[67].

1-16-پلاستیکهای زیست تخریب پذیر
بیشتر از دو دهه است که مواد پلیمری مصنوعی، به طور گسترده در فعالیتهای صنعتی بشر مورد استفاده قرار گرفته شده است که از این پلیمرها، میتوان به پلی اتیلن(PE)، پلی پروپیلن(PP)، پلی استایرن(PS) و پلی کربنات (PC) اشاره کرد که معمولاٌ بر پایهی نفت بوده و تجزیه ناپذیرند. با وجود محدود بودن منابع نفتی و افزایش استفاده از پلیمرهای تجزیه ناپذیر
که سبب به وجود آمدن مشکلات زیست محیطی جدی میشود، مواد پلیمری زیست تخریب پذیر مورد توجه زیادی قرار گرفتند. در نتیجه، پلیمرهای زیست تخریبپذیر ساخته شده از پلیمرهای طبیعی و تجدیدپذیر مانند: سلولز، نشاسته وپروتئینها به عنوان جایگزین برای پلیمرهای تخریب ناپذیر، توسعه پیدا کردند [68]. نشاسته به عنوان اجزای سازنده محدوده وسیعی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر در حال پیشرفت میباشند. این پلیمرها در تولید مواد بستهبندی دوستدار محیط زیست، در پزشکی در رهایش کنترل شده دارو37 و در ساختار اندامهای مصنوعی کاربرد فراوان دارند [69].
مطالعاتی در مورد زیست تخریبپذیری پلاستیکهای بستهبندی توسط مجتمع یونیون کارباید38 در امریکا انجام شد. در این تحقیق مشخص شد که اکثر پلاستیکهای گرمانرم تجاری در مقابل حمله آنزیمها مصون هستند و فقط پلی استرهای خطی و پلی یورتانهای خطی مشتق شده از استردیالهای خطی زیست تخریب پذیرند.
یک دستاورد مهم در مورد زیست تخریب پذیری پلاستیکها این بود که هیدروکربنهای الیفاتیکی با زنجیر مستقیم فقط تا وزن مولکولی حدود 500 زیست تخریب شدند، اما هیدروکربنهای زنجیری مستقیم با جرم مولکولی بیش از 500 به رشد هیچ قارچی کمک نکردند. یک کشف جالب توجه دیگر این بود که شاخهای شدن هیدروکربنها مانع از آن میشود که موجودات ذرهبینی این هیدروکربنها را به عنوان غذا مصرف کنند [70].
در بین پلاستیکهای تجاری مورد استفاده برای بستهبندی، پلیاتیلن در واقع تنها کاندید انتخابی برای زیست تخریب شدن است، اما حتی برای پلیاتیلن یک محدودیت وزن مولکولی وجود دارد و وزن مولکولی نمونههای این پلیمر باید قبل از آن که زیست تخریب پذیری بتواند به میزان معقولی رخ بدهد، به طور فاحشی کاهش یابد. یکی از مهمترین راههای عملی برای صنعت پلاستیکهای زیست تخریب پذیر، پر کردن پلی اتیلن با نشاسته است. نشاسته در تماس با موجودات ذرهبینی مناسب نسبتاٌ به سرعت زیست تخریب میشود اما پلی اتیلن تکهپاره شده را که هنوز از وزن مولکولی بالایی برخوردار است، باقی بر جا میگذارد که بعدها خیلی آهسته زیست تخریب میشود [71].
1-17-زیست تخریب پذیری در پلیمرها
پلیمرها و مواد زیست تخریب پذیر در مقایسه با پلاستیکهای موجود نه تنها در فرایند تولید، انرژی کمتری مصرف مینمایند، بلکه به دلیل مواد مصرفی تجدید پذیر از اهمیت ویژهای برخوردارند. از سال 1970 با وخیم شدن مشکل رفع زباله در سطح جهان، موضوع استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر مطرح گردید که اولین موضوع در خصوص کیسههای زباله و مواد یکبار مصرف بود. طوری که 30 درصد از پلاستیکهای تولیدی برای مصارف یکبار مصرف میباشد و تنها 2 درصد از آن بازیابی میگردد، لذا پلیمرهای زیست تخریب پذیر به عنوان جایگزین مناسب پلاستیکهای رایج مطرح گردید [72].
به طور کلی پلیمرهای زیست تخریب پذیر را میتوان به دو دسته تقسیم کرد:
1-17-1-پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی
این دسته از پلیمرها در طبیعت توسط موجودات زنده تولید میشوند و پلیمرهایی را شامل میشوند که معمولاص از واکنشهای کاتالیز شدهی آنزیمی یا واکنشهای رشد زنجیری منومرهای فعال شده در داخل سلولها به وسیلهی فرآیندهای متابولیکی سنتز میشوند. پلی ساکاریدها (نشاسته، سلولز، کیتین39، کیتوسان40، آلژینیک اسید41)، پلی –پپتیدها (ژلاتین42) و پلی استرهای باکتریایی شامل این دسته از پلیمرها هستند [73].
1-17-2-پلیمرهای زیست تخریب پذیر سنتزی
این دسته از پلیمرها شامل پلیمرهایی هستند که دارای یک جزء قابل هیدرولیز هستند. گروههای عاملی قابل هیدرولیز شامل استرها، انیدریدها، کربناتها، آمیدها، اورتانها، پلی وینیل الکلها و غیره میباشد [73].

1-18-عوامل موثر بر زیست تخریب پذیری پلیمرها
از عوامل موثر میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1- ساختار پلیمر
2- مورفولوژی پلیمر
3- تابش اشعه گاما، نور UV یا واکنش شیمیایی
4- وزن مولکولی
زیست تخریب پذیری پلیمر، فقط به شیمی آن بستگی ندارد، بلکه به حضور سیستمهای بیولوژیکی نیز وابسته است. به همین دلیل زیست تخریب پذیری تحت تاًثیر عوامل زیر نیز قرار میگیرد:
1- حضور میکروارگانیسمها
2- فراوانی اکسیژن
3- مقدار آب قابل دسترس
4- دما
5- محیط شیمیایی (pH و الکترولیتها و….) [74]

1-19-روشهای زیست تخریب پذیری
به طور کلی پلیمرهای زیست تخریب پذیر به دو روش میتوانند دوباره به اکوسیستم بازگردند:
1- توسط میکروارگانیسمها43
2- توسط آنزیمها

1-19-1-میکروارگانیسمها
به طور کلی دو میکروارگانیسم وجود دارد که جهت تخریب پلیمرهای طبیعی و سنتزی به کار میرود: باکتری و قارچ. میکروارگانیسمها میتوانند پلیمرها را هضم کرده و باعث ایجاد تغییرات مکانیکی و شیمیایی پلیمرها شوند. فرایند زیست تخریب پذیری در طبیعت توسط میکروارگانیسمها میتواند تحت دو شرایط انجام شود [75]:
1-19-1-1-فرآیند هوازی (در حضور اکسیژن)

1-19-1-2-فرآیند غیر هوازی (در غیاب اکسیژن)

1-19-2-آنزیمها
آنزیمها، همانند کاتالیستهای شیمیایی، کاتالیستهای بیولوژیکی44 ضروری هستند. به طور کلی آنزیمها عمل تخریب را طی دو مکانیسم انجام میدهند: از طریق اکسید شدن و دیگری هیدرولیز توسط آنزیمها [75].
1-20-کاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر
به طور کلی کاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر در سه زمینه اصلی جای میگیرد که عبارتند از:
1- کاربرد پزشکی: شامل تهیه بافتهای مصنوعی، بازسازی دندان، بخیههای جراحی، سیستمهای کنترل رهایش دارو، قطعات ثابت نگه دارنده استخوان، پیوند رگی و پوست مصنوعی است.
2- کاربرد در کشاورزی: تولید کود گیاهی و ظروف کشت.
3- صنایع بستهبندی [76].

1-21-روشهای تخریب پلیمرهای زیست تخریب پذیر
پليمرها به روشهای ميكروبی، نوری و شميایی تخريب میشوند. هر سه روش تحت عنوان زيست تخريب پذيری تقسيم بندی میشوند كه محصولات نهایی حاصل از تخريب در طبيعت يافت میشوند.
1-21-1-تخريب از طريق نور
در اين روش با تابش نور خورشيد پليمر به قطعات كوچک تر تبديل میگردد. بيشتر تخريب ميكروبی بعد از تخريب نوری شروع میشود. پلي الفينها از آن دسته پليمرهایی هستند كه توسط نور تخريب میشوند. روشهای پيشنهادی جهت تخريب نوری عبارتند از:
1- اضافه كردن افزودنی نظير بنزوفنون به داخل ساختار پليمر
2- اصلاح ساختار پليمر با اضافه كردن جاذب اشعه فرابنفش
3- ساخت پليمرهای حساس به نور [73]
1-21-2-تخريب از طريق ميكروبي
پليمرهایی كه از مواد طبيعی ساخته میشوند نظير الياف كتان يا نشاسته مستعد به تخريب شدن از طريق مواد بيولوژیک هستند. سرعت تخريب پليمرها در سيستم تخريب بيولوژيكی بستگی به نوع فرمولاسيون و ميكروب مورد نياز برای تخريب دارد. در اين روش با وارد كردن نشاسته به ساختار پليمر و بعد از آن كه در تماس خاک يا آب قرار میگيرند به وسيله ميكروبها حمله میشود كه در ابتدا نشاسته تجزيه شده و پليمر به ساختار اسفنجی تبديل میشود كه بسيار ضعيف میگردد. بعد از آن كه نشاسته تجزيه میشود بافت پليمر به وسيله حمله آنزيمی شروع به تخريب میكند. هر واكنش آنزيمی باعث قيچي شدن مولكول و
32
كوچکتر شدن پليمر شده تا اين كه كل پليمر تخريب شود. روش ديگر جهت تخريب ميكروبيولوژيكی پليمرها استفاده از ميكروارگانيسم ها در پليمرهاست كه برای هدفی خاص به منظور تخريب مواد پليمری انجام میگيرد. اين روش بسيار پرهزينه بوده و باعث توقف استفاده از منابع تجديد پذير میشود.ميكروارگانيسمهای مورد نظر به منظور تخريب پلاستیکهای بر پايه نفت طراحی شدهاند. البته اين روش كمكی به حفظ منابع تجديد ناپذير نمینمايد و تنها از آلودگی محيط زيست جلوگيری میكند [73].
1-21-3-تخريب شيميایي
بعضی از پليمرها وقتی در محلولهای آبی قرار میگيرند به سرعت تخريب میشوند. نمونهای از اين نوع، دیپارت45 1 است (نام تجاری دانههای پلی وينيل الكل است كه در قالب گيری تزريقی به عنوان فدا شونده عمل مینمايد اين ماده توسط یک شركت انگليسی توليد میشود) كه به سرعت در آب گرم حل شده و به پلی وينيل الكل و گليسرين تبديل میشود. مشابه بسياری از پلاستیکهای تخريب پذير به وسيله نور، در اين پليمر نيز تخريب عامل پليمر بعد و از طريق ميكروبی اتفاق میافتد. ميكروارگانيسمهای مناسب به راحتي در مكانهای تصفيه آب يافت میشوند. از جمله پليمرهای زيست تخريب پذير ديگری كه میتوان به آن اشاره كرد نوداکس46 2 است. نوداکس قابل تخريب در محيط قليایی بوده و به سرعت تخريب میشود [77].

1-22-روشهای شناسایی نانوکامپوزیتها
1-22-1-استفاده از پراش اشعه ایکس (XRD)
پراش اشعه ایکس از تکنیکهای آنالیز غیرمخرب است که اطلاعاتی در خصوص ساختمان کریستالی و تقارن و تا حدی ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی مواد ارائه مینماید.
امواج اشعهی ایکس، به عنوان یکی از انواع تابشهای الکترومغناطیس، با برخورد به ابر الکترونی اطراف اتمهای موجود در مواد دچار پراکندگی در سه بعد میگردند با بررسی توزیع پراکندگی میتوان اطلاعات ارزشمندی درمورد چگونگی توزیع الکترونها در فضاهای اطراف اتم به دست آورد. درصورتی که اتمها به صورت منظم در کنار یکدیگر چیده شده باشند، اشعههای پراکنده شده از تک تک اتمها میتوانند یکدیگر را در جهات معینی تشدید یا تضعیف نمایند. به این ترتیب با بررسی نوسان شدت پراکندگی اشعه ایکس در سه بعد میتوان اطلاعات کاملی درمورد نحوه چیدمان اتمها در درون یک ماده (ساختمان کریستالی) به دست آورد.

شکل (1-2) دستگاه پراش اشعه ایکس

در مورد نانوکامپوزیتهای پلیمر-خاک رس سادهترین روش، روش تفرق اشعه ایکس است. زیرا این روش، روش مناسبی برای ارزیابی فاصله میان لایههای خاک رس میباشد. روش XRD بیشتر برای اثبات ساختار نانوکامپوزیتی مورد استفاده قرار میگیرد [78]. در این روش

34
برای محاسبه فضای بین لایههای ساختاری هیدروکسیدهای لایهای، از قانون براگ47 استفاده میشود.
nλ=2dsinθ
که در این فرمول d فاصله بین صفحات کریستالی،θ زاویه برخورد پرتو تابشی به صفحه اتمی،λ طول موج اشعه ایکس تابشی و n یک عدد صحیح است که معمولاً ۱ در نظر گرفته می‌شود [79].

1-22-2-استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
میکروسکوپ الکترونی روبشی که به آن Scanning Elecron Microscope یا به اختصار SEM گویند یکی از ابزارهای مورد استفاده در فنآوری نانو است که با کمک بمباران الکترونی تصاویر اجسامی به کوچکی 10 نانومتر را برای مطالعه تهیه میکند. ساخت SEM سبب شد تا محققان بتوانند نمونه های بزرگتر را به سادگی و با وضوح بیشتر مطالعه کنند. بمباران نمونه سبب میشود تا از نمونه الکترونهایی به سمت صفحه دارای بار مثبت رها شود که این الکترون ها در آنجا تبدیل به سیگنال میشوند. حرکت پرتو بر روی نمونه مجموعهای از سیگنالها را فراهم میکند که بر این اساس میکروسکوپ میتواند تصویری از سطح نمونه را بر صفحه کامپیوتر نمایش دهد.. SEM اطلاعات زیر را در خصوص نمونه در اختیار میگذارد:
1- توپوگرافی نمونه: خصوصیات سطوح
2- مورفولوژی: شکل، اندازه و نحوه قرارگیری ذرات در سطح جسم
3- ترکیب: اجزایی که نمونه را می سازند [80]

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید