پلیمرهای زیست تخریب پذیر به معنی موادی است که بسادگی توسط فعالیت میکروارگانیسم ها (باکتریها، قارچها و جلبکها) به زیر واحدهای سازنده خود تجزیه شده و در محیط باقی نمی مانند (ASTM D-6400-99 ). این پلاستیکها از منابع گیاهی و پلاستیکهای اصلاح شده با افزودنی های زیست تخریب پذیر کننده قابل تهیه می باشند. به محض قرار گرفتن این پلاستکها در خاک مورد حمله میکروارگانیسم ها قرار گرفته و عملیات تخریب زیستی آغاز می گردد.
پلیمرهای قابلیت کمپوست شدن31
در فرآیند کمپوست سازی (تهیه ی کود) پلاستیک توسط دسته ای از میکروارگانیسم ها در محیط گرم، مرطوب و هوازی با فرآیندهای بیولوژیکی دستخوش تخریب شده و تولید دی اکسید کربن، آب، ترکیبات غیر آلی و زیست توده32 کرده و هیچ ماده سمی قابل مشاهده و قابل تشخیص بجا نمی ماند. در واقع این فرآیند، تجزیه مواد آلی توسط دسته ای از میکروارگانیسم ها در محیط گرم، مرطوب و هوازی است. کمپوست حاصل از زباله های خانگی حاوی مقادیر متنابهی از عناصر معدنی است که تعدادی از آنها برای رشد گیاهان ضروری است. از جمله بور، روی، مس، منگنز، مولیبدن، کبالت و همچنین سایر عناصر عمده مانند نیتروژن، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و سدیم.
زیست تخریب پذیر هیدرولیزی33
افزایش آبدوستی زنجیر اصلی و گروه های انتهایی، باعث افزایش سرعت تخریب شیمیایی این دسته از پلیمرها در محیط های آبی می گردد[40]. سرعت هیدرولیز به گروه های عاملی موجود در زنجیر اصلی بستگی دارد برای مثال سرعت هیدرولیز گروه انیدریدی بیشتر از گروه استری وآن هم از بیشتر از گروه کربنات می باشد.
زیست تخریب پذیر نوری34
پلیمرهایی که با افزودنی های شیمیایی حساس به نور ترکیب شده اند یا کوپلیمرهایی که دارای پیوندهای ضعیف و جاذب اشعه فرابنفش بوده و در حضور نور فرابنفش می شکنند. این پلیمرها طوری طراحی می شوند که در حضور نور خورشید ضعیف و شکننده گردند. این افزودنی ها شامل بنزوفنون ، دی کتونها ، مشتقات فروسن و گونه های محتوی گروه کربونیل می باشند. این پلاستیکها در یک فرآیند دو مرحله ای تخریب می گردند به این صورت که ابتدا توسط نور فرابنفش پیوندهای مولکولی شکسته می شوند و سپس مورد حمله ی میکروارگانیسم ها قرار می گیرند.
فرسایش پذیر زیستی35
تخریب کنترل شده پلیمرها در اثر ترکیب شدن با افزودنی های پرو- اکسیدانت. این پلیمرها در محیط در اثر فرآیند اکسایشی، شکننده می شوند و در اثر فرسایش در هوا به تدریج خورده شده و از بین می روند.
زیست تخریب پذیر اکسایشی
این ها پلاستیکهای اصلاح شده با مقادیر کمی از افزودنیهای تسریع کننده ی فرآیند تخریب بوده که شامل پلاستیکهای زیست تخریب پذیرو نور تخریب پذیر می باشند و نامگذاریشان با اکسیداسیون مواد مرتبط می باشد. فرآیند تخریب شامل تخریب نوری و اکسایش است. این افزودنی حاوی نمکهای فلزی است که با ایجاد رادیکال آزاد موجب جذب اکسیژن می شود. با این کار زنجیرهای پلیمری به تدریج شکسته شده و جرم مولکولی پلیمر به حدی می رسد که می توانند با جذب آب، خیس شده و یک لایه ی بسیار نازک زیستی روی آنها تشکیل می شود در نتیجه زمینه برای پیشرفت میکروارگانیسم های متعددی که عناصر کربن و هیدروژن پلاستیک اکسید شده را مصرف می کنند، می گردد. فرآیند تخریب دراین پلاستیک ها دو مرحله ای است بدین صورت که ابتدا از هم پاشیدگی و تجزیه نمونه به تکه های کوچکتر انجام می شود و در مرحله ی بعد عملیات تخریب زیستی توسط میکروارگانیسم ها تکمیل می گردد.
2-2- طبقه بندی پلیمرهای تخریب پذیر بر اساس منشاء

پلیمرهای با منشاء طبیعی
پلی ساکاریدها مانند نشاسته، سلولز، پکتین، کیتوسان، کیتین، صمغ و…
پروتئین ها مانند ژلاتین، کازئین، ابریشم، کلاژن، پشم و…
لیپیدها نظیر روغن کرچک و چربی اشباع شده حیوانی

پلیمرهای تولید شده توسط میکرو ارگانیسم ها
در سال 1925 اولین پلاستیک زیستی، توسط لمون36 در انستیتو پاستور پاریس در سیتوپلاسم باسیلوس مگاتریوم کشف و استخراج گردید[41]. تحقیقات انجام شده حاکی از زیست تخریب پذیری، زیست سازگاری، طبیعت پلی استری و خاصیت ترموپلاستیکی این پلاستیکهاست. علاوه بر آن پلی هیدروکسی آلکانوآتها(PHAs) از منابع تجدیدپذیر تولید می شوند. به واسطه ی این ویژگی ها PHAs در زمینه های مختلف علوم پزشکی و دامپزشکی، صنایع دارویی و بسته بندی، کشاورزی، محیط زیست، بهداشت و سلامتی بشر کاربرد دارند.
در حال حاضر، در کشورهای پیشرفته سرمایه گذاری های کلانی برای توسعه و تولید علم در این زمینه انجام می گیرد. از انواع مهم پلی استرهای تولید شده (پلی هیدروکسی آلکانوآت ها) از میکروارگانیسمها یا گیاهان می توان به پلی هیدروکسی بوتیرات ( PHB )، پلی هیدروکسی والرات ( PHV ) پلی هیدروکسی هگزانوات (PHH)، کوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات- والرات اشاره کرد. ساده ترین کاربرد این پلیمرها در تهیه ی ظروف بسته بندی مواد غذایی، بطری های نوشابه، فیلم های پلاستیکی و کیسه است[42, 41]. خاصیت زیست تخریب پذیری و زیست سازگاری آنها با سامانه های حیاتی سبب شده که از آنها در رهایش کنترل شده داروها، مهندسی بافت و دامپزشکی استفاده شود[43, 44]. علی رغم کاربردهای بسیار متعدد این پلیمرها در صنعت، قیمت زیاد آنها در مقایسه با پلیمرهای مرسوم، استفاده از این پلیمر ها را محدود کرده است محاسبات نشان داده اند که بیش از 80 در صد قیمت تمام شده پلیمر به منابع و مراحل جداسازی آن مربوط می شود[45, 46]. درجدول 2-1 خواص این پلیمرها و برخی از پلیمرهای رایج آورده شده است[41].

جدول2- 1- مقایسه خواص پلی هیدروکسی بوتیراتها با پلیمرهای مرسوم[41].

تهیه ی آمیزه های زیست تخریب پذیر بر پایه ی نشاسته
اخیرا مطالعات گسترده ای برای تهیه ی آمیزه های پلیمری حاوی مقادیر متنوعی از نشاسته به منظور جایگزینی آنها با پلاستیکها به ویژه در صنایع بسته بندی، انجام شده است[47]. نشاسته یک ماده طبیعی، ارزان، تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر و نوعی کربوهیدرات طبیعی است که از مولکول های پلی ساکارید خطی بنام آمیلوز و مولکول های شاخه دار آمیلوپکتین تشکیل شده است. افزودن نشاسته به پلی الفین ها خواصی مانند پرکننده ها را بر روی خواص پلیمرها ایجاد کند.
زمانی که این ترکیبات در معرض محیط قرار می گیرند ترکیبات نشاسته به عنوان جزء تجزیه پذیر، به سادگی توسط میکروارگانیسم ها تجزیه شده و منجر به افزایش خلل و فرج می شود از اینرو مقاومت بستر پلاستیکی هم کم شده و به تدریج به ذرات کوچکتر شکسته می شود[48].
از مهمترین چالش هایی که در تهیه ی آمیزه های پایه نشاسته وجود دارد می توان به مشکلات امتزاج پذیری و افت خواص مکانیکی آمیزه در مقادیر بالای نشاسته اشاره کرد. از آنجایی که اکثر پلیمرهای سنتزی آبگریز هستند و از نظر ترمودینامیکی با نشاسته آبدوست امتزاج پذیر نیستند بنابراین اختلاط ساده منجر به عدم سازگاری فازها خواهد شد، از اینرو استفاده از سازگار کننده مناسب در هنگام تهیه آمیزه ضروری است. سازگار کننده های مناسبی که عمدتا در تهیه ی این آمیزه ها استفاده می شوند عبارتند از: پلی وینیل الکل، اتیلن وینیل استات، پلی وینیل بوتیرات ، پلی اتیلن-گرافت-مالئیک انیدرید، پلی پروپیلن-گرافت-مالئیک انیدرید آمیزه نشاسته با پلی استر های آلیفاتیک، پلی الفین ها، پلی کاپرو لاکتون، پلی لاکتیک اسید، سلولز استات، پلی وینیل الکل کاربرد گسترده ای در صنایع بسته بندی، محصولات بهداشتی، پوشش دهی کاغذ و… پیدا کرده است. برای سهولت فرآیندپذیری در هنگام تهیه ی آمیزه های پایه نشاسته، معمولا نشاسته توسط آب، گلیسرول، سوربیتول ، اوره نرم می شود. نرم شدن یا ژلاتینی شدن نشاسته شامل چهار مرحله است
(الف) جذب آب باعث متلاشی شدن نواحی بلوری (جزء آمیلوز) می شود.
(ب) حرارت و آب اضافی باعث متورم شدن
(ج) زنجیرهای آمیلوز از گرانول های نشاسته خارج می شوند.
(د) گرانول ها عمدتا محتوی زنجیر های آمیلوپکتین هستند که در بستری از آمیلوز پراکنده شده اند.
مراحل ژلاتینی شدن نشاسته در شکل 2-1 آورده شده است[49].

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منبع پایان نامه ارشد با موضوع the، and، of

شکل2- 1مراحل ژلاتینی شدن نشاسته[50].

پلاستیک های کاملا تجزیه پذیر
این پلاستیکها حاوی یک افزودنی مستربچ با پایه پلیمری، شامل نمکهای فلزی مثل کبالت استئارات به عنوان پرواکسیدانت هستند که در مرحله اکستروژن به میزان یک درصد به پلاستیک اضافه می شود. این افزودنی ها با هر نوع آمیزه حاوی پلی اتیلن و پلی پروپیلن در ابتدای فرآیند، آمیخته می شوند و به عنوان کاتالیزور سرعت فرآیند تجزیه را با قرارگیری در معرض هر گونه نور، گرما و تنش افزایش می دهند. افزودنی می تواند به گونه ای طراحی شود که تجزیه مواد از 60 روز تا 5 یا 6 سال به طول انجامد که این زمان به کاربرد محصول بستگی دارد. اینکار می تواند با کمک فرمولاسیون ها و نرخهای افزودن مختلف رخ دهد. در جدول 2-2 خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرهای سنتزی و زیست تخریب پذیر آورده شده است.

جدول2- 2- مقایسه خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرهای زیست تخریب پذیر و سنتزی[51].

عوامل تخریب پلیمرها

تخریب مکانیکی
زنجیره های پلیمری وقتی تحت تنش های مکانیکی می گیرند پاره می شوند و دچار افت شدید در خواص مکانیکی می شوند.
تخریب شیمیایی
وجود گروه های عاملی در ساختار پلیمر، باعث انجام واکنش های شیمیایی در شرایط واکنش پذیر و افت وزن مولکولی پلیمر می شود. برای مثال وجود گروهای عاملی هیدرولیز شونده در زنجیر اصلی پلیمر، باعث می شود که به محض قرار گرفتن این پلیمرها در شرایطی آبی، واکنش های هیدرولیز انجام شده و وزن مولکولی پلیمر کاهش پیدا کند.
تخریب نوری
در پلیمرهای حساس به نور که توانایی جذب پرتو های فرابنفش را دارند ، تابش پر انرژی فرابنفش سبب فعال تر شدن الکترون ها، اکسید شدن، شکستن زنجیرهای پلیمری و در نهایت تخریب پلیمرها را باعث می شود. 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. آغازگرهای تجزیه نوری بستر پلیمری مثل پلی اتیلن یا پلی استایرن، مونومرهای وینیل کتون هستند. اصلاح ساختار پلیمر با افزودنی های جاذب اشعه فرابنفش نظیر بنزوفنون دی تیو کربومات آهن یا نیکل می توانند در تخریب نوری این پلیمرها موثر باشند. این مواد به صورت کوپلیمر به مقدارحدود %2 وزنی به فرمولاسیون اضافه می شوند و تخریب نوری در محدوده ی طول موج های nm 320-290 انجام می گیرد. این پلیمرها پس از گذشت 8 – 12 هفته شروع به تخریب می کنند.
تخریب گرمایی
در دماهای بالا زنجیره های بلند پلیمری شروع به شکستن مولکولی و واکنش دادن با هم می کنند. در تخریب گرمایی عموما تغییرات در وزن مولکولی پلیمرها ، توزیع وزن مولکولی، کاهش چقرمگی، تغییر رنگ، شکنندگی، ترک خوردن نقش دارد.
تخریب میکروبی
میکروارگانیسم ها، آنزیمهای تجزیه کننده مولکول های آلی را در حین فرآیند تخریب تولید می کنند. تکثیر میکروارگانیسم ها می تواند دلیلی بر تخریب پلیمر باشد. پلیمرهایی که از مواد طبیعی ساخته می شوند مستعد 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.
آمیزه ها و یا کوپلیمرهایی که از پلیمرهای طبیعی و سنتزی تهیه می شوند، در اولین تماس با آب یا خاک، مورد حملات میکروبی قرار می گیرند و بافت پلیمر به وسیله حمله آنزیمی شروع به تخریب می کند. در اثر حملات میکروبی پلیمر طبیعی تجزیه شده و باعث ایجاد ساختارهای

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید