กลไกการทำงานของ เทคโนโลยี Pro-Degradant (d2w) เพื่อทำพลาสติกให้เป็น Oxo-biodegradable Plastics

Pro-Degradant (d2w)

เป็นเทคโนโลยี ใช้ได้ผลดี เพื่อเปลี่ยนพลาสติกประเภท โพลีโอเลฟินส์และอนุพันธ์*  ให้สามารถย่อยสลายได้เองในสิ่งแวดล้อม ในเวลาไม่กี่ปี  แทนที่จะต้องรอหลายๆ ร้อยปีกว่ามันจะเสื่อมสลายตามธรรมชาติ

* โพลีเอธิลลีน และ โพลีโพรพิลีน รวมทั้งโคโพลีเมอร์ และอนุพันธ์ของโพลีเมอร์ที่ตั้งต้นจากโพลีโอเลฟินส์ ตัวอย่าง, EVA คือ เอธิลลีนไวนิลอะซีเตท โคโพลีเมอร์ ซึ่งเป็นโคโพลีเมอร์ ระหว่าง เอธิลลีน กับ ไวนิลอะซีเตท

■ การใช้งานด้วยเทคโนโลยีนี้ในทางปฏิบัติ

จะทำการผสมสารเติมแต่งในรูปแบบ มาสเตอร์แบทช์ (d2w)

ในสัดส่วนที่ต่ำ (กรณีทั่วไป ประมาณ 1%) ในขั้นตอนการผลิตสินค้าพลาสติกสำเร็จรูป



■สินค้าพลาสติกจะสามารถระบุ

**อายุการเก็บ และ ***อายุการใช้งาน รวมทั้งอัตราการย่อยสลาย

และความต่อเนื่องในการย่อยสลายเอง หากถูกทิ้งไปเป็นขยะในสิ่งแวดล้อม

นับจากวันที่ d2w ถูกผสมเข้าไปในสินค้า

** ช่วงระหว่างในคลังสินค้า และ การขนส่ง 

*** สำหรับสินค้าพลาสติกที่ออกแบบให้ใช้งานทั้งในสภาพกลางแจ้งและสภาพในร่ม จะมีสูตรแตกต่างจากสำหรับสินค้าพลาสติกที่ออกแบบให้ใช้งานในสภาพในที่ร่มเท่านั้น     และแน่นอน การออกแบบสูตรจะมีความเคร่งครัด ครอบคลุมถึง สินค้าต่างประเภทกัน ที่ใช้งานในเงื่อนไขและสภาพแวดล้อมอื่นๆ ต่างกันด้วย

ความสมดุล ระหว่าง อายุการเก็บและอายุการใช้งาน และการกระบวนการย่อยสลาย ถูกออกแบบไว้อย่างระมัดระวัง ด้วยสัดส่วนที่เหมาะสมของสารเติมแต่ง Pro-Degradant ในรูปมาสเตอร์แบทช์ เพื่อให้สินค้ามีอายุการจัดเก็บ (ก่อนถูกใช้งาน) รวมทั้งอายุการใช้งานนั้น  มีคุณสมบัติเชิงกล กายภาพ รูปลักษณ์ คุณสมบัติทางเคมี  คงเหมือนดั่งสินค้าปกติที่ไม่มี d2w ผสมเข้าไป
ทันทีที่สินค้าพลาสติกหมดการใช้งาน และไปตกค้างในสิ่งแวดล้อมแล้วถูกแรงกระทำด้วยปัจจัยธรรมชาติ เช่น ความร้อน แสงยูวี  ความเครียดเชิงกล เช่น ลม ฝน แรงเสียดสี แรงตึงเครียดจากชั้นดิน ฯลฯ  เป็นตัวเสริมเข้ากับ Pro-Degradant ช่วยเร่งทำลายสารเติมแต่งดั้งเดิม (ที่เติมในพลาสติกให้มีความคงทน)  ให้หมดลงและเกิดกระบวนการย่อยสลายในเฟสแรก  วงจรขั้นนี้สามารถควบคุมผ่านสัดส่วนที่ออกแบบอย่างเหมาะสมใน d2w.



 
■ พลาสติกประเภทโพลีโอเลฟินส์ (โพลีเอธิลลีน และ โพลีโพรพิลีน)

รวมทั้งโคโพลีเมอร์ และอนุพันธ์ของโพลีเมอร์ที่ตั้งต้นจากโพลีโอเลฟินส์ เหล่านี้

จะมีกระบวนการย่อยสลาย สองขั้นตอนต่อเนื่องในสิ่งแวดล้อมดังนี้

(A) The Abiotic = การย่อยสลายทางเคมีของสายโซ่โพลีเมอร์ (ได้ด้วยการควบคุมผ่าน d2w)

(B) The Biotic = การย่อยสลายสิ่งที่เหลือจากขั้นแรก โดยการกินของจุลินทรีย์

 

(A) ขั้นตอนแรก คือ Abiotic Phase
วงจรปฏิกิริยาเคมีนี้ได้ถูกออกแบบและควบคุมให้เกิดขึ้นโดยแพคเกจ Pro-degradant ใน d2w 

อนุภาคอนุมูลอิสระจากออกซิเจนในอากาศ และ สารไฮโดรเปอร์ออกไซด์เข้าทำลายพันธะในสายโซ่โพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงทำให้เกิดการตัด และ ย่อย สายโซ่โพลีเมอร์ให้สั้นลง โดยมีตัวเร่งเสริมจากจากสภาวะแวดล้อมที่มีต่อพลาสติก เช่น  แสงรังสียูวี ความร้อน ความเครียดเชิงกล ฯลฯ

 โดยโครงสร้างหลัก 3 อย่างในพลาสติกได้ถูกแปรสภาพไปในขั้นตอนนี้  (ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่ทำให้เกิดกระบวนการย่อยสลายแบบชีวภาพในขั้นที่สองต่อไป )

1) น้ำหนักโมเลกุล (Mw) ของพลาสติกที่มีขนาดมาโคร จะถูกย่อยให้ลดลงไปอย่างมาก   พลาสติกดั้งเดิมที่มีน้ำหนักโมเลกุล 250,000 - 350,000 Daltons จะถูกย่อยเหลือให้ต่ำกว่า 5000 Daltons. ซึ่งเป็นระดับที่จุลินทรีย์มีความสามารถบ่มย่อยเป็นอาหารเพื่อแปลงเป็นพลังงานได้

2) ส่วนประกอบของสายโซ่โพลีเมอร์ที่ดั้งเดิมมีเพียงคาร์บอนและไฮโดรเจน (เป็นเชื้อเพลิง ไม่ใช่อาหาร) จะถูกออกซิเจนทำปฏิกิริยากพันธะเคมีบริเวณปลายสายโซ่ ก่อให้เกิด organic functional groups ที่ประกอบด้วย คาร์บอน + ไฮโดรเจน + ออกซิเจน  (ตย. หมู่อินทรีย์ เช่น กรดคาร์บอกซิลิก, กรดไฮโครคาร์บอกซิลิก, อัลดีไฮด์, คีโตน, แอลกอฮอล์, เอสเธอร์ เป็นต้น )  ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่เริ่มใช้บริโภคในห่วงโซ่พลังสำหรับจุลินทรีย์ได้

   3) โพลีเมอร์เป็นวัสดุที่ไม่เข้ากับน้ำ ตัวอย่างเช่น เมื่อเราหยดน้ำลงบนฟิล์มพลาสติก หยดน้ำจะคงรูปเป็นหยดบนผิวฟิล์ม  แต่เมื่อพลาสติกเริ่มกระบวนการถูกย่อยสลาย น้ำจะถูกดูดซับโดยเศษที่เหลือจากการย่อยสลาย  ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับจุลินทรีย์ สามารถชีวิตจากการอาศัยบนพื้นผิวโพลีเมอร์ได้ต่อเนื่อง เติบโต ขยายจำนวน โดยการบริโภคพลาสติกที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำพอ และมี Orgnaic Functional Groups เป็นอาหารนั่นเอง

(B)  ขั้นตอนที่สอง คือ Biotic Phase  

จุรินทรีย์ พร้อมที่จะบริโภคเศษพลาสติกที่โครงสร้างหลักถูกแปรสภาพจากขั้นตอนแรกแล้ว เมื่อกระบวนการ Biotic เสร็จสิ้น จะเหลือ

•  คาร์บอนไดออกไซด์ (จากกระบวนการหายใจของจุลินทรีย์) 
•  น้ำ
•  ชีวมวล ซึ่งเป็นเศษซากจุลินทรีย์ที่ตายแล้ว 

โดยชีวมวลเหล่านี้มีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมในแง่ที่ความเป็นฮิวมัส ซึ่งจะกลายเป็นปุ๋ยธรรมชาติกลับสู่ดิน  เศษซากทั้งหมดที่เกิดจากการย่อยสลายพลาสติกจากทั้งสองขั้นตอนสามารถยืนยันได้โดยการทดสอบภายใต้มาตรฐานเพื่อพิสูจน์ทดลอง  ASTM D-6954-18 

■ ในแง่พิษวิทยาต่อสิ่งแวดล้อม เรายังสามารถพิจารณาเพิ่มเติมต่อด้วยขั้นตอนที่สาม เพื่อตรวจสอบว่าพลาสติกที่ย่อยสลายแล้ว จะไม่ปนเปื้อนและไม่ก่อให้เกิดสารประกอบที่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม 

ซึ่งมาตรฐานการทดสอบ  ASTM D-6954-18 ได้ให้หลักการการประเมิน ทั้งสามขั้นตอนของเทคโนโลยี Oxo-Biodegradable Plastic ไว้แล้ว