Comparison of the biodegradability of various polyethylene films containing pro-oxidant additives

Abstract

Studiu biodegradability byl podroben vysokohustotní (HDPE), nízkohustotní (LDPE) a lineární (LLDPE) polyethylen (ve formě tenkých filmů) s rovnovážným množstvím antioxidantů a prooxidantů (mangan + železo nebo mangan + železo + kobalt). K fotooxidaci a termální oxidaci docházelo po dobu tří let v exteriéru (včetně 3-4 měsíčního vystavení dennímu světlu), což ve výsledku vedlo ke stárnutí polymerů. Poté byly vzorky měřeny pomocí FTIR a SEC. Zoxidované vzorky byly poté inkubovány po dobu 180 dní v minerálním médiu za přítomnosti druhu Rhodococcus rhodochrous. Měřením obsahu adenosintrifosfátu (ATP) a životaschopnosti buněk byla zjišťována metabolická aktivita bakterií. Jako doplňující experiment byla provedena 1HNMR spektroskopie pro monitorování biodegradace rozpuštěného polymeru v inkubačním médiu. Nakonec byl pomocí SEM pozorován povrch polymeru, jelikož zde byl předpoklad k tvorbě biofilmu. Tři vzorky z 12 byly podrobeny zkoumání v půdě a v kompostu. Testy ukázaly, že hlavním faktorem kontrolujícím biodegradabilitu polyetylenových filmů je povaha prooxidantu a o něco méně záleží na velikosti prostředí. Kromě vzorků, které obsahovaly vysoký obsah kobaltu, sloužil všechen polyetylenový materiál jako substrát pro bakterie.

The biodegradability of high density polyethylene films (HDPE), low density polyethylene films (LDPE) and linear low density polyethylene films (LLDPE) with a balanced content of antioxidants and pro-oxidants (manganese + iron or manganese + iron + cobalt) was studied. Abiotic pre-treatment consisting of photooxidation and thermal oxidation corresponding to about three years of outdoor weathering (including 3-4 months of exposure to daylight) was monitoned by FTIR and SEC measurements. The oxidized samples were then inoculated with the strain Rhodococcus rhodochrous in mineral medium, and incubated up to 180 days. The metabolic activity of the bacteria was assessed by measuring adenosine triphosphate content (ATP) and the viability of the cells. Complementary experiments were performed by 1HNMR spectroscopy to monitor the biodegradation of soluble molecules excreted from the polymer in the incubation medium. Finally SEM was used to visualize the formation of a biofilm at the surface of the polymer. Three samples among the 12 tested were investigated in compost and soil environments. The results show that the main factor controlling the biodegradability of the polyethylene films is the nature of the pro-oxidant additive and to a lesser extent that of the matrix. Except for the samples containing very high content of cobalt additive, the various polymer films were used as substrates by the bacteria.