Biodegradation of additive PHBV/PP-co-PE films buried in soil
Rani-Borges, Barbara; Faria, Adriano Uemura; Campos, Adriana de; Gonçalves, Suely Patricia Costa; Martins-Franchetti, Sandra Mara
http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.2127
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.26, n2, p.161-167, 2016
Abstract
There is considerable concern about the impact plastic materials have on the environment due to their durability and resistance to degradation. The use of pro-oxidant additives in the polymer films could be a viable way to decrease the harmful effects of these discarded materials. In this study, films of PHBV/PP-co-PE (80/20 w/w) and PHBV/PP-co-PE/add (80/19/1 w/w/w) (with pro-oxidant additive) were employed to verify the influence of the additive on the biodegradation of these films in the soil. These films were obtained by melting the pellets in a press at 180 °C which were buried in soil columns for 3 and 6 months. Some samples were also heated before being buried in soil. The biodegradation is higher for the additive blend buried for 3 months than for the pre-heated blend. After 6 months the blend buried and heated/buried was completely degraded in soil. The effect of the additive, on chain oxidation, is more time-dependant than heat-dependant.
Keywords
biodegradation, additive, blend, PHBV/PP-co-PE, soil.
References
1. Coelho, N. S., Almeida, Y. M. B., & Vinhas, G. M. (2008). A Biodegradabilidade da blenda de PHBV-Amido anfótero na presença de microrganismos. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 18, 270-276. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282008000300014.
2. Kumar, M., Mohanty, S., Nayak, S. K., & Rahail, M. (2010). Effect of glycidylmethacrylate (GMA) on the thermal, mechanical and morphological property of biodegradable PLA/PBAT blend and its nanocomposites. Bioresource Technology, 101(21), 8406-8415. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2010.05.075. PMid:20573502.
3. Gonçalves, S. P. C., & Martins-Franchetti, S. M. (2013). Respirometric evaluation of the biodegradability of films of PE-PHBV blends. International Journal of Material Science, 3(2), 54-60.
4. Faria, A. U., & Martins-Franchetti, S. M. (2010). Biodegradação de filmes de polipropileno (PP), Poli(3-hidroxibutirato) (PHB) e blenda de PP/PHB por microrganismos das águas do Rio Atibaia. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 20(2), 141-147. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282010005000024.
5. Rosa, D. S., Franco, B. L. M., & Calil, M. G. (2001). Biodegradabilidade e propriedades mecânicas de novas misturas poliméricas. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 11(2), 82-88. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282001000200010.
6. Rosa, D. S., Chui, Q. S. H., Pantano Filho, R., & Agnelli, J. A. M. (2002). Avaliação da Biodegradação de Poli-β-(Hidroxibutirato),Poli-β-(Hidroxibutirato-co-valerato) ePoli-ε-(caprolactona) em solo compostado. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 12(4), 311-317. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282002000400015.
7. Silva, L. F., Gómez, J. G. C., Rocha, R. C. S., Taciro, M. K., & Pradella, J. G. C. (2007). Produção biotecnológica de poli-hidroxialcanoatos para geração de polímeros biodegradáveis no Brasil. Quimica Nova, 30(7), 1732-1743. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422007000700040.
8. Ojeda, T. F. M., Dalmolin, E., Forte, M., Jacques, R. J. S., Bento, F. M., & Camargo, F. A. O. (2009). Abiotic and biotic degradation of oxo-biodegradable polyethylenes. Polymer Degradation & Stability, 94(6), 965-970. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.03.011.
9. Scott, G. (2000). Greenpolymers. Polymer Degradation & Stability, 68(1), 1-7. http://dx.doi.org/10.1016/S0141-3910(99)00182-2.
10. Chiellini, E., Corti, A., & Swift, G. (2003). Biodegradation of thermally-oxidized, fragmented low-density polyethylenes. Polymer Degradation & Stability, 81(2), 341-351. http://dx.doi.org/10.1016/S0141-3910(03)00105-8.
11. Fechine, G. J. M., Santos, J. A. B., & Rabello, M. S. (2006). Avaliação da fotodegradação de poliolefinas através de exposição natural e artificial. Quimica Nova, 29(4), 674-680. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422006000400009.
12. Guedri, L., Amor, S. B., Gardettec, J. L., Jacqueta, M., & Rivaton, A. (2005). Lifetime improvement of poly(ethylene naphthalate) by ZnO adhesive coatings. Polymer Degradation & Stability, 88(2), 199-205. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2004.05.015.
13. Wilhelm, H. M., & Felisberti, M. I. J. (2002). Reactive compatibilization of maleated polypropylene and maleatedpoly(styrene-b-butadiene-b-styrene) blends. Journal of Applied Polymer Science, 86(2), 366-371. http://dx.doi.org/10.1002/app.10977.
14. Coutinho, F. M. B., Mello, I. L., & Santa Maria, L. C. (2003). Polietileno: Principais tipos, propriedades e aplicações. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 13(1), 1-13. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282003000100005.
15. Fernandes, L. L., Freitas, C. A., Demarquette, N. R., & Fechine, G. J. M. (2012). Estudo do efeito do tipo de polipropileno na fotodegradação da blenda polipropileno/poliestireno de alto impacto. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 22(1), 61-68. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282012005000013.
16. Silva, D. F., Araújo, E. M., & Melo, T. J. A. (2012). Desenvolvimento de blendas de poliamida 6/composto de borracha reciclada (SBR-R). Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 7(2), 104-110.
17. Chen, J. H., Zhong, J. C., Cai, Y. H., Su, W. B., & Yang, Y. B. (2007). Morphology and thermal properties in the binary blends of polypropylene-co-ethylene copolymer and isotatic polypropylene with polyethylene. Polymer, 48(10), 2946-2957. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2007.03.037.
18. Pospíšil, J., Horák, Z., Kruliš, Z., Nešpůrek, S., & Kuroda, S. (1999). Degradation and aging of polymers blends. Polymer Degradation & Stability, 65, 405-414. http://dx.doi.org/10.1016/S0141-3910(99)00029-4.
19. Carashi, J. C., Ramos, U. M., & Leão, A. L. (2002). Compósitos biodegradáveis de polihidroxibutirato (PHB) reforçado com farinha de madeira: propriedades e degradação. Acta Scientiarum, 24(6), 1609-1614. http://dx.doi.org/10.4025/actascitechnol.v24i0.2475.
20. Franchetti, S. M. M., & Marconato, J. C. (2006). Polímeros biodegradáveis: uma solução parcial para diminuir a quantidade dos resíduos plásticos. Quimica Nova, 29(4), 811-816. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422006000400031.
21. American Society for Testing and Materials – ASTM. (1991). ASTM D883: standard terminology relating to plastics. West Conshohocken: ASTM.
22. International Organization for Standardization – ISO. (1997) ISO 846: plastics: determination of behavior under the action of fungi and bacteria: evaluation of the action of microorganisms. Geneva: ISO.
23. Imam, S. H., Gordon, S. H., Shogren, R. L., Tosteson, T. R., Govind, N. S., & Greene, R. V. (1999). Degradation of starch PHBV bioplastic. Applied and Environmental Microbiology, 65, 431-437. PMid:9925564.
24. Chandra, R., & Rustgi, R. (1998). Biodegradable polymers. Progress in Polymer Science, 23(7), 1273-1335. http://dx.doi.org/10.1016/S0079-6700(97)00039-7.
25. Arkatkar, A., Arutchelvi, J., Bhaduri, S., Uppara, P. V., & Doble, M. (2009). Degradation of unpretreated and thermally pretreated polypropylene by soil consortia. International Biodeterioration & Biodegradation, 63(1), 106-111. http://dx.doi.org/10.1016/j.ibiod.2008.06.005.
26. Krzan, A., Hemjinda, S., Miertus, S., Corti, A., & Chiellini, E. (2006). Standardization and certification in the area of environmentally degradable plastics. Polymer Degradation & Stability, 91(12), 2819-2833. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2006.04.034.
27. Lucas, N., Christophe, B., Belloy, C., Queneudec, M., Silvestre, F., & Nava-Saucedo, J. E. (2008). Polymer biodegradation: mechanisms and estimation techniques. Chemosphere, 73(4), 429-442. http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.06.064. PMid:18723204.
28. Shah, A. A., Hasan, F., Hameed, A., & Ahmed, S. (2008). Biological degradation of plastics: a comprehensive review. Biotechnology Advances, 26(3), 246-265. http://dx.doi.org/10.1016/j.biotechadv.2007.12.005. PMid:18337047.
29. Priyanka, N., & Aschana, T. (2011). Biodegradability of Polythene and plastics by the help of microorganism: A way for brighter future. Environmental and Analytical Toxicology, 1, 1-4. http://dx.doi.org/10.4172/2161-0525.1000111.
30. Brito, G. F., Agrawal, P., Araújo, M., & Melo, T. J. A. (2011). Biopolímeros, polímeros biodegradáveis e polímeros verdes. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 6(2), 127-139.
31. De Paoli, M. A. (2008). Degradação e estabilização de polímeros. São Paulo: Editora Artliber.
32. Campos, A., Marconato, J. C., & Martins-Franchetti, S. M. (2011). Biodegradation of blend films PVA/PVC, PVA/PCL in soil and soil with landfill leachate. Brazilian Archives of Biology and Technology, 54(6), 1367-1377. http://dx.doi.org/10.1590/S1516-89132011000600024.
33. Campos, A., Marconato, J. C., & Martins-Franchetti, S. M. (2010). Biodegradação de Filmes de PP/PCL em Solo e Solo com Chorume. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 20(4), 295-300. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282010005000039.
34. Kaczmarek, H. (1996). Changes of polymer morphology caused by U.V. irradiation: surface damage polymer. Polymer Degradation & Stability, 37, 189-194. http://dx.doi.org/10.1016/0032-3861(96)81086-X.
35. Araújo, S. C., & Kawano, Y. (2001). Espectro Vibracional no infravermelho próximo dos polímeros poliestireno, poli(Metacrilato de Metila) e policarbonato. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 11(4), 213-221. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282001000400011.
36. Yoshie, N., Saito, M., & Inoue, Y. (2001). Structural Transition of lamella crystals in a isomorphous copolymer, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate). Macromolecules, 34(26), 8953-8960. http://dx.doi.org/10.1021/ma0113071.
37. Sadi, R. K., Fechine, G. J. M., & Demarquette, N. R. (2010). Photodegradation of poly(3-hydroxybutyrate). Polymer Degradation & Stability, 95(12), 2318-2327. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2010.09.003.
2. Kumar, M., Mohanty, S., Nayak, S. K., & Rahail, M. (2010). Effect of glycidylmethacrylate (GMA) on the thermal, mechanical and morphological property of biodegradable PLA/PBAT blend and its nanocomposites. Bioresource Technology, 101(21), 8406-8415. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2010.05.075. PMid:20573502.
3. Gonçalves, S. P. C., & Martins-Franchetti, S. M. (2013). Respirometric evaluation of the biodegradability of films of PE-PHBV blends. International Journal of Material Science, 3(2), 54-60.
4. Faria, A. U., & Martins-Franchetti, S. M. (2010). Biodegradação de filmes de polipropileno (PP), Poli(3-hidroxibutirato) (PHB) e blenda de PP/PHB por microrganismos das águas do Rio Atibaia. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 20(2), 141-147. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282010005000024.
5. Rosa, D. S., Franco, B. L. M., & Calil, M. G. (2001). Biodegradabilidade e propriedades mecânicas de novas misturas poliméricas. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 11(2), 82-88. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282001000200010.
6. Rosa, D. S., Chui, Q. S. H., Pantano Filho, R., & Agnelli, J. A. M. (2002). Avaliação da Biodegradação de Poli-β-(Hidroxibutirato),Poli-β-(Hidroxibutirato-co-valerato) ePoli-ε-(caprolactona) em solo compostado. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 12(4), 311-317. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282002000400015.
7. Silva, L. F., Gómez, J. G. C., Rocha, R. C. S., Taciro, M. K., & Pradella, J. G. C. (2007). Produção biotecnológica de poli-hidroxialcanoatos para geração de polímeros biodegradáveis no Brasil. Quimica Nova, 30(7), 1732-1743. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422007000700040.
8. Ojeda, T. F. M., Dalmolin, E., Forte, M., Jacques, R. J. S., Bento, F. M., & Camargo, F. A. O. (2009). Abiotic and biotic degradation of oxo-biodegradable polyethylenes. Polymer Degradation & Stability, 94(6), 965-970. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.03.011.
9. Scott, G. (2000). Greenpolymers. Polymer Degradation & Stability, 68(1), 1-7. http://dx.doi.org/10.1016/S0141-3910(99)00182-2.
10. Chiellini, E., Corti, A., & Swift, G. (2003). Biodegradation of thermally-oxidized, fragmented low-density polyethylenes. Polymer Degradation & Stability, 81(2), 341-351. http://dx.doi.org/10.1016/S0141-3910(03)00105-8.
11. Fechine, G. J. M., Santos, J. A. B., & Rabello, M. S. (2006). Avaliação da fotodegradação de poliolefinas através de exposição natural e artificial. Quimica Nova, 29(4), 674-680. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422006000400009.
12. Guedri, L., Amor, S. B., Gardettec, J. L., Jacqueta, M., & Rivaton, A. (2005). Lifetime improvement of poly(ethylene naphthalate) by ZnO adhesive coatings. Polymer Degradation & Stability, 88(2), 199-205. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2004.05.015.
13. Wilhelm, H. M., & Felisberti, M. I. J. (2002). Reactive compatibilization of maleated polypropylene and maleatedpoly(styrene-b-butadiene-b-styrene) blends. Journal of Applied Polymer Science, 86(2), 366-371. http://dx.doi.org/10.1002/app.10977.
14. Coutinho, F. M. B., Mello, I. L., & Santa Maria, L. C. (2003). Polietileno: Principais tipos, propriedades e aplicações. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 13(1), 1-13. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282003000100005.
15. Fernandes, L. L., Freitas, C. A., Demarquette, N. R., & Fechine, G. J. M. (2012). Estudo do efeito do tipo de polipropileno na fotodegradação da blenda polipropileno/poliestireno de alto impacto. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 22(1), 61-68. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282012005000013.
16. Silva, D. F., Araújo, E. M., & Melo, T. J. A. (2012). Desenvolvimento de blendas de poliamida 6/composto de borracha reciclada (SBR-R). Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 7(2), 104-110.
17. Chen, J. H., Zhong, J. C., Cai, Y. H., Su, W. B., & Yang, Y. B. (2007). Morphology and thermal properties in the binary blends of polypropylene-co-ethylene copolymer and isotatic polypropylene with polyethylene. Polymer, 48(10), 2946-2957. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2007.03.037.
18. Pospíšil, J., Horák, Z., Kruliš, Z., Nešpůrek, S., & Kuroda, S. (1999). Degradation and aging of polymers blends. Polymer Degradation & Stability, 65, 405-414. http://dx.doi.org/10.1016/S0141-3910(99)00029-4.
19. Carashi, J. C., Ramos, U. M., & Leão, A. L. (2002). Compósitos biodegradáveis de polihidroxibutirato (PHB) reforçado com farinha de madeira: propriedades e degradação. Acta Scientiarum, 24(6), 1609-1614. http://dx.doi.org/10.4025/actascitechnol.v24i0.2475.
20. Franchetti, S. M. M., & Marconato, J. C. (2006). Polímeros biodegradáveis: uma solução parcial para diminuir a quantidade dos resíduos plásticos. Quimica Nova, 29(4), 811-816. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422006000400031.
21. American Society for Testing and Materials – ASTM. (1991). ASTM D883: standard terminology relating to plastics. West Conshohocken: ASTM.
22. International Organization for Standardization – ISO. (1997) ISO 846: plastics: determination of behavior under the action of fungi and bacteria: evaluation of the action of microorganisms. Geneva: ISO.
23. Imam, S. H., Gordon, S. H., Shogren, R. L., Tosteson, T. R., Govind, N. S., & Greene, R. V. (1999). Degradation of starch PHBV bioplastic. Applied and Environmental Microbiology, 65, 431-437. PMid:9925564.
24. Chandra, R., & Rustgi, R. (1998). Biodegradable polymers. Progress in Polymer Science, 23(7), 1273-1335. http://dx.doi.org/10.1016/S0079-6700(97)00039-7.
25. Arkatkar, A., Arutchelvi, J., Bhaduri, S., Uppara, P. V., & Doble, M. (2009). Degradation of unpretreated and thermally pretreated polypropylene by soil consortia. International Biodeterioration & Biodegradation, 63(1), 106-111. http://dx.doi.org/10.1016/j.ibiod.2008.06.005.
26. Krzan, A., Hemjinda, S., Miertus, S., Corti, A., & Chiellini, E. (2006). Standardization and certification in the area of environmentally degradable plastics. Polymer Degradation & Stability, 91(12), 2819-2833. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2006.04.034.
27. Lucas, N., Christophe, B., Belloy, C., Queneudec, M., Silvestre, F., & Nava-Saucedo, J. E. (2008). Polymer biodegradation: mechanisms and estimation techniques. Chemosphere, 73(4), 429-442. http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.06.064. PMid:18723204.
28. Shah, A. A., Hasan, F., Hameed, A., & Ahmed, S. (2008). Biological degradation of plastics: a comprehensive review. Biotechnology Advances, 26(3), 246-265. http://dx.doi.org/10.1016/j.biotechadv.2007.12.005. PMid:18337047.
29. Priyanka, N., & Aschana, T. (2011). Biodegradability of Polythene and plastics by the help of microorganism: A way for brighter future. Environmental and Analytical Toxicology, 1, 1-4. http://dx.doi.org/10.4172/2161-0525.1000111.
30. Brito, G. F., Agrawal, P., Araújo, M., & Melo, T. J. A. (2011). Biopolímeros, polímeros biodegradáveis e polímeros verdes. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 6(2), 127-139.
31. De Paoli, M. A. (2008). Degradação e estabilização de polímeros. São Paulo: Editora Artliber.
32. Campos, A., Marconato, J. C., & Martins-Franchetti, S. M. (2011). Biodegradation of blend films PVA/PVC, PVA/PCL in soil and soil with landfill leachate. Brazilian Archives of Biology and Technology, 54(6), 1367-1377. http://dx.doi.org/10.1590/S1516-89132011000600024.
33. Campos, A., Marconato, J. C., & Martins-Franchetti, S. M. (2010). Biodegradação de Filmes de PP/PCL em Solo e Solo com Chorume. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 20(4), 295-300. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282010005000039.
34. Kaczmarek, H. (1996). Changes of polymer morphology caused by U.V. irradiation: surface damage polymer. Polymer Degradation & Stability, 37, 189-194. http://dx.doi.org/10.1016/0032-3861(96)81086-X.
35. Araújo, S. C., & Kawano, Y. (2001). Espectro Vibracional no infravermelho próximo dos polímeros poliestireno, poli(Metacrilato de Metila) e policarbonato. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 11(4), 213-221. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282001000400011.
36. Yoshie, N., Saito, M., & Inoue, Y. (2001). Structural Transition of lamella crystals in a isomorphous copolymer, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate). Macromolecules, 34(26), 8953-8960. http://dx.doi.org/10.1021/ma0113071.
37. Sadi, R. K., Fechine, G. J. M., & Demarquette, N. R. (2010). Photodegradation of poly(3-hydroxybutyrate). Polymer Degradation & Stability, 95(12), 2318-2327. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2010.09.003.