تاریخچه پلاستیک ها

اولین قدم در مورد صنعت پلاستیک ، توسط فردی به نام وایسا هیکات انجام گرفت که تلاش میکرد مادهای بجای عاج فیل تهیه کند. چون عاج فیل بعنوان مادهای سخت ، گرانقیمت و همینطور کمیاب کاربردهای فراوانی داشت. وی توانست نیترات سلولز را (که به غلط نیتروسلولز گفته میشود) از سلولز تهیه کند. پس نیترات سلولز اولین پلاستیک با منشا طبیعی است. ویژگیهای مواد پلاستیکی یک ویژگی مهم مواد پلاستیکی در صنعت ، فرآیند پذیر بودن یا Processible بودن آن است. اگر مادهای قابل ذوب یا قابل حل باشد، در صنعت قابل استفاده است و گرنه نمیتوان از آن استفاده صنعتی کرد.
چون نمیتوانیم آن را برای تهیه مواد بکار ببریم. ویژگی سلولز و نیترات سلولز سلولز نه قابل حل و نه قابل ذوب است و قبل از ذوب تجزیه میشود. پس فرآیند پذیر نیست. اما نیترات سلولز هم قابل حل و هم قابل ذوب است. یعنی وایسا هیکات ، سلولز فرآیند ناپذیر را به نیترات سلولز فرآیند پذیر تبدیل کرد. ویژگی استات سلولز نیترات سلولز ایراداتی دارد. از این رو تلاش برای جایگزین کردن یک پلاستیک دیگر به جای آن آغاز شد.

در سال 1862 برادران هایت موفق به تولید سلولوئید شدند .

در سال 1908 مایلز استات را تهیه کرد که هم مزیت نیتروسلولز را دارد و هم کارکردن با آن آسانتر است و خطرات کمتری دارد. اولین پلاستیک سنتزی ، رزین فنل- فرمالدئید بود که در تلاش برای ساخت مواد پلیمری کاملا سنتزی ، در سال 1907 لئو بلکند موفق شد از متراکم کردن فنل با فرمالدئید ، رزین فنل فرمالدئید را که بعدها تحت عنوان بالکیت (بعنوان محصول نهایی) نامیده شد، تولید کند. این رزین هم در محیطهای اسیدی و هم قلیایی قابل تهیه است. محیط اسیدی نوالاک بالکیت محیط بازی رزول رزیتول رزیت فنوپلاستها از متراکم شدن فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی فنوپلاست یا رزین فنل-فرمالدئید حاصل میشود.

اما مهمترین دوره پیشرفت پلاستیکها در دهه 1950 تا 1960 اتفاق افتاد که در آن زمان دوران اختراع و تولید انواع مختلف پلاستیکها خواص و کاربردهای متنوع نقطه عطفی در این صنعت نام گرفت.

در این زمانها دانشمندان چون زیگلر از آلمان و یا ناتا از ایتالیا اصول و روشهای پلیمراسیون را روشن کردند و باعث پیدایش تکنولوژی نوینی در جهت ساخت پلیمرهایی مختلفی همچون پلی اتیلن ها , پلی پروپیلن ها , پلی اترها و اپوکسی ها و ... شدند.

پلاستیک چیست؟

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.می تواند در ساخت اسباب بازی یا دریچه های قلب بکار رود.در حال حاضر بیش از ۱۰۰۰۰ نوع پلاستیک مختلف وجود دارد.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 خرید در پوششها و بسته بندی های پلاستیکی عرضه می شوند .شما هم احتمالا هر بسته ای را باز می کنید بعد از مصرف جعبه یا ظرف پلاستیکی اش را بدون توجه دور می اندازید.اما اگر همه این جعبه ها و ظروف پلاستیکی را جمع آوری کنیدچه اتفاقی می افتد؟در عرض یک ماه چه مقدار مواد زائد پلاستیکی مانند بطری نوشابه کیسه پلاستیکی و خودکار خالی جمع می کنید؟
بعضی از انواع پلاستیک ها قابل بازیافت هستند و برخی قابل بازیافت نیستند.خیلی ها فکر می کنند 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.در صورتی که 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 سوز موجب بازیابی انرژی شیمیایی می شود که می تواند به منظور تولید بخار و الکتریسیته بکار رود .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 پسماندتجزیه هم نمی شود.
صنعت پلاستيک ها با توجه به ارتباط شديد آن با صنعت نفت از اهميت زيادي برخوردار است.
در حقيقت به نوعي مي توان عنوان کرد که اگر نفت نباشد قادر به توليد پلاستيک ها نيستيم. تا اواسط دهه 1950 منبع اصلي ماده اوليه براي صنعت پلاستيک در اروپا زغال سنگ بود که در اين راستا قطران زغال سنگ, کک,گاز زغال سنگ و آمونياک قطران زغال سنگ منبعي براي مواد شيميايي آروماتيک مانند بنزن,تولوئن فنول,نفتالين, و محطولات وابسته بود که در نهايت به توليد پلاستيک هاي مهمي نظير رزين هاي پلي استيرن ونايلون ها منتهي مي شد.
توسعه صنعت پتروشيمي احتمالا بزرگترين عامل منحصربه فرد در رشد پلاستيک است به همين دليل صنعب پتروشيمي از طريق توليد پلاستيک ها به طور محسوس و از جنبه هاي مختلف در زندگي روزمره ي ما نمايان است.
از لحاظ تاريخي صنعت پلاستيک از شدت رشد بسيار سريعي برخوردار بوده است. اگر چه پلاستيک هاي مصنوعي از اواخر قرن نوزدهم به گسترده به بازار نفوذ پيدا کرده اند. ولي درحقيقت اين صنعت با پايان جنگ جهاني دوم و ورود مواد اوليه پتروشيميايي نسبتا ارزان به بازار رشد کرد و ما را به عصر کنوني مي توان به عصر پلاستيک ها نام داد؛ رهنمون ساخت و سرعت رشد اين صنعت بيشتر از صنايع ديگر مي باشد. که اين امر خود به خاطر مزاياي فناوري هاي جديد ودخالت دادن پارامتر هاي اقتصادي در جايگزين کردن پلاستيک ها بجاي موادي مانند فلز, شيشه, چوب, سراميک و... است. به عنوان مثال ميتوان از جايگذين يک لوله ي پلاستيکي بخاطر قيمت وسهولت نصب و اتصال آن در قياس با نمونه ي فلزي آن نام برد. در حال حاضربا توجه به پيشرفت هاي جديد در صنايع خودرو سازي و يا لوازم خانگي قطعات پلاستيکي به خاطر کاهش وزن و افزايش بازدهي سوخت جايگزين بسيار مناسبي براي قطعات فلزي در اين دسته از توليدات شده اند از مثال هاي متعدد ديگري که در تصديق اين امر ميتوان اشاره کرد اين است که امروزه از انواع پلاستيک هاي پليمري در بازار در حدود 70 % آنها مختص به چهار گروه PVC,PE,PP,PS مي باشد.
براي توليد اين چهار زمينه ي کالايي رقابت زيادي بين شرکت هاي شيميايي :"داو-بي اف گودريچ-فيليپس-يونيون کار بايد-و پونت-مونسانتو-اکسون" از اهميت خاصي برخوردار است که با توجه به قيمت کالاهاي پلاستيکي عرضه شده به بازار رقابت شديدي بين توليد کنندگان وجود دارد. در مواردي نيز پلاستيک هاي خاصي فقط توسط يک يا دو توليد کننده توليد مي شود و جنبه ي رقابتي از بين مي رود.
تقسيم بندي پلاستيک ها بر اساس بنيان اصلي:
1-طبيعي
2-نيمه مصنوعي
3-پلاستيک هاي مصنوعي يا صنعتي
در مورد پلاستيک هاي طبيعي ميتوان به موادي چون رزين ها-بيومين ومثلاک اشاره کرد در مورد پلاستيک هاي نيمه مصنوعيبه ماده اي چون گازئين که ريشه ي اصلي آن شير مي باشد اشاره مي شود که در ساخت" دسته ي برس, دکمه و چسب چوب "کاربرد دارد.
اما پلاستيک هاي صنعتي که کاربرد فراواني پيدا کرده اند قطعات فراواني مثل چرخ دنده ها قطعات تلفن را شامل مي شوند که ريشه اصلي آنها زغال سنگ مي باشد از جمله اين مواد فرم آلدئيد – اوره فرم آلدئيد و فلوئور کربن مي باشد.

آينده و بازار پلاستيک

همانگونه که در قبل از اين ذکر شد بيشترين مصرف پلاستيک ها درست پس از جنگ جهاني دوم به عنوان جايگزين ارزان قيمت مواد مرسوم و رايج شکل گرفت اما حتي امروز نيز تصور عمومي از صنعت پلاستيک به طور کامل شفاف و مثبت نيست . سهم قابل توجه پلاستيک ها در ارتقاء سطح استاندارد کيفي زندگي تبيين نشده است . با اين حال در بسياري از زمينه ها مواد پلاستيکي مدتي است که جايگاه مناسب خود را در بازار يافته اند که از جمله آنها مي توان به صنعت برق اشاره کرد که ترکيب خواص عالي عايق بودن و چقرمگي ، دوام و دير سوز بودن به انواع مختلف دو شاخه سر پيچ لامپ و عايق سيم ها و کابل ها منتهي شده است .
اگر بخواهيم فهرستي از کاربرد پلاستيک ها اشاره کنيم مي توانيم به موارد زير توجه کنيم
1- کاربرد خواص ( پيزوالکتريک و پيروالکتريک و ينليدن فلوئوريد ) در بلند گوها و آشکارسازي
2- مصارف وسيع پلاستيک ها در ساختمان سازي مثل لوله آب فاضلاب لايه هاي ضد رطوبت – کفپوش ها – عايق کاري ، تزئين ديوار و ....
3- کاربرد پلاستيک ها در موارد بسته بندي مثل بطري ها – ظروف حمام
4- صنايع خودروسازي که در حال حاضر يکي از مصرف کنندگان عمده پلاستيک ها است که افزايش وزن و تعداد قطعات پلاستيکي در خودروها مبين اين ادعا است : از جمله اين قطعات مي توان در اتومبيل به آنها اشاره کرد مثل باطري – سيم هاي نرم دو شاخه – سوئيچ برق – کلاهک هاي تقسيم – لوازم چراغ – روکش صندلي – تودوزي و تزئين بدنه – پروانه رادياتور – لوله آب – لوله بنزين – مخازن آب سرد کن و چندين قطعه ديگر پلاستيکي موجود در يک خودرو مثل کمربند ايمني – سپر اتومبيل – شبکه رادياتور و .........
که در بسياري از اين قطعات وزن قطعه پلاستيکي بسيار کم بوده و هست حتي به طوري که اظهار شده است در يک خودرو کوچک اروپايي در حدود 450 قطعه مختلف از يک پلاستيک نوع پلي استال بکار گرفته شده است که مجموع وزن آنها از يک کيلوگرم فراتر نرفته است .
5- مبلمان و لوازم خانگي و اداري
6- وسايل حمل و نقل ترابري آبي و هوايي مثل قايق ها و هواپيما ها
7- تجهيزات صنعتي مثل لوله هاي صنعتي – پمپ ها – شير ها – شيشه اتاق هاي کنترل که از موادي همچون PTFE – PVC استفاده مي شود .
8- صنايع عکاسي
9- تجهيزات پزشکي مثل سرنگ تزريق و ....
10-استفاده از فيلم پلاستيک جهت کاغذ چاپ
11- صنايع توليد کفش .

موارد اشاره شده تنها برخي از مصارف عمده مواد پلاستيکي را نشان مي دهد .
با توجه به تاثير گذاري عوامل زير در سال هاي 1945 تا 1973 رشد چشمگير کاربرد پلاستيک هاي مشهود بوده است .
1- افزايش شناخت خصوصيات و توانايي هاي مواد پلاستيکي
2- قابليت رو به رشد پلاستيک ها به واسطه ظهور مواد جديد
3- کاهش مداوم هزينه مواد اوليه پلاستيک نسبت به هزينه مواد رايج مانند چرم ، کاغذ ، فلزات و ......
4- پايين بودن هزينه حمل و هزينه توليد
صرف نظر از قيمت نفت اين عوامل به ميزان زيادي نشان مي دهد که صنعت پلاستيک يک صنعت تکامل يافته است که رشد آينده زيادي به وضعـــــيت اقتصادي جهان دارد . و با توجه به اينکه هزينه تبديل نفت به مواد پلاستيکي و هزينه هاي حمل و نقل و فرايند آنها کمتر از فعاليت هاي مشابه توسط مواد مرسـوم است بــنابر اين مشخص مي شود که قيمت پلاستيک ها با سرعتي کمتر از مواد مــرسوم رقيب آنها افزايش مي يابد .
و اين گواهي دهنده افزايش اهميت پلاستيک ها در آينده است .
مشکلي که براي صنعت پلاستيک هم اکنون متصور است که در سال 1970 نيز آشکار شد . نگراني در مورد محيط زيست مي باشد . که نگاه کلـــي آن بر روي صنايع شيميايي و به منبع به بخشي از آن که مواد پلاستيکي هستند متمرکز است
اما در مجموع بايد اشاره کرد که کاربرد پلاستيک ها در تمام صنايع روند صعودي خود را همچنان حفظ کرده است
تا جايي که امروز در ساخت يک هواپيماي مافوق صوت بيش از 5/2 تن قطعات پليمري ( مصنوعي ) مصرف مي شود .
خواص عمده پلاستيک ها
1- سبک بودن
2-عايق حرارت بودن
3- عايق الکتريسته بودن
4- شفاف بودن
5- رنگ پذبري
6- مقاوم در برابر شرايط جوي
7- مقاوم در برابر حلال هاي شيميايي
8- بهداشتي بودن
9- سهولت شناخت
10- ارزاني
11- سازگاري با شرائط مختلف
12- کاربرد متنوع

پلاستیک ها

در ۱۵ سال اخیر کاربرد پلاستیک ها بشدت افزایش یافته است . یکی از انگیزه های اولیه برای بدست آوردن این مواد جایگزینی توپهای عاجی بیلیارد بوسیله یک ماده ارزانتر بود .
پلاستیک ها توسط ریختن در قالب ، فرم دادن ، اکستروژن و نورد تولید می شود و به صورت قطعات توپر، روکش، پوشش، اسفنج، الیاف و لایه های نازک وجود دارند . پلاستیک ها مواد آلی با وزن مولکولی بالا هستند که می توانند به شکلهای مختلف در آیند . بعضی از آنها به صورت طبیعی یافت می شوند ولی اکثر آنها به صورت مصنوعی به دست می آیند .
بطور کلی پلاستیک ها در مقایسه با فلزات و آلیاژها خیلی ضعیفتر ، نرمتر ، مقاومتر در برابر یونهای کلر و اسید کلریدریک ، مقاومت کمتر در برابر یونهای اکسید کننده مثل اسید نیتریک ، مقاومت کمتر در برابر حلالها و دارای محدودیت حرارتی پایینتر می باشد . خزش در درجه حرارتهای محیط یا سیلان سرد از نقطه ضعفهای پلاستیک ها بویژه ترموپلاستها می باشد .

پلاستیک ها : ترموستها و ترموپلاست ها

ترموپلاست ها با افزایش درجه حرارت نرم می شوند و موقعی که سرد می شوند به سختی اولیه باز می گردند . اکثر آنها را می توان ذوب نمود .
ترموست ها با افزایش درجه حرارت سخت می شوند و با سرد شدن سختی خود را حفظ می کنند و با حرارت دادن تحت فشار شکل می گیرند و تغییر شکل مجدد آنها ممکن نیست ( قراضه آن قابل استفاده نیست ) .
خواص پلاستیک ها را می توان با افزودن مواد نرم کننده ، سخت کننده و فیلر بطور قابل ملاحظه ای تغییر داد . پلاستیک ها مانند فلزات خورده نمی شوند .
در جداول زیر به مقایسه ترموپلاست ها و ترموست ها از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی میپردازیم .

ترمو پلاستها

جدول 1 – خواص فيزيكي و مكانيكي برخي ترموپلاست ها

ترموست ها

جدول 2 - خواص فيزيكي و مكانيكي برخي ترموستها

حال به توضیح سه مورد از هر جدول میپردازیم :

۱ . ترمو پلاستها

فلورو کربنها :
تفلون و کل اف و فلورو کربنها فلزات نجیب پلاستیک ها هستند به این معنی که تقریبا در تمام محیطهای خورنده تا دمای ۵۵۰ درجه فارنهایت مقاوم هستند . اینها از کربن و فلور ساخته شده اند اولین تترا فلوراتیلن توسط دوپنت تولید شد و تفلون نام گرفت .تفلون علاوه بر مقاومت خوردگی ، دارای ضریب اصطکاک کمی است که می تواند مانند یک روغن کار سطح فلزاتی که بر روی هم سایش دارند از خورده شدن در اثر اصطکاک (خوردگی فیزیکی) محافظت کند .
پلی ونیل کلراید(پی .وی .سی ) :
این ماده اساسا سخت است ولی با اضافه کردن مواد نرم کننده و وینیل استات میتوان آنرا نرم نمود . کاربرد این ماده در لوله ها و اتصالات ، دودکشها ، هواکشها، مخازن و روکشها می باشد .
پلی پروپیلن :
پلی پروپیلن ، پرو فاکس و اسکان برای اولین بار در ایتالیا بوجود آمدند و دارای مقاومت حرارتی و خوردگی بهتری نسبت به پلی اتیل بوده و همچنین از آن سخت تر هستند . برای ساخت والو ها ، بطریهایی که توسط حرارت استریل می شوند و لوله و اتصالات به کار می رود .

۲ . ترموستها

سیلیکونها :
سیلیکونها دارای مقاومت حرارتی بسیار خوبی هستند . خواص مکانیکی با تغییر درجه حرارت تغییر کمی میکند .یکی از مواد تشکیل دهنده این ماده سیلیسیم است که دیگر پلاستیک ها چنین نیستند. سیلیکونها بعنوان ترکیبات قالبگیری ، رزینهای ورقه ای و بعنوان عایق در موتورهای برقی استفاده می شود اما مقاومت آنها در مقابل مواد شیمیایی کم است .
پلی استرها :
پلاستیک های پلی استر ، داکرون ، دیپلون و ویبرین دارای مقاومت خوردگی شیمیایی ضعیفی هستند .مورد استفاده اصلی پلی استر ها در کامپوزیتها بصورت الیاف می باشد . مثلا کامپوزیت پلی استر تقویت شده و شیشه دارای چنا ن مقاومتی میشود که در بدنه اتومبیل و قایق مورد استفاده می گردد .
فنولیکها :
مواد فنولیکی(باکلیت) ،دارز ، رزینوکس از قدیمی ترین و معروفترین پلاستیک ها هستند .این مواد عمدتا بر اساس فنول فرم آلدییدها هستند. کاربردهای آن عبارتند از : بدنه رادیو ، تلفن ، پریز ، پمپ ، سر دلکو و غلطکها .

پلاستيك هاي زيست تخريب پذير( زيست تجزيه پذير)

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 سرو کار 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 40 درصد آن صرف مصارف داخلی می گردد. در همین کشور هر ساله حدود 6 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 غیر قابل بازگشت به محیط هستند و تجزیه آنها و برگشت به محیط چند هزار سال طول می کشد.

پلاستیکها بعنوان یک صنعت قوی ، از اتومبیل ها گرفته تا علم پزشکی در جهان شناخته شده اند . در حدود 75 بیلیون پوند پلاستیک هر ساله توسط صنایع پلاستیک سازی تولید می شود و هر ساله در آمریکا 50 میلیون تن پلاستیک تولید می شود . پلاستیکها دارای مزایای زیادی هستند چرا که پلیمرها را می سازند و اغلب مقاومت شیمیایی بالایی دارند و کاملاً با دوام و پایدارند لذا

در جامعه صنعتی ما نقش مهمی دارند .

دلیل اصلی تخریب پذیر نبودن پلاستیکها ، وجود مواد با وزن ملکولی بالا، طویل بودن طول ملکول پلیمر و پیوند قوی بین منومرهای آنها می باشد .

سوزاندن پلاستیکها یک راه مبارزه با تجزیه ناپذیری آنهاست ولی این روش گران و خطرناک است ضمن این که مواد شیمیایی مضر از قبـــیل اسید هیدروکلریک و نیز سیانید هیدروژن در طول سوخته شدن پلاستیکها آزاد می شوند .

زباله کردن پلاستیکها یک راه دیگر است اما این روش نیز اشکالاتی دارد :

اول اینکه تقسیم بندی زباله های پلاستیکی بدلیل رنج وسیع آنها مشکل است ، ثانیاً محدوده کاربردی زباله های پلاستیکی بسیار اندک است

هاLand fillیکی از راههای مطمئن و کم هزینه در تخریــــب پلاستیکهای تجزیه ناپذیر استفاده از

( لند فايل شاید به معنای ریختن زباله ها در زمین های خارج شهری باشد ) .40 % از 75بــيليون پوند پلاستيك توليدشده با استفاده از لند فايل ها تخريب شده اند. ام اين روش نيز اشكال خـــاص خود را دارد .

پلاستیکهای تجزیه ناپذیر یک مشکل اکولوژیکی مهم به شمار می آیند . هر ساله صدها هزار تن پلاستیک به محیط زیست دریایی ، ریخته می شود و یا در مناطق اقیانوس انباشته می شوند و باعث می شود تقریباً یک میلیون جانور دریازی به علت خفه شدن در انبوه پلاستیک ، از بین بروند .

البته در سالهای اخیر تلاشهای قانونی برای رفع پلاستیکهای غیر قابل تجزیه افزایش یافته است به منظور رفع این مشکل، محققان علوم زیستی در پی تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر از منابع تجدید شونده مثل ریزسازواره ها و گیاهان می باشند. .

واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنی موادی است که به سادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیر واحدهای 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 60 تا 90 درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می گردد. این استاندارد در کشورهای مختلف متفاوت است.

همان طور كه ذكر شد دلیل 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.

با این حال تولید پلاستیک ها با استفاده از منابع طبیعی مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیه کنندگان طبیعی می گردد. 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 امریکا طی برنامه ای بنا دارد تا سال 2010، تولید مواد زیستی را با استفاده از کشاورزی و با بهره برداری از انرژی خورشید با درآمد تقریبی 15 تا 20 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 می باشند.

برای بهره برداری از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:

الف) 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.

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 مناسبی داشته باشند.

در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است.

بطور معمول امروزه سه نوع از پلاستیکهای تخریب پذیر وجود دارد :

Photodegradable plastics

پلاستیکهای قابل تخریب توسط نور، بدلیل اینکه ظرف مدت چندهفته و یا چند ماه براثر تابش فرابنفش ساختار پلیمریشان تجزیه می شوند ، پلاستیکهای سودمندی هستند. اما مشکل این پلاستیکها این است که بسیاری از لند فايل ها فاقد نور خورشید هستند و لذا مقداری از این پلاستیکها همواره به صورت تجزیه ناپذیر باقی می ماند.

Starch_linked plastics

دسته دوم از این پلاستیکها، پلاستیکها با زنجیره های نشاسته است.این پلاستیکها اغلب در تهیه پلاستیکهای کیف یا کیسه های مغازه به کار میرود که از اجتماع تکه های کوچک پلی اتیلن با اتصالات نشاسته ساخته می شوند. نظریه موجود درباره تخریب این پلاستیکها این است که باکتریهای موجود در خاک با حمله به نشاسته ها و لایز کردن قطعات پلیمری باعث تخریب این ، پلاستیکها می شوند.البته قطعات پلیمری ممکن است از فعالیت این باکتریها جلوگیری کنند. فقدان نور واکسیژن در لند فايل ها ممکن است اغلب باعث تضعیف باکتریهای هضم کننده نشاسته شود.

پلاستیکها با زنخیره های نشاسته از پلاستیکهای موجود ضعیفتر هستند به همین منظور از مقدار بیشتری پلی اتیلن و ذرات تجزیه پذیردر ساخت آنها استفاده می کنند.

Bacterial plastics

دسته سوم، پلاستیکهای تجزیه پذیر جدید وخیلی مفید هستند چرا که عمل آنها دربکارگیری باکتریها بعنوان یک بیوپلیمر است . در سال1925 , پلاستیکهای زیستی در انستیتو پاستور کشف شد که درآنجا به مقدار زیادی باکتریهای پلیمری به نام

poly –B– hydroxyalkanoate (PHA) & poly –B– hydroxybutyrate (PHA)

سنتز می شد .

شامل هزاران ملکولهای هیدروکسی بوتیرات است که از انتها به یکدیگر متصل شده اند . PHB

پي اچ بي ها در باکتریها ، چربیهایی درون سلولی هستند همانند بافتهای چاق ما . ازاستخراج پي اچ بي ها در شرایط نامتعادل ، یک مقدار زیاد کربن ، یک منبع انرژی، یک فاکتور رشد محدود کننده و دیگر عوامل داریم. پي اچ بي کربن و منبع انرژی درطول گرسنگی باکتری ، مصرف می کند و یک نقش مهم در بقاء میکروارگانیسم در شرایط سخت نظیر کمبود مواد غذایی محیط ، فشار اسمتیک و تابش اشعه فرابنفش دارد .استخراج بالای پي اچ اي در طیف انبوهی از میکروارگانیسمها شامل گونه هایی از:

Syntrophomonas Pseudomonas و Alcaligenes genera و Clostridium

نشان داده شده است . البته تمام میکروارگانیسمها واجد پي اچ اي نیستند . بعنوان مثال انترو باکتریها و برخی گونه های سیانوباکتریها فقط درصد اندکی از کل آنها تولید پي اچ بي می کنند.

در سال 1970 شرکت انگلیسیICI در هنگام بحران نفت شروع به مطالعه بر روی اینگونه باکتریهای پلیمری کرد ، چرا که در آن زمان تقریباً تمام پلاستیکهای معمول در بازار از محصولات پتروشیمی و ذغال سنگ تولید می شود که البته غیر قابل بازگشت به محیط بودند.

تحقیقات محققان اين شرکت نشان داد که پي اچ بي اغلب دارای بسیاری از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی است که پلاستیکهای پتروشیمی واجد آنها هستند . بعنوان مثال : نقاط ذوب ، کریستاله شدن ، وزن مولکولی واستحکام قابل انعطاف و نیز پلی پروپیلن شبیه آنها . امتیاز مهم پي اچ بي ها بر دیگر انواع پلاستیکهای قابل تجزیه این است که، منشأ بیولوژیکی دارند و بصورت کامل و طبیعی از بین می روند .

باکتریها می توانند پي اچ بي را بطور کامل به آب و دی اکسید کربن تجزیه نمایند . در حقیقت تخریب پذیری طبیعی پلاستیکها ، با منشأ پي اچ اي باعث استفاده آنها در صنعت پزشکی شده است . کاربرد این پلاستیکها در پزشکی این گونه است که پلیتهای ساخته شده از پي اچ اي در بدن انسان می تواند دربهبود شکستگی استخوان موثر باشد نکته جالب این است که پس از بهبود استخوان پلاستیکها به آرامی در بدن انسان تجزیه می شوند . پي اچ اي ها اغلب برای تجزیه شدن به شرایط محیطی ویژه ای نیاز ندارند . چنانکه تحت هر شرایطی به سرعت تجزیه می شوند . پي اچ اي ها یک تکنولوژی مهمی هستند چرا که شیمیدانها قادر خواهندبود با تغییر دادن محیط کشت رشد باکتریها ، عوامل فیزیکی و شیمیایی تولید شده توسط باکتریها را کنترل نمایند . پي اچ بي پلیمری است که از چهار مونومر کربن ساخته شده است، و هنگامیکه گلوکز بعنوان ماده زمینه استفاده می شود توسط باکتری تولید می شود.

رشد باکتری درvalerta ، یک اسید چرب 5 کربنی را ایجاد می سازد که منجر به تولید PHV می شود لذاPHV از 5 مونومر کربن تشکیل شده است . یک کوپلیمر شبیه PHB-PHV که تقریباً از 20 درصدPHV و 80 درصدPHB تشکیل شده است می تواند در اغلب موارد گلوکز و اسید والریک را به داخل محیط کشت بیفزاید . کوپلیمرPHB-PHV بسیار مهم و ویژه است چرا که قویتر و انعطاف پذیرتر از پلیمرPHB است . جایگزینی پلاستیکها با منشا PHA به جای پلاستیکهای تخریب پذیر می بایست از بعد آزمایشگاهی به بعد صنعتی ( تولید توسط گیاهان ) حرکت نمایند . تولید پلاستیکهای PHA مستلزم ، یافتن باکتری های تولید کننده این مواد است باکتریهائی که به روش ارزان منابع کربن نظیر گلوکز و اتانل را تأمین نمایند . تنها گونه های باکتریایی اندکی واجد این دو معیار هستند یکی از این گونه هاAlcaligenes eutrophus می باشد . a.eutrophus بزودی توسط شرکت ICI به منظور تولید کوپلیمر شناخته می شود و با نام تجاریBiopol بصورت بسته بندی عرضه می شود .ICI به منظور تولید کوپلیمر از باکتری A.eutrophus مراحل مختلف را استفاده می کند . باکتری ابتدا در یک محلول غنی از گلوکز و والریک اسید رشد داده می شوند .

محیط کشتی که باکتری ها رشد می کنند در آن تهی از نیتروژن و واجد مواد مغذی ضروری می باشد . با افزودن یک پلیمر فورمینگ به محیط کشت ، مستقیماً به کوپلیمر تبدیل می شود .

محیط کشتی که باکتری ها رشد می کنند در آن تهی از نیتروژن و واجد مواد مغذی ضروری می باشد . با افزودن یک پلیمر فورمینگ به محیط کشت ، مستقیماً به کوپلیمر تبدیل می شود . کوپلیمر سپس بصورت گرانول هایی در پیکره سلولی باکتری ذخیره می شود 80 درصد یا بیشتر از وزن سلولهای باکتری معمولاً شامل کوپلیمر است . در مرحله بعد معمولاً با بکارگیری یک حلال قوی مثل کلروفرم داغ گرانولهای کوپلیمری را از پیکره سلولی تخلیص می نماید . عصاره سلولی به منظور حفظ خصوصیات فیریکی و شیمیایی گرانولهای می باید با دقت مراقبت شود . پس از خشک کردن عصاره سلولی در مرحله بعد با آسیاب کردن کوپلیمر آن را تبدیل به یک پودر یا قرص در می آورند که در نهایت در بسته بندی هایی نظیر بطری شامپو برای استفاده عرضه می شود .

پلاستيك هاي گياهي(زيستي)

همان طور که ذکر شد، تولید پلیمرهای تجدید شونده با بهره برداری از کشاورزی، یکی از روش های تولید صنعتی پایدار می باشد. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد:

نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه می باشد. پلیمرهایی که از این روش تولید می شوند عمدتاً 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 که مثال بارز آن پلی هیدروکسی آلکانوات ها می باشند.

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 می باشد 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 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.

توليد پلاستيك هاي گياهي

ضايعات و زباله هاي پلاستيکي به جا مانده از محصولات غذايي همواره در قالب يک معضل بزرگ مطرح بوده است. اين پلاستيک هاي دورريخته شده که در واقع زماني بسته بندي مواد خوراکي و بهداشتي را تشکيل مي داده اند، آلودگي هاي محيط زيستي وسيعي ايجاد مي کنند. پلاستيک با ماندگاري حدود 300 سال يک ماده تجزيه ناپذير محسوب مي شود.
خبر توليد پلاستيک هاي خوراکي شايد موجبات تعجب بسياري از افراد را برانگيزد اما واقعيت اين است که هم اکنون دنيا به سمت توليد و استفاده از پلاستيک هاي زيست تخريب پذير و خوراکي پيش مي رود. به همين دليل در کشورهاي صنعتي و پيشرفته تحقيقات گسترده اي روي ساخت پلاستيک هاي زيست تخريب پذير آغاز شده است.اين پلاستيک ها پس از دور ريخته شدن ظرف يک تا دو هفته تبديل به Co2 و H2O (دي اکسيد کربن و آب) مي شود و در نتيجه از بين مي رود. در همين راستا محققان کشورمان با تلاش شبانه روزي به دستاوردهاي مهمي در توليد اين نوع پلاستيک ها دست يافته اند. به طور کلي دو نوع پلاستيک تخريب پذير داريم ، يک نوع مخلوطي از پلاستيک هاي طبيعي و سنتزي (مصنوعي) است مانند تهيه فيلم از مخلوطي از نشاسته و پلي اتيلن که بعد از مدتي از دور انداخته شدن ، تخريب و تجزيه مي شود و از بين مي رود.نوع ديگر پلاستيک هاي زيست تخريب پذير خوراکي است که از نشاسته ذرت ، آب پنير و پوست ميگو تهيه مي شود. اين پلاستيک ها پروتئيني هستند که هم به عنوان پوششي روي ميوه جات ، گوشت و مواد خوراکي يا دارويي استفاده مي شوند و هم به عنوان مکمل غذايي قابل خوردن هستند. به عنوان مثال پوشش روي بعضي قرص ها و کپسول ها، خوراکي است و پس از مصرف در بدن تجزيه مي شود و از بين مي رود. تيم تحقيقات ايراني روي هر دو نوع پلاستيک هاي زيست تخريب پذير کار مي کند. اين تيم با مخلوط نشاسته و پلي اتيلن (پليمر طبيعي و سنتزي( فيلمي تخريب پذير تهيه کرده است که پس از مدتي از بين مي رود. از آنجايي که اين فيلم هاي بسته بندي صددرصد تخريب نمي شود تحقيقات را متوجه ساخت ورقه ها و فيلم هاي خوراکي بسته بندي کرده اند، که صددرصد هم تخريب مي شوند. اين نوع بسته بندي ها توسط ميکروب ها، باکتري ها و آنزيم هاي موجود در خاک يا در مجاورت نور خورشيد به آب و دي اکسيد کربن تبديل مي شود و از بين مي رود. در حال حاضر تحقيقات اين تيم روي توليد پلاستيک از آب پنير متمرکز شده است.آب پنير حاوي حدود 30 تا 60 درصد پروتئين است که دور ريخته مي شود و يا در ساخت چيپس و پفک کاربرد دارد. از پروتئين آب پنير و زئين موجود در گلوتين (ضايعات به جا مانده از ذرت پس از استخراج نشاسته) ورقه بسته بندي خوراکي و زيست تخريب پذير ساخته اند که هرچند به مرحله توليد انبوه صنعتي نرسيده است ولي قابليت تجاري شدن را دارد. از اين بسته بندي هاي خوراکي مي توان به عنوان پوششي روي شکلات ها، کيک ها، ميوه جات ، ورقه زير پيتزا و شيريني ها استفاده کرد.
توليد پلاستيک از پوست پرتقال

دانشمندان امريکايي توانسته اند به وسيله پوست پرتقال و دي اکسيدکربن ، يک نوع پلاستيک جديد بسازند؛ اين شيوه در آينده ممکن است جايگزين استفاده از نفت به عنوان ماده اصلي براي توليد مواد پلاستيکي شود.پژوهشگران دانشگاه کورنل با ترکيب دي اکسيدکربن که عمده ترين گاز گلخانه اي است و يک نوع روغن موجود در پوست پرتقال يک پليمر تازه ساخته اند. ليمونين يک نوع ترکيب کربني است که 95 درصد روغن موجود در پوست پرتقال را تشکيل مي دهد و از آن براي خوشبو کردن مواد پاک کننده استفاده مي شود.جفري کوتس ، استاد شيمي در دانشگاه کورنل در ايتاليا در ايالت نيويورک امريکا و همکارانش از يکي از مشتقات اين روغن به نام اکسيد ليمونين به عنوان يکي از مصالح توليد پليمر استفاده کردند. محققان از يک کمکي يا کاتاليزور استفاده
کردند تا اکسيد ليمونين را وادار کنند طي فعل و انفعالي شيميايي با دي اکسيدکربن ، پليمر تازه اي به نام «کربنات پلي ليمونين» تشکيل دهد.منبع قابل تجديد اين پليمر داراي بسياري از خصوصيات پلي استيدين است که در بسياري از محصولات پلاستيکي يک بار مصرف استفاده مي شود.پروفسور کوتس گفت: تقريبا تمامي پلاستيک هاي موجود، از پلي استيرين در لباس گرفته تا پلاستيک هايي که براي بسته بندي مواد غذايي و محصولات الکترونيکي استفاده مي شود، با استفاده از نفت ، به عنوان يک ماده اصلي تشکيل دهنده ، ساخته شده است. اگر بتوان مصرف نفت را کنار گذاشت و در عوض از منابع فراوان ، قابل تجديد و ارزان استفاده کرد، در آن صورت بايد درباره آن تحقيق کنيم.نکته هيجان انگيز در مورد اين مطالعه اين است که ما با استفاده از منابع کاملا قابل تجديد قادريم پلاستيکي با کيفيت خيلي خوب بسازيم. تيم تحقيقاتي کوتس علاقه مند است از دي اکسيدکربن نيز به عنوان جايگزيني براي مصالح سازنده پليمرها استفاده کند. اين گاز را مي توان جدا کرده و از آن براي توليد پلاستيک هايي مانند اکسيد پلي ليمونين استفاده کرد .

منابع:

1- www.rasekhoon.net

2- www.iranplastic.ir

3- www.recyclenet.blogfa.com

4- www.hamshahrionline.ir

5- www.icfp.ir

6- http://www.sarmayeh.net

7- http://www.ngdir.ir

8- http://www.tebyan.net

9- http://daneshnameh.roshd.ir

10- www.njavan.com