یک پلاستیک جدید با پایداری مکانیکی عالی، قابل بازیافت و تجزیه‌پذیر

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۲۹ ژانویه ۲۰۲۳
لینک منبع: Easily Recyclable and Compostable – A New Plastic With Excellent Mechanical Stability

چگونه می‌توان پلاستیک‌ها را طوری طراحی کرد که خواص مفید خود را حفظ کنند و در عین حال راحت‌تر بازیافت شوند؟ شیمی‌دان Stefan Mecking و گروه تحقیقاتی او در دانشگاه Konstanz بر روی مطالعه راه‌حل‌های سازگار با محیط‌زیست برای پلاستیک متمرکز شده‌اند. در مقاله اخیر خود در نسخه بین‌المللی Angewandte Chemie، تیم پلی‌استری جدیدی را معرفی می‌کند که خواص مواد مناسب برای استفاده صنعتی و سازگار با محیط‌زیست را نشان می‌دهد.

به‌طور معمول به سختی سازگار است

پلاستیک‌ها از زنجیره‌های بلند یک یا چند ماژول اساسی شیمیایی که اصطلاحاً مونومر نامیده می‌شوند ساخته می‌شوند. پلاستیک‌هایی که با کریستالی بودن و آب‌گریزی بالا متمایز می‌شوند، بنابراین از نظر مکانیکی بسیار انعطاف‌پذیر و پایدار هستند، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک مثال شناخته‌شده پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) است که ماژول‌های اصلی آن از مولکول‌های هیدروکربن غیرقطبی تشکیل شده است. آنچه از یک طرف ممکن است خواص مفیدی برای کاربردها باشد، می‌تواند اثرات نامطلوبی نیز داشته باشد: بازیافت چنین پلاستیک‌ها و بازیابی ماژول‌های اساسی بسیار انرژی‌بر و ناکارآمد است. هم‌چنین، اگر چنین پلاستیک‌هایی به محیط نشت کنند، فرآیند تخریب بسیار طولانی است.

برای غلبه بر این ناسازگاری فرضی بین پایداری و زیست تخریب‌پذیری پلاستیک‌ها، مکینگ و تیمش «نقاط شکست» شیمیایی را در مواد خود وارد می‌کنند. آن‌ها قبلاً نشان دادند که این امر قابلیت بازیافت پلاستیک‌های پلی‌اتیلن‌مانند را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. با این حال، زیست تخریب‌پذیری خوب به‌طور خودکار تضمین نمی‌شود. مکینگ توضیح می‌دهد: «پلاستیک‌ها اغلب انعطاف‌پذیری بالایی پیدا می‌کنند؛ زیرا در ساختارهای کریستالی متراکم سفارش داده می‌شوند.» «بلورینگی در ترکیب با آب‌گریزی معمولاً به شدت فرآیند تجزیه زیستی را کاهش می‌دهد، زیرا دسترسی میکروارگانیسم‌ها به نقاط شکست را مختل می‌کند.» با این حال، این در مورد پلاستیک جدید محققان صدق نمی‌کند.

کریستالی و در عین حال کمپوست‌پذیر (تجزیه‌پذیر)

پلاستیک جدید، پلی‌استر-2،18، از دو ماژول اصلی تشکیل شده است: یک واحد دیول کوتاه با دو اتم کربن و یک اسید دی‌کربوکسیلیک با ۱۸ اتم کربن. هر دو ماژول را می‌توان به راحتی از منابع پایدار به دست آورد. به‌عنوان مثال، ماده اولیه اسید دی‌کربوکسیلیک، که جزء اصلی پلاستیک است، از یک منبع تجدیدپذیر می‌آید. خواص پلی‌استر شبیه به HDPE است: به‌عنوان مثال، به دلیل ساختار کریستالی آن، هم پایداری مکانیکی و هم مقاومت دما را نشان می‌دهد. در همان زمان، اولین آزمایش‌ها برای قابلیت بازیافت نشان داد که در شرایط نسبتاً ملایم، ماژول‌های اصلی این ماده قابل بازیابی هستند.

پلاستیک جدید هم‌چنین دارای خاصیت کاملاً غیرمنتظره دیگری است: همان‌طور که آزمایش‌های آزمایشگاهی با آنزیم‌های طبیعی و آزمایش‌ها در یک کارخانه کمپوست صنعتی نشان داد، علی‌رغم کریستالی بودن بالا، زیست تخریب‌پذیر است. در طی چند روز، در یک آزمایش آزمایشگاهی، پلی‌استر توسط آنزیم‌ها تجزیه شد. میکروارگانیسم‌های کارخانه کمپوست حدود دو ماه زمان نیاز داشتند، بنابراین این پلاستیک حتی استانداردهای کمپوست ISO را نیز رعایت می‌کند. مکینگ می‌گوید: «ما نیز از این تخریب سریع شگفت‌زده شدیم. اما آن‌ها تأیید می‌کنند که این ماده واقعاً زیست تخریب‌پذیر است و نشان می‌دهد که در صورت انتشار ناخواسته در محیط، مقاومت بسیار کم‌تری نسبت به پلاستیک‌هایی مانند HDPE دارد.

هم قابلیت بازیافت این پلی‌استر و هم زیست تخریب‌پذیری آن در شرایط محیطی متغیر در حال حاضر باید بیشتر مورد مطالعه قرار گیرد. Mecking کاربردهای احتمالی این ماده جدید را می‌بیند، به‌عنوان مثال در پرینت سه بعدی یا در تولید فویل‌های بسته‌بندی. علاوه‌بر این، مناطق مورد علاقه بیشتری وجود دارد که در آن‌ها ترکیب کریستالی با قابلیت بازیافت و تخریب ذرات ساییده شده یا از دست دادن مواد مشابه مطلوب است.

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات محیط‌زیست ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.