ASTM D6954-24 Standardhandbuch für die Nutzung und Prüfung von Kunststoffen, die in der Umwelt durch eine Kombination aus Oxidation und biologischem Abbau abgebaut werden

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) veröffentlichte Standard „ASTM D6954-24 Standardleitfaden zur Erkennung und Prüfung von Kunststoffen, die in der Umwelt durch eine Kombination aus Oxidation und biologischem Abbau abgebaut werden“, bietet einen Rahmen oder Leitfaden für den Vergleich und die Einstufung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes des Verlusts physikalischer Eigenschaften von Polymeren bei kontrolliertem Abbau im Labor durch thermische und Photooxidationsprozesse sowie der biologischen Abbaubarkeit und der ökologischen Auswirkungen in definierten Anwendungs- und Entsorgungsumgebungen nach dem Abbau. Die Entsorgungsumgebungen variieren von der Exposition im Boden, auf Mülldeponien und in kommunalem oder industriellem Kompost, wo es zu thermischer Oxidation kommen kann, bis hin zur Bodenbedeckung und landwirtschaftlichen Nutzung, wo es zu Photooxidation kommen kann.

Dieser Standard verwendet drei Ebenen etablierter ASTM-Standards, um den Verlust von Eigenschaften und Molekulargewicht durch thermische und Photooxidationsprozesse sowie andere abiotische Prozesse zu beschleunigen und zu quantifizieren (erste Ebene), den biologischen Abbau zu messen (zweite Ebene) und die ökologischen Auswirkungen von Produkten aus diesen Prozessen zu bewerten (dritte Ebene).

Die für die thermische Oxidation und Photooxidation ausgewählten Bedingungen der ersten Stufe beschleunigen den Abbau, der in einer ausgewählten Anwendungs- und Entsorgungsumgebung wahrscheinlich auftritt. Die Bedingungen sollten je nach Anwendungs- und Entsorgungsumgebung einen Bereich von Feuchtigkeits- oder Wasserkonzentrationen umfassen. Die bei typischen Oxidationstemperaturen gemessene Abbaurate ist erforderlich, um die in der ausgewählten Anwendung bewerteten Polymere zu vergleichen und zu bewerten. Diese Polymere erreichen ein Molekulargewicht, das unter Verwendung biometrischer ASTM-Tests auf Kohlendioxidentwicklung, die für die ausgewählte Umgebung geeignet sind, einen nachweislich biologisch abbaubaren Rückstand erzeugt. Beispielsweise sollten Daten zur beschleunigten Oxidation in Temperatur- und Feuchtigkeitsbereichen erhoben werden, die für die gewählte Anwendungs- und Entsorgungsumgebung typisch sind, wie etwa im Boden (20 bis 30 Grad), auf dem Land (20 bis 35 Grad) und in kommunalen oder industriellen Kompostierungsanlagen (30 bis 65 Grad). Bei Anwendungen in Böden müssen lokale Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche berücksichtigt werden, da diese je nach geografischer Lage stark variieren. Mindestens eine Temperatur sollte einigermaßen nahe an der endgültigen Nutzungs- oder Entsorgungstemperatur liegen, in keinem Fall jedoch mehr als 20 Grad von der Temperatur bei der Entnahme abweichen. Außerdem sollte sichergestellt werden, dass das Polymer im Testtemperaturbereich keinen Phasenwechsel, wie beispielsweise die Glasübergangstemperatur, durchläuft.

Rückstände aus Oxidationen werden dann in geeigneten Entsorgungs- oder Verwertungsumgebungen in standardmäßigen biometrischen Testverfahren ausgesetzt, um die Geschwindigkeit und den Grad des biologischen Abbaus zu messen (zweite Stufe).

Die im Rahmen der Bewertung der ersten Stufe generierten Daten und die für den biologischen Abbau in der ausgewählten Umgebung ermittelte Zeit (zweite Stufe) ermöglichen eine Einstufung im Vergleich zu anderen Polymeren, die in diesem Standard unter ähnlichen Umweltbedingungen bewertet wurden. Grad und Dauer des biologischen Abbaus müssen den ASTM-Methoden entsprechen und es muss nachgewiesen werden, dass alle Rückstände aus der Zwischenoxidationsphase und dem biologischen Abbau umweltverträglich und nicht persistent sind (dritte Phase).

Für die Zwecke dieser Norm gelten zusätzlich zu den in ASTM D883 und ASTM D6002 angegebenen Begriffen und Definitionen die folgenden Definitionen:

• Unter Umweltabbau von Kunststoff versteht man den abiotischen oder biotischen Abbauprozess oder beides, der in einer bestimmten Umgebung stattfindet und Photoabbau, Oxidation, Hydrolyse und biologischen Abbau umfasst. Lebende Organismen beeinflussen biotische Abbauprozesse, während abiotische Abbauprozesse nicht-biologischer Natur sind.
• Als Gele werden vernetzte Polymerstrukturen bezeichnet, die in Lösungsmitteln unlöslich sind, welche die primären oder Vernetzungsbindungen im Polymer nicht aufbrechen. Bei den beim oxobiologischen Abbau von Polymeren entstehenden Vernetzungen handelt es sich um chemische Bindungen, die durch den Abbauprozess entstehen, meist Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, und die daher gegenüber dem Abbau durch Lösungsmittel äußerst widerstandsfähig sind.
• Oxidation ist der Prozess, der thermisch oder durch Bestrahlung in Gegenwart von Sauerstoff gefördert wird.

Mit diesem Standard können die Geschwindigkeit und das Ausmaß der thermischen oxidativen Zersetzung eines Kunststoffmaterials verglichen und nach einem Molekulargewichtsbereich eingestuft werden, der in einer ausgewählten Umgebung als biologisch abbaubar bestimmt werden kann. Anschließend kann der biologische Abbau dieser abgebauten Polymere in verschiedenen Umgebungen wie Erde, kommunalem oder industriellem Kompost, auf Mülldeponien und im Wasser mithilfe standardmäßiger biometrischer Testmethoden und durch Messung der Kohlendioxidentwicklung verglichen und bewertet werden.

Wenn die kommunale oder industrielle Kompostierung der vorgesehene Entsorgungsweg ist, ist der ASTM D6400-Standard der einzige definitive und anwendbare Standard zur Messung der biologischen Abbaubarkeit im kommunalen oder industriellen Kompostierungsprozess. Der biologische Abbau nach Oxidation unter den in dieser Norm enthaltenen Bedingungen verleiht weder der Definition „kommunal oder industriell kompostierbar“ noch der Konnotation, dass die Verfahren für die Kompostierung in einer gewerblichen oder kommunalen Kompostierungsanlage akzeptabel sind.

Dieser Standard verwendet einen mehrstufigen, kriterienbasierten Ansatz zur Bewertung der sequentiellen Oxidation und biologischen Abbaubarkeit von Kunststoffprodukten sowie der ökologischen Auswirkungen in bestimmten Anwendungen. Jede Ebene dieser Norm enthält eine Zusammenfassung mit den Zielen und Testmethoden, den Methodenprinzipien, der Testdauer und der Interpretation der Ergebnisse.

Der schrittweise Ansatz wird gewählt, um die Phasen des oxidativen Abbaus, des biologischen Abbaus und der ökologischen Auswirkungen im Labor bequem voneinander trennen zu können. In der realen Welt treten jedoch wahrscheinlich alle drei Phasen gleichzeitig und nicht nacheinander auf.

Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Zusammenhang werden Unternehmen auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ASTM D6954-24 Standardleitfaden für die Erkennung und Prüfung von Kunststoffen, die in der Umwelt durch eine Kombination aus Oxidation und biologischem Abbau abgebaut werden“ angeboten.