Beschikbare materialen

De nieuwe materialen die geschikt zijn voor composteerbare voedselverpakkingen en commercieel verkrijgbaar zijn, verschillen onderling sterk van elkaar. Zelfs binnen een specifiek materiaal is het mogelijk om verschillende varianten te produceren die zeer verschillende eigenschappen hebben. De materialen kunnen worden gerangschikt in de volgende vier categorieën:

1. Natuurlijke polymeren

Natuurlijke polymeren zijn polymeren die direct worden geëxtraheerd en gewonnen uit biomassa zoals bijvoorbeeld hout, maïs, tarwe, rijst en aardappelen. Voorbeelden hiervan zijn zetmeel en cellulose.
Meer informatie vindt u hier.

2. Polymelkzuur

Polymelkzuur (PLA) is een polymeer dat geproduceerd wordt door klassieke chemische synthese. Daarbij wordt echter uitgegaan van monomeren die verkregen zijn uit agrogrondstoffen. PLA is een polyester gepolymeriseerd uit melkzuur. Het monomeer zelf kan worden geproduceerd door fermentatie van suikerkoolhydraten.
Meer informatie vindt u hier.

3. Polyhydroxyalkanoaten (PHA’s)

PHA’s zijn een groep polymeren geproduceerd door bacteriën, gisten of planten. Meer informatie vindt u hier.

4. Synthetische composteerbare polyesters

Composteerbare polyesters op basis van synthetische (aardolie gebaseerde) monomeren. In het algemeen kan worden aangegeven dat de materialen qua verwerkbaarheid sterk op regulieren bulk plastics zoals Polyethyleen (PE), Polypropyleen (PP) en Polyethyleentereftalaat (PET) lijken. Ook qua eigenschappen is deze vergelijking te maken. Afwijkend is dat al dit soort materialen op dit moment minder goed tegen hitte kunnen. Over de prijs kan in het algemeen gezegd worden dat in de afgelopen 10 jaar door het omhoog gaan van de vraag en de productiecapaciteit de prijzen sterk zijn gedaald. Momenteel is een niveau bereikt waar de prijzen concurrerend kunnen zijn voor specifieke nichemarkten zoals de voedselverpakkingen met een meerwaarde. Door de toenemende vraag is de verwachting dat in de komende jaren als gevolg van schaalvoordelen de prijs nog verder omlaag zal gaan. Producenten van sommige materialen voorspellen dat een granulaatprijs gelijk aan huidige bulkplastics of zelfs daaronder dan mogelijk moet zijn.
Meer informatie vindt u hier.

 

Natuurlijke polymeren

Zetmeel

Herkomst
Zetmeel is een polymeer van natuurlijke afkomst. Commerciële bronnen van zetmeel zijn de zaden van graangewassen als maïs, tarwe en rijst en bijvoorbeeld uit knolgewassen als aardappels. De beschikbaarheid is groot, meer dan 25 miljoen ton per jaar, en daardoor is de prijs laag. Zetmeel is geen uniform materiaal, het bestaat uit twee types van glucosepolymeren: een laagmoleculair lineair polymeer genaamd amylose en een hoogmoleculair vertakt polymeer genaamd amylopectine.

Verwerking en beschikbaarheid
Zetmeel kan via extrusie verwerkt worden tot halffabrikaat, het zogenaamde thermoplastisch zetmeel of Themoplastic Starch (TPS). Hierna vindt verdere verwerking plaats tot (plastic) eindproduct door middel van spuitgieten, folieblazen, extrusie, schuimen of gieten. Thermoplastisch zetmeel wordt in bulk geproduceerd in verschillende kwaliteiten. De granulaatprijs van materialen ligt tussen de 1,5 en 4 euro per kilo.

Om betere mechanische eigenschappen, een flexibeler en een lager watergevoelig eindproduct te verkrijgen worden biologisch afbreekbare weekmakers gebruikt. Weekmakers verlagen de watergevoeligheid en verminderen bacteriegroei. Tevens worden vaak mengsels of blends van thermoplastisch zetmeel en synthetische composteerbare polymeren gebruikt. Hierdoor neemt eveneens de watergevoeligheid af en kunnen de materiaaleigenschappen van het eindproduct naar wens worden aangepast. Dit soort polymeren worden ook toegevoegd om flexibelere eindproducten te maken.

Specifieke eigenschappen
Een specifieke materiaaleigenschap van zetmeelplastic is de gasbarrière. Thermoplastisch zetmeel heeft namelijk een relatief lage doorlatendheid van CO2 en zuurstof en hoge doorlatendheid van waterdamp. Dit zijn belangrijke eigenschappen voor de conservering van voedsel. Een andere eigenschap is de hoge gevoeligheid voor water. In vergelijking met PE en PP is folie van zetmeel vaak flexibeler en zachter. Tenslotte (b)lijkt het lastig om volledig transparantie te bereiken.

Verpakkingstoepassingen
Een grote markt voor thermoplastisch zetmeel wordt ingenomen in de schuimindustrie. Loose-fill schuimen op basis van zetmeel omvatten momenteel ongeveer 50% van het toepassingsgebied van thermoplastisch zetmeel. Andere belangrijke verpakkingstoepassingen zijn folies, draagtassen en geschuimde trays.

Andere toepassingen
Enkele andere toepassingen van zetmeel zijn diervoeding en -speeltjes, plantenpotten en zogenaamd mulch-folie dat wordt ingezet ten behoeve van oogstvervroeging en onkruidonderdrukking.

Cellulose

Herkomst
 Cellulose is net zoals zetmeel een polymeer van natuurlijke afkomst. Het is het belangrijkste bestanddeel van de celwanden van planten. De beschikbaarheid van cellulose is zeer groot. Cellulose wordt hoofdzakelijk gewonnen uit bomen waarin cellulose (50%) in combinatie met bijvoorbeeld hemicellulose en lignines voorkomt. Ook uit diverse planten wordt cellulose gewonnen. Cellulose is een hoogmoleculair hoogkristallijn lineair polymeer dat niet smelt en niet oplosbaar is gangbare oplosmiddelen.

Verwerking en beschikbaarheid
Al decennia lang wordt er verpakkingsmateriaal gemaakt dat is gebaseerd op cellulose. Meest bekende cellulose gebaseerde verpakkingsmaterialen zijn papier en karton of jute zakken. Ook zullen velen cellofaan kennen, een knisperende verpakking die wordt gebruikt voor het verpakken van bijvoorbeeld snoep en stroopwafels. In deze paragraaf zal met name ingegaan worden op de nieuwe verpakkingsmaterialen die uit cellulose gemaakt worden en daarnaast ook nog composteerbaar zijn. Voor het overzicht zal echter ook kort ingegaan worden op de reeds langer bekende materialen.

Van cellulose kunnen grofweg drie soorten verpakkingsmaterialen gemaakt worden. Dit zijn materiaal gemaakt van (1) natuurlijke cellulose vezel, (2) geregenereerd cellulose en (3) gemodificeerd cellulose.

(1) Natuurlijke cellulosevezel
Papier, karton en ook jute is gemaakt van natuurlijke cellulosevezels. Deze vezels worden, in het geval van bijvoorbeeld papier en karton, los aan elkaar geplakt door een binder en in het geval van bijvoorbeeld jute worden cellulose vezels gesponnen en geweven. In de meeste gevallen worden verpakkingsmaterialen die zijn gemaakt van natuurlijke cellulose vezels erkend als composteerbaar. Gebruikte additieven kunnen echter een nadelige invloed hebben.

(2) Geregenereerd cellulose
 De vakterm voor Cellofaan is geregenereerd cellulose. De naam zegt het al, dit materiaal wordt verkregen door cellulose tijdelijk, gedurende de verwerking, te modificeren. Dit ingewikkelde proces- waarin nu nog veel organische oplosmiddelen moeten worden gebruikt - is noodzakelijk omdat cellulose niet thermoplastisch verwerkbaar is en niet oplosbaar is in gangbare oplosmiddelen. In het Cellofaan blijven de goede eigenschappen van cellulose (hoge temperatuur stabiliteit en hoge sterkte) behouden. Geregenereerd cellulose is net als natuurlijk cellulose niet sealbaar. Om het materiaal sealbaar te maken wordt traditioneel een laagje thermoplastisch niet-biologisch afbreekbaar polymeer aangebracht. Recent is echter ook geregenereerd cellulose film commercieel beschikbaar die is voorzien van een biologisch afbreekbare laag, waardoor er nu een composteerbare geregenereerde cellulose verpakkingsfolie beschikbaar is.

(3) Gemodificeerd cellulose
Cellulose kan ook chemisch worden gemodificeerd tot thermoplastisch verwerkbaar cellulose. Bekende varianten zijn cellulose acetaat, butyraat en propionaat. Deze varianten voldoen echter niet aan de Europese composteerbaarheidsnorm voor verpakkingen. Er zijn echter ook biologisch afbreekbare varianten beschikbaar gekomen die wel aan deze norm voldoen. Voorbeeld is cellulose di-acetaat, dat qua verwerking vergelijkbaar is aan thermoplastisch zetmeel. Dit wil zeggen dat het thermoplastisch verwerkbaar is tot geblazen film, diepgetrokken bakje of gespuitgiete bloempot als er voldoende weekmaker wordt toegevoegd. Granulaat is beschikbaar voor circa 3 euro per kg.

Specifieke eigenschappen
Wat betreft nieuwe cellulose gebaseerde composteerbare verpakkingsmaterialen kennen we dus de thermoplastisch verwerkbare cellulose di-acetaat en de niet thermoplastische composteerbare geregenereerde cellulose. Typisch voor beide materialen is dat ze zeer transparant zijn, vochtbestendig en in het geval van cellofaan knisperen en een minder goed geheugen hebben, waardoor het materiaal na vervorming minder snel in haar oorspronkelijke vorm terug zal keren.

Verpakkingstoepassingen
Mogelijke toepassingen van de nieuwe composteerbare cellulose gebaseerde materialen zijn snoepgoed, koekjes maar ook groente en fruit.

terug naar begin van deze pagina

Polymelkzuur

Herkomst
Polymelkzuur (PLA) is een polymeer vervaardigd uit melkzuur. Melkzuur wordt geproduceerd door de fermentatie van suikers. Deze suikers worden momenteel nog gewonnen uit landbouwgewassen als maïs maar in de toekomst kunnen waarschijnlijk ook agrarische nevenstromen worden gebruikt zoals melkwei, resten van maïskolven en stro. Melkzuur is een tussenproduct dat door de fermentatie van suiker of zetmeel ontstaat. Het monomeer melkzuur is in twee verschillende isomeren verkrijgbaar, de D- en L-vorm. Na polymerisatie kan dus een aantal verschillende polymeren worden vervaardigd, zuiver D- of L-polymelkzuur of combinaties. Poly-L-melkzuur is vrijwel niet biologisch afbreekbaar, terwijl polymelkzuur uit D- en L-isomeren al binnen enkele weken afgebroken worden. De productieroute staat beschreven in onderstaande diagram.

Verwerking en beschikbaarheid
Het volledig transparante PLA kan door middel van (sheet)extrusie worden geëxtrudeerd tot folie. Uit deze sheets kunnen ook middels dieptrekken vormdelen gevormd worden (thermovorming). Van PLA kan ook net als bijvoorbeeld PET een fles worden geblazen. Het materiaal kan ook worden geschuimd, al zijn hiervan nog geen producten op de markt. Daarnaast kan PLA ook goed worden verwerkt tot vezels (wovens en non-wovens).
De huidige productiecapaciteit voor verpakkingstoepassingen geschikt polymelkzuur is ongeveer 150 kiloton per jaar en de prijs van het granulaat ligt tussen de 2 en 4 euro per kilo.

Specifieke eigenschappen
De twee meest specifieke eigenschappen van PLA als verpakkingsmateriaal zijn de transparantie en de waterbestendigheid. Daarnaast heeft PLA zeer specifieke gasbarrière-eigenschappen. Een andere typerende eigenschap van PLA-folie is dat het knispert of kraakt. Tenslotte hebben bepaalde varianten van PLA een minder goed geheugen, waardoor het materiaal na vervorming minder snel in haar oorspronkelijke vorm terug zal keren.

Verpakkingstoepassingen
PLA is geschikt als verpakkingsmateriaal voor snoep, groente, fruit, koude dranken, vlees en zuivel.

Andere toepassingen
Melkzuur wordt ook geproduceerd in het menselijk lichaam. Mede daarom wordt PLA gebruikt in medische toepassingen. Een andere toepassing is als vezel in kleding en tapijt.

terug naar begin van deze pagina

 

Polyhydroxyalkanoaten (PHA’s)

Herkomst
Polyhydroxyalkanoaten (PHA’s), waarvan polyhydroxybutyraat (PHB) de meest bekende vorm is, kunnen worden geproduceerd door sommigen bacteriën, gisten of planten. Bij planten en gisten is altijd genetische modificatie noodzakelijk om ze PHA’s te laten produceren. Bij bacteriën wordt er gebruik gemaakt van genetische modificatie om de productiecapaciteit te verhogen of materiaaleigenschappen te veranderen.

Verwerking en beschikbaarheid
De eigenschappen van PHAs zijn afhankelijk van de monomeersamenstelling, en afhankelijk van deze samenstelling is het mogelijk om een grote variëteit aan PHAs te produceren. PHB is een hoogkristallijn thermoplastisch materiaal, terwijl PHAs met een relatief gemiddelde ketenlengte elastomeren zijn met een laag smeltpunt en lage krystalliniteit. Ondanks het feit dat PHAs materiaaltechnisch een zeer hoge potentie hebben, worden ze op dit moment slechts op zeer beperkte schaal geproduceerd. Er wordt echter veel onderzoek gedaan naar goedkope productiemethodes waardoor het mogelijk moet worden om ook deze materialen tegen een aanvaardbare prijs te produceren.

Specifieke eigenschappen
Afhankelijk van de samenstelling kan er een range aan materiaaleigenschappen worden geproduceerd, van flexibel, rubberachtige tot rigide materialen. Een interessant gegeven met betrekking tot voedselverpakkingen is de lage water(damp)doorlatendheid, die vergelijkbaar is met die van LDPE.

Verpakkings- en andere toepassingen
Mogelijke toepassingen van PHAs zijn legio. Op dit moment zijn echter geen toepassingen op de markt. In het verleden zijn onder meer shampooflessen, credit cards en kleerhangers geproduceerd.

terug naar begin van deze pagina

Synthetisch composteerbare polyesters

Herkomst
Er bestaan ook synthetische polymeren die composteerbaar zijn. Van deze materialen zijn poly(caprolacton) (PCL) en alifatisch co-polyester voorbeelden van polyesters. Deze polymeren zijn volledig composteerbaar maar niet vervaardigd uit hernieuwbare grondstoffen. Deze materialen worden volgens een klassieke synthetische route vervaardigd uit aardolie. Echter, door specifieke processtappen te nemen is het mogelijk een biologisch afbreekbaar synthetisch plastic te maken.

Verwerking en beschikbaarheid
De verwerkbaarheid van deze polyesters is vergelijkbaar met reguliere polyesters hoewel de verwerkingstemperatuur lager is. De prijs van deze speciale polyesters is afhankelijk van de grade en ligt tussen de 3 en 5 euro per kilo.

Specifieke eigenschappen
Eigenschappen van deze polyesters zijn vergelijkbaar met reguliere polyestermaterialen. Vanwege de biologische afbreekbaarheid en daarmee de hoge prijs en vanwege het feit dat ze uit aardolie zijn vervaardigd worden polyesters veel in combinatie met één van de materialen uit de andere categorieën gebruikt. Zo worden deze materialen ingezet met zetmeel toegepast om de watergevoeligheid van het zetmeel te verminderen.

Verpakkingstoepassingen
Een mogelijke toepassing is te vinden in de foliemarkt als blend of laminaat maar ook als monomateriaal. Te denken valt aan zakken voor groente en fruit. Ook kunnen dit soort materialen worden gebruikt als laminaat in of op trays voor bijvoorbeeld vlees- of visverpakkingen.

terug naar begin van deze pagina