Preliminary Studies on Degradability of Irradiated Polyesters in the Baltic Sea

• Autorzy: Katarzyna Krasowska , Rafał Malinowski

Warianty tytułu

Wstępne badania nad podatnością napromieniowanych poliestrów na degradację w Morzu Bałtyckim

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Degradation of biodegradable polyesters has been studied extensively, but there is only limited knowledge about effect of irradiation on theirs degradability. The effective degradation of biodegradable polyesters by plastic degrading microorganisms is essential to avoid plastic residuals in the environment. The presence of variety microbes in the natural environment supports faster biodegradation. Unfortunately exist the significant lack knowledge of behaviours biodegradable polyesters in aqueous natural environments such as marine environment .The aim of this work was the estimation of the susceptibility to degradation of electron irradiated biodegradable polyesters during 4 months incubation in the Baltic Sea. The polylactide (PLA, NatureWorks®), poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT, BASF) and the PLA/PBAT blends in weight ratio as follows: 80/20, 60/40, 40/60, and 20/80 were incubated in the Baltic Sea. Characteristic parameters of natural environment were monitored during the four moths of polyester incubation and theirs influence on polyester degradation was discussed. Degradability of polyesters in natural environment of sea water was evaluated based on weight losses and changes of polymer surface morphology. The degradation study revealed that non-irradiated and irradiated PLA has required more time to be destroyed in the the Baltic Sea. The physical cross-linking of PLA by radiation not expedited degradabilty of PLA in the Baltic Sea. On the other hand the changes of nonirradiated and irradiated PBAT indicate that radiation crosslinking of the PBAT hinders its environmental degradation during short time of incubation. (original abstract)

Nieustannie badana jest degradacja biodegradowalnych poliestrów, jednakże wiedza na temat wpływu promieniowania na ich podatność na degradację jest bardzo ograniczona. Skuteczna degradacja biodegradowalnych poliestrów przez organizmy żywe ma zasadnicze znaczenie w rozwiązywaniu problemów dotyczących zanieczyszczania środowiska naturalnego odpadami z tworzyw sztucznych. Obecność różnorodnych makro i mikroorganizmów w środowisku naturalnym sprzyja szybszej biodegradacji polimerów. Niestety istnieje znaczący brak wiedzy na temat zachowań biodegradowalnych poliestrów w naturalnych środowiskach wodnych, takich jak środowisko morskie. Celem niniejszej pracy była ocena podatności napromieniowanych poliestrów na degradację w Morzu Bałtyckim podczas 4 miesięcy inkubacji. Badania obejmowały inkubację polilaktydu (PLA, NatureWorks®), poli(adypinianu 1,4 butylenu-co-tereftalanu 1,4-butylenu) (PBAT, BASF) oraz mieszanin PLA/PBAT w stosunku wagowym 80/20, 60/40, 40/60, and 20/80. W czasie prowadzonej degradacji środowiskowej kontrolowano charakterystyczne parametry Morza Bałtyckiego i oceniano ich wpływ na degradację poliestrów. Podatność poliestrów na degradację w naturalnym środowisku wody morskiej oceniano na podstawie zmian masy i zmian morfologicznych powierzchni polimeru. Przeprowadzone badania wykazały, że zarówno nienapromieniowany jak i napromieniowany PLA wymaga znacznie dłuższego czasu inkubacji w Morzu Bałtyckim. Fizyczne sieciowanie PLA z wykorzystaniem promieniowania nie zwiększa jego podatności na degradację w Morzu Bałtyckim. Z drugiej strony zmiany nienapromieniowanego i napromieniowanego PBAT wskazują, że sieciowanie radiacyjne utrudnia jego degradację środowiskową podczas tego krótkiego czasu inkubacji. (abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Water pollution; Polymers; Biodegradation; Research results

PL

Zanieczyszczenie wód; Polimery; Biodegradacja; Wyniki badań

• Czasopismo: Towaroznawcze Problemy Jakości
• Rocznik: 2019
• Numer: nr 1
• Strony: 105--118

Twórcy

autor

Katarzyna Krasowska

• Gdynia Maritime University, Poland

autor

Rafał Malinowski

• Gdynia Maritime University, Poland

Bibliografia

• [1] Boerger, C., G. Lattin, S. Moore, C. Moore. 2010. "Plastic ingestion by planktivorous fishes in the north Pacific Central Gyre". Marine Pollution Bulletine 60 : 2275-2278.
• [2] Avery-Gomm, S., P. O'Hara, L. Kleine, V. Bowes, L. Wilson, K. Barry. 2012. "Northern fulmars as biological monitors of trends of plastic pollution in the eastern north Pacific". Marine Pollution Bulletine 64 : 1776-1781.
• [3] Pathak V., Navneet. 2017. "Review on the current status of polymer degradation: a microbial approach". Bioresurces and Bioprocessing 4 : 1-15.
• [4] Stloukal P., A. Kalendova, H. Mattausch, S. Laske, C. Holzer, M. Koutny. 2015. "The influence of a hydrolysis-inhibiting additive on the degradation and biodegradation of PLA and its anocomposites". Polymer Testing 41 : 124-132.
• [5] Stloukal P., Pekarova S., Kalendova A., Mattausch H., Laske S., Holzer C., Chitu L., Bodner S., Maier G., Slouf M., Koutny M. 2015. "Kinetics and mechanism of the biodegradation of PLA/clay nanocomposites during thermophilic phase of composting process". Waste Management 42 : 31-40.
• [6] Hyun Jeong Jeon, Mal Nam Kim. 2013. "Biodegradation of poly(L-lactide) (PLA) exposed to UV irradiation by a mesophilic bacterium". International Biodeterioration & Biodegradation 85 : 289-293.
• [7] Zhang X., M. Espiritu, A. Bilyk, L. Kurniawan. 2008. "Morphological behavior of poly(lactic acid) during hydrolytic degradation". Polymer Degradation and Stabillity 93(10) : 1964-1970.
• [8] Gan Z., K. Kuwabara, M. Yamamoto, H. Abe, Y. Doi. 2004. "Solid-state structures and thermal properties of aliphatic-aromatic poly(butylene adipate-co-butylene terephthalate) copolyesters". Polymer Degradation and Stabillity 83(2) : 289-300.
• [9] Zhu K., W. Zhu, Y. Gu, Z. Shen, W. Chen, G. Zhu. 2007. "Synthesis and characterization of poly(butylene adipate-co-terephthalate) catalyzed by rare earth stearates". Chinese Journal of Chemistry 25(10) : 1581-1583.
• [10] Kijchawengkul T., R. Auras, M. Rubino, E. Alvardo, J. Camacho Montero, J. Rosales. 2010. "Atmospheric and soil degradation of aliphatic-aromatic polyester films". Polymer Degradation and Stabillity 95(2) : 99-107.
• [11] Malinowski R. 2016. "Application of the electron radiation and triallyl isocyanurate for production of aliphatic-aromatic co-polyester of modified properties". International Journal of Advanced Manufacturing Technology 87 : 3307-3314.
• [12] Rytlewski P., R. Malinowski, K. Moraczewski, M Żenkiewicz. 2010. "Influence of some crosslinking agents on thermal and mechanical properties of electron beam radiated polylactide". Radiation Physics and Chemistry 79 : 1052-1057.
• [13] Nagasawa N., A. Kaneda, S. Kanazawa S. Yagi T. H. Mitomo, F. Yoshii, M. Tamada. 2005. "Application of poly(lactic acid) modified by raddiation crosslinking" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B 236 : 611-616.
• [14] Choi J., C. Jung, I. Hwang. 2013."Preparation and characterization of crosslinked poly(butylene adipate co-terepthalate)/polyhedral oligomeric silsesquioxane nanocomposite by electron beam irradiation". Radiation Physics and Chemistry 82 : 100-105.
• [15] Hwang I., C. Jung, I. Kuk, J. Choi, Y. Nho. 2010. "Electron beam-induced crosslinking of poly(butylene adipate co-terepthalate)". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B 268 : 3386-3389.
• [16] Żenkiewicz M., R. Malinowski, P. Rytlewski, A. Richert, W. Sikorska, K. Krasowska. 2012. "Some composting and biodegradation effects of physically or chemically crosslinked poly(lactic acid)". Polymer Testing 31 : 83-92.
• [17] Żenkiewicz M., A. Richert, R. Malinowski, K. Moraczewski. 2013. "A comparive analysis of mass losses of some aliphatic polyesters upon enzymatic degradation". Polymer Testing 32 : 209-214.
• [18] Benyathiar P., S. Selke, R. Auras. 2016. "The effect of gamma and electron beam irradiation on biodegradability of PLA films". Journal of Polymer and Environment 24 : 230-240.
• [19] Tsuji H., Y. Echizen, Y. Nishimura. 2006. "Enzymatic degradation of poly(L-lactic acid): effects of UV irradiation". Journal of Polymer and Environment 14 : 239-248.
• [20] Karak N. 2012, Vegetable Oil-based Polymers, Properties, Processing and Applications, Woodhead Publishing Limited, Oxford-Cambridge-Philadelphia-New Delhi
• [21] Dean K., P. Sangwan, C. Way, M. Nikolic. 2012. Biodegradability Characterization of Polymer Nanocomposites. W Characterization Techniques for Polymer Nanocomposites, 323-347. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. K.GaA.
• [22] Tsuji H., K. Suzuyoshi. 2002. "Environmental degradation of biodegradable polyesters 1. Poly(ɛ-caprolactone), poly[(R)-3-hydroxybutyrate], and poly(L-lactide) films in controlled static seawater". Polymer Degradation and Stability 75( 2) : 347-355.
• [23] Tsuji H., K. Suzuyoshi. 2002. "Environmental degradation of biodegradable polyesters 2. Poly(ɛ -caprolactone), poly[(R)-3-hydroxybutyrate], and poly(L-lactide) films in natural dynamic seawater". Polymer Degradation and Stability 75( 2) : 357-362.
• [24] Krasowska K., J. Brzeska, M. Rutkowska, P. Dacko, M. Sobota, M. Kowalczuk. 2008. "Wpływ modyfikacji poli(D,L-laktydu) dodatkiem poli[(R,S)-3-hydroksymaślanu] na przebieg jego degradacji w środowiskach naturalnych". Polimery 53 : 730-736.
• [25] Kasuya K., K. Takagi, S. Ishiwatari, Y. Yoshida, Y. Doi. 1998. "Biodegradability of various aliphatic polyesters in natural waters". Polymer Degradation and Stabillity 59(1-3) : 327-332.
• [26] Deroine M., A. Le Duigou, Y. Corre, P. Le Gac, P. Davies, G. Cesar, S. Bruzaud. 2014. "Accelerated ageing of polylactide in aqueous environments: Comparative study between distilled water and seawater". Polymer Degradation and Stabillity 108 : 319-329.
• [27] Lenz R.W. 1993. Biodegradable polymers. W Advances in Polymer Science, 1-40. Springer-Velay Berlin, Heidelberg
• [28] Krzymiński W. 2013. "Wstępna ocena stanu środowiska wód morskich polskiej strefy Morza Bałtyckiego" (Preliminary assessment of the environmental status of marine waters of the Polish zone of the Baltic Sea). Gdynia : GIOŚ, IMGW-PIB. https://www.mos.gov.pl
• [29] Falkiewicz-Dulik M, K. Janda, M. Wypych. 2010. Handbook of Biodegradation, Biodeterioration and Biostabilization. Toronto: ChemTec Publishing.
• [30] Yew G., A. Mohd Yuosof, Z. Mohd Ishak, U. Ishiaku. 2005. "Water absorption and enzymatic degradation of poly(lactic acid)/rice composites". Polymer Degradation and Stabillity 90 : 488-500.
• [31] Krasowska K, J. Brzeska, M. Rutkowska, H. Janik, M. Sreekala, K. Goda, S. Thomas. 2010. "Environmental degradation of Ramie fibre reinforced biocomposites". Polish Journal of Environmental Studies 19 (5) : 937-945.
• [32] Walczak M., M. Świontek-Brzezińska, A. Sionkowska, M. Michalska, U. Jankiewicz, E. Deja-Sikora. 2015. "Biofilm formation on the surface of polylactide during its biodegradation in different environments". Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 136 : 340-345.
• [33] Kale G., R. Aurus, S. Singh. 2006. "Degradation of comercial biodegradable packages under real composting and ambient exposure conditions". Journal of Polymer and Environment 14 : 317-334.
• [34] Stloukal P., V. Verney, S. Commereuc, J. Rychly, L. Matisova-Rychlá, V. Pis, M. Koutny, 2012. "Assessment of the interrelation between photooxidation and biodegradation of selected polyesters after artificial weathering". Chemosphere 88 : 1214-1219.
• [35] Hyun Jeong Jeon, Mal Nam Kim. 2013. "Biodegradation of poly(L-lactide) (PLA) exposed to UV irradiation by a mesophilic bacterium". International Biodeterioration & Biodegradation 85 : 289-293.
• [36] Richert A., M. Walczak, M. Świontek-Brzezińska. 2013. "The influence of modified polyhexamethylene guanidine PHMG on the biodegradation of polylactide". Biodeterioration and Biodegraation 84 : 97-103.

Identyfikatory

DOI

10.19202/j.cs.2019.01.10