Παράγοντες που επηρεάζουν την αποικοδόμηση

Η περιγραφή , η μέτρηση και ο έλεγχος της αποικοδόμησης των πλαστικών περιπλέκονται από 3 σημαντικούς παράγοντες:

 


Α ) Τα πλαστικά μπορούν και κάνουν αποικοδόμηση με πολλούς τρόπους , διαδοχικά ή ταυτόχρονα.


Τα πλαστικά μπορούν και θραυσματοποιούνται με την εφαρμογή φυσικών δυνάμεων. Η θραυματοποίηση συχνά παίζει σπουδαίο ρόλο στα πρώιμα στάδια της αποικοδόμησης και μπορεί να επιτελείται από μηχανικές δυνάμεις , όπως όταν ραγίσει , σπάσει , τεμαχιστεί , κονιορτοποιηθεί ή υποστεί επιφανειακή διάβρωση. Φυσική επιδείνωση μπορεί ακόμη να προκληθεί από την επίδραση του νερού ή άλλων διαλυτών, όπου υπάρχει έκπλυση. Ο βαθμός θραυσματοποίησης είναι σημαντικός , διότι όταν υπάρχει μεγάλος αριθμός μικρών κομματιών η συνολική επιφάνεια του πλαστικού που εκτίθεται για να αντιδράσει είναι μεγαλύτερη και η συγκέντρωση του “προσβάσιμου’’ πλαστικού υλικού αυξάνει.
Οι χημικές αλλαγές μέσα στο πλαστικό μπορούν να συμβούν και πιθανόν να ξεκινήσουν με αβιοτική αποικοδόμηση. Στη χημική αποικοδόμηση γίνονται αντιδράσεις του πλαστικού με χημικές ουσίες του περιβάλλοντος , όπως νερό, οξέα και άλλα χημικά .Η αποικοδόμηση που επιτελείται με χημικές αντιδράσεις περιλαμβάνει συνήθως διάσπαση της αλυσίδας- θραυματοποίηση της πολυμερικής αλυσίδας του πλαστικού. Η υδρόλυση και η οξείδωση μπορούν επίσης να ενδιαφέρουν στην περίπτωση των πλαστικών. Η επιφανειακή διάβρωση για παράδειγμα μπορεί να είναι το αποτέλεσμα της διάσπασης της αλυσίδας από υδρόλυση. Φωτοαποικοδόμηση με την επίδραση του ηλιακού φωτός, επίσης μπορεί να συμβεί και να επιφέρει επιπλέον χημικές μεταβολές.
Την ίδια στιγμή το πλαστικό μπορεί να προσβληθεί δραστικά από μικροοργανισμούς –η εμφάνιση της βιοαποικοδόμησης. Όλοι αυτοί οι τρόποι είναι πιθανοί για την αποικοδόμηση του πλαστικού.

 


Β ) Τα προϊόντα της αποικοδόμησης των πλαστικών σε μια συγκεκριμένη περίπτωση εξαρτώνται από το περιβάλλον που αυτά έχουν τοποθετηθεί.


Η κινητική των αντιδράσεων την αποικοδόμησης των πλαστικών εξαρτάται από τον ξηρό αέρα , τον υγρό αέρα , το έδαφος ,τη χωματερή , το περιβάλλον κομποστοποίησης, τα λύματα, το γλυκό νερό ή το θαλάσσιο περιβάλλον. Κάθε περιβάλλον έχει τις δικές του χαρακτηριστικές συγκεντρώσεις παραγόντων όπως :οξυγόνου, νερού, άλλων χημικών, της ηλιοφάνειας, και των μικροοργανισμών αποικοδόμησης.
Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος, οι χημικοί μηχανισμοί με τους οποίους γίνεται η αποικοδόμηση μπορεί να είναι σχετικά λιγότερο ή περισσότερο αποτελεσματικοί. Σε κάποιο περιβάλλον ένας αποικοδομητικός μηχανισμός θα μπορούσε να είναι πολύ αποτελεσματικός , ενώ σε άλλο περιβάλλον θα μπορούσε να μην είναι λόγω έλλειψης των κατάλληλων συνθηκών. Επίσης σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος , μπορεί να υπάρχει μεγαλύτερη ή μικρότερη συγκέντρωση χημικών ουσιών που αντιδρούν με το πλαστικό κατά την αποικοδομητική διαδικασία.
Για παράδειγμα, είναι το πλαστικό στεγνό ή είναι σε επαφή με νερό ; το νερό παίζει σημαντικό ρόλο στην επιτάχυνση της αποικοδόμησης επιτρέποντας να λάβει χώρα υδρόλυση. Είναι εκτεθειμένο στο ηλιακό φως ή είναι θαμμένο στο έδαφος ή έχει βουλιάξει στο νερό και δεν δέχεται τις ακτίνες του ήλιου ;Όπως η έκθεση στο νερό έτσι και η έκθεση στις ηλιακές ακτίνες μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το ρυθμό αποικοδόμησης.

 


Γ ) Ανεξάρτητα από το περιβάλλον , ο ρυθμός της αποικοδόμησης των πλαστικών εξαρτάται από τη χημική σύσταση του πλαστικού


Ο ρυθμός της αποικοδόμησης εξαρτάται από τη χημική του σύσταση και μερικά πλαστικά αποικοδομούνται πιο γρήγορα από άλλα γιατί τα συστατικά πολυμερή είναι διαφορετικά στη χημική τους σύσταση.
Ένας παράγοντας που ερμηνεύει την αποικοδομησιμότητα του πολυμερούς είναι η φύση των χημικών δεσμών που είναι παρόντες. Η χημική δομή από τα 4 πιο συνηθισμένα θερμοπλαστικά είδη- πολυαιθυλένιο, πολυβινυλοχλωρίδιο, πολυπροπυλένιο και πολυστυρένιο, - περιέχει μόνο απλούς δεσμούς μεταξύ ανθράκων στον ανθρακικό σκελετό .Αυτό το χαρακτηριστικό τα κάνει ιδιαίτερα ανθεκτικά στην αποικοδόμηση Η αντίσταση του πολυαιθυλενίου (ως τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο) άρθηκε λίγο αργότερα
Η πολυβινυλοαλκοόλη είναι ένα από τα σπάνια πολυμερή που έχει απλούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων του ανθρακικού σκελετού και είναι βιοδιασπώμενο. Η τακτική εμφάνιση της υδροξυλομάδας σε άλλα άτομα άνθρακα μέσα στο πολυμερές κάνει την αλληλεπίδραση του με το νερό πολύ ισχυρή. Εξαιτίας του σχηματισμού μεγάλου αριθμού δεσμών υδρογόνου η πολυβινυλοαλκοόλη είναι πολύ υδρόφιλη και διαλυτή στο νερό, γεγονός που βοηθά στην αποικοδόμηση με υδρολυτικό μηχανισμό. Η πολυβινυλοαλκοόλη είναι μια εξαίρεση στον κανόνα ότι τα πολυμερή με απλούς δασμούς είναι ανθεκτικά στην αποικοδόμηση.


Το πολυϊσοπρένιο είναι ένα φυσικό ελαστικό που αποτελείται από ανθρακικό σκελετό που περιέχει διπλούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων άνθρακα. Τα φυσικά ελαστικά είναι περιβαλλοντικά αποικοδομήσιμα μέσω της οξείδωσης των διπλών δεσμών –από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο- και παράγονται αλδεΰδες και καρβοξυλικά οξέα .Οι αλυσίδες διασπώνται και τελικά μειώνεται το μήκος τους σε τέτοιο σημείο που η βιοαποικοδόμηση προχωρά και ακολουθεί πλήρης ανοργανοποίηση. Μετά την επεξεργασία του φυσικού ελαστικού, αυτό γίνεται πολύ ανθεκτικό στην αποικοδόμηση , όχι εξαιτίας της χημικής δομής του ,αλλά λόγω της επεξεργασίας που περιλαμβάνει την προσθήκη αντιοξειδωτικών.
Η ύπαρξη απλών δεσμών μεταξύ των ανθράκων στις πολυολεφίνες τις κάνει υδρόφοβες .Δεν είναι δεκτικές στην υδρολυτική αποικοδόμηση, μπορούν όμως να αποικοδομηθούν διαμέσου οξειδωτικών μηχανισμών , αλλά όχι άμεσα, και η διαδικασία αυξάνει την αντίστασή τους. Όπως και στα ελαστικά τα αντιοξειδωτικά προστίθεται για να αποκτήσουν μεγαλύτερη σταθερότητα.
Εκτός από τη φύση των χημικών δεσμών που είναι παρόντες , οι διακλαδώσεις της αλυσίδας ακόμη και η στερεοχημεία τους (η λεπτομερής χωρική διάταξη ατόμων και δεσμών) παρουσιάζουν επίσης ενδιαφέρον. Το μοριακό βάρος του πολυμερούς μπορεί να είναι και αυτό σημαντικό , όπως και η ελαστικότητα της αλυσίδας.


Η μορφολογία του πολυμερούς παρουσιάζει επίσης ενδιαφέρον , όπως η έκταση της επιφάνειας και ο βαθμός κρυσταλλικότητας. Ο βαθμός κρυσταλλικότητας έχει ενδιαφέρον στην περίπτωση των πολυολεφινών διότι το οξυγόνο δεν μπορεί πολύ εύκολα να διεισδύσει στο κρυσταλλικό πλέγμα, και έτσι είναι αδιαπέραστα στο οξυγόνο. Οξείδωση των πολυολεφινών συμβαίνει κυρίως στις άμορφες περιοχές.
Ο βαθμός κρυσταλλικότητας έχει ενδιαφέρον για την περίπτωση των πολυεστέρων , διότι οι κρυσταλλικές περιοχές είναι λιγότερο προσιτές στο νερό από τις άμορφες , κάνοντας τους πολυεστέρες υψηλής κρυσταλλικότητας ιδιαίτερα ανθεκτικούς στην υδρολυτική αποικοδόμηση. Το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο ,για παράδειγμα, που περιέχει άτομα οξυγόνου στο σκελετό του ,είναι ωστόσο πολύ ανθεκτικό στην αποικοδόμηση εξαιτίας της μεγάλης κρυσταλλικότητάς του και το νερό έχει πολύ μικρή πρόσβαση στην εστερική ομάδα που μπορεί να υδρολυθεί.
Ακόμα ο βαθμός κρυσταλλικότητας καθορίζεται εν μέρει από τη χημική δομή .Στο τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο οι μεγάλες ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αλυσίδων που οδηγούν στην υψηλή κρυσταλλικότητα , είναι το αποτέλεσμα ισχυρών αλληλεπιδράσεων ανάμεσα στις φαινυλομάδες των γειτονικών αλυσίδων. Το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο είναι τόσο κατάλληλο για συσκευασία νερού και υδατικών διαλυμάτων – όπως αναψυκτικά και μπύρα-πρωτίστως διότι μπορεί να μείνει σε επαφή με αυτά χωρίς να συμβεί υδρόλυση.


Η αποικοδόμηση συνθετικών πολυεστέρων , πολυκαπρολακτόνης και πολυγλυκονικού οξέος, γίνεται το πιθανότερο με υδρολυτικά, επειδή χωρίζονται από την ομάδα -CH2- η οποία προσδίδει κάποια ευελιξία στην αλυσίδα. Ακόμη και όταν παρασκευάζονται σε πολύ κρυσταλλικές μορφές , και μερικές είναι τέτοιες, η ευκαμψία της αλυσίδας επιτρέπει την προσέγγιση μορίων νερού. Στο πολυγλυκονικό οξύ οι εστερομάδες χωρίζονται από μία μόνο ομάδα -CH2- , και η μεγάλη συχνότητα εμφάνισης της εστερομάδας κατά μήκος της αλυσίδας προάγει επίσης την υδρόλυση.
Η αποικοδομησιμότητα των πολυμερών ενός πλαστικού ακόμη εξαρτάται από τη διαμόρφωση του πλαστικού , την επεξεργασία του και την κατασκευή του αντικειμένου. Σημαντικές επιδράσεις έχουν η φύση των αλληλεπιδράσεων του πολυμερούς με τα συμπολυμερή , τα πρόσθετα και τα επιχρίσματα. Κατά την μετατροπή ενός πολυμερικού υλικού σε πλαστικό , η αποικοδομησιμότητα μπορεί να μειωθεί δραματικά από την επεξεργασία και την παραγωγή.


Μερικά συνθετικά πλαστικά έχουν παρασκευαστεί για να είναι ανθεκτικά σε όλους τους τύπους αποικοδόμησης. Αυτά χρειάζονται πολύ χρόνο για αποικοδομηθούν μετά την απόρριψή τους , διότι είναι πολύ ανθεκτικά στην βιοαποικοδόμηση μέχρι να προχωρήσει η αβιοτική αποικοδόμηση. Η αβιοτική αποικοδόμηση γίνεται μερικές φορές δύσκολη από τη χημική φύση των πλαστικών. Οι πολυολεφίνες με τους απλούς δεσμούς άνθρακα-άνθρακα είναι εγγενώς ανθεκτικές στην αποικοδόμηση και οι σταθεροποιητές τα κάνουν πιο πολύ .Η αποκοδόμηση γίνεται πιο δύσκολη εξαιτίας του περιβάλλοντος που βρίσκονται μετά την απόρριψή τους.


Η πολυπλοκότητα της αποικοδόμησης των πλαστικών είναι μεγάλη και η επίτευξη παραγωγής πλαστικών με ελεγχόμενο χρόνο ζωής είναι οπωσδήποτε μια πρόκληση. Ωστόσο αν ο στόχος επιδιωχθεί με την ίδια δυναμικότητα που χαρακτήριζε την αναζήτηση μη αποικοδομήσιμων πλαστικών , είναι χωρίς αμφιβολία πιθανό να φτάσουμε σε μια σειρά από προγραμματισμένα αποικοδομήσιμα πλαστικά.