اختصاصی از
نیک فایل دانلود مقاله پلیمرهای زیست تخریب پذیر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
مقدمه:
پلیمرها ی زیست تخریب پذیر در مقایسه با پلاستیک های موجود نه تنها در فرآیند تولید،انرژی کمتری مصرف می نمایند بلکه به دلیل مواد مصرفی تجدیدپذیر از اهمیت ویژه ای برخوردارند. ساده ترین تعریف پلیمر عبارت است از ماده ای که از تعداد متنابهی واحدیکسان ساخته شده. پلیمر را مانند یک زنجیر در نظر بگیرید که هرحلقه زنجیر( مر) نامیده می شود که عنصر اصلی کربن و عناصر دیگرنظیر هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و یا سیلیکون به آن متصل می باشند. از بهم پیوستن مرها، پلیمر تولید می شود. پلیمرهایی نظیر قیر، پوسته لاک پشت، شیره درختان از شروع زمان وجود داشته اند که انسا نهای اولیه با اعمال حرارت و فشار از آن ها وسایل تزئینی و جواهرآلات می ساخته اند. ساخت اولین پلیمر نیمه سنتزی که به ولکانیزاسیون لاستیک انجام شد به سال 1909 توسط باکلیت بر می گردد و پس از آن و در سال 1911 ابریشم مصنوعی تولید می گردد.
اطرافمان انباشته از پلاستیک شده است. هر کاری که انجام می دهیم و هر محصولی را که مصرف می کنیم، از غذایی که می خوریم تا لوازم برقی به نحوی با پلاستیک سروکار داشته و حداقل در بسته بندی آن از این مواد استفاده شده است. در کشوری مثل استرالیا سالانه حدود یک میلیون تن پلاستیک تولید می شود که ۴۰ درصد آن صرف مصارف داخلی می شود. در همین کشور هرساله حدود ۶ میلیون بسته یا کیسه پلاستیکی مصرف می شود. گرچه بسته بندی پلاستیکی با قیمتی نازل امکان حفاظت عالی از محصولات مختلف خصوصاً مواد غذایی را فراهم می کند ولی متاسفانه معضل بزرگ زیست محیطی حاصل از آن گریبان گیر بشریت شده است. اکثر پلاستیک های معمول در بازار از فرآورده های نفتی و ذغال سنگ تولید شده و غیرقابل بازگشت به محیط هستند و تجزیه آنها و برگشت به محیط چند هزار سال طول می کشد. به منظور رفع این مشکل، محققان علوم زیستی در پی تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر از منابع تجدیدشونده مثل ریزسازواره ها و گیاهان هستند.
واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنی موادی است که به سادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیرواحدهای سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقی نمی مانند. استانداردهای متعددی برای تعیین زیست تخریب پذیری یک محصول وجود دارد که عمدتاً به تجزیه ۶۰ تا ۹۰ درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می شود. این استاندارد در کشورهای مختلف متفاوت است. اما دلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیک های معمولی، طویل بودن طول مولکول پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده که تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه کننده با مشکل مواجه می کند.
با این حال تولید پلاستیک ها با استفاده از منابع طبیعی مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیه کنندگان طبیعی می شود. برای این منظور و با هدف داشتن صنعتی در خدمت توسعه پایدار و حفظ زیست بوم های طبیعی، تولید نسل جدیدی از مواد اولیه مورد نیاز صنعت بر اساس فرآیندهای طبیعی در دستور کار بسیاری از کشورهای پیشرفته قرار گرفته است. به طور مثال دولت آمریکا طی برنامه ای بنا دارد تا سال ،۲۰۱۰ تولید مواد زیستی را با استفاده از کشاورزی و با بهره برداری از انرژی خورشید با درآمد تقریبی ۱۵ تا ۲۰ میلیارد دلار انجام دهد. در این بین تولید پلیمرهای زیستی جایگاه خاصی دارند. تولید اینگونه پلیمرها توسط طیف وسیعی از موجودات زنده مثل گیاهان، جانوران و باکتری ها صورت می گیرد. چون این مواد اساس طبیعی دارند، بنابراین توسط سایر موجودات نیز مورد مصرف قرار می گیرند و تجزیه کنندگان از جمله مهم ترین این موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما هستند. برای بهره برداری از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:
▪ دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاک را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.
▪ دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و کارایی داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابری یا بهبود کیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند.
در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است. همانطور که ذکر شد، تولید پلیمرهای تجدیدشونده با بهره برداری از کشاورزی، یکی از روش های تولید صنعتی پایدار است. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد: نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه است. پلیمرهایی که از این روش تولید می شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربی های گیاهی هستند که به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی کاربرد دارند. دسته دیگر موادی هستند که پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند.
مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند که مثال بارز آن پلی هیدروکسی آلکانوات ها هستند. باکتری ها از جمله موجوداتی هستند که این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیکره سلولی خود تولید می کنند. این باکتری به سهولت در محیط کشت رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود.
رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان است که پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باکتریایی تولید PHA به ذرت انجام شده است. نکته ای که نباید از نظر دور داشت این است که به رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار کمتر از پلاستیک های سنتی باشد؛ چرا که بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد. در ادامه مبحث، تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر PHA به طور اختصاصی مورد بررسی قرار می گیرد. تقریباً تمامی پلاستیک های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی که غیرقابل برگشت به محیط هستند، به دست می آیند. راه حل جایگزین برای این منظور، بهره برداری از باکتری های خاکزی مانند Ralstonia eutrophus است که تا ۸۰ درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیرسمی و تجزیه پذیر پلی هیدروکسی آلکانوات (PHA) هستند. PHAها عموماً از زیرواحد بتاهیدروکسی آلکانوات و به واسطه مسیری ساده با سه آنزیم از استیل-کوآنزیم A ساخته شده و معروف ترین آنها پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) است. در خلال دهه ۸۰ میلادی شرکت انگلیسی ICI فرآیند تخمیری را طراحی و اجرا کرد که از آن طریق PHB و سایر PHAها را با استفاده از کشت E.coli اصلاح ژنتیکی شده که ژن های تولید PHA را از باکتری های تولیدکننده این پلیمرها دریافت کرده بود، تولید می کرد.
متاسفانه هزینه تولید این پلاستیک های زیست تخریب پذیر، تقریباً ۱۰ برابر هزینه تولید پلاستیک های معمولی بود. با وجود مزایای بی شمار زیست محیطی این پلاستیک ها مثل تجزیه کامل آنها در خاک طی چند ماه، هزینه بالای تولید آنها باعث اقتصادی نبودن تولید تجارتی در مقیاس صنعتی بود. با این وجود بازار کوچک و پرسودی برای این محصولات ایجاد شد و از پلاستیک های زیست تخریب پذیر برای ساخت بافت های مصنوعی بهره برداری شد. با وارد کردن این پلاستیک ها در بدن، آنها به تدریج تجزیه شده و بدن بافت طبیعی را در قالب پلاستیک وارد شده دوباره سازی می کند. در این کاربرد تخصصی پزشکی، قیمت اینگونه محصولات زیستی قابل مقایسه با کاربردهای کم ارزش اقتصادی پلاستیک در صنایع اسباب بازی، تولید خودکار و کیف نیست.
هزینه تولید PHAها با تولید آنها در گیاهان اصلاح ژنتیکی شده و کشت وسیع در زمین های کشاورزی، به نحو قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت. این موضوع باعث شد که شرکت مونسانتو در اواسط دهه ۹۰ میلادی امتیاز تولید PHA را از شرکت ICI کسب کند و به انتقال ژن های باکتری به گیاه منداب بپردازد. مهیا کردن شرایط برای تجمع PHAها در پلاستید به جای سیتوسل، امکان برداشت محصول پلیمری را از برگ و دانه ایجاد کرد. مهم ترین مشکل لاینحل باقی مانده در بخش فنی این پروژه، نحوه استخراج این پلیمر از بافت های گیاهی با روشی کم هزینه و کارآمد است.
مشکل دیگر در زمینه PHB است که در حقیقت مهم ترین گروه از PHAها بوده ولی متاسفانه شکننده بوده و در نتیجه برای بسیاری از کاربردها مناسب نیست. بهترین پلاستیک های زیست تخریب پذیر، کوپلیمرهای پلی هیدروکسی بوتیرات با سایر PHAها مثل پلی هیدروکسی والرات هستند. تولید اینگونه کوپلیمرها در گیاهان اصلاح ژنتیکی شده بسیار سخت تر از تولید پلیمرهای تک مونومر است. در سال ۲۰۰۱ این مشکلات به همراه مسائل مالی شرکت مونسانتو باعث شد تا این شرکت امتیاز تولید PHA اصلاح ژنتیکی شده را به شرکت Metabolix واگذار کند. شرکت Metabolix در قالب یک پروژه مشارکتی با وزارت انرژی آمریکا به ارزش تقریبی ۸/۱۴ میلیون دلار، برای تولید PHA در گیاهان اصلاح ژنتیکی شده تا پایان دهه ۲۰۱۰ میلادی تلاش می کند. گروه های دیگری نیز برای تولید PHA در گیاهانی مثل نخل روغنی تلاش می کنند. باید منتظر بود تا سرانجام شاهد تولید اقتصادی این محصولات دوستدار محیط زیست در آینده ای نزدیک بود.
امکان استفاده از منابع گیاهی زیست تخریب پذیر
ضرورت بازنگری در استفاده از منابع نفتی و مواد پلیمری:
زمانی که شناسایی و بکارگیری پلیمرهای نفتی مورد توجه جهانیان قرار گرفت، دستیابی به خواص و مشخصات مورد نیازشان در مقایسه با مواد اولیه پرمصرف موجود روز دنیا بود . استفاده کنندگان پلیمرهای نفتی بدون توجه به مسائل محیط زیست و اثرات تخریب کننده آن در چرخه اکوسیستمی، از جایگزینی پلیمرها استقبال نمودند.ولی با گذشت زمان ومصرف گسترده پلیمرها بتدریج آثار مخرب آن مشخص گردید بطوریکه مدتی باقی ماندن محصولات وکالای مصرفی در محیط زیست به صورت فاجعه جهانی در حال شکل گیری است.خوشبختانه از 20 سال گذشته تاکنون توجه به مسائل محیط زیست باعث گردیده است که جوامع مختلف به جایگزینی مواد اولیه دیگر به جای پلیمرها دست به تحقیقات و تلاش گسترده ای بزنند بطوریکه نتایج آنان مطلوب و کاربردی نیز شده است.کاربرد مواد پلیمری در کالاها و وسائلی که در دسترس مستمر و کاربرد مداوم انسان هاست نه تنها برای سلامتی کاربران مضر و خطر آفرین است بلکه عدم اضمحلال آن در محیط زیست( که نزدیک به 90 سال طول می کشد تا در طبیعت از بین رود) بزرگترین معضل کاربرد پلیمرهای مشتق شده از نفت می باشد .محدودیت منابع اولیه نفت خام و ارز بری قابل توجه واردات مواد پلیمری باعث می شود که بیشتر از هر زمان دیگری به حقوق و نیاز نسل فعلی وحتی نسل آینده توجه شود و با اتخاد استراتژی مناسب امروز ، باید حقوق و مسئولیت های اجتماعی نسل آینده تضمین گردد.
روند نگرش جهانی در تعریف و جاری سازی قوانین جدید در حفظ محیط زیست در جهتی است تا فرآیندها و محصولات دوستدار محیط زیست و قابل تجزیه در طبیعت به درستی تعریف ودر تمامی جوامع عمومی گردد.در همین راستا و در ادامه توافقات جهانی شهرKyoto ژاپن در حفظ لایه اوزون و مسائل گازهای گلخانه ای، لزوم رعایت استانداردهای Euro2,Euro3 برای گازهای خروجی خودروها و... پیش بینی می شود به طورجدی محدودیت و منع تولید محصولات پلیمری به زودی به صورت یک توافق جهانی برای کشورهای پیشرفته الزام آور تلقی گردد.بسیار شایسته است کشور اسلامی ما هر چه سریعتر و به دلیل ضرورت های اجتماعی داخلی کشور و با فرهنگ سازی گسترده مردمی در توجه به رعایت و حفظ محیط زیست از این مهم عقب نمانده بلکه موقعیت پیشتازی در کشورهای منطقه برای خود ایجاد نماید.
امکان استفاده از منابع گیاهی زیست تخریب پذیر (bio-degradable) به جای پلیمرها(
تحقیقات و بررسی های به عمل آمده نشان داده است استفاده از برخی محصولات کشاورزی مانند نشاسته های ذرت، گندم، سیب زمینی به همراه برخی مواد طبیعی مکمل می تواند به خوبی جایگزین مواد پلیمری گردد.مواد اولیه پلیمری گیاهی با داشتن تمامی خواص پلیمری نفتی می توانند پس از مصرف محصولات و به راحتی و در زمانی کوتاه در محیط زیست بازگشت نمایند و حتی از این گونه مواد به عنوان خوراک دام استفاده گردد.خوشبختانه برخی کشورهای اروپایی و کشور چین در این راستا تلاش تحقیقاتی و عملی خوبی داشته اند و در حال حاضر کسب دانش فنی و خرید تجهیزات تولید این گونه پلیمرها از این کشورها وجود دارد.محصولات تولیدی این گونه پلیمرهای گیاهی می تواند در ساخت و تولید کلیه قطعات و کالاهای کوچک و بزرگ پلیمری رایج جایگزین گردد. اهمیت استفاده از این گونه مواد پلیمری گیاهی در تولید محصولات پر گردش که اثر گسترده ای در محیط زیست دارد بسیار مشهود است. محصولات ظروف یکبار مصرف و کیسه های خرید از جمله محصولات استراتژیکی هستند که بدلیل کاربری گسترده اینگونه محصولات ،ضرورت سرمایه گذاری وتولید محصولات با استفاده از منابع اولیه تجزیه پذیر را ایجاب می نماید.مزایای استفاده از این گونه مواد اولیه پلیمری گیاهی بسیار است و بخصوص تولید کیسه های خرید گیاهی از مزایا واثارارزشمند زیر برخوردار است:
• تجدیدپذیری محصولات پس از مصرف در محیط زیست (صد در صد آن کمتر از 3 ماه به محیط زیست برگشت می شود.
• عدم ناسازگاری با سلامتی انسان و سازگاری کامل با محیط زیست
• داشتن خواص فیزیکی و فنی مطلوب همانند انواع محصولات پلیمری رایج
• ایجاد ارزش افزوده محصولات کشاورزی و توسعه علمی و کاربردی ذرت و نشاسته فرآوری شده در کنارصنعت
• جلوگیری از خروج ارز به خاطر اجتناب از واردات مواد پلیمری رایج
• مناسب بودن قیمت محصولات و پایداری قیمت به دلیل ثبات قیمت مواد اولیه کشاورزی و تاثیر ناپذیری آن از تغییر و تحولات جهانی( در مقایسه با قیمت مواد پلیمری و تغییرات فاحش و غیر قابل پیش بینی قیمت نفت خام)
• دستیابی به دانش فنی و متعاقبا امکان افزایش ظرفیت تا حد تامین کل نیاز داخل کشور
• امکان صادرات محصولات گیاهی به کشورهای منطقه و ارز آوری
• امکان استفاده از محصولات مصرف شده و یا ضایعات بخشهای تولید به عنوان خوراک دام
ضرورت ایجاد و اشاعه فرهنگ حفظ و رعایت محیط زیست:
حفظ محیط زیست با فرهنگ سازی و توجه مردم به رعایت مصرف و استفاده از کالاهای مناسب آغاز می شود. و در این راستا لازم است در سطح کلان کشور استراتژی مناسبی برای سرمایه گذاری و کاربرد محصولات و کالاهای دوستدار محیط زیست عملا گام های موثر برداشته شود. لذا آن دسته از شرکت ها و مراکز دولتی که خود در خرید و استفاده از این گونه کالاها نقش دارند شایسته است در بکارگیری محصولات تولیدی از منابع گیاهی پیشتازی نموده و با اشاعه در کشور عملا مردم را توجه داده و ضمن کسب اعتبار بیشتر برای خود (به دلیل توجه و اجرای مسائل محیط زیستی توسط شرکت و مرکز دولتی) عملا بر تعداد مشتریان خود افزوده و ضمن حفظ حاشیه سود خود، خدمات شایسته ای را به کشور اسلامی،سلامت و بهداشت مردم و محیط زیست و نسل آینده به عمل آورند.
تولید ظروف قابل بازیافت از پلیمر های زیست تخریب پذیر
ظروف یکبار مصرف از مهمترین دغدغه های دوستداران محیط زیست است. این ظروف بواسطه ترکیبات پلاستیکی تجزیه ناپذیر هرگز قابل بازیاف و تجزیه توسط چرخه طبیعت نیستند و بر پایه همین از جمله تهدیدات بزرگ برای محیط زیست به شمار می روند. متاسفانه استفاده از این ظروف در کشور ما بسیار رایج شده و از حد استاندارد بسیار بالاتر است. در حالیکه در سراسر دنیا استفاده از این نوع ظروف به دلیل عدم بازیافت و سازگاری با محیط زیست منسوخ شده و مردم به سوی محصولات جایگزین قابل بازیافت نظیر ظروف کاغذی روی آورده اند اما در ایران این ظروف کماکان در تیراژ بالا مورد استفاده است. با این وجود تلاشهایی در جهت تولید ظروف جایگزین و قابل بازیافت در کشور آغاز شده وخبرهای خوبی در این رابطه به گوش می رسد. در همین راستا تولید ظروف قابل بازیافت از پلیمر های زیست تخریب پذیر در شرکت کیمیا شیمی زنگان آغاز شده. دکتر امید رضا هاشمی ضمن بیان موارد فوق می افزاید: پلیمر های زیست تخریب پذیر بر دو پایه طبیعی و سنتزی تولید می شوند. پلیمر های بر پایه مواد طبیعی بر اساس پلیمر های با منشاء حیوانی یا گیاهی می باشند. عمده ترین و شاخص ترین مواد اولیه طبیعی که در دنیا برای تولید پلیمر های زیست تخریب پذیر مورد استفاده قرار می گیرد، پلی ساکارید ها و به مخصوص انواع نشاسته ها می باشند. نشاسته نیز از گندم، ذرت، سیب زمینی، برنج و غیره قابل حصول می باشد. تنها برای استفاده از این پلیمر ها در صنعت بسته بندی که نیاز به مواد مقاوم به محیط های آبی دارد می باید ماهیت این ترکیبات از آب دوست (هیدروفیل) به آب گریز (هیدرو ذوب) تغییر یابد.
به گفته وی، فرآیند تولید این پلیمر ها در شرکت کیمیا شیمی زنگان شامل سه مرحله اطلاح نشاسته ذرت، افزودن مواد کمکی و اکستروژن یا تهیه آمیزه نهایی می باشد. در مرحله نخست نشاسته ذرت گونه خوراکی توسط گروه های استری کننده واکنش داده شده و تغییر ماهیت هیدروفیلی به هیدرونوبی نشاسته صورت می پذیرد. در مرحله بعد، به نشاسته اصلاح شده مواد افزودنی مانند موم عسل، اسید های چرب گیاهی و غیره جهت ارتقای خواص فیزیکی پلیمر چون براقیت، نرمی و مقاومت گرمایی اضافه می گردد. پس از اختلاط در مخلوط کن های گرمایی ویژه، این مواد به بخش اکستروژن منتقل می شوند. در مرحله نهایی نیز آمیزه تهیه شده به صورت آمیزه ای یکنواخت به صورت گرانول تهیه شده و پس از رطوبت گیری (گاز گیری) آماده استفاده در فرآیند های مختلف می گردد.
گرانول های تهیه شده، پس از طی مراحل فوق وارد یک دستگاه اکسترودر با طراحی سیلندر و مارپیچ مختص پلیمر های گیاهی شده و پس از خروج از دای T شکل به صورت ورق وارد کلندر می گردد. در کلندر ضخامت ورق ها تنظیم شده و پس از پرس شدن و کاهش دما به صورت رول جمع آوری می شود. رول ورق گیاهی با عرض مناسب بسته بندی و آماده ارسال به بخش ترموفرمینگ یا تولید انواع ظروف بسته بندی می شود. در بخش ترموفرمینگ نیز ورق ها با ضخامت پهنای معین وارد دستگاه ترموفرمینگ شده و پس از پیش گرم شدن در دمای 80 درجه سانتی گراد به شکل محصول نهایی در می آید. محصولات کلی این شرکت شامل انواع گرانول برای استفاده در انواع فرآیند های پلاستیک از جمله تولید اسباب بازی، ظروف تزریقی، بادی و ترموفرمینگ، انواع ورق برای استفاده در فرآیند های مختلف و ظروف نهایی ترموفرم شده برای کاربرد در بسته بندی مواد غذایی است. ظروف تهیه شده از این پلیمر های زیست تخریب پذیر در صورت مدفون شدن در خاک تحت پنج عامل شامل میکرو ارگانیسم های خاک، دما، رطوبت، اکسیژن و فشار خاک حداکثر در مدت شش ماه تجزیه شده و می پوسند.
از جمله مزایای این پلیمر های زیست تخریب پذیر می توان به تولید از نشاسته اطلاح شده ذرت، سازگاری با محیط زیست، عاری بودن از اثرات مضر پلاستیک های نفتی در تماس با مواد غذایی، تولید از مواد اولیه طبیعی تجدید پذیر، تقویت صنایع کشاورزی و مصرف انرژی کمتر در فرآیند های تولید را عنوان نمود.
پلاستیک های زیست تخریب پذیر
یکی از مواد مصنوعی که تولید آن در انواع و کاربردهای مختلف روز به روزدر حال افزایش است ، پلاستیک و ترکیبات پلاستیکی است . اطرافمان انباشته از پلاستیک شده است،هر کاری که انجام می دهیم و هر محصولی را که مصرف می کنیم ، از غذایی که می خوریم تا لوازم برقی به نحوی با پلاستیک سر و کار داشته و حداقل در بسته بندی آن از این مواد استفاده شده است پلاستیک که یکی از عمده ترین الاینده های محیط زیست و بهترین مصنوعات بشری محسوب می گردد هم اکنون به معضل بزرگی برای محیط زیست و بشر امروزی تبدیل شده و زباله های پلاستیکی به جا مانده از محصولات غذایی همواره در قالب یک معضل بزرگ مطرح بوده است . این پلاستیک های دور ریخته شده که در واقع زمانی بسته بندی مواد خوراکی و بهداشتی را تشکیل می داده اند ، در عین حالی که کم خطر می باشند آلودگی های زیست محیطی و مشکلاتی وسیعی ایجاد می کنند که بارزترین آنها آلودگی های بصری و زیست محیطی و خسارت های جبران ناپذیر بر آب ، خاک ، هوا و جانداران است،پلاستیک با ماندگاری حدود 300 سال یک ماده تجزیه ناپذیر محسوب می شود . ازدیاد مصرف این ماده طی دو دهه اخیر به طور فزاینده ای در جهان محسوس است . بر اساس برآورد های صورت گرفته همه ساله بیش از یکصد میلیون تن پلاستیک در دنیا تولید می شود ؛علت آن نیز توسعه صنایع پتروشیمی و نفت و تغییر در الگوهای مصرف بشر است؛ برای مثال : در کشوری مثل استرالیا سالانه حدود یک میلیون تن پلاستیک تولید می شود که 40 درصد آن صرف مصارف داخلی می شود . در همین کشور هر ساله حدود 6 میلیون بسته یا کیسه پلاستیکی مصرف می شود . کشور ما ایران هم نیز سالیانه مقادیر زیادی لوازم پلاستیکی تولید می کند واین به خاطر داشتن منابع نفتی و تولیدات پتروشیمی فراوان است وبه خاطر همین امر کشور ما یکی از عمده تولید کنندگان مواد پلاستیکی به شمار می رود . خبر تولید پلاستیک های خوراکی شاید موجبات تعجب بسیاری از افراد را بر انگیزد اما واقعیت این است که هم اکنون دنیا به سمت تولید و استفاده از پلاستیک های زیست تخریب پذیر و خوراکی پیش می رود . در همین راستا محققان کشورمان با تلاش شبانه روزی به دستاوردهای مهمی در تولید این نوع پلاستیک ها دست یافته اند .
تعریف پلاستیک« پلاستیک » واژه ای است به معنای شکل پذیر، یا چیزی (مناسب برای قالب گیری). پلاستیک ها بر اثر حرارت، نرم می شوند و مانند خمیر بازی کودکان، به هر شکلی در می آیند. پس پلاستیک ها را می توان حرارت داده و به اشکال گوناگونی در آورد البته پس از سرد شدن، سخت می شوند و به شکلی که یافته اند، باقی می مانند. پلاستیک محصولی است که به منظورهای مختلفی بکار می رود.پلاستیک ممکن است سخت یا نرم باشد شفاف یا مات باشد.می تواند شبیه چوب یا چرم یا ابریشم بنظر آید .در حال حاضر بیش از ۱۰۰۰۰ نوع پلاستیک مختلف وجود دارد.بعضی از انواع پلاستیک ها قابل بازیافت هستند و برخی غیرقابل بازیافت میباشند.از نظر بعضی ها که پلاستیک ها پسماندهایی هستند که در نهایت غیر قابل تبدیل هستند یا از آنجا که سوختهای فسیلی را مصرف می کنند آنها را انرژی خوار می نامند درصورتی که این چنین نیست وپلاستیکها از لحاظ انرژی و مصرف آن بسیار با صرفه عمل می کنند .یعنی انرژی خیلی کمتری برای ساخت یک بطری پلاستیکی نسبت به ساخت بطری شیشه ای مصرف می شود.همچنین از آنجایی که پلاستیکها وزن سبکی دارند انرژی کمتری برای حمل آنها مصرف می شود.گرچه پلاستیکها به طور کلی سبک هستند ولی دفع آنها در محلهای دفن زمینی گزینه ی خوبی نیست بلکه دو راه دیگر هم وجود دارد بازیافت و زباله سوزی .کاربری این روش ها موجب بازپس گیری برخی ارزشهای پلاستیک می شود که میتواند در ساخت دوباره اقلام پلاستیکی به کار آید.زباله سوزی موجب بازیابی انرژی شیمیایی می شود که می توان از ان به منظور تولید بخار و الکتریسیته بکار برد .در صورتی که دفن زمینی پلاستیکها هیچ کدام از این مزایا را ندارد و بعلاوه دفن بهداشتی پلاستیک به معنی دفن همیشگی است چرا که این نوع پسماند تجزیه هم نمی شود
کاربردهای پلاستیکپلاستیک، عایق حرارت و برق است، وزنی سبک دارد و می توان آن را به گونه ای ساخت که هرگز نشکند یا از ان در ساخت اسباب بازی یا دریچه های قلب استفاده کرد در عصر حاضر پیشرفت فناوری به پیشرفت هایی که در زمینه مواد حاصل شده است ، بستگی دارد . مواد مرکب ، نشانه گامهای بزرگی است که در راه تکامل مواد مهندسی برداشته شده است . با ترکیب فیزیکی 2 یا چند ماده نه تنها مواد سبک تر و محکم تری به دست می آید که جایگزین مصالح سنتی از قبیل فلزات ، سرامیک ، چوبها و پلیمرهای معمولی می شوند بلکه می توان با توجه به کاربرد مورد نظر ، خواصی مشخصی را در این مواد ایجاد کرد .در ترکیب فیزیکی اجزای تشکیل دهنده ماهیت خود را کاملا حفظ می کنند اما در برخی از مواد مرکب برای پیشرفته بهبود خواص مواد ، اصلاحات جزیی سطحی در مواد تشکیل دهنده اعمال می شود .با توجه به اهمیت و نقش مواد مرکب در توسعه فناوری های نوین محققان دانشگاه تربیت مدرس برای نخستین بار در کشور ، امکان ساخت تخته های چوب پلاستیک را با استفاده از 2 روش مورد بررسی قرار داده اند و موفق به ساخت چوب پلاستیک از ضایعات خرده چوب و پلی اتیلن سنگین شده اند .ماده مرکب که از ترکیب 2 یا چند ماده به دست می آید معمولا از یک یا چند فاز ناپیوسته و یک فاز ضعیف پیوسته که همان ماده زمینه است تشکیل شده است . فاز ناپیوسته معمولا سخت تر و قوی تر از فاز پیوسته است و به همین دلیل به آن فاز تقویت کننده نیز می گویند . فاز ناپیوسته می تواند نقش پرکنندگی را در ترکیب ایفا کند . پر کننده ها موادی بی اثر هستند که به پلیمرها اضافه می شوند تا هزینه ساخت مواد مرکب را کاهش و برخی از خواص فیزیکی مانند سفتی و سختی آنها را افزایش دهند .پلیمرهای تقویت شده با الیاف و پرکننده های معدنی ، مصنوعی و آلی از مهمترین مواد مرکب هستند که سالانه مقادیر بسیار زیادی از آنها در سراسر دنیا تولید می شود . مواد مرکب چوب پلاستیک که به اختصار wpc نامیده می شوند ، مخلوطی از مواد لیگنوسلولزی و پلاستیک هستند که گیرنده و با تجهیزات صنایع چوب قابل برش ، متر و سمباده زنی و ... هستند . اگر درصد مواد لیگنوسلولزی از 50 درصد کمتر باشد خواص محصول بیشتر به پلاستیک نزدیک است اما اگر درصد مواد لیگنوسلولزی از50 درصد بیشتر باشد خواص محصول تولیدی به چوب نزدیک تر است . کامپوزیت های با ترکیب های چوب پلاستیک در بسیاری از کشورهای پیشرفته به سرعت در حال تولید و گسترش هستند . در ساخت این مواد مرکب محدوده وسیعی از پلیمرها مانند پروپیلن ، پلی اتیلن ، پلی وینیل کلراید ، پلی استرو و .... همراه پر کننده های سلولزی شامل آرد و الیاف چوب ، کتان ، کنف ، بامبو ، کاه ، کلش و ... مورد استفاده قرار می گیرند . به دنبال افزایش نسبی قیمت پلاستیک در سالهای گذشته ، افزون پر کننده های طبیعی به منظور کاهش هزینه ها در صنعت پلاستیک و در برخی موارد افزایش تولید ، مورد توجه قرار گرفت .کاهش قیمت ، افزایش قابلیت پر کنندگی و دسترسی به انواع گوناگونی از الیاف از مهمترین مزایای استفاده از این مواد در مقایسه با پر کننده های معدنی مانند رس ، تالک ، آهن و الیاف مصنوعی مانند شیشه و کربن است . قابلیت تخریب بیولوژیکی در طبیعت ، تجدید پذیری و عدم تولید مواد سمی پس از سوختن نیز از دیگر ویژگی های مواد مرکب چوب پلاستیک است . جنس پلاستیک از چیست؟نخستین گام برای تهیه ی پلاستیک مطالعه در چگونگی مولکول است.« مولکول» کوچک ترین جزء هر ماده ای است که عیناً تمام خواص همان ماده را دارا می باشد. امروزه شیمی دانان توانسته اند مولکول های برخی از مواد را زنجیره وار به هم پیوند دهند، به گونه ای که زنجیره مولکول ها، خواصی غیر از خواص تک تک مولکو ل ها را پیدا می کند. این عمل را « بسپاری » می نامند. گاهی هم مولکول های چند جسم مختلف را زنجیره وار به هم پیوند می دهند. این عمل را « همبسپاری » می خوانند. بر اثر همبسپاری، جسم جدیدی پیدا می شود که خواصش با اجسام نخستین فرق می کند. البته مولکول های زنجیره ای که نتیجه عمل بسپاری یا همبسپاری هستند، بسپار نام دارد. دانشمندان قادرند که با این شیوه ها پیوسته اجسم تازه و نو ظهوری پدید بیاورند. بسپار یا جسم پدید آمده از بسپاری، سرآغاز ساختن پلاستیک نیز بوده است. مواد خام اولیه برای تهیه پلاستیک عبارتند از نفت و گاز .این سوخت های فسیلی بعضا با اکسیژن و کلر برای ساخت انواع پلاستیک ترکیب می شوند.خیلی از چیزهایی که می خریم در پوششها و بسته بندی های پلاستیکی معمولا عرضه می شوند البته برای آن که بتوان آن را نرم و شکل پذیر هم نمود، باید آن را ساییده وبه صورت گرد و یا حبه های ریزی در آورد. آن گاه ماده مخصوصی نیز بر آن می افزایند تا پلاستیکی کاملاً نرم و انعطاف پذیر به عمل آید.پلاستیک دارای خواص بسیاری است. از این رو در بسیاری از موارد به کار می آید. پلاستیک انواع گوناگونی دارد و ازهر نوعی مواد مخصوصی به دست می آورند. برخی را از زغال سنگ، برخی دیگر را از نمک، یا از الیاف پنبه و یا چوب تهیه می کنند. اما به هر حال، در تمام موارد مهم آن است که مولکول ها به ترتیب صحیحی زنجیره وار پهلوی هم قرار گیرند و بعد هم مواد شیمیایی لازم را بر آن ها بیفزایند
زیست تخریب پذیر یعنی چهواژه زیست تخریب پذیر یا به معنی موادی است که به سادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیر واحد های سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقی نمی مانند .
چگونگی استاندارد های یک محصول تخریب پذیراستاندارد های متعددی برای تعیین زیست تخریب پذیری یک محصول وجود دارد که عمدتا به تجزیه 60 تا 90 درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می گردد . این استاندارد در کشورهای مختلف متفاوت است.
دلایل زیست تخریب پذیرنبودن پلاستیکهای معمولیدلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیک های معمول ، طویل بودن طول مولکول پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده که تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه کننده با مشکل مواجه می کند .
سرعت های تجزیه مواد مختلف درطبیعت:
کاغذ.......................................................۴-۲
هفتهبرگ درخت..............................................۳-۱
ماهپوست پرتقال..........................................۶
ماهپاکت شیر..............................................۵
سالکیسه پلاستیکی...................................۱۰ تا ۲۰
سالظروف پلاستیکی...................................۵۰ تا۸۰
سالقوطی آلومینیومی.................................۸۰
سالقوطی حلبی....................................... ۱۰۰
سالبطری پلاستیکی نوشابه....................... ۴۵۰
سالیونولیت................................................هرگز
روش های اصلی تولید صنعتی پلیمردرساخت پلاستیک های زیست تخریب پذیر: نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه می باشد پلیمرهایی که از این روش تولید می شوند عمدتا شامل سلولز ، نشاسته ، انواع پروتئین ها ، فیبرها و چربی های گیاهی می باشند که به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی کاربرد دارند . دسته دیگر موادی هستند که پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند . مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند. باکتری ها از جمله موجوداتی هستند که این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیکره سلولی خود تولید می کنند . این باکتری به سهولت در محیط کشت و رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود . رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان می باشد که پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باکتریایی تولید (پلی هیدروکسی آلکانوات )به ذرت انجام شده است . نکته ای که نباید فراموش کرد این است که علی رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر ، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار کمتر از پلاستیک های سنتی باشد ؛ چرا که بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد .
موضوعات مهم در بهربرداری از پلیمرهای صنعتی از چند دید : الف ) دید محیط زیستی : این مواد باید سریعا در محیط مورد تجزیه قرار گیرند ، بافت خاک را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند . ب) دید صنعتی : این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و کارایی را داشته باشند و از همه مهم تر ، پس از برابری یا بهبود کیفیت نسبت به مواد معمول ، قیمت تمام شده مناسبتی داشته باشند . در هر دو بخش ، مخصوصا بخش دوم ، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است . تولید پلیمر های تجدید شونده با بهره برداری از کشاورزی ، یکی از روش های تولید صنعتی پایدار می باشد
انواع پلاستیک زیست تخریب پذیربه طور کلی دو نوع پلاستیک زیست تخریب پذیر داریم ، یک نوع مخلوطی از پلاستیک های طبیعی و سنتزی ( مصنوعی ) است مانند تهیه فیلم از مخلوطی از نشاسته و پلی اتیلن که بعد از مدتی پس از دور انداخته شدن ، تخریب و تجزیه می شود و از بین می رود . تیم محققان کشور ما بر روی هر دو نوع پلاستیک های زیست تخریب پذیر کار می کند . محققان با مخلوط کردن نشاسته و پلی اتیلن ( پلیمر طبیعی و سنتزی ) فیلمی تخریب پذیر تهیه کرده اند که پس از مدتی از بین می روند از آنجایی که این نوع فیلم های بسته بندی صد در صد تخریب نمی شوند محققان تحقیقات خود را متوجه ساخت ورقه ها و فیلم های خوراکی بسته بندی کرده اند که صد در صد هم تخریب می شوند . این نوع بسته بندی ها توسط میکروب ، باکتری ها و آنزیم های موجود در خاک یا در مجاورت نور خورشید به آب و دی اکسید کربن تبدیل می شود و از بین می روند .
فرایند تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر مصرف گسترده پلاستیک برای بسته بندی باعث رشد و افزایش ضایعات و زباله های پلاستیکی شده است . در حال حاضر حدود 30 درصد زباله های شهری را ضایعات پلاستیکی تشکیل می دهد که برای بسته بندی مواد خوراکی ، بهداشتی ، دارویی و غیر خوراکی به کار می رود . ماندگاری بسیار طولانی پلاستیک که عمری حدود 300 سال را بالغ می شود علاوه بر آلودگی های زیست محیطی ، سبب از بین رفتن زیبایی شهرها و طبیعت می شود از سوی دیگر بازیافت آن هم دارای مشکلات و هزینه های اقتصادی فراوانی است . به همین دلیل در کشورهای صنعتی و پیشرفته تحقیقات گسترده ای روی ساخت پلاستیک های زیست تخریب پذیر آغاز شده است این پلاستیک ها پس از دور ریخته شدن ظرف یک الی دو هفته تبدیل به اب وکربن دی اکسید(2می شوند واز بین می رود. در حال حاضر محققان کشورمان مشغول کار و تحقیق بر روی این نوع پلاستیک ها می باشند وبه منظور رفع این مشکلات ، محققان علوم زیستی در پی تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر از منابع تجدید شونده مثل ریز سازواره ها و گیاهان می باشند .
تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر تقریبا تمامی پلاستیک های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی که غیر قابل برگشت به محیط می باشند ، به دست می آیند . راه حل جایگزین برای این منظور ، بهره برداری از باکتری های خاکزی مانند می باشد که تا 80 درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیر سمی و تجزیه پذیر پلی هیدروکسی آلکانوات هستند ها عموما از زیر واحدی به نام بتاهیدروکسی آلکانوات و به واسطه مسیری ساده با 3 آنزیم از استیل – کوآنزیم ساخته شده و معروفترین آنها پلی هیدروکسی بوتیرات می باشد .
مشکل در زمینه ساخت این نوع پلاستیکپلی هیدروکسی بوتیرات ها میباشد که در حقیقت مهم ترین گروه از ها بوده ولی متاسفانه شکننده می باشد و در نتیجه برای بسیاری از کاربردها مناسب نمی باشد . بهترین پلاستیک های زیست تخریب پذیر ، کوپلیمرهای پلی هیدروکسی بوتیرات با سایر ها مثل پلی هیدروکسی والرات می باشد . تولید اینگونه کوپلیمرها در گیاهان تراریخت بسیار سخت تر از تولید پلیمرهای تک مونومری می باشند . باید منتظر باشیم تا سرانجام شاهد تولید اقتصادی این محصولات دوستدار محیط زیست در آینده ای نزدیک بود .
شکل 1: اصول کاربردی متفاوت در ساخت میکرو پلیمرهای زیست تخریب پذیر
از سال 1970 و با وخیم شدن مشکل دفن زباله در سطح جهان، موضوع استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر مطرح گردید که اولین موضوع در خصوص کیسه های زباله و مواد یک بار مصرف بود طوری که 30 درصد از پلاستیک های تولیدی برای مصارف یک بار مصرف می باشد وتنها 2 درصد از آن بازیابی می گردد لذا پلیمرهای زیست تخریب پذیربه عنوان جایگزین مناسب پلاستیکهای رایج مطرح گردید.
به طور کلی می توان پلیمرها را به دو گروه عمده زیست تخریب پذیرو غیر تخریب پذیر تقسیم بندی نمود و پلیمرهای زیست تخریب پذیررا براساس اجزای تشکیل دهنده، روش تهیه، روش ساخت و یا کاربرد آن ها نیز تقسیم بندی نمود.
پلیمرهای سنتزی غیرتخریب پذیر
منومر این پلیمرها از منابع نفتی بوده و به وسیله الیاف کربن و شیشه مقاوم می شوند که سعی گردیده در مقابل عوامل محیطی مقاوم باشند که خود باعث آلودگی محیط زیست به دلیل عدم تخریب پذیری آن ها توسط محیط زیست می شود که از آن جمله می توان به: پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی یورتان، پلی استایرن و غیره اشاره کرد.
پلیمرهای زیست تخریب پذیر
پلیمرهای زیست تخریب پذیر براسا س اجزای تشکیل دهنده از نظر خاستگاه طبیعی و غیرطبیعی تقسیم بندی می گردد که به شرح زیر است.
الف)پلیمرهای زیست تخریب پذیر با خاستگاه طبیعی
1- پلی ساکاریدها مانند نشاسته و سلولز
2- پروتئین ها مانند ژلاتین، پروتئین موجود در شیر، ابریشم، پشم
3- لیپیدها نظیر روغن کرچک و چربی اشباع شده حیوانی
4- پلی استرهای تولید شده از میکرو ارگانیسم ها یا گیاهان مانند پلی هیدروکسی آلکانوآت ها یا پلی هیدروکسی بوتیرات
5- پلی استرهای ساخته شده برپایه منومر طبیعی نظیر پلی لاکتیک اسید
6- یک گروه از پلیمرهای گوناگون نظیر لاستیک طبیعی
ب).پلیمرهای زیست تخریب پذیر سنتزی
پلیمرهای زیست تخریب پذیر زیادی وجود دارد که از مواد اولیه پتروشیمی تولید می شوند و بعضی وقت ها تعدادی از آن ها در محیط اطراف ما یافت می شوند نظیر نخ های بخیه که در پزشکی مصرف می شوند.
1- پلی استرهای آلیفاتیک نظیر پلی گلایکولیک اسید
2- پلی استرهای آروماتیک یا ترکیب با پلی استرهای آلیفاتیک
3- پلی اولفین های اصلاح شده
4- پلی وینیل الکل ها
هر کدام از نمونه های بالا دارای خواص ویژه و کاربردهای بالقوه ای هستند.
روش های تخریب پلیمرهای زیست تخریب پذیر
پلیمرها به روش های میکروبی، نوری و شمیایی تخریب می شوند. هر سه روش تحت عنوان زیست تخریب پذیری تقسیم بندی می شوند که محصولات نهایی حاصل از تخریب در طبیعت یافت می شوند.
الف)تخریب از طریق نور
در این روش با تابش نور خورشید پلیمر به قطعات کوچک تر تبدیل می گردد. بیشتر تخریب میکروبی بعد از تخریب نوری شروع می شود. پلی اولفین ها از آن دسته پلیمرهایی هستند که توسط نور تخریب می شوند.
روش های پیشنهادی جهت تخریب نوری عبارتند از:
1.اضافه کردن افزودنی نظیر بنزوفنون به داخل ساختار پلیمر.
2.اصالح ساختار پلیمر با اضافه کردن جاذب اشعه فرابنفش نظیر
3.ساخت پلیمرهای حساس به نور
ب)تخریب از طریق میکروبی
پلیمرهایی که از مواد طبیعی ساخته می شوند نظیر الیاف کتان یا نشاسته مستعد به تخریب شدن از طریق مواد بیولوژیک هستند. سرعت تخریب پلیمرها در سیستم تخریب بیولوژیکی بستگی به نوع فرمولاسیون و میکروب مورد نیاز برای تخریب دارد. در این روش با وارد کردن نشاسته به ساختار پلیمر و بعد از آن که در تماس خاک یا آب قرار می گیرند به وسیله میکروب ها حمله می ود که در ابتدا نشاسته تجزیه شده و پلیمر به اختار اسفنجی تبدیل می شود که بسیار ضعیف می گردد. بعد از آن که نشاسته تجزیه می شود بافت پلیمر به وسیله حمله آنزیمی شروع به تخریب می کند. هر واکنش آنزیمی باعث قیچی شدن مولکول و کوچکتر شدن پلیمر شده تا این که کل پلیمر تخریب شود.
روش دیگر جهت تخریب میکروبیولوژیکی پلیمرها استفاده از میکرو ارگانیسم ها در پلیمرهاست که برای هدفی خاص به منظور تخریب مواد پلیمری انجام می گیرد. این روش بسیار پر هزینه بوده و باعث توقف استفاده از منابع تجدیدپذیر می شود. میکروارگانیسم های مورد نظر به منظور تخریب پلاستیک های برپایه نفت طراحی شده اند. البته این روش کمکی به حفظ منابع تجدید ناپذیر نمی نماید تنها از آلودگی محیط زیست جلوگیری می کند.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 54 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود با لینک مستقیم
دانلود مقاله پلیمرهای زیست تخریب پذیر 
