پلیمرهای زیست تخریب پذیر: تولد دوباره پلاستیک

امروزه در سراسر جهان از پلاستیک به صورت های مختلف استفاده می شود. از لیوان نوشیدنی و ظروف یکبار مصرف گرفته تا قطعات خودرو، موتور، دوچرخه و …. .

پلاستیک‌ها به دلیل عدم تخریب، یک عامل ترسناک محیطی به حساب می آیند و حدود 20 درصد از حجم زباله جهان را در سال تشکیل می دهند.

بیش از 21000 کارخانه تولید پلاستیک در ایالات متحده وجود دارد و طی دو دهه و نیم گذشته نرخ اشتغال در این کارخانه ها به طور متوسط سه درصد افزایش یافته است.

پلاستیک ها برای بازار کار و همچنین بسته بندی در سراسر جهان بسیار مهم هستند. از آنجایی که وجود پلاستیک برای زندگی روزمره مردم حیاتی است تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر برای سازگاری بیشتر با محیط زیست بسیار ضروری میباشد.

پلاستیک های زیست تخریب پذیر در طول بحران نفت در دهه 1970 مورد توجه قرار گرفتند. با افزایش قیمت نفت، برنامه ریزی برای تولید مواد زیست تخریب پذیر نیز افزایش یافت. دهه 1980 اقلامی مانند فیلم‌های زیست تخریب‌پذیر، ورق‌ها و قالب‌ها را به ارمغان آورد و با توجه به این واقعیت که آنها یک منبع تجدیدپذیر و بسیار مقرون به صرفه میباشند  به طور فزاینده ای محبوب شده اند.

پلاستیک های مبتنی بر نشاسته

پلاستیک های مبتنی بر نشاسته عمدتاً از گندم، سیب زمینی، برنج و ذرت تولید می شوند. از بین این چهار ماده، نشاسته و ذرت بیشترین مصرف را دارند و نشاسته کم هزینه تر است.

بیشترین فروش نشاسته مربوط به ایالات متحده است که سالانه حدود 1.8 میلیون دلار است. به عنوان یک محصول بسیار همه کاره، حدود 20 درصد نشاسته برای اقلام غیر خوراکی استفاده می شود. نشاسته برای بسیاری از اقلام غیر غذایی مانند ساخت کاغذ، مقوا،  چسب و …  استفاده می شود. اخیراً با پلاستیک هایی که از نشاسته تولید میشوند ظروف غذاخوری، بشقاب، فنجان و سایر محصولات مشابه در بازار موجود میباشد.

نشاسته هنگام برداشت به محصولی سفید رنگ و دانه ای تبدیل می شود. به گفته آکادمی علوم استرالیا، “نشاسته را می توان مستقیماً به یک پلاستیک زیستی تبدیل کرد”  اما به دلیل محلول بودن آن در آب، محصولات ساخته شده از نشاسته در معرض رطوبت، متورم شده و تغییر شکل می دهند و استفاده از آن را محدود می کند.

برای حل مشکل تغییر شکل ،باید نشاسته را با یک پلیمر ترکیب کرد .

نشاسته‌های زیست تخریب‌پذیر را می‌توان با استفاده از فناوری‌های متداول پلاستیکی مانند قالب‌گیری تزریقی، قالب‌گیری دمشی، دمیدن فیلم، فوم‌سازی، ترموفرمینگ و اکستروژن تولید کرد. این پلاستیک های مبتنی بر نشاسته شبیه بسیاری از پلاستیک های معمولی هستند و به اندازه سلولز خالص زیست تخریب پذیر هستند.

این فرآیند، نشاسته را از یک مونومر اسیدلاکتیک به یک زنجیره پلیمری به نام پلی لاکیتید (PLA) یا پلی گلویکولیک (PGA) تغییر می‌دهد. هر دو PLA و PGA پلیمرهای کریستالی هستند، اما PLA آبگریزتر از PGA است. PLA بسیار شکننده و سفت هستند و برای اکثر کاربردها به نرم کننده نیاز دارند. براقیت و شفافیت بالا از دیگر ویژگی های پلاستیک های PLA است.

PLA ها به دلیل در دسترس بودن متمایز هستند و میتوان از آنها در طیف گسترده ای از کاربردها مانند بسته بندی (فیلم بسته بندی، فیلم برای مواد غذایی خشک) ، لوازم التحریر (قلم، کارتریج، مداد تراش و غیره) و وسایل مراقبت شخصی استفاده کرد.

استرالیا از نشاسته ذرت به عنوان پایه ای در تحقیقات پلاستیک زیست تخریب پذیر خود استفاده می کند. مواد مبتنی بر نشاسته ذرت دارای ظاهری حساس و انعطاف پذیر هستند و  برای دسته وسیعی از اقلام، از سلفون گرفته تا گلدان های گیاهی و تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار میگیرند.

بعد از استفاده و قرار گرفتن در طبیعت در طول مدت زمانی کوتاه و به طور کامل در خاک محو می شوند، که این مورد برای استفاده جهت بسته بندی مواد غذایی و کشاورزی عالی است. پلاستیک های تولید شده از نشاسته ذرت به اندازه کافی ارزان هستند تا با پلاستیک های معمولی رقابت کنند.

یکی از ویژگی های بالقوه استفاده مجدد از کامپوزیت های مبتنی بر نشاسته این است که می توان از آنها به عنوان خوراک برای حیوانات مزرعه استفاده کرد. برخی از خوراک دام ها باید حاوی مقداری نشاسته همراه با 24-13 درصد پروتئین باشند. پلاستیک های نشاسته ای برای ظروف غذا در فست فودها  استفاده می شوند و سپس می‌توان آن‌ها را به جای فرستادن به محل دفن زباله، در خوراک دام اضافه کرد و هزینه‌ها را در بسیاری از موارد کاهش داد.

پلاستیک های مبتنی بر سویا

دانه سویا از پروتئین با مقداری محدود چربی و روغن تشکیل شده است. سطح پروتئین موجود در سویا از 40 تا 55 درصد متغیر است. پلاستیک های تولید شده با سویا معمولاً برای پوشش های غذایی استفاده می شوند اما اخیراً، پلاستیک‌هایی مستقل (که برای بطری‌ها استفاده می‌شود) از دانه‌های سویا ساخته شده‌اند.

شرکت فورد از پلاستیک های سویا برای تولید قطعات خودرو استفاده کرده است. و در هر دو فرآیند قالب گیری فشرده و تزریق می توانند از پلاستیک های سویا استفاده کنند.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر در مقابل پلیمرهای معمولی در بسیاری از کشورها پذیرفته شده و مورد استفاده قرار میگیرند و تصور می شود که این مواد با کاهش تولید پلاستیک های معمولی به محیط زیست کمک می کنند.

دو دلیل اصلی استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر عبارتند از: «مشکل افزایش تولید زباله و در نتیجه کمبود محل دفن زباله و نیاز به استفاده مسئولانه از نظر زیست محیطی از منابع.

از آنجایی که دولت و بسیاری از سازمان‌ها برای حفظ محیط زیست تلاش می‌کنند، ساخت پلاستیک‌های زیست تخریب‌پذیر یک مزیت قطعی دارد و آن چرخه بازگشت به طبیعت است.

مزایای زیادی برای تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر وجود دارد. ثابت شده است که پلاستیک های مبتنی بر نشاسته دوستدار محیط زیست هستند. ثابت شده است که پلاستیک های زیست تخریب پذیر مبتنی بر نشاسته 10 تا 20 برابر سریعتر از پلاستیک های سنتی تجزیه می شوند.

هنگامی که پلاستیک های سنتی سوزانده می شوند، بخارات سمی ایجاد می کنند که می تواند به سلامت افراد و محیط زیست آسیب برساند. اگر هر فیلم زیست تخریب پذیر سوزانده شود، مواد شیمیایی سمی با دود کمی در هوا منتشر می شود.

ثابت شده است که پلاستیک های زیست تخریب پذیر کیفیت خاک را بهبود می بخشد. این فرآیند توسط میکروارگانیسم ها و باکتری ها انجام می شود که در خاک مواد را تجزیه می کنند و در واقع زمین  حاصلخیزتر می شود.

آینده پلاستیک های زیست تخریب پذیر

پلاستیک های زیست تخریب پذیر پتانسیل بالایی برای استفاده به صورت عام از خود نشان داده اند. بسیاری از کشورهای جهان  اقدام به تولید این مواد در بازارهای خود کرده اند. دولت استرالیا یک میلیون دلار برای تحقیق و توسعه پلاستیک های مبتنی بر نشاسته پرداخت کرده است.

ژاپن یک پلاستیک زیست تخریب پذیر ساخته است که از روغن نباتی ساخته شده و استحکامی برابر با پلاستیک های سنتی دارد. شهردار لومباردی ایتالیا اخیراً اعلام کرد که تجار باید کیسه های زیست تخریب پذیر را در دسترس همه مشتریان خود قرار دهند. در آمریکا، مک دونالد در حال کار بر روی تولید ظروف یکبارمصرف زیست تخریب پذیر است.

پیش بینی می شود که تقاضا برای تولید و استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر سالانه 16 درصد افزایش پیدا کند.