اسفنجی و بسیار ضعیف می گردد (شکل2-2). 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[52].

شکل2- 2- طرح واره ی حمله میکروارگانیسم ها به مولکول های قند پیوند خورده به پلی استایرن[53].

تخریب پلیمرها توسط میکروارگانیسم ها سه نوع مختلف است:
اثر بیوفیزیکی که در آن رشد سلول می تواند باعث انهدام مکانیکی شود،
اثر بیومکانیکی که در آن موادی از میکرو ارگانیسم ها می توانند بر پلیمر اثر کنند،
عملکرد مستقیم آنزیمی که در آن آنزیم ها باعث شکست اکسیداسیونی می شود[54].
پلیمرهای طبیعی در سیستم های بیولوژیکی به وسیله ی هیدرولیز و به دنبال آن اکسایش تخریب می شوند.
در شکل 2-3، همه ی عوامل موثر در تخریب پلیمرها به صورت طرح واره نشان داده شده است.

شکل2- 3- طرح واره ای از عوامل موثر در تخریب پلیمرها[55].

روش های استاندارد بررسی زیست تخریب پذیری

طیف سنجی FTIR
یکی از روشهای بررسی زیست تخریب پذیری نمونه ها قرار دادن نمونه ها در معرض نور فرابنفش و حرارت می باشد. در طی این فرآیند، تخریب اکسایشی باعث تشکیل گروههای کربونیل می شود. افزایش گروه های کربونیل بطور مستقیم در ارتباط با شکستن زنجیره های پلیمری و کاهش وزن مولکولی می باشد. بنابراین شاخص کربونیل37 می تواند به عنوان مشخصه ای برای دنبال کردن فرآیند تخریب بکار برده می شود.
در تحقیقات پی. کی. روی38 و همکاران فیلم های پلی اتیلن محتوی 3/0 درصد وزنی کبالت استئارات به عنوان افزودنی پرواکسیدانت در معرض نور فرابنفش و حرارت قرار داده شد و طیف های FTIR نمونه ها در شرایط زیر بدست آورده شد(شکل2-4)[56].
طیف FTIR قبل از آمایش39 حرارتی و نوری(a)
طیف FTIR بعد از 600 ساعت قرار گرفتن در یک آون هوا در دمای ?C70 (b)
طیف FTIR بعد از 600 ساعت قرار گرفتن در معرض نور UV(c)

شکل2- 4 طیف FTIR فیلم های پلی اتیلن محتوی 3/0 درصد وزنی کبالت استئارات قبل و بعد از آمایش حرارتی و نوری[56].
رابطه ی زیر برای بدست آوردن شاخص کربونیل استفاده می شود. هر چه میزان CI بیشتر باشد تخریب نمونه بیشتر است.

در این روش یک پیک که قبل و بعد تغییر محسوسی نمیکند به عنوان استاندارد داخلی40 در نظر گرفته شده و تغییرات نسبت به آن پیک سنجیده می شود. آنها نشان دادند که با گذاشتن نمونهها تحت پرتو اشعه ماوراء بنفش نمونهها دچار تخریب شده و پیکی مربوط به گروههای کربونیل در طیف FTIR نمونهها ظاهر میشود[56].
اندازه گیری کاهش وزن در آزمون تدفین در زیر خاک
روش دیگر در آزمون زیست تخریب پذیری، دفن کردن نمونه ها در زیر خاک است ولی این روش زمان بر می باشد. نحوه ی آماده سازی نمونه در این روش به این صورت است که پس از تهیه ی فیلم هایی با ابعاد cm2cm×10 و تعیین دقیق وزن، نمونه ها در عمق مناسبی برای نفوذ بهتر رطوبت و میکروارگانیسم ها دفن می شوند. بعد از هر ماه نمونه ها از زیر خاک برداشته می شوند پس از شست و شو با آب و اتانول، در دمای?C40 در خلاء کاملا خشک می شوند تا به وزن ثابت برسند. در نهایت، درصد تخریب را می توان از رابطه زیر بدست آورد که در این رابطه w0 و wd به ترتیب وزن نمونه ها قبل و بعد از تخریب می باشند[56].

Weight loss (%) = [(M0-Md)/M0]×100
پی. کی. روی و همکاران زیست تخریب پذیری فیلم های پلی اتیلنی فاقد افزودنی و حاوی 1/0 درصد وزنی افزودنی تخریب پذیر کننده را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان دهنده تخریب بیشتر نمونه ها در حضور افزودنی های پرو اکسیدانت می باشد که در شکل 2-5 آورده شده است.

شکل2- 5 در صد افت وزن فیلم های پلی اتیلنی در آزمون تدفین زیر خاک[56].

تغییرات در خواص مکانیکی
خواص مکانیکی پلیمرها، نسبت به تغییرات جرم مولکولی پلیمر بسیار حساس هستند، به طوری که اغلب به طور مستقیم بیانگر تخریب می باشند. درصد کاهش استحکام کششی و ازدیاد طول در پارگی آمیزه های پلی اتیلن با ترکیب درصدهای وزنی 5، 20، 30 و 40 از نشاسته به ترتیب نمونه شماره ی 1 تا 4 درجدول، بعد از آزمون کشت قارچ بررسی شده است و نتایج مقایسه ی آزمون کشش قبل و بعد آزمون کشت قارچ در جدول 2-3 آورده شده است. نتایج نشان می دهند که استحکام کششی و ازدیاد طول در پارگی کاهش پیدا کرده است و درصد کاهش این خواص در مقادیر بالای نشاسته چشمگیرتر است[57].

جدول2- 3نتایج مقایسه آزمون کشش قبل و بعد آزمون کشت قارچ[57].

میکروسکوپ الکترونی پویشی
یکی از آزمون هایی که برای زیست تخریب پذیری نمونه ها انجام می شود قرار دادن نمونه ها در محیط کشت قارچ می باشد. برای تایید تغییرات ایجاد شده، از نمونه ها قبل و بعد از آزمون کشت قارچ (ASTM G21) تصاویرSEM گرفته می شود. ریز نگار آمیزه ی پلی اتیلن با 30 درصد وزنی نشاسته، قبل و بعد از آزمون کشت قارچ درشکل 2-6 آورده شده است.

شکل2- 6 تصاویر SEM آمیزه پلی اتیلن با 30 در صد وزنی نشاسته، قبل و بعد از قرار دادن در محیط کشت قارچ[57]

تصاویر فوق بیانگر توانایی نفوذ قارچ به داخل شبکه پلیمری ، مصرف نشاسته و ایجاد یک شبکه ی متخلخل می باشد. شبکه خلل و فرج دار باعث افزایش سطح تماس شده که روی فرآیند تخریب پلی اتیلن هم تاثیر می گذارد.
سایر روش ها
مشاهدات چشمی
ارزیابی تغییرات قابل مشاهده در پلاستیک ها مانند سخت شدن سطح، ایجاد سوراخ یا ترک، تغییر رنگ یا تشکیل فیلم های زیستی بر روی سطح، می تواند در همه ی آزمایش ها انجام گیرد. مشاهده ی چشمی تغییرات می تواند به عنوان اولین نشانه از حمله ی میکروبی مدنظر قرار گیرد.
شاخص جریان مذاب41
کاهش وزن مولکولی پلیمرها در فرآیند تخریب دلیلی بر افزایش شاخص جریان مذاب می باشد. اندازه گیری تغییرات شاخص جریان مذاب می تواند به عنوان شاهدی بر تخریب و افت وزن مولکولی پلیمر استفاده شود. در اثر کاهش وزن مولکولی، تعداد گره خوردگی ها ی42 بین زنجیره های پلیمری کم می شود و با کاهش گرانروی مذاب43، شاخص جریان مذاب افزایش پیدا می کند.
چگالی ظاهری
در طول فرآیند تخریب ، اکسیداسیون زنجیرهای پلیمری باعث سفت تر شدن و متراکم تر شدن نمونه ها و افزایش چگالی ظاهری می شود.
تولید کربن دی اکسید / مصرف اکسیژن
میکروب ها تحت شرایط هوازی برای اکسایش کربن و تولید کربن دی اکسید به عنوان یکی از محصولات نهایی متابولیسم، اکسیژن مصرف می کنند. در نتیجه، مصرف اکسیژن یا تشکیل کربن دی اکسید شاخص های خوبی برای تخریب پلیمرها هستند که اغلب به عنوان روش اندازه گیری تخریب زیستی در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. در فرآیندهای تخریب آهسته، تجمع کربن دی اکسید و کاهش در غلظت اکسیژن، بسیار کند است و بنابراین احتمال بروز خطا افزایش می یابد. برای تخریب بسپار در خاک به علت سرعت تخریب آهسته تر که منجر به زمان طولانی آزمایش (تا دو سال) و نیز تولید کم کربن دی اکسید در مقایسه با میزان کربن موجود در خاک می شود، به نظر می رسد که بررسی کربن دی اکسید پیچیده باشد[58, 59].

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد درمورد language teaching، motivation، advantages

روشهای اصلاح نشاسته

اصلاح نشاسته با استفاده ازرآکتورهای پیوسته یا نا پیوسته
معمولاً اصلاح نشاسته در رآکتورهای ناپیوسته یا پیوسته انجام میگیرد. برای اصلاح نشاسته در این روش ابتدا باید فرآیند ژل شدن نشاسته انجام گیرد. هر چند که از حلالیت نشاسته در آب میتوان صرف نظر کرد، ولی در دماهای بالاتر ازC? 60 نشاسته با درصد آمیلوز کم توانایی ژل شدن در آب را دارد.ژل شدن نشاسته فرآیندی است که از شکست گرانولهای نشاسته و تشکیل خمیری با گرانروی بالا و یکنواخت حاصل میشود. بنابراین برای غلبه بر مشکل اختلاط، فرآیندهای اصلاح نشاسته مرسوم در رآکتورها در حالت تعلیقی از گرانولهای نشاسته متورم نشده در دماهای واکنش نسبتاً کم و با غلظتهای آب و نمک بالا صورت میگیرد[60]. نمک به عنوان بازدارنده از ژل شدن نشاسته جلوگیری می کند و امکان استفاده از دماهای بالا را فراهم میکند. اما استفاده از نمک در این سیستمها معایبی نیز به همراه دارد که میتوان به هزینههای اضافی و مراحل فرآیندی بیشتر برای حذف نمک از محصول نهایی اشاره کرد. استفاده از غلظتهای بالای آب و کم نشاسته نیز معایبی از قبیل از بین رفتن واکنش گر در اثر واکنش با آب و زمانهای طولانی اقامت در رآکتور را به همراه دارد[61].
اصلاح نشاسته با استفاده از اکستروژن
اکسترودرها به عنوان ابزاری برای اصلاح نشاسته در فرآیندی پیوسته و با کیفیت محصول بالا به کار میروند و دارای مزایای زیر میباشند:
ابزار اختلاط عالی به ویژه برای سیالات با گرانروی بالا
انجام واکنش در محیط یکنواخت
انتقال حرارت عالی
تنوع در طراحی مارپیچ که موجب میشود کنترل خوبی روی زمان اقامت و توزیع زمان اقامت داشته باشید.
برای این که اصلاح نشاسته توسط فرآیند اکستروژن کاربرد صنعتی پیدا کند، بایست دارای ویژگیهایی نظیر بازده تبدیل بالا، عدم حضور محصول جانبی و نرخ بالایی از تولید باشد.
اکسترودرهای دو مارپیچه و تک مارپیچه هر دو در اصلاح نشاسته کاربرد دارند. اما اکسترودرهای دو مارپیچه به دلیل کنترل بالا روی اختلاط و توزیع زمان اقامت و همچنین امکان طراحی مارپیچ به گونهای که میزان واکنش گر اضافی و محصول جانبی حذف گردد، کاربرد بیشتری را نسبت به اکسترودرهای تک مارپیچ به خود اختصاص دادهاند.
زمان اقامت کلی در اکسترودرها بین 2-5 دقیقه میباشد. در این دوره زمانی نشاسته بایست ژل شده و فرآیند اصلاح به میزان مطلوبی انجام گیرد. این در حالی است که در رآکتورهای بسته اصلاح نشاسته در زمانهای طولانی تری بین 2-24 ساعت و همچنین دماهای نسبتاً پایین تری انجام می گیرد.در اکسترودرها سرعت تولید تحت شرایط زیر چندین برابر میگردد:
محیط واکنش یکنواخت
غلظتهای بالای نشاسته(معمولاً بین 60-80 درصد نشاسته)
دماهای واکنش بالا(معمولاًبین ?C70-?C 140 بسته به نوع نشاسته)
بازده اختلاط بالا

اصلاح نشاسته توسط واکنش گرهای مختلف

در این بخش به بررسی واکنش گرهای مختلف در زمینه اصلاح نشاسته می پردازیم، و خواص نشاستههای اصلاح شده مختلف مورد بررسی قرار میگیرد. در این بخش نیز به مطالعات انجام گرفته در زمینه اصلاح نشاسته با واکنش گرها و فرایندهای مختلف و همچنین آمیزههای پلیمر- نشاسته اشاره شده است.
اپوکسیدها
واکنش اصلاح نشاسته توسط اپوکسیدها اغلب توسط کاتالیزور بازی صورت میگیرد.زیرا آلکوکسید تشکیل شده خود باعث افزایش سرعت واکنش میشود.یکی از مزیتهای واکنش حلقه باز اپوکسیدها عدم تشکیل محصول جانبی در فرآیند میباشد.زمانی که فرآیند در محیط آبی انجام میگیرد واکنش جانبی اصلی، واکنش آب با اپوکسید در محیط بازی و تبدیل آن به گلایکول میباشد. در شکل2-8 الف- ج واکنش اپوکسید با نشاسته در حضور کاتالیزور بازی و در شکل 2-7د- ه واکنش جانبی اصلی اپوکسید با آب نشان داده شده است. همچنین در شکل2-9 الف واکنش اپوکسید با نشاسته در غیاب کاتالیزور بازی و در شکل2-8 ب واکنش جانبی اصلی اپوکسید با آب در غیاب کاتالیزور بازی نشان داده شده است[61].

(الف)

(ب)

(ج)

(د)

(ه)

شکل2- 7- هیدروکسی پروپیل کردن نشاسته با پروپیلن اکساید در حضور کاتالیزور

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید