัง หรือเซลลูโลสจากเยื่อไม้ แทนที่จะมาจากปิโตรเลียม ปริมาณทางชีวภาพสามารถวัดปริมาณและตรวจสอบได้ผ่านการทดสอบอัตราส่วนไอโซโทปคาร์บอน-14 ที่ได้มาตรฐานภายใต้ มาตรฐาน มาตรฐาน ASTM D6866 และ ISO16620 .
เรซินชีวภาพที่มีนัยสำคัญทางการค้ามากที่สุดในการผลิตปัจจุบัน ได้แก่:
ความแตกต่างนี้เป็นแง่มุมที่เข้าใจผิดบ่อยที่สุดของเรซินที่ยั่งยืน ตัวอย่างเช่น ไบโอ-พีอี ผลิตจากอ้อยหมุนเวียนแต่ยังคงอยู่ในสิ่งแวดล้อมตราบเท่าที่ PE ที่ทำจากปิโตรเลียมทั่วไป ในทางกลับกัน PBAT มาจากปิโตรเลียมแต่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้อย่างแท้จริงภายใต้สภาวะการทำปุ๋ยหมัก ลักษณะการสิ้นสุดอายุการใช้งานด้านสิ่งแวดล้อมของวัสดุนั้นพิจารณาจากโครงสร้างทางเคมี ไม่ใช่แหล่งกำเนิดวัตถุดิบ ผู้ระบุและผู้ซื้อจะต้องประเมินทั้งสองมิติอย่างอิสระ
PP ST กำหนดเรซินโพรพิลีน ผสมกับแป้ง ซึ่งโดยทั่วไปคือแป้งข้าวโพดหรือแป้งมันสำปะหลัง เป็นสารเติมแต่งหรือสารตัวเติม ปริมาณแป้งในเกรด PP ST เชิงพาณิชย์โดยทั่วไปมีตั้งแต่ 10% ถึง 50% โดยน้ำหนัก โดยสูตรที่มีแป้งมากกว่า 30% มักพบเห็นได้ทั่วไปในการใช้งานโดยมีเป้าหมายไปที่ปริมาณฟอสซิลที่ลดลงหรือการกล่าวอ้างการย่อยสลายแบบเร่ง
แป้งและโพลีโพรพีลีนเข้ากันไม่ได้ทางอุณหพลศาสตร์โดยไม่มีเคมีที่เข้ากัน - แป้งเป็นแบบที่ชอบน้ำ (ดึงดูดน้ำ) ในขณะที่ PP ไม่ชอบน้ำ (ขับไล่น้ำ) การใช้สารประกอบ PP ST ที่มีสูตรอย่างดี มาลิกแอนไฮไดรด์กราฟต์ PP (PP-g-MAH) หรือสารเชื่อมต่อที่คล้ายกันเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างพื้นผิวระหว่างเม็ดแป้งและเมทริกซ์โพลีเมอร์ หากไม่มีความเข้ากันได้ที่เพียงพอ แป้งจะทำหน้าที่เป็นตัวรวมความเครียด ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวที่จุดขาด
ผลโดยทั่วไปของการรวมแป้งลงใน PP ที่การโหลด 20–30%:
คำกล่าวอ้างทางการตลาดทั่วไปสำหรับวัสดุ PP ST คือ "ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ" หรือ "ย่อยสลายได้โดยใช้ออกโซ" ความจริงมีความเหมาะสมยิ่งขึ้น สัดส่วนแป้งใน PP ST สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้อย่างแท้จริง โดยจุลินทรีย์สามารถเผาผลาญได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อแป้งสลายตัว ชิ้นส่วนเมทริกซ์ PP ที่เหลือจะกลายเป็นชิ้นเล็กๆ ไม่ย่อยสลายทางชีวภาพอีกต่อไป ด้วยวิถีทางจุลินทรีย์มาตรฐาน สิ่งนี้จะทำให้เกิดเศษไมโครพลาสติกแทนที่จะเกิดเป็นแร่โดยสมบูรณ์ คำสั่งพลาสติกแบบใช้ครั้งเดียวของสหภาพยุโรปได้จำกัดพลาสติกที่ย่อยสลายได้โดยใช้ออกโซโดยเฉพาะด้วยเหตุผลนี้ ไม่ควรอธิบายว่า PP ST ย่อยสลายได้ทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์ เว้นแต่จะได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลการทดสอบการทำปุ๋ยหมักที่ได้รับการรับรองภายใต้ ISO 14855 หรือ ASTM D5338
PE ST คือโพลีเอทิลีนที่เทียบเท่ากับ PP ST ซึ่งเป็นส่วนผสมของโพลีเอทิลีน (โดยทั่วไปคือ LDPE หรือ LLDPE สำหรับการติดฟิล์ม HDPE สำหรับการใช้งานแบบแข็ง) โดยมีแป้งเป็นส่วนประกอบที่ได้มาจากชีวภาพ ความท้าทายด้านความเข้ากันได้ขั้นพื้นฐานแบบเดียวกันนี้ถูกนำมาใช้ และใช้กลยุทธ์ความเข้ากันได้แบบเดียวกัน เช่น การต่อกิ่ง MAH และแป้งที่ผ่านการปรับสภาพพื้นผิว เพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกลที่ยอมรับได้
โพลีเอทิลีน โดยเฉพาะ LDPE และ LLDPE เป็นสารตั้งต้นหลักสำหรับการผลิตฟิล์มเป่าและฟิล์มหล่อ การรวมแป้งลงในสูตรฟิล์ม PE ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถทดแทนปริมาณฟอสซิลได้บางส่วน ในขณะที่ยังคงความสามารถในการขึ้นรูปฟิล์มแบบเดียวกับที่ PE เป็นที่รู้จัก เกรดฟิล์ม PE ST เชิงพาณิชย์ที่ ปริมาณแป้ง 15–30% สามารถประมวลผลบนอุปกรณ์เป่าฟิล์มมาตรฐานด้วยความเร็วสกรูและการปรับอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย ทำให้ผู้แปรรูปสามารถเข้าถึงโดยไม่ต้องลงทุนในเครื่องจักรใหม่
การใช้งานทั่วไปสำหรับ PE ST ได้แก่:
ที่ปริมาณแป้งที่สูงกว่า 20% ฟิล์ม PE ST แสดงให้เห็นถึงความต้านทานแรงกระแทกของลูกดอกและความต้านทานการฉีกขาดที่ลดลงได้อย่างวัดผลได้ เมื่อเทียบกับคุณสมบัติ PE ที่ยังไม่ได้บรรจุ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อถุงและซอง ผลกระทบจากการดรอปของโผสามารถลดลงได้ 30–50% ที่การโหลดแป้ง 30% โดยไม่มีการปรับความเข้ากันได้ให้เหมาะสม สำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานการเจาะทะลุและการฉีกขาด เกรด PE ST จะต้องมีคุณสมบัติเฉพาะตามข้อกำหนดทางกลของการใช้งาน โดยไม่ถือว่ามีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับฟิล์ม PE ที่เรียบร้อย
| คุณสมบัติ | เรซินชีวภาพ (เช่น PLA, Bio-PE) | PP ST | PE ST |
|---|---|---|---|
| แหล่งกำเนิดวัตถุดิบ | หมุนเวียน (จากพืช) | ส่วนใหญ่เป็นฟอสซิลแป้งชีวภาพ | ส่วนใหญ่เป็นฟอสซิลแป้งชีวภาพ |
| เนื้อหาเกี่ยวกับชีวภาพ | 50–100% | 10–50% | 10–50% |
| ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ | PLA: ใช่ (ปุ๋ยหมักอุตสาหกรรม); ไบโอ-พีอี: ไม่ใช่ | บางส่วน (แป้งเท่านั้น) | บางส่วน (แป้งเท่านั้น) |
| ความเข้ากันได้ในการประมวลผล | ต้องมีพารามิเตอร์ใหม่ (PLA) Bio-PE แบบดรอปอิน | ใกล้จะถึงจุดดรอปอินบนเส้น PP | ใกล้จุดดรอปอินบนเส้น PE |
| คุณสมบัติทางกล | ปลา: เปราะ; Bio-PE: เท่ากับ PE | PP ที่ลดลงเทียบกับเรียบร้อย | PE ลดลงเทียบกับ PE เรียบร้อย |
| ต้นทุนเทียบกับแบบทั่วไป | พรีเมียม 20–80% (PLA); ~30% (ไบโอ-พีอี) | พรีเมียมปานกลางหรือเป็นกลาง | พรีเมียมปานกลางหรือเป็นกลาง |
| ความสามารถในการรีไซเคิล | ไบโอ-พีอี: ใช่; PLA: แยกสตรีมเท่านั้น | ปนเปื้อนกระแสรีไซเคิล PP | ปนเปื้อนกระแสรีไซเคิล PE |
| การรับรองที่สำคัญ | ห้องน้ำในตัว 13432, ASTM D6400, ASTM D6866 | มาตรฐาน มาตรฐาน ASTM D6866 (bio content only) | มาตรฐาน มาตรฐาน ASTM D6866 (bio content only) |
ตลาดพลาสติกที่ยั่งยืนมีความเสี่ยงสูงต่อการล้างสีเขียว คำอธิบายวัสดุ เช่น "เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม" "พลาสติกสีเขียว" หรือ "ส่วนผสมที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ" โดยไม่มีข้อมูลการรับรองสนับสนุน ควรได้รับการปฏิบัติอย่างไม่กังขา มาตรฐานต่อไปนี้เป็นเกณฑ์มาตรฐานที่ตรวจสอบได้และประเมินโดยบุคคลที่สาม:
สำหรับวัสดุ PP ST และ PE ST ข้อกล่าวอ้างเดียวที่ตรวจสอบได้ในระดับสากลโดยไม่มีใบรับรองการทำปุ๋ยหมักฉบับสมบูรณ์ก็คือ ปริมาณคาร์บอนจากชีวภาพ ตามมาตรฐาน ASTM D6866 คำกล่าวอ้างความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพและความสามารถในการย่อยสลายต้องใช้ข้อมูลภายใต้ ISO 14855, EN 13432 หรือ ASTM D6400 และสำหรับส่วนผสมเหล่านี้ ข้อมูลนั้นหาได้ยากเนื่องจากเมทริกซ์โพลีโอเลฟินที่ตกค้างทำให้ไม่ผ่านเกณฑ์การรับรองการทำปุ๋ยหมักเต็มรูปแบบ
วัสดุทั้งสามชนิดสามารถแปรรูปได้บนอุปกรณ์เทอร์โมพลาสติกทั่วไป แต่แต่ละชนิดมีข้อกำหนดเฉพาะที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของชิ้นส่วน
โดยทั่วไปสารประกอบ PP ST สามารถนำไปแปรรูปกับการฉีดขึ้นรูป PP มาตรฐานหรืออุปกรณ์อัดรีดที่มีการปรับเปลี่ยนปานกลาง บันทึกการประมวลผลที่สำคัญ:
เกรดฟิล์ม PE ST ต้องมีข้อควรระวังคล้ายกับ PP ST แต่อยู่ภายในช่วงอุณหภูมิการประมวลผลที่ต่ำกว่าของ PE ( 150–190°ซ สำหรับฟิล์มเป่า LDPE/LLDPE) ปริมาณแป้งที่สูงกว่า 25% อาจต้องมีการปรับช่องว่างของแม่พิมพ์และเพิ่มแรงดันในการเป่าเพื่อรักษาฟองอากาศให้คงที่ คุณภาพพื้นผิวและความมันวาวอาจลดลงเมื่อเทียบกับฟิล์ม PE ที่ยังไม่ได้เติม ซึ่งส่งผลต่อความเหมาะสมในการใช้งานที่ต้องการคุณสมบัติทางแสงระดับพรีเมียม
การตัดสินใจระหว่างเรซินชีวภาพ, PP ST และ PE ST ท้ายที่สุดแล้วได้รับแรงผลักดันจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเฉพาะและเส้นทางการสิ้นสุดอายุการใช้งานของการใช้งานเป้าหมาย กรอบการทำงานต่อไปนี้ช่วยปรับการเลือกวัสดุให้สอดคล้องกับข้อกำหนดในโลกแห่งความเป็นจริง:
| ใบสมัคร | เรซินที่แนะนำ | เหตุผลสำคัญ |
|---|---|---|
| บริการอาหารแบบใช้แล้วทิ้ง (ถ้วย ถาด ช้อนส้อม) | PLA ชีวภาพ (ได้รับการรับรอง EN 13432) | ความสามารถในการย่อยสลายได้อย่างแท้จริง การอนุมัติการสัมผัสอาหาร การปฏิบัติตามกฎระเบียบ |
| ถุงหิ้ว / ถุงช้อปปิ้ง (ที่มีเนื้อหาทางชีวภาพบางส่วน) | PE ST (แป้ง 15–30%) | ความสามารถในการแปรรูปแบบหยด ความเป็นกลางของต้นทุน การลดปริมาณฟอสซิลบางส่วน |
| ชิ้นส่วนฉีดขึ้นรูปแข็งที่ต้องการประสิทธิภาพเทียบเท่า PP | PP ST (แป้ง ≤20%) หรือ Bio-PP | รักษาความแข็งและแรงกระแทกเพียงพอสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้าง |
| ขวดเครื่องสำอาง/ของใช้ส่วนตัวและฝาปิด | Bio-PE (Braskem หรือเทียบเท่า) | การแทนที่แบบดรอปอิน รีไซเคิลได้ในสตรีม PE ตำแหน่งระดับพรีเมียม |
| ฟิล์มคลุมดินเพื่อการเกษตร | PBAT/PLA ผสมผสานหรือ PE ST (ได้รับการรับรอง) | ความเสื่อมโทรมของสนามหลังรอบการเพาะปลูก หลีกเลี่ยงพลาสติกตกค้างในดิน |
| ถุงปุ๋ยหมัก (สำหรับเก็บขยะอินทรีย์) | TPS/PBAT ผสมหรือ PLA (ได้รับการรับรองย่อยสลายได้) | ต้องเป็นไปตามมาตรฐาน EN 13432 เพื่อการยอมรับในโรงงานทำปุ๋ยหมัก |
การจัดการเมื่อหมดอายุการใช้งานคือจุดที่ความแตกต่างด้านสิ่งแวดล้อมในทางปฏิบัติระหว่างเรซินเหล่านี้กลายเป็นผลสืบเนื่องมากที่สุด และมักมีการบิดเบือนความจริง
ดังนั้นการวางตำแหน่งด้านสิ่งแวดล้อมที่สามารถป้องกันได้มากที่สุดสำหรับวัสดุ PP ST และ PE ST จึงเป็นเช่นนั้น ลดปริมาณฟอสซิลคาร์บอนต่อหน่วยน้ำหนัก — คำกล่าวอ้างที่วัดผลได้และตรวจสอบได้ — แทนที่จะอ้างว่าสามารถย่อยสลายทางชีวภาพหรือความสามารถในการย่อยสลายได้ซึ่งเคมีของวัสดุไม่สามารถรองรับผ่านการรับรองเต็มรูปแบบ