بیو پلاستیک


بیو پلاستیک
بیو پلاستیک

صفحه‌ها برای ویرایشگران خارج‌شده از سامانه بیشتر بدانید

بیوپلاستیک‌ها یا زیست‌پلاستیک‌ها (به انگلیسی: Bioplastic) مواد پلاستیکی هستند که از منابع زیست‌توده تجدیدپذیر، مانند روغن‌ها و چربی‌های گیاهی، نشاسته ذرت، کاه، خرده چوب، خاک اره، ضایعات مواد غذایی بازیافت شده و غیره تولید می‌شوند.[۱][۲][۳] بیوپلاستیک را می‌توان از محصولات جانبی کشاورزی و همچنین از بطری‌های پلاستیکی استفاده شده و سایر ظروف با استفاده از میکروارگانیسم‌ها تهیه کرد. پلاستیک‌های متداول مانند پلاستیک‌های سوخت-فسیلی (که پلیمرهای پایه نفتی نیز خوانده می‌شوند) از نفت یا گاز طبیعی ساخته می‌شوند. تولید این نوع از پلاستیک نه تنها در روند تولیدشان به طبیعت آسیب می‌رسانند، بلکه در روند بازگشت به طبیعت بازه زمانی بسیار طولانی خواهند داشت که آسیب‌های زیست‌محیطی زیادی در پی دارد. از دلایل اصلی روند طولانی تجزیه این مواد، طول بلند زنجیره‌های ملکولی و قوی بودن پیوند میان واحدهای سازنده پلیمر(مونومر Monomer) می‌باشد. دانشمندان با ارائه راه حل تولید پلاستیک‌های زیستی مشکلات زیادی را در این زمینه حل کرده‌اند. بدین صورت که تجزیه و روند برگشت این نوع پلاستیک‌ها در طبیعت بسیار سریع تر می‌باشد.

طبق آخرین داده‌های منتشر شده در سال ۲۰۲۰ پلاستیک‌های زیستی حدود ۱ درصد از بیش از ۳۵۹ میلیون تن پلاستیک تولید شده در سال را تشکیل می‌دهند. این در حالی است که با افزایش تقاضا و ظهور پلاستیک‌های زیستی جدید، بازار این نوع پلاستیک‌ها به‌طور مداوم در حال رشد و افزایش تنوع می‌باشد.[۴]

پلاستیک‌های تجدیدپذیر برای مواد پلاستیکی یک‌بار مصرف استفاده شده‌اند. مثل بسته‌بندی، ظروف سفالی، قاشق، چنگال و چاقوسازی، گلدانها، کاسه و لگن‌های پلاستیکی و نی‌های نوشیدنی.[۵]

کاربردهای تجاری کمی برای پلاستیک‌های تجدیدپذیر وجود دارد. به‌طور کلی آنها می‌توانند جایگزین پلاستیک‌های ساخته شده از مشتقات نفتی شوند، هرچند قیمت تمام شده و کارایی شان مشکل ساز است. در حقیقت استفاده از پلاستیک‌های زیستی از نظر اقتصادی مطلوب است، اگر توسط قانون‌های خاصی که مصرف پلاستیک‌های متعارف را محدود می‌کنند حمایت شوند.[۶]

بیو پلاستیک

نمونه بارز آن کشور ایتالیا است که از سال ۲۰۱۱ با یک قانون، استفاده از پلاستیک‌ها و نایلکس‌های تجدیدپذیر اجباری شد. غیر از ساختار مواد تشکیل دهنده امید می‌رود پلاستیک‌های تجدید پذیر، که از پلیمرهای فعال الکتریکی ساخته شده‌اند هم بتوانند جریان الکتریکی را عبور دهند.[۷]

پلیمرهای تجدیدپذیر به عنوان روکش برای کاغذ، جایگزین روکش‌های معمول مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی در دسترس هستند.[۸]

پلاستیک‌های نشاسته ای حرارتی که در حال حاضر نشانه استفاده گسترده از پلاستیک‌های تجدید پذیر هستند، حدود ۵۰ درصد از بازار پلاستیک‌های تجدیدپذیر را تشکیل می‌دهند.[۹] ورقه‌های ساده پلاستیک‌های نشاسته ای می‌توانند در خانه، با نشاسته ژلاتینی شده و ریخته‌گری محلول ساخته شود.[۱۰]نشاسته خالص قادر به جذب رطوبت است در نتیجه یک ماده مناسب برای تولید کپسول‌های دارویی توسط بخش داروسازی است. هرچند پلاستیک‌های تجدید پذیر بر پایه نشاسته خالص، ترد و شکننده هستند. خمیر کننده‌های ژلاتینی مثل گلیسرول گلیکول و سوربیتول می‌توانند به ماده اضافه شوند، در نتیجه نشاسته می‌تواند به صورت حرارتی عمل آورده شود. از ویژگی پلاستیک‌های نشاسته‌های حرارتی این است که می‌توانند، با تنظیم مقدار مواد افزودنی، برای اهداف مشخصی سفارشی شوند.

تکنیک‌های ساخت پلیمرهای رایج می‌توانند برای فرایند تبدیل نشاسته به پلاستیک تجدیدپذیر مورد استفاده قرار گیرند. مثل ریخته‌گری تزریقی، ریخته‌گری فشاری و ریخته‌گری محلول که کیفیت پلاستیک‌های تجدیدپذیر نشاسته‌ای شدیداً تحت تأثیر نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین است.[۱۱]

عموماً نشاسته با درجه آمیلوز بیشتر به کیفیت مکانیکی بهتری ختم می‌شود.[۱۲] هر چند نشاسته با آمیلوز بالا عمل‌آوری کمتری دارد، به جهت ژلاتینی شدن در درجه حرارت بالا[۱۳] و غلظت مذاب بالاتر مناسب تر است.[۱۴]

پلاستیک‌های تجدید پذیر نشاسته ای معمولاً با پلیمرهای زیست تجدید پذیر ترکیب می‌شوند. برای تولید اسید پلی لاکتیک و اسید نشاسته و پلی کپرولاکتون یا اکوفلکس این ترکیبات برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود همچنین خاصیت کود شدن را دارد. محصولات دیگر مثل گیاه روکوئید ترکیبات دیگر نشاسته ای را بوجود آورده‌است.[۱۵]

این ترکیبات زیست تجزیه پذیر نیستند، اما نسبت به پلاستیک‌های نفتی و پتروشیمی اثر کربنی کمتری دارند و برای کاربردهای مشابه استفاده می‌شوند. به خاطر خاستگاه مواد خام، نشاسته ارزان، فراوان و تجدید پذیر است. پلاستیک‌های نشاسته ای ترکیبات پیچیده‌ای از نشاسته با پلیمرهای تجدیدپذیر یا پلاستیک‌های قابل کود شدن هستند.

این ترکیبات پیچیده مقاومت رطوبتی را افزایش می‌دهند و به همین ترتیب عمل آوری و خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشند. ورقه‌های نشاسته‌ای که بیشتر برای بسته‌بندی استفاده می‌شوند، اکثراً از ترکیب نشاسته و پلی استرهای حرارتی تشکیل شده‌اند و محصولات تجزیه شدنی را شکل می‌دهند.

این ورقه‌ها به ویژه در بسته‌بندی کالاها، پوشش مجله‌ها و ورقه‌هایی برای بسته‌بندی غذا که در نانوایی و بسته‌بندی میوه و سبزی دیده می‌شوند استفاده می‌شود. به علاوه ورقه‌های نشاسته‌ای جدید که توسط دانشمندان محقق کشاورزی ساخته شده حتی به عنوان کاغذ هم استفاده می‌شوند. نانوکامپوزیت‌های نشاسته‌ای هم به‌طور گسترده تحت مطالعه است که افزایش خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، مقاومت رطوبتی و خاصیت جداسازی بخار را به نمایش می‌گذارد.

پلاستیک‌های تجدید پذیر سلولزی اساساً استرهای سلولزی هستند (که شامل استات سلولز و نیتروسلولز هستند) و مشتقاتش آن شامل سلولوئید است.
سلولز می‌تواند وقتی که به شدت تغییر کند تبدیل به پلاستیک حرارتی شود. یک نمونه از آن استات سلولز است که گران‌قیمت بوده در نتیجه به ندرت برای بسته‌بندی استفاده می‌شود. هرچند فیبرهای سلولزی که به نشاسته اضافه شده‌اند می‌تواند خواص مکانیکی نفوذپذیری گازی و مقاومت رطوبتی ناشی از کمتر آبگریز بودن نسبت به نشاسته را افزایش دهد.[۱۶] یک گروه در دانشگاه شانگهای توانست یک پلاستیک سبز نو ظهور سلولوزی از طریق متد پرس گرم تولید کند.[۱۷]

پلاستیک‌های تجدید پذیر می‌توانند از پروتئین با منابع مختلف ساخته شوند. برای مثال گلوتن گندم و کازئین (پروتئین اصلی شیر) ویژگی‌های امید بخشی را به عنوان مواد اولیه، برای تولید پلیمرهای زیستی تجدیدپذیر ارائه می‌دهند.[۱۸]

پروتئین سویا به عنوان یک منبع دیگر ساخت پلاستیک تجدید پذیر مورد توجه قرار گرفته‌است. پروتئین سویا بیش از ۱۰۰ سال است که برای ساخت و تولید پلاستیک مورد استفاده قرار گرفته‌است. برای مثال پنل‌های بدنه ماشین فورد از پلاستیک سویا ساخته شده بود.[۱۹]

برای استفاده از پلاستیک‌های پروتئینی به خاطر حساسیت رطوبتی و قیمت نسبتاً بالا مشکلاتی وجود دارد، بنابراین تولید ترکیبات پروتئین سویا با پلی استرهای زیست تجدید پذیر موجود، حساسیت رطوبتی را افزایش و قیمت را تعدیل می‌کند.

پلی استرهای تجدیدپذیر آلیفاتیک، پلی هیدروکسی آلکانوات هستند (PHAs) مانند پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)، پلی هیدروکسی وارلات (PHV)، پلی هیدروکسی هگزانات(PHH) می‌باشند.

یک پلاستیک شفاف است که از ذرت یا گلوکز(دکستروز) ساخته شده‌است. ظاهراً شبیه به پلاستیک‌های رایج مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی است (مانند PS). فایده مشخصی که دارد، تجزیه کردن به محصولات غیر سمی است. متأسفانه این بیانگر استحکام ضربه ای، استحکام گرمایی و خواص حفاظتی (مسدود شدن هوای انتقالی در غشا) کمتر است. PLA و ترکیبات PLA عموماً شکلی از برآمدگی‌ها با خواص مختلف را تولید می‌کنند و در صنعت تولید پلاستیک برای تولید ورقه‌ها فیبرها و ظروف پلاستیکی فنجان و بطری‌ها استفاده می‌شوند. PLA همین‌طور رایج‌ترین نوع از رشته پلاستیکی است که برای مدل‌سازی رسوب مذاب خانگی استفاده می‌شود.

پلیمر تجدیدپذیر پلی تری هیدروکسی بوتیرات (PHB) یک پلی استر است، که از یک فرایند باکتریایی مشخص گلوکز نشاسته ذرت یا فاضلاب تولید می‌شود. خواص آن شبیه به پلی پروپلین‌های پلاستیک‌های مشتقات نفت و پتروشیمی است. محصولات PHB هر روزه در حال افزایش است. برای نمونه صنایع شکر سازی آمریکای جنوبی تصمیم دارد محصولات PHB را در مقیاس صنعتی گسترش دهد. PHB اساساً به خاطر خواص فیزیکی شهرت دارد. آنها می‌توانند به شکل ورقه شفاف با نقطه ذوب بالاتر از ۱۳۰ درجه سلسیوس که تجدیدپذیر و بدون پسماند و تفاله است، عمل آیند.

پلی هیدروکسی آلکانوات‌ها پلی استرهای خطی هستند که در طبیعت توسط تخمیر باکتریایی شکر یا لیپیدها تولید می‌شوند. آنها توسط باکتری، برای ذخیره کربن و انرژی تولید می‌شوند. در محصولات صنعتی، پلی استر از باکتری به واسطه بهینه‌سازی شرایط برای تخمیر شکر استخراج و عصاره‌گیری می‌شود. بیش از ۱۵۰ مونومر متفاوت برای تولید موادی با خواص بسیار متفاوت می‌توانند با این خانواده ترکیب شوند. PHA خاصیت چکش خواری بیشتر و خاصیت کشسانی کمتری نسبت به دیگر پلاستیک‌ها دارد و همین‌طور تجدیدپذیر هم می‌باشد. این پلاستیک‌ها به‌طور گسترده در صنعت پزشکی کاربرد دارند.

PA11 یک پلیمر تجدیدپذیر است که از روغن طبیعی مشتق می‌شود. هم چنین تحت نام تجاری Roldan B توسط Arkema تجاری شده‌است. PA11 متعلق به خانواده پلیمرهای فنی-تخصصی است و تجدید پذیر نیست. خواص آن شبیه به PA12 می‌باشد؛ هر چند انتشار گازهای گلخانه‌ای و مقاومت حرارتی آن از PA12 بهتر است. از آن در محصولات با کارایی و بازده بالا استفاده می‌شود، مانند خطوط سوخت رسانی اتومبیل، سیستم ترمز بادی نیوماتیک، لوله‌های انعطاف‌پذیر سوخت و روغن، مراکز کنترل سیال، کفش‌های ورزشی، قطعات ابزار الکترونیکی و سوندهای پزشکی.

یک پلاستیک مشابه پلی آمید 410 (PA410) هست که تحت نام تجاری EcopaXX توسط DSM تجاری سازی شده‌است و ۷۰ درصد از روغن کرچک مشتق شده‌است. PA410 یک پلی آمید با کارایی بالا از است که ترکیبی از مزیت‌های نقطه ذوب بالا (تقریباً ۲۵۰ درجه سلسیوس)، جذب رطوبت پایین و مقاومت عالی نسبت به مواد شیمیایی مختلف را شامل می‌شود.

بخش اصلی ساختمان پلی اتیلن، اتیلن است. از لحاظ شیمیایی به اتانول شبیه است و می‌تواند از آن مشتق شود. می‌تواند از تخمیر مواد خام کشاورزی مثل نیشکر یا ذرت تولید شود. پلی اتیلن تجدید پذیر از لحاظ فیزیکی و شیمیایی کاملاً شبیه به پلی اتیلن‌های سنتی است که زیست تخریب پذیر نیستند اما می‌توانند بازیابی شوند. گروه تولیدکننده مواد شیمیایی برزیلی براسکم(Braskem) ادعا کرده‌است که استفاده از متد تولید پلی اتیلن از اتانول نیشکر این شرکت، در هر تن از پلی اتیلن سبز تولیدی، ۲٫۱۵ تن CO² جذب می‌کند.

با تبدیل شدن ذرت اصلاح شده ژنتیکی به یک ماده خام رایج، عجیب نیست که بخشی از پلاستیک‌های تجدیدپذیر از آن ساخته شود. تحت تکنولوژی تولید پلاستیک‌های تجدیدپذیر، مدل پلنت فکتوری وجود دارد که با استفاده از ذرت‌های اصلاح شده ژنتیکی یا باکتری اصلاح شده ژنتیکی کارایی را افزایش می‌دهد.

اخیراً روی تولید پلی اورتان‌های فاقد ایزوسیانات و تجدیدپذیر تأکید زیادی شده‌است. یک نمونه از آن از عکس العمل طبیعی بین پلی آمین‌ها و کربنات‌های حلقوی برای تولید پلی هیدروکسی اورتان استفاده می‌کند. بر خلاف پلی اورتان‌های شبکه ای پیچ خورده سنتی، پلی هیدروکسی اورتان‌های شبکه پیچ خورده نشان داده شده‌است که قادر به بازیابی و بازیافت از طریق عکس العمل‌های انتقال دینامیکی کاربامول‌ها هستند.

یک گروه از پلاستیک‌های تجدیدپذیر از گیاهان و حیوانات سنتز شده‌اند، مشتقات چربی و روغن هستند. پلی اورتان‌ها، پلی استرها، رزین اپوکسی و تعدادی از انواع دیگر پلیمرها، با خواص قابل مقایسه نسبت به مواد بر پایه روغن ناخالص و تسویه نشده تولید شده‌اند. آخرین پیشرفت‌ها از تغییر اولفین یک تنوع فزاینده‌ای از مواد خام برای تغییرات اقتصادی در پلیمرها و مونومرهای تجدیدپذیر گشوده‌است. با رشد تولید روغن‌های گیاهی سنتی، هم جهت با کاهش قیمت روغن‌های مشتق شده از میکرو جلبک‌ها، پتانسیل زیادی در رشد در این حوزه وجود دارد.

کاربرد در بسته بندی مواد غذاییPoly(hydroxyalkanoates) for Food Packaging: Application and Attempts towards Implementation

صفحه‌ها برای ویرایشگران خارج‌شده از سامانه بیشتر بدانید

بیوپلاستیک‌ها یا زیست‌پلاستیک‌ها (به انگلیسی: Bioplastic) مواد پلاستیکی هستند که از منابع زیست‌توده تجدیدپذیر، مانند روغن‌ها و چربی‌های گیاهی، نشاسته ذرت، کاه، خرده چوب، خاک اره، ضایعات مواد غذایی بازیافت شده و غیره تولید می‌شوند.[۱][۲][۳] بیوپلاستیک را می‌توان از محصولات جانبی کشاورزی و همچنین از بطری‌های پلاستیکی استفاده شده و سایر ظروف با استفاده از میکروارگانیسم‌ها تهیه کرد. پلاستیک‌های متداول مانند پلاستیک‌های سوخت-فسیلی (که پلیمرهای پایه نفتی نیز خوانده می‌شوند) از نفت یا گاز طبیعی ساخته می‌شوند. تولید این نوع از پلاستیک نه تنها در روند تولیدشان به طبیعت آسیب می‌رسانند، بلکه در روند بازگشت به طبیعت بازه زمانی بسیار طولانی خواهند داشت که آسیب‌های زیست‌محیطی زیادی در پی دارد. از دلایل اصلی روند طولانی تجزیه این مواد، طول بلند زنجیره‌های ملکولی و قوی بودن پیوند میان واحدهای سازنده پلیمر(مونومر Monomer) می‌باشد. دانشمندان با ارائه راه حل تولید پلاستیک‌های زیستی مشکلات زیادی را در این زمینه حل کرده‌اند. بدین صورت که تجزیه و روند برگشت این نوع پلاستیک‌ها در طبیعت بسیار سریع تر می‌باشد.

طبق آخرین داده‌های منتشر شده در سال ۲۰۲۰ پلاستیک‌های زیستی حدود ۱ درصد از بیش از ۳۵۹ میلیون تن پلاستیک تولید شده در سال را تشکیل می‌دهند. این در حالی است که با افزایش تقاضا و ظهور پلاستیک‌های زیستی جدید، بازار این نوع پلاستیک‌ها به‌طور مداوم در حال رشد و افزایش تنوع می‌باشد.[۴]

پلاستیک‌های تجدیدپذیر برای مواد پلاستیکی یک‌بار مصرف استفاده شده‌اند. مثل بسته‌بندی، ظروف سفالی، قاشق، چنگال و چاقوسازی، گلدانها، کاسه و لگن‌های پلاستیکی و نی‌های نوشیدنی.[۵]

کاربردهای تجاری کمی برای پلاستیک‌های تجدیدپذیر وجود دارد. به‌طور کلی آنها می‌توانند جایگزین پلاستیک‌های ساخته شده از مشتقات نفتی شوند، هرچند قیمت تمام شده و کارایی شان مشکل ساز است. در حقیقت استفاده از پلاستیک‌های زیستی از نظر اقتصادی مطلوب است، اگر توسط قانون‌های خاصی که مصرف پلاستیک‌های متعارف را محدود می‌کنند حمایت شوند.[۶]

بیو پلاستیک

نمونه بارز آن کشور ایتالیا است که از سال ۲۰۱۱ با یک قانون، استفاده از پلاستیک‌ها و نایلکس‌های تجدیدپذیر اجباری شد. غیر از ساختار مواد تشکیل دهنده امید می‌رود پلاستیک‌های تجدید پذیر، که از پلیمرهای فعال الکتریکی ساخته شده‌اند هم بتوانند جریان الکتریکی را عبور دهند.[۷]

پلیمرهای تجدیدپذیر به عنوان روکش برای کاغذ، جایگزین روکش‌های معمول مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی در دسترس هستند.[۸]

پلاستیک‌های نشاسته ای حرارتی که در حال حاضر نشانه استفاده گسترده از پلاستیک‌های تجدید پذیر هستند، حدود ۵۰ درصد از بازار پلاستیک‌های تجدیدپذیر را تشکیل می‌دهند.[۹] ورقه‌های ساده پلاستیک‌های نشاسته ای می‌توانند در خانه، با نشاسته ژلاتینی شده و ریخته‌گری محلول ساخته شود.[۱۰]نشاسته خالص قادر به جذب رطوبت است در نتیجه یک ماده مناسب برای تولید کپسول‌های دارویی توسط بخش داروسازی است. هرچند پلاستیک‌های تجدید پذیر بر پایه نشاسته خالص، ترد و شکننده هستند. خمیر کننده‌های ژلاتینی مثل گلیسرول گلیکول و سوربیتول می‌توانند به ماده اضافه شوند، در نتیجه نشاسته می‌تواند به صورت حرارتی عمل آورده شود. از ویژگی پلاستیک‌های نشاسته‌های حرارتی این است که می‌توانند، با تنظیم مقدار مواد افزودنی، برای اهداف مشخصی سفارشی شوند.

تکنیک‌های ساخت پلیمرهای رایج می‌توانند برای فرایند تبدیل نشاسته به پلاستیک تجدیدپذیر مورد استفاده قرار گیرند. مثل ریخته‌گری تزریقی، ریخته‌گری فشاری و ریخته‌گری محلول که کیفیت پلاستیک‌های تجدیدپذیر نشاسته‌ای شدیداً تحت تأثیر نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین است.[۱۱]

عموماً نشاسته با درجه آمیلوز بیشتر به کیفیت مکانیکی بهتری ختم می‌شود.[۱۲] هر چند نشاسته با آمیلوز بالا عمل‌آوری کمتری دارد، به جهت ژلاتینی شدن در درجه حرارت بالا[۱۳] و غلظت مذاب بالاتر مناسب تر است.[۱۴]

پلاستیک‌های تجدید پذیر نشاسته ای معمولاً با پلیمرهای زیست تجدید پذیر ترکیب می‌شوند. برای تولید اسید پلی لاکتیک و اسید نشاسته و پلی کپرولاکتون یا اکوفلکس این ترکیبات برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود همچنین خاصیت کود شدن را دارد. محصولات دیگر مثل گیاه روکوئید ترکیبات دیگر نشاسته ای را بوجود آورده‌است.[۱۵]

این ترکیبات زیست تجزیه پذیر نیستند، اما نسبت به پلاستیک‌های نفتی و پتروشیمی اثر کربنی کمتری دارند و برای کاربردهای مشابه استفاده می‌شوند. به خاطر خاستگاه مواد خام، نشاسته ارزان، فراوان و تجدید پذیر است. پلاستیک‌های نشاسته ای ترکیبات پیچیده‌ای از نشاسته با پلیمرهای تجدیدپذیر یا پلاستیک‌های قابل کود شدن هستند.

این ترکیبات پیچیده مقاومت رطوبتی را افزایش می‌دهند و به همین ترتیب عمل آوری و خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشند. ورقه‌های نشاسته‌ای که بیشتر برای بسته‌بندی استفاده می‌شوند، اکثراً از ترکیب نشاسته و پلی استرهای حرارتی تشکیل شده‌اند و محصولات تجزیه شدنی را شکل می‌دهند.

این ورقه‌ها به ویژه در بسته‌بندی کالاها، پوشش مجله‌ها و ورقه‌هایی برای بسته‌بندی غذا که در نانوایی و بسته‌بندی میوه و سبزی دیده می‌شوند استفاده می‌شود. به علاوه ورقه‌های نشاسته‌ای جدید که توسط دانشمندان محقق کشاورزی ساخته شده حتی به عنوان کاغذ هم استفاده می‌شوند. نانوکامپوزیت‌های نشاسته‌ای هم به‌طور گسترده تحت مطالعه است که افزایش خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، مقاومت رطوبتی و خاصیت جداسازی بخار را به نمایش می‌گذارد.

پلاستیک‌های تجدید پذیر سلولزی اساساً استرهای سلولزی هستند (که شامل استات سلولز و نیتروسلولز هستند) و مشتقاتش آن شامل سلولوئید است.
سلولز می‌تواند وقتی که به شدت تغییر کند تبدیل به پلاستیک حرارتی شود. یک نمونه از آن استات سلولز است که گران‌قیمت بوده در نتیجه به ندرت برای بسته‌بندی استفاده می‌شود. هرچند فیبرهای سلولزی که به نشاسته اضافه شده‌اند می‌تواند خواص مکانیکی نفوذپذیری گازی و مقاومت رطوبتی ناشی از کمتر آبگریز بودن نسبت به نشاسته را افزایش دهد.[۱۶] یک گروه در دانشگاه شانگهای توانست یک پلاستیک سبز نو ظهور سلولوزی از طریق متد پرس گرم تولید کند.[۱۷]

پلاستیک‌های تجدید پذیر می‌توانند از پروتئین با منابع مختلف ساخته شوند. برای مثال گلوتن گندم و کازئین (پروتئین اصلی شیر) ویژگی‌های امید بخشی را به عنوان مواد اولیه، برای تولید پلیمرهای زیستی تجدیدپذیر ارائه می‌دهند.[۱۸]

پروتئین سویا به عنوان یک منبع دیگر ساخت پلاستیک تجدید پذیر مورد توجه قرار گرفته‌است. پروتئین سویا بیش از ۱۰۰ سال است که برای ساخت و تولید پلاستیک مورد استفاده قرار گرفته‌است. برای مثال پنل‌های بدنه ماشین فورد از پلاستیک سویا ساخته شده بود.[۱۹]

برای استفاده از پلاستیک‌های پروتئینی به خاطر حساسیت رطوبتی و قیمت نسبتاً بالا مشکلاتی وجود دارد، بنابراین تولید ترکیبات پروتئین سویا با پلی استرهای زیست تجدید پذیر موجود، حساسیت رطوبتی را افزایش و قیمت را تعدیل می‌کند.

پلی استرهای تجدیدپذیر آلیفاتیک، پلی هیدروکسی آلکانوات هستند (PHAs) مانند پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)، پلی هیدروکسی وارلات (PHV)، پلی هیدروکسی هگزانات(PHH) می‌باشند.

یک پلاستیک شفاف است که از ذرت یا گلوکز(دکستروز) ساخته شده‌است. ظاهراً شبیه به پلاستیک‌های رایج مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی است (مانند PS). فایده مشخصی که دارد، تجزیه کردن به محصولات غیر سمی است. متأسفانه این بیانگر استحکام ضربه ای، استحکام گرمایی و خواص حفاظتی (مسدود شدن هوای انتقالی در غشا) کمتر است. PLA و ترکیبات PLA عموماً شکلی از برآمدگی‌ها با خواص مختلف را تولید می‌کنند و در صنعت تولید پلاستیک برای تولید ورقه‌ها فیبرها و ظروف پلاستیکی فنجان و بطری‌ها استفاده می‌شوند. PLA همین‌طور رایج‌ترین نوع از رشته پلاستیکی است که برای مدل‌سازی رسوب مذاب خانگی استفاده می‌شود.

پلیمر تجدیدپذیر پلی تری هیدروکسی بوتیرات (PHB) یک پلی استر است، که از یک فرایند باکتریایی مشخص گلوکز نشاسته ذرت یا فاضلاب تولید می‌شود. خواص آن شبیه به پلی پروپلین‌های پلاستیک‌های مشتقات نفت و پتروشیمی است. محصولات PHB هر روزه در حال افزایش است. برای نمونه صنایع شکر سازی آمریکای جنوبی تصمیم دارد محصولات PHB را در مقیاس صنعتی گسترش دهد. PHB اساساً به خاطر خواص فیزیکی شهرت دارد. آنها می‌توانند به شکل ورقه شفاف با نقطه ذوب بالاتر از ۱۳۰ درجه سلسیوس که تجدیدپذیر و بدون پسماند و تفاله است، عمل آیند.

پلی هیدروکسی آلکانوات‌ها پلی استرهای خطی هستند که در طبیعت توسط تخمیر باکتریایی شکر یا لیپیدها تولید می‌شوند. آنها توسط باکتری، برای ذخیره کربن و انرژی تولید می‌شوند. در محصولات صنعتی، پلی استر از باکتری به واسطه بهینه‌سازی شرایط برای تخمیر شکر استخراج و عصاره‌گیری می‌شود. بیش از ۱۵۰ مونومر متفاوت برای تولید موادی با خواص بسیار متفاوت می‌توانند با این خانواده ترکیب شوند. PHA خاصیت چکش خواری بیشتر و خاصیت کشسانی کمتری نسبت به دیگر پلاستیک‌ها دارد و همین‌طور تجدیدپذیر هم می‌باشد. این پلاستیک‌ها به‌طور گسترده در صنعت پزشکی کاربرد دارند.

PA11 یک پلیمر تجدیدپذیر است که از روغن طبیعی مشتق می‌شود. هم چنین تحت نام تجاری Roldan B توسط Arkema تجاری شده‌است. PA11 متعلق به خانواده پلیمرهای فنی-تخصصی است و تجدید پذیر نیست. خواص آن شبیه به PA12 می‌باشد؛ هر چند انتشار گازهای گلخانه‌ای و مقاومت حرارتی آن از PA12 بهتر است. از آن در محصولات با کارایی و بازده بالا استفاده می‌شود، مانند خطوط سوخت رسانی اتومبیل، سیستم ترمز بادی نیوماتیک، لوله‌های انعطاف‌پذیر سوخت و روغن، مراکز کنترل سیال، کفش‌های ورزشی، قطعات ابزار الکترونیکی و سوندهای پزشکی.

یک پلاستیک مشابه پلی آمید 410 (PA410) هست که تحت نام تجاری EcopaXX توسط DSM تجاری سازی شده‌است و ۷۰ درصد از روغن کرچک مشتق شده‌است. PA410 یک پلی آمید با کارایی بالا از است که ترکیبی از مزیت‌های نقطه ذوب بالا (تقریباً ۲۵۰ درجه سلسیوس)، جذب رطوبت پایین و مقاومت عالی نسبت به مواد شیمیایی مختلف را شامل می‌شود.

بخش اصلی ساختمان پلی اتیلن، اتیلن است. از لحاظ شیمیایی به اتانول شبیه است و می‌تواند از آن مشتق شود. می‌تواند از تخمیر مواد خام کشاورزی مثل نیشکر یا ذرت تولید شود. پلی اتیلن تجدید پذیر از لحاظ فیزیکی و شیمیایی کاملاً شبیه به پلی اتیلن‌های سنتی است که زیست تخریب پذیر نیستند اما می‌توانند بازیابی شوند. گروه تولیدکننده مواد شیمیایی برزیلی براسکم(Braskem) ادعا کرده‌است که استفاده از متد تولید پلی اتیلن از اتانول نیشکر این شرکت، در هر تن از پلی اتیلن سبز تولیدی، ۲٫۱۵ تن CO² جذب می‌کند.

با تبدیل شدن ذرت اصلاح شده ژنتیکی به یک ماده خام رایج، عجیب نیست که بخشی از پلاستیک‌های تجدیدپذیر از آن ساخته شود. تحت تکنولوژی تولید پلاستیک‌های تجدیدپذیر، مدل پلنت فکتوری وجود دارد که با استفاده از ذرت‌های اصلاح شده ژنتیکی یا باکتری اصلاح شده ژنتیکی کارایی را افزایش می‌دهد.

اخیراً روی تولید پلی اورتان‌های فاقد ایزوسیانات و تجدیدپذیر تأکید زیادی شده‌است. یک نمونه از آن از عکس العمل طبیعی بین پلی آمین‌ها و کربنات‌های حلقوی برای تولید پلی هیدروکسی اورتان استفاده می‌کند. بر خلاف پلی اورتان‌های شبکه ای پیچ خورده سنتی، پلی هیدروکسی اورتان‌های شبکه پیچ خورده نشان داده شده‌است که قادر به بازیابی و بازیافت از طریق عکس العمل‌های انتقال دینامیکی کاربامول‌ها هستند.

یک گروه از پلاستیک‌های تجدیدپذیر از گیاهان و حیوانات سنتز شده‌اند، مشتقات چربی و روغن هستند. پلی اورتان‌ها، پلی استرها، رزین اپوکسی و تعدادی از انواع دیگر پلیمرها، با خواص قابل مقایسه نسبت به مواد بر پایه روغن ناخالص و تسویه نشده تولید شده‌اند. آخرین پیشرفت‌ها از تغییر اولفین یک تنوع فزاینده‌ای از مواد خام برای تغییرات اقتصادی در پلیمرها و مونومرهای تجدیدپذیر گشوده‌است. با رشد تولید روغن‌های گیاهی سنتی، هم جهت با کاهش قیمت روغن‌های مشتق شده از میکرو جلبک‌ها، پتانسیل زیادی در رشد در این حوزه وجود دارد.

کاربرد در بسته بندی مواد غذاییPoly(hydroxyalkanoates) for Food Packaging: Application and Attempts towards Implementation

صفحه‌ها برای ویرایشگران خارج‌شده از سامانه بیشتر بدانید

بیوپلاستیک‌ها یا زیست‌پلاستیک‌ها (به انگلیسی: Bioplastic) مواد پلاستیکی هستند که از منابع زیست‌توده تجدیدپذیر، مانند روغن‌ها و چربی‌های گیاهی، نشاسته ذرت، کاه، خرده چوب، خاک اره، ضایعات مواد غذایی بازیافت شده و غیره تولید می‌شوند.[۱][۲][۳] بیوپلاستیک را می‌توان از محصولات جانبی کشاورزی و همچنین از بطری‌های پلاستیکی استفاده شده و سایر ظروف با استفاده از میکروارگانیسم‌ها تهیه کرد. پلاستیک‌های متداول مانند پلاستیک‌های سوخت-فسیلی (که پلیمرهای پایه نفتی نیز خوانده می‌شوند) از نفت یا گاز طبیعی ساخته می‌شوند. تولید این نوع از پلاستیک نه تنها در روند تولیدشان به طبیعت آسیب می‌رسانند، بلکه در روند بازگشت به طبیعت بازه زمانی بسیار طولانی خواهند داشت که آسیب‌های زیست‌محیطی زیادی در پی دارد. از دلایل اصلی روند طولانی تجزیه این مواد، طول بلند زنجیره‌های ملکولی و قوی بودن پیوند میان واحدهای سازنده پلیمر(مونومر Monomer) می‌باشد. دانشمندان با ارائه راه حل تولید پلاستیک‌های زیستی مشکلات زیادی را در این زمینه حل کرده‌اند. بدین صورت که تجزیه و روند برگشت این نوع پلاستیک‌ها در طبیعت بسیار سریع تر می‌باشد.

طبق آخرین داده‌های منتشر شده در سال ۲۰۲۰ پلاستیک‌های زیستی حدود ۱ درصد از بیش از ۳۵۹ میلیون تن پلاستیک تولید شده در سال را تشکیل می‌دهند. این در حالی است که با افزایش تقاضا و ظهور پلاستیک‌های زیستی جدید، بازار این نوع پلاستیک‌ها به‌طور مداوم در حال رشد و افزایش تنوع می‌باشد.[۴]

پلاستیک‌های تجدیدپذیر برای مواد پلاستیکی یک‌بار مصرف استفاده شده‌اند. مثل بسته‌بندی، ظروف سفالی، قاشق، چنگال و چاقوسازی، گلدانها، کاسه و لگن‌های پلاستیکی و نی‌های نوشیدنی.[۵]

کاربردهای تجاری کمی برای پلاستیک‌های تجدیدپذیر وجود دارد. به‌طور کلی آنها می‌توانند جایگزین پلاستیک‌های ساخته شده از مشتقات نفتی شوند، هرچند قیمت تمام شده و کارایی شان مشکل ساز است. در حقیقت استفاده از پلاستیک‌های زیستی از نظر اقتصادی مطلوب است، اگر توسط قانون‌های خاصی که مصرف پلاستیک‌های متعارف را محدود می‌کنند حمایت شوند.[۶]

بیو پلاستیک

نمونه بارز آن کشور ایتالیا است که از سال ۲۰۱۱ با یک قانون، استفاده از پلاستیک‌ها و نایلکس‌های تجدیدپذیر اجباری شد. غیر از ساختار مواد تشکیل دهنده امید می‌رود پلاستیک‌های تجدید پذیر، که از پلیمرهای فعال الکتریکی ساخته شده‌اند هم بتوانند جریان الکتریکی را عبور دهند.[۷]

پلیمرهای تجدیدپذیر به عنوان روکش برای کاغذ، جایگزین روکش‌های معمول مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی در دسترس هستند.[۸]

پلاستیک‌های نشاسته ای حرارتی که در حال حاضر نشانه استفاده گسترده از پلاستیک‌های تجدید پذیر هستند، حدود ۵۰ درصد از بازار پلاستیک‌های تجدیدپذیر را تشکیل می‌دهند.[۹] ورقه‌های ساده پلاستیک‌های نشاسته ای می‌توانند در خانه، با نشاسته ژلاتینی شده و ریخته‌گری محلول ساخته شود.[۱۰]نشاسته خالص قادر به جذب رطوبت است در نتیجه یک ماده مناسب برای تولید کپسول‌های دارویی توسط بخش داروسازی است. هرچند پلاستیک‌های تجدید پذیر بر پایه نشاسته خالص، ترد و شکننده هستند. خمیر کننده‌های ژلاتینی مثل گلیسرول گلیکول و سوربیتول می‌توانند به ماده اضافه شوند، در نتیجه نشاسته می‌تواند به صورت حرارتی عمل آورده شود. از ویژگی پلاستیک‌های نشاسته‌های حرارتی این است که می‌توانند، با تنظیم مقدار مواد افزودنی، برای اهداف مشخصی سفارشی شوند.

تکنیک‌های ساخت پلیمرهای رایج می‌توانند برای فرایند تبدیل نشاسته به پلاستیک تجدیدپذیر مورد استفاده قرار گیرند. مثل ریخته‌گری تزریقی، ریخته‌گری فشاری و ریخته‌گری محلول که کیفیت پلاستیک‌های تجدیدپذیر نشاسته‌ای شدیداً تحت تأثیر نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین است.[۱۱]

عموماً نشاسته با درجه آمیلوز بیشتر به کیفیت مکانیکی بهتری ختم می‌شود.[۱۲] هر چند نشاسته با آمیلوز بالا عمل‌آوری کمتری دارد، به جهت ژلاتینی شدن در درجه حرارت بالا[۱۳] و غلظت مذاب بالاتر مناسب تر است.[۱۴]

پلاستیک‌های تجدید پذیر نشاسته ای معمولاً با پلیمرهای زیست تجدید پذیر ترکیب می‌شوند. برای تولید اسید پلی لاکتیک و اسید نشاسته و پلی کپرولاکتون یا اکوفلکس این ترکیبات برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود همچنین خاصیت کود شدن را دارد. محصولات دیگر مثل گیاه روکوئید ترکیبات دیگر نشاسته ای را بوجود آورده‌است.[۱۵]

این ترکیبات زیست تجزیه پذیر نیستند، اما نسبت به پلاستیک‌های نفتی و پتروشیمی اثر کربنی کمتری دارند و برای کاربردهای مشابه استفاده می‌شوند. به خاطر خاستگاه مواد خام، نشاسته ارزان، فراوان و تجدید پذیر است. پلاستیک‌های نشاسته ای ترکیبات پیچیده‌ای از نشاسته با پلیمرهای تجدیدپذیر یا پلاستیک‌های قابل کود شدن هستند.

این ترکیبات پیچیده مقاومت رطوبتی را افزایش می‌دهند و به همین ترتیب عمل آوری و خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشند. ورقه‌های نشاسته‌ای که بیشتر برای بسته‌بندی استفاده می‌شوند، اکثراً از ترکیب نشاسته و پلی استرهای حرارتی تشکیل شده‌اند و محصولات تجزیه شدنی را شکل می‌دهند.

این ورقه‌ها به ویژه در بسته‌بندی کالاها، پوشش مجله‌ها و ورقه‌هایی برای بسته‌بندی غذا که در نانوایی و بسته‌بندی میوه و سبزی دیده می‌شوند استفاده می‌شود. به علاوه ورقه‌های نشاسته‌ای جدید که توسط دانشمندان محقق کشاورزی ساخته شده حتی به عنوان کاغذ هم استفاده می‌شوند. نانوکامپوزیت‌های نشاسته‌ای هم به‌طور گسترده تحت مطالعه است که افزایش خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، مقاومت رطوبتی و خاصیت جداسازی بخار را به نمایش می‌گذارد.

پلاستیک‌های تجدید پذیر سلولزی اساساً استرهای سلولزی هستند (که شامل استات سلولز و نیتروسلولز هستند) و مشتقاتش آن شامل سلولوئید است.
سلولز می‌تواند وقتی که به شدت تغییر کند تبدیل به پلاستیک حرارتی شود. یک نمونه از آن استات سلولز است که گران‌قیمت بوده در نتیجه به ندرت برای بسته‌بندی استفاده می‌شود. هرچند فیبرهای سلولزی که به نشاسته اضافه شده‌اند می‌تواند خواص مکانیکی نفوذپذیری گازی و مقاومت رطوبتی ناشی از کمتر آبگریز بودن نسبت به نشاسته را افزایش دهد.[۱۶] یک گروه در دانشگاه شانگهای توانست یک پلاستیک سبز نو ظهور سلولوزی از طریق متد پرس گرم تولید کند.[۱۷]

پلاستیک‌های تجدید پذیر می‌توانند از پروتئین با منابع مختلف ساخته شوند. برای مثال گلوتن گندم و کازئین (پروتئین اصلی شیر) ویژگی‌های امید بخشی را به عنوان مواد اولیه، برای تولید پلیمرهای زیستی تجدیدپذیر ارائه می‌دهند.[۱۸]

پروتئین سویا به عنوان یک منبع دیگر ساخت پلاستیک تجدید پذیر مورد توجه قرار گرفته‌است. پروتئین سویا بیش از ۱۰۰ سال است که برای ساخت و تولید پلاستیک مورد استفاده قرار گرفته‌است. برای مثال پنل‌های بدنه ماشین فورد از پلاستیک سویا ساخته شده بود.[۱۹]

برای استفاده از پلاستیک‌های پروتئینی به خاطر حساسیت رطوبتی و قیمت نسبتاً بالا مشکلاتی وجود دارد، بنابراین تولید ترکیبات پروتئین سویا با پلی استرهای زیست تجدید پذیر موجود، حساسیت رطوبتی را افزایش و قیمت را تعدیل می‌کند.

پلی استرهای تجدیدپذیر آلیفاتیک، پلی هیدروکسی آلکانوات هستند (PHAs) مانند پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)، پلی هیدروکسی وارلات (PHV)، پلی هیدروکسی هگزانات(PHH) می‌باشند.

یک پلاستیک شفاف است که از ذرت یا گلوکز(دکستروز) ساخته شده‌است. ظاهراً شبیه به پلاستیک‌های رایج مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی است (مانند PS). فایده مشخصی که دارد، تجزیه کردن به محصولات غیر سمی است. متأسفانه این بیانگر استحکام ضربه ای، استحکام گرمایی و خواص حفاظتی (مسدود شدن هوای انتقالی در غشا) کمتر است. PLA و ترکیبات PLA عموماً شکلی از برآمدگی‌ها با خواص مختلف را تولید می‌کنند و در صنعت تولید پلاستیک برای تولید ورقه‌ها فیبرها و ظروف پلاستیکی فنجان و بطری‌ها استفاده می‌شوند. PLA همین‌طور رایج‌ترین نوع از رشته پلاستیکی است که برای مدل‌سازی رسوب مذاب خانگی استفاده می‌شود.

پلیمر تجدیدپذیر پلی تری هیدروکسی بوتیرات (PHB) یک پلی استر است، که از یک فرایند باکتریایی مشخص گلوکز نشاسته ذرت یا فاضلاب تولید می‌شود. خواص آن شبیه به پلی پروپلین‌های پلاستیک‌های مشتقات نفت و پتروشیمی است. محصولات PHB هر روزه در حال افزایش است. برای نمونه صنایع شکر سازی آمریکای جنوبی تصمیم دارد محصولات PHB را در مقیاس صنعتی گسترش دهد. PHB اساساً به خاطر خواص فیزیکی شهرت دارد. آنها می‌توانند به شکل ورقه شفاف با نقطه ذوب بالاتر از ۱۳۰ درجه سلسیوس که تجدیدپذیر و بدون پسماند و تفاله است، عمل آیند.

پلی هیدروکسی آلکانوات‌ها پلی استرهای خطی هستند که در طبیعت توسط تخمیر باکتریایی شکر یا لیپیدها تولید می‌شوند. آنها توسط باکتری، برای ذخیره کربن و انرژی تولید می‌شوند. در محصولات صنعتی، پلی استر از باکتری به واسطه بهینه‌سازی شرایط برای تخمیر شکر استخراج و عصاره‌گیری می‌شود. بیش از ۱۵۰ مونومر متفاوت برای تولید موادی با خواص بسیار متفاوت می‌توانند با این خانواده ترکیب شوند. PHA خاصیت چکش خواری بیشتر و خاصیت کشسانی کمتری نسبت به دیگر پلاستیک‌ها دارد و همین‌طور تجدیدپذیر هم می‌باشد. این پلاستیک‌ها به‌طور گسترده در صنعت پزشکی کاربرد دارند.

PA11 یک پلیمر تجدیدپذیر است که از روغن طبیعی مشتق می‌شود. هم چنین تحت نام تجاری Roldan B توسط Arkema تجاری شده‌است. PA11 متعلق به خانواده پلیمرهای فنی-تخصصی است و تجدید پذیر نیست. خواص آن شبیه به PA12 می‌باشد؛ هر چند انتشار گازهای گلخانه‌ای و مقاومت حرارتی آن از PA12 بهتر است. از آن در محصولات با کارایی و بازده بالا استفاده می‌شود، مانند خطوط سوخت رسانی اتومبیل، سیستم ترمز بادی نیوماتیک، لوله‌های انعطاف‌پذیر سوخت و روغن، مراکز کنترل سیال، کفش‌های ورزشی، قطعات ابزار الکترونیکی و سوندهای پزشکی.

یک پلاستیک مشابه پلی آمید 410 (PA410) هست که تحت نام تجاری EcopaXX توسط DSM تجاری سازی شده‌است و ۷۰ درصد از روغن کرچک مشتق شده‌است. PA410 یک پلی آمید با کارایی بالا از است که ترکیبی از مزیت‌های نقطه ذوب بالا (تقریباً ۲۵۰ درجه سلسیوس)، جذب رطوبت پایین و مقاومت عالی نسبت به مواد شیمیایی مختلف را شامل می‌شود.

بخش اصلی ساختمان پلی اتیلن، اتیلن است. از لحاظ شیمیایی به اتانول شبیه است و می‌تواند از آن مشتق شود. می‌تواند از تخمیر مواد خام کشاورزی مثل نیشکر یا ذرت تولید شود. پلی اتیلن تجدید پذیر از لحاظ فیزیکی و شیمیایی کاملاً شبیه به پلی اتیلن‌های سنتی است که زیست تخریب پذیر نیستند اما می‌توانند بازیابی شوند. گروه تولیدکننده مواد شیمیایی برزیلی براسکم(Braskem) ادعا کرده‌است که استفاده از متد تولید پلی اتیلن از اتانول نیشکر این شرکت، در هر تن از پلی اتیلن سبز تولیدی، ۲٫۱۵ تن CO² جذب می‌کند.

با تبدیل شدن ذرت اصلاح شده ژنتیکی به یک ماده خام رایج، عجیب نیست که بخشی از پلاستیک‌های تجدیدپذیر از آن ساخته شود. تحت تکنولوژی تولید پلاستیک‌های تجدیدپذیر، مدل پلنت فکتوری وجود دارد که با استفاده از ذرت‌های اصلاح شده ژنتیکی یا باکتری اصلاح شده ژنتیکی کارایی را افزایش می‌دهد.

اخیراً روی تولید پلی اورتان‌های فاقد ایزوسیانات و تجدیدپذیر تأکید زیادی شده‌است. یک نمونه از آن از عکس العمل طبیعی بین پلی آمین‌ها و کربنات‌های حلقوی برای تولید پلی هیدروکسی اورتان استفاده می‌کند. بر خلاف پلی اورتان‌های شبکه ای پیچ خورده سنتی، پلی هیدروکسی اورتان‌های شبکه پیچ خورده نشان داده شده‌است که قادر به بازیابی و بازیافت از طریق عکس العمل‌های انتقال دینامیکی کاربامول‌ها هستند.

یک گروه از پلاستیک‌های تجدیدپذیر از گیاهان و حیوانات سنتز شده‌اند، مشتقات چربی و روغن هستند. پلی اورتان‌ها، پلی استرها، رزین اپوکسی و تعدادی از انواع دیگر پلیمرها، با خواص قابل مقایسه نسبت به مواد بر پایه روغن ناخالص و تسویه نشده تولید شده‌اند. آخرین پیشرفت‌ها از تغییر اولفین یک تنوع فزاینده‌ای از مواد خام برای تغییرات اقتصادی در پلیمرها و مونومرهای تجدیدپذیر گشوده‌است. با رشد تولید روغن‌های گیاهی سنتی، هم جهت با کاهش قیمت روغن‌های مشتق شده از میکرو جلبک‌ها، پتانسیل زیادی در رشد در این حوزه وجود دارد.

کاربرد در بسته بندی مواد غذاییPoly(hydroxyalkanoates) for Food Packaging: Application and Attempts towards Implementation

صفحه‌ها برای ویرایشگران خارج‌شده از سامانه بیشتر بدانید

بیوپلاستیک‌ها یا زیست‌پلاستیک‌ها (به انگلیسی: Bioplastic) مواد پلاستیکی هستند که از منابع زیست‌توده تجدیدپذیر، مانند روغن‌ها و چربی‌های گیاهی، نشاسته ذرت، کاه، خرده چوب، خاک اره، ضایعات مواد غذایی بازیافت شده و غیره تولید می‌شوند.[۱][۲][۳] بیوپلاستیک را می‌توان از محصولات جانبی کشاورزی و همچنین از بطری‌های پلاستیکی استفاده شده و سایر ظروف با استفاده از میکروارگانیسم‌ها تهیه کرد. پلاستیک‌های متداول مانند پلاستیک‌های سوخت-فسیلی (که پلیمرهای پایه نفتی نیز خوانده می‌شوند) از نفت یا گاز طبیعی ساخته می‌شوند. تولید این نوع از پلاستیک نه تنها در روند تولیدشان به طبیعت آسیب می‌رسانند، بلکه در روند بازگشت به طبیعت بازه زمانی بسیار طولانی خواهند داشت که آسیب‌های زیست‌محیطی زیادی در پی دارد. از دلایل اصلی روند طولانی تجزیه این مواد، طول بلند زنجیره‌های ملکولی و قوی بودن پیوند میان واحدهای سازنده پلیمر(مونومر Monomer) می‌باشد. دانشمندان با ارائه راه حل تولید پلاستیک‌های زیستی مشکلات زیادی را در این زمینه حل کرده‌اند. بدین صورت که تجزیه و روند برگشت این نوع پلاستیک‌ها در طبیعت بسیار سریع تر می‌باشد.

طبق آخرین داده‌های منتشر شده در سال ۲۰۲۰ پلاستیک‌های زیستی حدود ۱ درصد از بیش از ۳۵۹ میلیون تن پلاستیک تولید شده در سال را تشکیل می‌دهند. این در حالی است که با افزایش تقاضا و ظهور پلاستیک‌های زیستی جدید، بازار این نوع پلاستیک‌ها به‌طور مداوم در حال رشد و افزایش تنوع می‌باشد.[۴]

پلاستیک‌های تجدیدپذیر برای مواد پلاستیکی یک‌بار مصرف استفاده شده‌اند. مثل بسته‌بندی، ظروف سفالی، قاشق، چنگال و چاقوسازی، گلدانها، کاسه و لگن‌های پلاستیکی و نی‌های نوشیدنی.[۵]

کاربردهای تجاری کمی برای پلاستیک‌های تجدیدپذیر وجود دارد. به‌طور کلی آنها می‌توانند جایگزین پلاستیک‌های ساخته شده از مشتقات نفتی شوند، هرچند قیمت تمام شده و کارایی شان مشکل ساز است. در حقیقت استفاده از پلاستیک‌های زیستی از نظر اقتصادی مطلوب است، اگر توسط قانون‌های خاصی که مصرف پلاستیک‌های متعارف را محدود می‌کنند حمایت شوند.[۶]

بیو پلاستیک

نمونه بارز آن کشور ایتالیا است که از سال ۲۰۱۱ با یک قانون، استفاده از پلاستیک‌ها و نایلکس‌های تجدیدپذیر اجباری شد. غیر از ساختار مواد تشکیل دهنده امید می‌رود پلاستیک‌های تجدید پذیر، که از پلیمرهای فعال الکتریکی ساخته شده‌اند هم بتوانند جریان الکتریکی را عبور دهند.[۷]

پلیمرهای تجدیدپذیر به عنوان روکش برای کاغذ، جایگزین روکش‌های معمول مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی در دسترس هستند.[۸]

پلاستیک‌های نشاسته ای حرارتی که در حال حاضر نشانه استفاده گسترده از پلاستیک‌های تجدید پذیر هستند، حدود ۵۰ درصد از بازار پلاستیک‌های تجدیدپذیر را تشکیل می‌دهند.[۹] ورقه‌های ساده پلاستیک‌های نشاسته ای می‌توانند در خانه، با نشاسته ژلاتینی شده و ریخته‌گری محلول ساخته شود.[۱۰]نشاسته خالص قادر به جذب رطوبت است در نتیجه یک ماده مناسب برای تولید کپسول‌های دارویی توسط بخش داروسازی است. هرچند پلاستیک‌های تجدید پذیر بر پایه نشاسته خالص، ترد و شکننده هستند. خمیر کننده‌های ژلاتینی مثل گلیسرول گلیکول و سوربیتول می‌توانند به ماده اضافه شوند، در نتیجه نشاسته می‌تواند به صورت حرارتی عمل آورده شود. از ویژگی پلاستیک‌های نشاسته‌های حرارتی این است که می‌توانند، با تنظیم مقدار مواد افزودنی، برای اهداف مشخصی سفارشی شوند.

تکنیک‌های ساخت پلیمرهای رایج می‌توانند برای فرایند تبدیل نشاسته به پلاستیک تجدیدپذیر مورد استفاده قرار گیرند. مثل ریخته‌گری تزریقی، ریخته‌گری فشاری و ریخته‌گری محلول که کیفیت پلاستیک‌های تجدیدپذیر نشاسته‌ای شدیداً تحت تأثیر نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین است.[۱۱]

عموماً نشاسته با درجه آمیلوز بیشتر به کیفیت مکانیکی بهتری ختم می‌شود.[۱۲] هر چند نشاسته با آمیلوز بالا عمل‌آوری کمتری دارد، به جهت ژلاتینی شدن در درجه حرارت بالا[۱۳] و غلظت مذاب بالاتر مناسب تر است.[۱۴]

پلاستیک‌های تجدید پذیر نشاسته ای معمولاً با پلیمرهای زیست تجدید پذیر ترکیب می‌شوند. برای تولید اسید پلی لاکتیک و اسید نشاسته و پلی کپرولاکتون یا اکوفلکس این ترکیبات برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود همچنین خاصیت کود شدن را دارد. محصولات دیگر مثل گیاه روکوئید ترکیبات دیگر نشاسته ای را بوجود آورده‌است.[۱۵]

این ترکیبات زیست تجزیه پذیر نیستند، اما نسبت به پلاستیک‌های نفتی و پتروشیمی اثر کربنی کمتری دارند و برای کاربردهای مشابه استفاده می‌شوند. به خاطر خاستگاه مواد خام، نشاسته ارزان، فراوان و تجدید پذیر است. پلاستیک‌های نشاسته ای ترکیبات پیچیده‌ای از نشاسته با پلیمرهای تجدیدپذیر یا پلاستیک‌های قابل کود شدن هستند.

این ترکیبات پیچیده مقاومت رطوبتی را افزایش می‌دهند و به همین ترتیب عمل آوری و خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشند. ورقه‌های نشاسته‌ای که بیشتر برای بسته‌بندی استفاده می‌شوند، اکثراً از ترکیب نشاسته و پلی استرهای حرارتی تشکیل شده‌اند و محصولات تجزیه شدنی را شکل می‌دهند.

این ورقه‌ها به ویژه در بسته‌بندی کالاها، پوشش مجله‌ها و ورقه‌هایی برای بسته‌بندی غذا که در نانوایی و بسته‌بندی میوه و سبزی دیده می‌شوند استفاده می‌شود. به علاوه ورقه‌های نشاسته‌ای جدید که توسط دانشمندان محقق کشاورزی ساخته شده حتی به عنوان کاغذ هم استفاده می‌شوند. نانوکامپوزیت‌های نشاسته‌ای هم به‌طور گسترده تحت مطالعه است که افزایش خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، مقاومت رطوبتی و خاصیت جداسازی بخار را به نمایش می‌گذارد.

پلاستیک‌های تجدید پذیر سلولزی اساساً استرهای سلولزی هستند (که شامل استات سلولز و نیتروسلولز هستند) و مشتقاتش آن شامل سلولوئید است.
سلولز می‌تواند وقتی که به شدت تغییر کند تبدیل به پلاستیک حرارتی شود. یک نمونه از آن استات سلولز است که گران‌قیمت بوده در نتیجه به ندرت برای بسته‌بندی استفاده می‌شود. هرچند فیبرهای سلولزی که به نشاسته اضافه شده‌اند می‌تواند خواص مکانیکی نفوذپذیری گازی و مقاومت رطوبتی ناشی از کمتر آبگریز بودن نسبت به نشاسته را افزایش دهد.[۱۶] یک گروه در دانشگاه شانگهای توانست یک پلاستیک سبز نو ظهور سلولوزی از طریق متد پرس گرم تولید کند.[۱۷]

پلاستیک‌های تجدید پذیر می‌توانند از پروتئین با منابع مختلف ساخته شوند. برای مثال گلوتن گندم و کازئین (پروتئین اصلی شیر) ویژگی‌های امید بخشی را به عنوان مواد اولیه، برای تولید پلیمرهای زیستی تجدیدپذیر ارائه می‌دهند.[۱۸]

پروتئین سویا به عنوان یک منبع دیگر ساخت پلاستیک تجدید پذیر مورد توجه قرار گرفته‌است. پروتئین سویا بیش از ۱۰۰ سال است که برای ساخت و تولید پلاستیک مورد استفاده قرار گرفته‌است. برای مثال پنل‌های بدنه ماشین فورد از پلاستیک سویا ساخته شده بود.[۱۹]

برای استفاده از پلاستیک‌های پروتئینی به خاطر حساسیت رطوبتی و قیمت نسبتاً بالا مشکلاتی وجود دارد، بنابراین تولید ترکیبات پروتئین سویا با پلی استرهای زیست تجدید پذیر موجود، حساسیت رطوبتی را افزایش و قیمت را تعدیل می‌کند.

پلی استرهای تجدیدپذیر آلیفاتیک، پلی هیدروکسی آلکانوات هستند (PHAs) مانند پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)، پلی هیدروکسی وارلات (PHV)، پلی هیدروکسی هگزانات(PHH) می‌باشند.

یک پلاستیک شفاف است که از ذرت یا گلوکز(دکستروز) ساخته شده‌است. ظاهراً شبیه به پلاستیک‌های رایج مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی است (مانند PS). فایده مشخصی که دارد، تجزیه کردن به محصولات غیر سمی است. متأسفانه این بیانگر استحکام ضربه ای، استحکام گرمایی و خواص حفاظتی (مسدود شدن هوای انتقالی در غشا) کمتر است. PLA و ترکیبات PLA عموماً شکلی از برآمدگی‌ها با خواص مختلف را تولید می‌کنند و در صنعت تولید پلاستیک برای تولید ورقه‌ها فیبرها و ظروف پلاستیکی فنجان و بطری‌ها استفاده می‌شوند. PLA همین‌طور رایج‌ترین نوع از رشته پلاستیکی است که برای مدل‌سازی رسوب مذاب خانگی استفاده می‌شود.

پلیمر تجدیدپذیر پلی تری هیدروکسی بوتیرات (PHB) یک پلی استر است، که از یک فرایند باکتریایی مشخص گلوکز نشاسته ذرت یا فاضلاب تولید می‌شود. خواص آن شبیه به پلی پروپلین‌های پلاستیک‌های مشتقات نفت و پتروشیمی است. محصولات PHB هر روزه در حال افزایش است. برای نمونه صنایع شکر سازی آمریکای جنوبی تصمیم دارد محصولات PHB را در مقیاس صنعتی گسترش دهد. PHB اساساً به خاطر خواص فیزیکی شهرت دارد. آنها می‌توانند به شکل ورقه شفاف با نقطه ذوب بالاتر از ۱۳۰ درجه سلسیوس که تجدیدپذیر و بدون پسماند و تفاله است، عمل آیند.

پلی هیدروکسی آلکانوات‌ها پلی استرهای خطی هستند که در طبیعت توسط تخمیر باکتریایی شکر یا لیپیدها تولید می‌شوند. آنها توسط باکتری، برای ذخیره کربن و انرژی تولید می‌شوند. در محصولات صنعتی، پلی استر از باکتری به واسطه بهینه‌سازی شرایط برای تخمیر شکر استخراج و عصاره‌گیری می‌شود. بیش از ۱۵۰ مونومر متفاوت برای تولید موادی با خواص بسیار متفاوت می‌توانند با این خانواده ترکیب شوند. PHA خاصیت چکش خواری بیشتر و خاصیت کشسانی کمتری نسبت به دیگر پلاستیک‌ها دارد و همین‌طور تجدیدپذیر هم می‌باشد. این پلاستیک‌ها به‌طور گسترده در صنعت پزشکی کاربرد دارند.

PA11 یک پلیمر تجدیدپذیر است که از روغن طبیعی مشتق می‌شود. هم چنین تحت نام تجاری Roldan B توسط Arkema تجاری شده‌است. PA11 متعلق به خانواده پلیمرهای فنی-تخصصی است و تجدید پذیر نیست. خواص آن شبیه به PA12 می‌باشد؛ هر چند انتشار گازهای گلخانه‌ای و مقاومت حرارتی آن از PA12 بهتر است. از آن در محصولات با کارایی و بازده بالا استفاده می‌شود، مانند خطوط سوخت رسانی اتومبیل، سیستم ترمز بادی نیوماتیک، لوله‌های انعطاف‌پذیر سوخت و روغن، مراکز کنترل سیال، کفش‌های ورزشی، قطعات ابزار الکترونیکی و سوندهای پزشکی.

یک پلاستیک مشابه پلی آمید 410 (PA410) هست که تحت نام تجاری EcopaXX توسط DSM تجاری سازی شده‌است و ۷۰ درصد از روغن کرچک مشتق شده‌است. PA410 یک پلی آمید با کارایی بالا از است که ترکیبی از مزیت‌های نقطه ذوب بالا (تقریباً ۲۵۰ درجه سلسیوس)، جذب رطوبت پایین و مقاومت عالی نسبت به مواد شیمیایی مختلف را شامل می‌شود.

بخش اصلی ساختمان پلی اتیلن، اتیلن است. از لحاظ شیمیایی به اتانول شبیه است و می‌تواند از آن مشتق شود. می‌تواند از تخمیر مواد خام کشاورزی مثل نیشکر یا ذرت تولید شود. پلی اتیلن تجدید پذیر از لحاظ فیزیکی و شیمیایی کاملاً شبیه به پلی اتیلن‌های سنتی است که زیست تخریب پذیر نیستند اما می‌توانند بازیابی شوند. گروه تولیدکننده مواد شیمیایی برزیلی براسکم(Braskem) ادعا کرده‌است که استفاده از متد تولید پلی اتیلن از اتانول نیشکر این شرکت، در هر تن از پلی اتیلن سبز تولیدی، ۲٫۱۵ تن CO² جذب می‌کند.

با تبدیل شدن ذرت اصلاح شده ژنتیکی به یک ماده خام رایج، عجیب نیست که بخشی از پلاستیک‌های تجدیدپذیر از آن ساخته شود. تحت تکنولوژی تولید پلاستیک‌های تجدیدپذیر، مدل پلنت فکتوری وجود دارد که با استفاده از ذرت‌های اصلاح شده ژنتیکی یا باکتری اصلاح شده ژنتیکی کارایی را افزایش می‌دهد.

اخیراً روی تولید پلی اورتان‌های فاقد ایزوسیانات و تجدیدپذیر تأکید زیادی شده‌است. یک نمونه از آن از عکس العمل طبیعی بین پلی آمین‌ها و کربنات‌های حلقوی برای تولید پلی هیدروکسی اورتان استفاده می‌کند. بر خلاف پلی اورتان‌های شبکه ای پیچ خورده سنتی، پلی هیدروکسی اورتان‌های شبکه پیچ خورده نشان داده شده‌است که قادر به بازیابی و بازیافت از طریق عکس العمل‌های انتقال دینامیکی کاربامول‌ها هستند.

یک گروه از پلاستیک‌های تجدیدپذیر از گیاهان و حیوانات سنتز شده‌اند، مشتقات چربی و روغن هستند. پلی اورتان‌ها، پلی استرها، رزین اپوکسی و تعدادی از انواع دیگر پلیمرها، با خواص قابل مقایسه نسبت به مواد بر پایه روغن ناخالص و تسویه نشده تولید شده‌اند. آخرین پیشرفت‌ها از تغییر اولفین یک تنوع فزاینده‌ای از مواد خام برای تغییرات اقتصادی در پلیمرها و مونومرهای تجدیدپذیر گشوده‌است. با رشد تولید روغن‌های گیاهی سنتی، هم جهت با کاهش قیمت روغن‌های مشتق شده از میکرو جلبک‌ها، پتانسیل زیادی در رشد در این حوزه وجود دارد.

کاربرد در بسته بندی مواد غذاییPoly(hydroxyalkanoates) for Food Packaging: Application and Attempts towards Implementation

یکی از راه‌حل‌های ارائه شده برای حل مشکلات زیست محیطی، جایگزینی پلاستیک‌های نفتی با پلاستیک‌های زیستی است. پلاستیک‌های زیستی درواقع پلاستیک‌هایی هستند که از زیست‌توده‌هایی هم‌چون روغن و چربی گیاهان، نشاسته، ذرت و … تولید می‌شوند. میکروارگانیسم‌ها نیز می‌توانند در حضور برخی منابع، پلاستیک‌های زیستی را تولید کنند؛ اما نکته مهم در رابطه با این نوع از پلاستیک‌ها، توانایی تجدید پذیری آن‌هاست (۱۱).

بر اساس تعریف دیکشنری Webster پلاستیک به هر نوع ترکیب آلی گفته می‌شود که از طریق پلیمریزاسیون ایجاد می‌شود، قابلیت شکل‌پذیری و قالب‌گیری را دارند و به اشکال مختلفی هم‌چون رشته و فیلم قابل‌تبدیل هستند. پلاستیک‌ها در دو گروه ترموستات و ترموپلاستیک طبقه‌بندی می‌شوند(۵).

بخش عظیمی از دنیای امروز ما را پلاستیک‌ها اشغال کرده‌اند. پلاستیک‌ها سازه‌هایی هستند که به‌وسیله بشر تولیدشده‌اند و به طبیعت تعلق ندارند؛ بنابراین زباله‌های حاصل آن‌ها در طبیعت انباشت می‌شوند. تنها ۹ درصد از پلاستیک‌ها بازیافت می‌شوند و اکثر آن‌ها موجب آلودگی محیط‌ زیست و نواحی دفع زباله می‌شوند. تجزیه شدن پلاستیک‌ها به ۵۰۰ سال زمان نیاز دارد که در این حین مواد سمی نیز به زمین نفوذ می‌کنند. در هر دقیقه ۱۲ کیسه پلاستیکی به طبیعت وارد می‌شود (۱، ۲).

پلاستیک‌ها توسعه قابل‌توجهی را از دهه ۱۹۴۰ آغاز کردند و کم‌کم جایگزین چوب، گِل، فلزات، شیشه و دیگر ترکیبات شدند(۳). قیمت کم، دوام بالا، وزن کم، مقاوم بودن نسبت به تخریب، خواص مکانیکی و دمایی مناسب؛ پلاستیک‌ها را به انتخاب مناسبی برای بسیاری از کارها تبدیل کرده است. در نیمه دوم قرن بیستم پلاستیک‌ها به مهم‌ترین ابزار مورداستفاده در سراسر جهان تبدیل شدند (۴، ۵).

برای تولید پلاستیک‌ها از نفت خام که غیر‌تجدید پذیر است استفاده می‌شود. بر اساس گزارش‌ها روزانه ۲۰۰۰۰۰ بشکه‌ نفت فقط برای تولید پلاستیک‌های بسته‌بندی استفاده می‌شود. استفاده از این سوخت‌های بر پایه‌ی کربن موجب آزاد شدن حجم عظیمی از گازهای گلخانه‌ای در اتمسفر می‌شود که عواقبی هم‌چون گرم شدن زمین را در پی دارد (۱، ۶).

بیو پلاستیک

بحران‌ سوخت‌های فسیلی در دهه ۷۰، نشر زیاد گازهای گلخانه‌ای و حمایت از محیط‌زیست موجب شد تا گروه جدیدی از پلاستیک‌ها بر روی کار بیایند(۷، ۸). این نوع پلاستیک‌ها که با عنوان پلاستیک‌های زیستی شناخته می‌شوند درواقع پدیده‌ی جدیدی نیستند و از دهه ۱۸۵۰ شناخته‌شده بودند. اولین پلاستیک‌های ساخته دست بشر که از نوع زیستی بودند در سال ۱۸۶۲ و تحت عنوان تجاری Parkesipne تولید شدند. در ساختار این پلاستیک‌ها از نیترات سلولز استفاده‌شده بود(۹).

طبقه‌بندی پلاستیک‌های زیستی

۱۸۶۲– Alexander parkes اولین پلاستیک ساخته دست بشر را از ترکیبات سلولزی با نام parkesine تولید کرد. اساس این پلاستیک‌ها از مواد طبیعی بودند.

۱۸۹۷– Galalith به‌وسیله یک مخترع آلمانی تولید شد. این ترکیب یک نوع پلاستیک زیست‌تجزیه‌پذیر است که از کازئین شیر برای تولید آن استفاده شده است. این ترکیب به علت عدم شکل‌پذیری مناسب، کاربردهای تجاری محدودی داشت.

ساخت دکمه از Galalith

۱۹۰۷– Branden berger محصولی به نام سلفون را تولید کرد. این ساختار شامل صفحات شفافی بود که در ساخت آن از چوب، کتان، یا سلولز شاه‌دانه استفاده شده بود. Cellaphone یک برند تجاری شناخته شده است.

۱۹۲۶– Mariue lemoigne موفق شد پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات (PHB) را از باکتری Bacillus megaterium جداسازی کند. این ترکیب اولین پلاستیک زیستی بود که از باکتری‌ها جداسازی شد.

دهه ۱۹۳۰– Henry ford آمریکایی از پلاسیتک‌های زیستی تولیدشده با دانه‌های سویا برای تولید بخشی از قطعات خودروهایش استفاده کرد! شرکت Ford بعد از جنگ جهانی دوم این کار را متوقف کرد.

۱۹۴۷– Rilsan که با عناوین پلی‌آمید ۱۱ یا نایلون ۱۱ نیز شناخته می‌شود، توسط شرکت Organico به‌عنوان یک اختراع به ثبت رسید. شرکت خودروسازی سیتروئن از این ترکیب برای خودروهای DS خود بهره برد. در حال حاضر حق این اختراع در اختیار شرکت Arkema است.

دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰– W.R.Grace متوجه شد که می‌توان در ابعاد تجاری پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات و پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات را به‌وسیله میکروب‌ها و باکتری‌ها تولید کرد؛ اما این کشف به علت قیمت پایین نفت خام در ادامه با شکست مواجه شد.

۱۹۷۳– بحران نفت به علت عدم تولید نفت توسط کشورهای عربی در حمایت از فلسطین باعث شد تا قیمت نفت خام افزایش یابد. بعد از این بحران، توجه زیادی به پلاستیک‌های زیستی معطوف شد.

۱۹۷۵– گروهی از دانشمندان به کشف چگونگی تجزیه‌ی زیستی در طبیعت برآمدند؛ و در پایان تحقیقات خود با باکتری Flavobacterium مواجه شدند.

۱۹۷۹– انقلاب ایران و جنگ با عراق موجب شد تا کمبود قابل‌توجهی در نفت ایجاد شود و قیمت آن نیز افزایش یابد؛ و همانند شرایط بحران نفت، تحقیقات بر روی یافتن گزینه‌های جایگزین پلاستیک‌های نفتی معطوف شود.

۱۹۸۳– صنایع شیمیایی سلطنتی و یک شرکت سرمایه‌گذار محلی (Marlborough teeside management) اولین شرکت تولید پلاستیک زیستی را با نام Marlborough Biopolymers تأسیس کردند. آن‌ها محصولات خود را تحت عنوان biopol که توسط باکتری‌ها تولید شده بود عرضه کردند. از این محصول برای تولید رشته، پنل و تراشه استفاده شد.

۱۹۹۰– شرکت ایتالیایی Novament تأسیس شد و کم‌کم خود را به‌عنوان یک پیشتاز در عرصه پلاستیک‌های زیستی مطرح کرد.

۱۹۹۲-Chris Somerville بیان کرد گیاه Arabidopsis thaliana می‌تواند پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات را تولید کند.

۱۹۹۶– شرکت Monsanto حق امتیاز تجاری biopol را از Zeneca خریداری کرد؛ و محصولات جدید را خود را با کمک گیاهان به‌ جای میکروب‌ها تولید کرد.

۱۹۹۷– شرکت صنایع شیمیایی Cragill & Dow با هدف تولید پلاستیک زیستی از ذرت کار خود را آغاز کرد. در سال ۲۰۰۱ شروع به تولید پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA) کرد. این شرکت در سال ۲۰۰۵ نام خود را به Nature works تغییر داد. در حال حاضر عمده‌ترین تولید‌کننده PLA در جهان به شمار می‌آید.

۲۰۰۱– Reny lucas فرانسوی شرکت Algopack را با هدف تولید پلاستیک زیستی از جلبک دریایی تأسیس کرد. جلبک‌های دریایی به هیچ نوع کود یا علف‌کُشی نیاز ندارند. این نوع از پلاستیک‌های زیستی در طی ۱۲ هفته به شکل زیستی در محیط خاکی می‌توانند تجزیه شوند. اگر هم در محیط‌های آبی باشند زمان این تجزیه به پنج ساعت تقلیل می‌یابد.

۲۰۱۸– Neste تولید صنعتی پلی‌پروپیلن زیستی (Bio-PP) را با هدف ایجاد لوازم منزل شرکت IKEA آغاز کرد. پلی‌پروپیلن بعد از پلی‌اتیلن بیشترین کاربرد را به‌عنوان پلاستیک در جهان دارد. میزان فروش جهانی آن به ۱۴۵ میلیارد دلار می‌رسد. Neste به دنبال جایگزینی نوع زیستی پلی‌پروپیلن با نوع حاصل‌شده از سوخت‌های فسیلی است.

۲۰۱۸– project effective با هدف جایگزینی نایلون با نایلون زیستی آغاز شد.

۲۰۱۸– تولید نمونه‌ی اولیه از خودرویی که تماماً از پلاستیک‌های زیستی تولید شده است.

۲۰۱۸– اولین نوع از بسته‌بندی‌های تولید شده از میوه‌ها ایجاد شد(۱۲).

پلاستیک‌های زیستی را به روش‌های گوناگونی می‌توان تقسیم‌بندی کرد. در یکی از این تقسیم‌بندی‌ها، پلاستیک‌ها در سه گروه به شرح زیر قرار می‌گیرند.

۱- با پایه‌ی زیستی که فاقد توانایی زیست‌تخریب‌پذیری هستند. مثل پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP) و پلی‌اتیلن‌ترفتالات (PET).
۲- با پایه‌ی زیستی و توانایی زیست‌تخریب‌پذیری. مثل پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA)، پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات (PHA) و پلی‌بوتیلن‌سوکسینات (PBS).
۳- با پایه‌ی سوخت‌های فسیلی و توانایی زیست‌تخریب‌پذیری. مثل پلی‌بوتینل آدیپات ترفتالات (PBAT).

تقسیم‌بندی پلاستیک‌های زیستی

ترکیباتی که دارای پایه‌ی زیستی هستند از منابع زیستی قابل بازیافتی هم‌چون روغن و چربی‌های گیاهی، نشاسته نخودفرنگی و میکروب‌ها به دست می‌آیند؛ اما پلاستیک‌های نفتی از نفت خام به‌عنوان منبع تولیدی‌شان استفاده می‌شود(۱۳).

پلاستیک‌های زیستی را می‌توان بر اساس نوع منبع زیستی تولیدکننده‌ی آن‌ها نیز تقسیم کرد، که در این تقسیم‌بندی پلاستیک‌های نشاسته‌ای، پلاستیک‌های سلولزی، پلاسیتک‌های پروتئینی، پلی‌لاکتیک‌اسید، پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات‌ها، پلی‌آمید ۱۱، پلی‌اتیلن‌های زیستی و پلیمرهای لیپیدی قرار می‌گیرند.

پلاستیک‌های نشاسته‌ای می‌توانند به چند طریق از نشاسته تولید شوند. پلیمرهای حاصل‌شده از نشاسته‌ی خالص، پلیمرهای حاصل‌شده از نشاسته تخمیر شده، پلیمرهای حاصل‌شده از نشاسته تخریب‌شده، پلیمرهای حاصل‌شده از نشاسته تغییریافته (گروه OH جایگزین گروه‌های استری یا اتری می‌شود) و پلیمرهای حاصل‌شده از ترکیبی از چند نوع ترکیب نشاسته‌ای(۱۴) از انواع متفاوت این نوع پلیمرها هستند. این ساختارها اغلب با سایر پلی‌استرهای تجزیه‌پذیر ترکیب می‌شوند تا برای کاربردهای صنعتی مناسب شوند. از جمله این ساختارهای مخلوط می‌توان به نشاسته/ پلی‌لاکتیک‌اسید(۱۵)، نشاسته/ پلی‌کاپرولاکتون(۱۶) و نشاسته/ Ecoflex (پلی‌بوتیلن‌آریپات همراه با ترفتالات)(۱۷) اشاره کرد.

بیو پلاستیک

بخش عمده‌ای از کاربرد این نوع پلیمرها مربوط به صنایع بسته‌بندی (۷۵ درصد) است و بقیه مصرف آن به صنایع کشاورزی اختصاص می‌یابد. یکی از کاربردهای منحصر ‌به‌ فرد این ترکیبات به ‌عنوان پرکننده تایر خودروها است که منجر به کم شدن صدا، اصطکاک و مصرف سوخت می‌شود(۱۴).

برخی از انواع پلاستیک‌های نشاسته‌ای توانایی تجزیه‌پذیری در طبیعت را ندارند اما چون میزان کربن کمتری را آزاد می‌کنند، نسبت به پلاستیک‌های رایج برتری دارند(۱۱).

پلیمرهای سلولزی در اثر تغییرات شیمیایی در سلولز ایجاد می‌شوند. سلولز ساختاری شبیه به نشاسته دارد و فقط به لحاظ نوع پیوند گلیکوزیدی‌شان از هم متمایز می‌شوند. سلولز در مقابل هیدرولیز شدن از مقاومت بالایی برخوردار است زیرا دارای پیوندهای هیدروژنی قوی است. این نوع از پلاستیک‌های زیستی عمدتاً از سلولز استر (سلولز‌استات+نیتروسلولز) یا مشتقات‌شان مثل سلولوئید تولید می‌شوند (۱۱، ۱۴).

ساختمان پلیمرهای سلولزی

ازجمله تولیدکنندگان عمده این نوع پلیمرها می‌توان به شرکت‌های زیر اشاره کرد(۱۴):

(Muzzucchelli (Bioceta
(FKUR (Biograde
(Albis (Cellidir
(IFA (Fasal
(Eastman (Tenite

پلاستیک‌های پروتئینی از ۱۹۳۰ برای کارهای متفاوتی هم‌چون تولید پوشش‌ها و سورفکتنت‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. بر اساس منبع تولیدی‌شان، این نوع پلیمرها در دو گروه گیاهی و جانوری طبقه‌بندی می‌شوند(۱۰). این نوع از پلاستیک‌های زیستی عمدتاً از منابع پروتئینی هم‌‌چون گلوتن گندم یا کازئین تولید می‌شوند. این نوع از پلاستیک‌ها از خواص زیست‌تجزیه‌پذیری مناسبی برخوردار هستند(۱۸).

در تولید پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA) از نشاسته‌ی ذرت (در امریکا)، ریشه یا نشاسته‌ی تاپیوکا (در آسیا) و نیشکر(در سایر نقاط جهان) استفاده می‌شود. برای تهیه این محصول با نشاسته ذرت ابتدا مغز ذرت‌ها در سولفور دی‌اکسید و آب داغ غوطه‌ور می‌شود و اجزای آن شامل نشاسته، پروتئین و الیاف از هم تفکیک می‌شوند و روغن نیز جدا می‌شود. نشاسته‌ی ذرت دارای مولکول‌های کربن زنجیره بلندی است که مشابه آن را می‌توان در پلاستیک‌های نفتی نیز یافت (۱۳).

فرایند تولید PLA از ذرت

برای تولید PLA به ۶/۱ کیلوگرم ماده قندی نیاز است؛ این در حالی است که برای تولید سایر پلاسیتک‌ها به مقادیر بیشتری از قندها نیاز است(۹).

تجزیه‌ی زیستی PLA در دمایی بالاتر از دمای TG که ۵۸ درجه سانتی‌گراد است اتفاق می‌افتد. حضور میکروارگانیسم‌ها، رطوبت و دمای بالا لازم است تا تجزیه‌ی PLA در بازه‌ی زمانی ۴۵ الی ۹۰ روز اتفاق بیافتد. در دمای اتاق و محیط‌های فاقد شرایط ایجاد کمپوست، این پلیمر چه به لحاظ فیزیکی و چه شیمیایی همانند پلاستیک‌های تجاری تجزیه‌پذیر نیست(۱۴).

PLA دارای ویژگی‌های مشابهی با پلی‌اتیلن، پلی‌استایرن (PS) و پلی‌پروپیلن (PP) می‌باشد. شرکت Minnesota-based Nature Works LLC بزرگترین شرکت تولیدکننده‌ی PLA با نام تجاری Ingeo است(۲). از دیگر شرکت‌های مهم تولیدکننده این محصول می‌توان به Mitsui و Misumi Biomaterial اشاره کرد.

ساختار شیمیایی PLA

این پلیمر از خواص مکانیکی، دمایی و تجزیه‌پذیری خوبی برخوردار است و به همین دلیل کاربردهای متعددی دارد. PLA به علت برخورداری از زیست‌سازگاری مناسب، کاربرد بالایی در پزشکی و داروسازی دارد.

از جمله محصولات تولیدی با PLA می‌توان به فیلم‌های بسته‌بندی با ضخامت کمتر از ۴۰ میکرون، پوشش‌های سخت مناسب و نامناسب برای مواد غذایی، ظروف فومی و لوازم آشپزخانه اشاره کرد(۱۳، ۱۴).

محصولات تولیدی از PLA

A) فیلم‌های بسته‌بندی با ضخامت کمتر از ۴۰ میکرون B) پوشش‌های سخت مناسب برای مواد غذایی C) پوشش‌های سخت غیرقابل استفاده برای مواد غذایی D) ظروف فومی E) لوازم آشپزخانه

پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات‌ها (PHAs) پلی‌استرهای خطی هستند که توسط میکروارگانیسم‌ها و در حضور مقادیر بالای کربن و کمبود عناصری هم‌چون نیتروژن، اکسیژن و فسفر تولید می‌شوند. PHAs به‌ عنوان اجسام داخل سلولی هستند که معمولاً ۰.۲ الی ۰.۵ میکرومتر اندازه دارند و در سیتوپلاسم و یا غشاء سیتوپلاسمی قرارگرفته‌اند. آرکی‌باکتری‌ها، باکتری‌های گرم منفی و گرم مثبت و سیانوباکتری‌ها توانایی تولید PHA را دارا هستند(۷، ۱۹).

پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات‌ها می‌توانند به‌صورت هموپلیمر (پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات) و یا هتروپلیمر (پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات+پلی‌هیدروکسی‌والرات) باشند، که بسته به اینکه کدام نوع میکروارگانیسم و نوع مواد اولیه مورد استفاده قرار بگیرد، نوع محصول متفاوت است. بیش از ۱۵۰ نوع مونومر مختلف در ایجاد خانواده بزرگ PHA شرکت می‌کنند. مهم‌ترین گروه این خانواده، پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات‌ها (PHBs) هستند.

این ساختارها از توانایی زیست‌تجزیه‌پذیری خوبی برخوردار هستند. به ‌طور گسترده در صنایع پزشکی به کار گرفته می‌شوند؛ هم‌چنین برای تولید ظروف یک‌بارمصرف نیز به کار گرفته می‌شوند.

این ترکیبات در مقادیر کم و با قیمت بالا در دسترس هستند. برخی از عمده‌ترین تولیدکنندگان این ترکیبات، شرکت‌هایی زیر هستند(۲، ۱۴):

Tellest (metabolix)
Tiana biologic material (cina)
Meridian (P‌&‌G technology)

پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات پلیمر زیستی است که توسطمیکروارگانیسم‌ها و در شرایط خاصی تولید می‌شود. در تولید این ساختارها از ترکیباتی هم‌چون گلوکز، نشاسته ذرت و یا پساب استفاده می‌شود. خواص PHB بسیار مشابه پروپیلن که برای تولید پلاستیک‌های تجاری استفاده می‌شود است(۱۱).

گرانول‌های (P(3HB از ۷/۹۷ درصد پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات، ۸۷/۱ درصد پروتئین و ۴۶/۰ درصد لیپید تشکیل‌شده‌اند. این اجسام داخل‌سلولی دارای یک هسته آب‌گریز هستند که توسط غشاء فسفولیپیدی تک‌لایه‌ای احاطه شده‌ است(۲۱). پلیمر PHB اولین بار در سال ۱۹۲۶ در باکتری‌ Bacillus magatrium توسط Maurice Lemoigne شناسایی شد.

پلی‌آمید ۱۱ از پلیمرهای زیستی است که برای تولید آن‌ها از نفت طبیعی استفاده می‌شود. این ترکیب نمی‌تواند در طبیعت تجزیه شود. ازجمله کاربردهای گسترده این ترکیبات می‌توان به تولید لوله‌های سوختی خودرو، لوله‌های کیسه هوا، لوله‌های منعطف نفت و گاز، کفش‌های ورزشی و اجزای وسایل الکترونیک اشاره کرد(۱۱، ۲۲).

از پلی‌اتیلن زیستی با عنوان پلیمر قابل بازیافت نیز یاد می‌شود. پایه‌ی اصلی این ترکیبات اتیلن است که از اتانول مشتق شده‌ است. خود اتانول می‌تواند از تخمیر برخی از مواد کشاورزی هم‌چون نیشکر، چغندرقند و گندم تولید شود.

ساختار پلی‌اتیلن

این ترکیبات در چرخه طبیعت نمی‌توانند تجزیه شوند، اما امکان بازیافت آن‌ها وجود دارد(۱۱، ۱۳)

پلی‌اتیلن‌های زیستی

گروه دیگری از پلاستیک‌های زیستی، پلیمرهای لیپیدی هستند که از چربی و روغن‌های گیاهی و جانوری مشتق می‌شوند(۲۳). پلی‌استرها (۲۴)، رزین‌های اپوکسی (۲۵) و پلی‌اورتان (۲۶، ۲۷) از جمله این ساختارها به شمار می‌آیند.

ساختار شیمیایی پلی‌استر

ساختار شیمیایی اپوکسی رزین

ساختار شیمیایی پلی‌اورتان

پلاستیک‌های زیست‌تجزیه‌پذیر دارای کاربردهای تجاری متنوعی هستند. بر اساس برخی از آمار بیان می‌شود که سهم صنعت بسته‌بندی و تولید ظروف آشپزخانه در این بازار بیش از بقیه موارد است.

پلاسیتک‌های زیستی در صنعت بسته‌بندی کاربرد گسترده‌ای دارند. در مورد بسته‌بندی مواد غذایی از پلاستیک‌هایی استفاده می‌شود که علاوه بر حفظ کیفیت غذا، آن را از آلودگی‌های محیطی نیز مصون بدارد.

کاربرد پلاستیک‌های زیستی در صنعت بسته‌بندی

این کیسه‌های زیست‌تجزیه‌پذیر از موادی ساخته شده‌اند که در محیط می‌توانند تجزیه یا به کمپوست تبدیل شوند. سه نوع از کیسه‌های زیست‌تجزیه‌پذیر وجود دارد. ۱- کیسه‌های ساخته شده از نوعی رزین که حاوی نشاسته، پلی‌اتیلن و فلزات سنگین (کادمیوم، سرب و بریلیوم) است؛ ۲-حاوی ترکیبی از نشاسته و پلیمرهای زیست‌تجزیه‌پذیری هم‌چون PLA می‌باشند؛ ۳- کیسه‌های زیست‌تجزیه‌پذیر OXO که به‌ سرعت تجزیه می‌شوند.

کیسه‌های پلاستیکی زیست‌تجزیه‌پذیر

امروزه بسیاری از لوازم منزل و آشپزخانه به‌جای تولید از پلی‌اتیلن و پلی‌اولفین، از پلاستیک‌های زیست‌تجزیه‌پذیر تولید می‌شوند. لوازم آشپزخانه، وسایل دستشویی و حمام، جالباسی و … ازجمله محصولاتی هستند که از پلاستیک‌های زیستی تولید می‌شوند. برای مثال جالباسی‌های شرکت The United Color Of Benetton به‌ طور ۱۰۰ درصد قابلیت بازیافت دارند.

جالباسی‌های شرکت The United Color Of Benetton

تولید مالچ‌های کشاورزی، محفظه‌های دانه و تورهای زیست‌تجزیه‌پذیر از جمله کاربردهای پلاستیک‌های زیستی در کشاورزی است. مالچ‌ لایه‌ای محافظ است که بر روی سطح خاک قرار می‌گیرد و دانه‌ها را نسبت به تغییرات آب‌وهوا محافظت می‌کند. هم‌چنین با حفظ رطوبت دانه و افزایش دمای خاک به جوانه‌زدن دانه‌ها در فصل بهار کمک می‌کند. محفظه‌های دانه نیز بعد از جوانه‌زدن و ریشه‌کردن دانه‌ها تجزیه می‌شوند. در پروش قارچ از تورهای زیست‌تجزیه‌پذیر استفاده می‌شود.

نخ‌های بخیه که از پلیمرهای غیرسمی تولید می‌شوند ازجمله مهم‌ترین کاربردهای پلیمرهای زیستی در صنعت پزشکی به ‌شمار می‌آید. این نخ‌ها به‌ راحتی استریل می‌شوند و تا زمانی که بافت کاملاً ترمیم شود آن را محکم حفظ می‌کنند. در پایان هم به ‌آسانی در بدن متابولیزه می‌شوند. در تولید این نخ‌ها از لاکتیک یا گلیکولیک‌اسید استفاده می‌شود.

تولید پین‌های ارتوپدی، استنت‌ها و ایمپلنت‌های دندان‌پزشکی از دیگر کاربرد پلاستیک‌های زیستی در صنعت پزشکی است.

پین‌های ارتوپدی

پلیمرهای زیست‌تجزیه‌پذیر PolyActive و OctoDEX، دو نوع جدید از سامانه‌های انتقال دارویی هستند که توسط شرکت OctoPlus ارائه شده‌اند.

ساختمان PolyActive

پلاستیک‌ها بخش وسیعی از مصارف در صنعت الکترونیک را به خود اختصاص می‌دهند. علت این امر، مقاومت، سختی، سبکی و انعطاف‌پذیری این ترکیبات است.

لوله‌های محافظ، تخته‌های مدار، صفحه‌کلید و نشانگر کامپیوتر؛ از جمله استفاده‌های گسترده‌ی پلاستیک در این صنعت است.

صنعت خودروسازی به دنبال یافتن راهی است تا بتواند میزان نشر گازهای گلخانه‌ای و مصرف سوخت را از طریق کم کردن وزن خودروها کاهش دهد. به همین دلیل به استفاده از پلاستیک‌های زیستی روی آورده است. پلاستیک‌های زیستی در این ‌بین علاوه بر داشتن ویژگی‌های پلاستیک‌های معمول، تأثیرات منفی کمتری را بر روی طبیعت می‌گذارند.

اولین کاربرد تجاری از پلاستیک‌ زیستی، استفاده از Sorona EP PTT در دریچه‌های هوای خودرو تویوتا پیروس بود.

دریچه‌ی هوای خودروی تویوتا پیروس ساخته‌شده از Sorona EP PTT

شرکت تویوتا در طیف وسیعی از محصولات خود از پلاستیک‌هایی استفاده می‌کند که برای ساخت آن‌ها از ترکیبات گیاهی استفاده شده است (۲۸).

در مطالعات انجام‌شده پلاستیک‌های به‌دست‌آمده از نفت خام با پلاستیک‌های زیستی به لحاظ مختلف مورد بررسی قرارگرفته‌اند. پلاستیک‌های زیستی با توانایی تجدیدپذیری، مقاومت بالا، میزان نشر گاز کربن‌دی‌اکسید کم‌تر، عدم نیاز به سوخت‌های فسیلی برای تولید و توانایی تجزیه کامل در طبیعت می‌توانند به‌ عنوان جایگزین مناسبی برای تولید انواع محصولات پلاستیکی به کار گرفته شوند تا محیط‌زیست کمتر تحت تأثیر قرار بگیرد (۵).

نحوه تجزیه و برگشت به چرخه طبیعی پلاستیک‌های زیستی به چندین شکل می‌تواند اتفاق بیافتد: تجزیه‌پذیری (Degradable)، تجزیه‌پذیری زیستی (Biodegradable) و قابل‌تبدیل به کمپوست (Compostable).

همه‌ی پلاستیک‌ها حتی پلاستیک‌های نفتی نیز می‌توانند تجزیه شوند؛ اما قطعه‌قطعه شدن یا تبدیل به پودر شدن همیشه به معنای تجزیه‌ی کامل و برگشت به چرخه طبیعت نیست. پلاستیک‌های تجاری هزاران سال طول می‌کشد تا به قطعات کوچکتر تبدیل و تجزیه شوند؛ اما پلاستیک‌های زیستی در زمانی بسیار کمتر در شرایط عادی محیط یا شرایطی خاص هم‌چون محیط‌های ایجاد کمپوست تجزیه می‌شوند (۲، ۵).

تجزیه‌ی زیستی شامل تغییرات شیمیایی و فیزیکی در ساختار پلیمر مربوطه است که این تغییرات نتیجه تأثیرات هماهنگ تجزیه‌ی غیر زیستی (مثل تجزیه‌ی مکانیکی، تجزیه‌ی نوری، تجزیه‌ی شیمیایی و یا تجزیه‌ی اکسیداتیو گرمایی) و تجزیه‌ی زیستی (مثل فعالیت قارچ‌ها و باکتری‌ها) است.

دو فاکتور مهم در تجزیه‌ی زیستی، شرایط محیطی و خواص پلیمر است. عوامل محیطی عبارتند از: دما، رطوبت، pH، جمیعت میکروبی و اختصاصیت آنزیمی. اما خواص پلیمر شامل خواص شیمیایی، پایداری زنجیره، وزن مولکولی، میزان کریستالی بودن و ترکیب کوپلیمرها می‌باشد (۲۹).

تجزیه‌ی زیستی در محیط‌های مختلفی می‌تواند اتفاق بیفتد که در هر کدام از این محیط‌ها، عوامل میکروبی مختلفی در تجزیه دخیل هستند.

عوامل میکروبی دخیل در تجزیه‌ی زیستی

بر اساس استانداردهای ISO 14855 یا ISO14852 و ISO14851؛ تجزیه‌ی زیستی زمانی قابل ‌قبول است که میزان تجزیه در طی ۶ ماه به ۹۰ درصد برسد (۳۰).

فرایند تجزیه زیستی دارای ۴ مرحله می‌باشد:

تخریب زیستی: ترکیبات پلیمر ابتدا به قطعات کوچکتر شکسته می‌شوند که ناشی از فعالیت موجودات تجزیه‌کننده مثل میکروارگانیسم‌ها و تجزیه‌ی غیر زیستی است.

دپلیمریزه شدن: این مرحله شامل جدا شدن زنجیره‌های پلیمر به قطعات کوچکتر مثل مونومرها، دیامرها و الیگومرها است؛ که در حضور آنزیم‌های داخل‌سلولی و خارج‌سلولی دپلیمریزاسیون اتفاق می‌‌افتد.

جذب: این مرحله شامل جابجایی مولکول‌های ایجادشده در طول غشاء سیتوپلاسمی است که موجب تولید متابولیت‌ها، وزیکول‌های ذخیره‌ای توده‌ی زیستی و انرژی در داخل سلول‌های میکروبی می‌شود.

معدنی شدن: در این مرحله متابولیت‌های ساده و پیچیده و محصولاتشان مثل کربن‌دی‌اکسید، نیتروژن، متان و آب به محیط خارج‌سلولی آزاد می‌شوند(۲۹).

به موادی قابل‌تبدیل به کمپوست می‌گویند که در شرایط تشکیل کمپوست به اجزای مختلفی تبدیل می‌شوند. شرایط ایجاد کمپوست صنعتی شامل دمای بالا (۶۰-۵۵ درجه سانتی‌گراد)، حضور رطوبت (۵۰ الی ۶۰ درصد RH) و اکسیژن می‌باشد. در طی فرایند ایجاد کمپوست، مواد زائد آلی به کربن‌دی‌اکسید، آب، توده‌‌ی زیستی و گرما تبدیل می‌شوند.(۲، ۱۴)

پلاستیک‌های تجاری برای تولید به سوخت‌های فسیلی وابسته هستند. این منابع علاوه بر عدم تجدیدپذیری به محیط‌زیست نیز صدمه می‌زنند؛ اما پلاستیک‌های زیستی از زیست‌توده‌هایی هم‌چون درختان، سبزیجات و حتی مواد زائد ساخته می‌شوند. به ‌علاوه این ترکیبات کاملاً تجزیه می‌شوند. هم‌چنین این ترکیبات در طی تولید و تجزیه میزان نشر کربن‌دی‌اکسید پایینی دارند (۳۱).

برخی از پلاستیک‌ها در اثر تجزیه می‌توانند مواد شیمیایی مضری را وارد محیط‌های آبی کنند و به ‌این‌ترتیب بر روی گیاهان، جانوران، انسان و به‌ طورکلی چرخه‌ی غذایی اثر بگذارند. پلاستیک‌های زیستی در طی تجزیه شدن به ترکیباتی شکسته می‌شوند که توسط زمین قابل‌ جذب است و به محیط آسیبی نمی‌رسانند (۳۲).

اگرچه که پلاستیک‌های زیستی نسبت به پلاستیک‌های نفتی عمدتاً به ‌عنوان دوست‌دار طبیعت شناخته می‌شوند؛ اما آیا این ادعا صد در صد قابل تأیید است؟

عواملی هم‌چون بهره گرفتن از زمین، حشره‌کش‌ها و علف‌کش‌ها، مصرف انرژی و آب، نشر گازهای گلخانه‌ای و متان، زیست‌تجزیه‌پذیری و بازیافت، ازجمله مواردی است که برای درست بودن تأثیر مثبت پلاستیک‌های زیستی باید بررسی شود.

پلاستیک‌های زیستی توانایی تجزیه‌پذیری زیستی دارند که یک ویژگی مهم و منحصر به ‌فرد برای آن‌ها به ‌حساب می‌آید؛ اما گاهی این نوع پلاستیک‌ها به مناطق دفع زباله منتقل می‌شوند که ممکن است در طی فرایندهای تجزیه موجب آزادسازی متان شوند که ۲۳ بار خطرناک‌تر از کربن‌دی‌اکسید است (۱۱).

بر اساس آخرین آمارها در سال ۲۰۱۷، میزان تولید جهانی پلاستیک‌های زیستی به ۲/۰۵ میلیون تن در سال رسیده است. مهم‌ترین مشتقات این نوع پلاستیک‌ها در بازار PLA و PHA می‌باشند. PLA به علت کارایی بالا و خواص منحصر به ‌فردی که دارد، به‌عنوان جایگزین مناسبی برای پلی‌استیرن (PS) و پلی‌پروپیلن (PP) در بسیاری از کاربردها شناخته می‌شود. یکی از محصولات مهم در بازار تجاری پلاستیک‌های زیستی را PHA به خود اختصاص می‌دهند. PHA نیز به علت توانایی تجزیه‌پذیری کامل و خواص گسترده فیزیکی کاربردهای گسترده‌ای دارد (۳۳).

داستان تولید تجاری PHA از دهه ۱۹۵۰ میلادی آغاز شد. Zeneca چندین تن کوپلیمر PHA تحت نام تجاری biopol را تولید کرد. در دهه ۱۹۹۰، Zeneca بریتانیا پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات همراه با پلی‌هیدروکسی‌والرات را در سطح ابتدایی و با استفاده از تخمیر باکتریایی در حضور مخلوط گلوکز و پروپیونیک اسید تولید کرد.

در ۱۹۹۶ Zeneca، حق تجاری biopol را به Monsanto فروخت و این شرکت تحقیقات را برای تولید PHA با محصولات تغییر ژنتیکی داده‌شده ادامه داد. این شرکت تولید تجاری biopol را با حضور ۲۰ درصد مونومر هیدروکسی‌والرات از طریق فرایند تخمیر انجام داد اما این پروژه در ۱۹۹۹ متوقف شد.

شرکت بعدی Metabolix بود که حق امتیاز را در سال ۲۰۰۱ خریداری کرد. این شرکت در سال ۲۰۰۷ با Archer Daniels Midland

(ADM) قرار‌دادی را امضا کرد و PHAs را تحت نام تجاری Mirel تولید کرد. Metabolix در سال ۲۰۱۰ اعلام کرد که موفق شده است تا با کمک مهندسی ژنتیک تنباکویی را که توانایی تولید PHA دارد تولید کند (۲۰).

سهم انواع پلاستیک‌های زیستی در تولید محصولات

همان‌طور که پیش‌تر بیان شد، پلاستیک‌های زیستی در بخش‌های مختلف ازجمله صنعت بسته‌بندی و مواد غذایی، صنایع الکترونیک، کشاورزی و باغبانی، صنایع خودروسازی و پزشکی کاربردهای گسترده‌ای دارند. بر اساس آخرین آمار در سال ۲۰۱۷ صنعت بسته‌بندی با تولید ۲/۱ میلیون تن (۶۰ درصد) بیشترین سهم را در بازار پلاستیک‌های زیستی دارد.

ظرفیت تولید جهانی پلاستیک‌های زیستی در جهان

ظرفیت‌های تولید پلاستیک‌های زیستی در نقاط مختلف جهان متفاوت است و بیشترین سهم تولید و مصرف این ترکیبات شامل اروپا و به‌ خصوص کشور فرانسه است.

برای تولید پلاستیک‌های زیستی عمدتاً از محصولات طبیعی استفاده می‌شود. برای کشت این محصولات به زمین‌های کشاورزی نیاز است. بر اساس آخرین آمار در سال ۲۰۱۷ سهم زمین‌هایی که برای تولید محصولات پلاستیکی زیستی زیر کشت می‌رود ۸۲ میلیون هکتار است که فقط ۰/۰۲ درصد از زمین‌های کشاورزی را تشکیل می‌دهد؛ که این آمار به ‌طور واضح نشان می‌دهد که تولید پلاستیک‌های زیستی هیچ تأثیر مستقیمی بر روی تولید مواد غذایی موردنیاز بشر ندارد (۳۳).

زمین‌های مورد استفاده برای پلاستیک‌های زیستی در سال ۲۰۱۷ و ۲۰۲۲

چندین عامل بر روی گسترش رشد پلاستیک‌های زیستی در بازار مؤثرند، ازجمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ظرفیت پایین تولید، تناسب شبکه‌های توزیع و تولید مواد غذایی با پلاستیک‌های نفتی، امکان تغییر بازیابی زیستی به بازیابی گرمایی و هزینه‌ی بالای تولید این محصولات که سرمایه‌گذاران کم‌تری را جذب می‌کند (۱۰).

به ‌طورکلی پلاستیک‌های زیستی نسبت به پلاستیک‌های نفتی از قیمت بالاتری برخوردارند. البته میزان چگالی پلاستیک‌های زیستی بیشتر است.

قیمت پلاستیک‌های زیستی در بازار

 

قیمت پلاستیک‌های نفتی در بازار

قیمت پلاستیک‌های نفتی به قیمت نفت خام وابسته است و با آن تغییر می‌کند؛ اما قیمت پلاستیک‌های زیستی به علت اینکه به قیمت توده‌ی زیستی مورد استفاده بستگی دارد از ثبات بیشتری برخوردار است. اگر قیمت نفت خام بالا باشد هزینه‌ی تولیدی یک پلاستیک نفتی مثل PS از PLA بالاتر خواهد بود؛ اما امروزه با وجود پایین بودن قیمت نفت خام، قیمت تمام‌شده‌ی PLA در بازار امریکا به قیمت پلی‌استیرن (PS) و پلی‌اتیلن‌ترفتالات (PET) بسیار نزدیک شده است.

عوامل دیگری هم بهد‌جز منبع اولیه در تعیین قیمت نهایی محصول می‌توانند مؤثر باشند؛ مثلاً دمای پایین مورد نیاز برای پردازش، پایداری بالای توده‌های زیستی مورد استفاده و آسیب رساندن کمتر به محیط‌زیست. این عوامل در کنار هم می‌توانند هزینه‌ی بالاتر تولید پلاستیک‌های زیستی را توجیه کنند و امکان رقابت را برای این نوع پلاستیک‌ها با پلاستیک‌های نفتی فراهم کنند (۳۴).

آگاهی جوامع نسبت به حفظ محیط‌زیست و افزایش نگرانی‌ها در مورد زباله‌های پلاستیکی موجب آغاز سرمایه‌گذاری برای تولید پلاستیک‌های زیستی شده است. مزیت‌ پلاستیک‌های زیستی هم‌چون تجزیه‌پذیری ۱۰۰ درصدی، قابلیت تولید از ترکیبات زیستی، امکان بازیافت و استفاده مجدد، کمپوست‌پذیر بودن بدون ‌اینکه ترکیبات سمی تولید کند؛ در کنار امکان تولید محصولات متعدد تجاری این‌ ترکیبات زیستی را بسیار برجسته کرده است. پلاستیک‌های زیستی نشر کربن‌دی‌اکسید را در هنگام تولید و تجزیه محدود می‌کنند.

پلاستیک‌های زیستی بدون شک تنها راه‌حل برای حل مشکلات ایجاد شده از پلاستیک‌ها نیستند؛ اما گامی مهم در جهت پیش‌برد هدف حفاظت از محیط‌زیست به‌ شمار می‌آید.

۱. Bioplastics and biodegradable plastics [Internet]. 2018.
۲. The truth about bioplastics [Internet]. Earth Institute, Columbia University. 2017.
۳. Europe(EuPC) P. Plastics-the Facts 2013. An analysis of European latest plastics production, demand and waste data. 2013.
۴. Hamieh A, Olama Z, Holail H. Microbial production of polyhydroxybutyrate, a biodegradable plastic using agro-industrial waste products. Global Advanced Research Journal of Microbiology. 2013;2(3):54-64.
۵. Pathak S, Sneha C, Mathew BB. Bioplastics: Its timeline based scenario & challenges. Journal of Polymer and Biopolymer Physics Chemistry. 2014;2(4):84-90.
۶. Chen YJ. Bioplastics and their role in achieving global sustainability. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research. 2014;6(1):226-31.
۷. Miyasaka H, Akiyama H, Okuhata H, Tanaka S, Onizuka T. Polyhydroxyalkanoate (PHA) production from Carbon dioxide by recombinant cyanobacteria: INTECH Open Access Publisher; 2013.
۸. Bioplastics E. What are bioplastics. 2016.
۹. Reddy RL, Reddy VS, Gupta GA. Study of bio-plastics as green and sustainable alternative to plastics. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2013;3(5):76-81.
۱۰. Song J, Kay M, Coles R. Bioplastics. Food and Beverage Packaging Technology. 2011:295-319.
۱۱. wikipedia. Bioplastic
۱۲. The History and Most Important Innovations of Bioplastics [Internet]. 2018.
۱۳. Zhou_Huijuan. Physico-chemical Properties of Bioplastics and its Application for Fresh-cut Fruits Packaging. 2016.
۱۴. Bocchini S. Biodegradable plastics from renewable resources. 2017.
۱۵. Khalid S, Yu L, Meng L, Liu H, Ali A, Chen L. Poly (lactic acid)/starch composites: Effect of microstructure and morphology of starch granules on performance. Journal of Applied Polymer Science. 2017;134(46):45504.
۱۶. Starch based Bioplastic Manufacturers and Suppliers [Internet]. June 27, 2010.
۱۷. BASF announces major bioplastics production expansion [Internet]. 2008.
۱۸. Song J, Murphy R, Narayan R, Davies G. Biodegradable and compostable alternatives to conventional plastics. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 2009;364(1526):2127-39.
۱۹. Sudesh K, Abe H, Doi Y. Synthesis, structure and properties of polyhydroxyalkanoates: biological polyesters. Progess in Polymer Science. 2000.
۲۰. Avérous L, Pollet E. Biodegradable polymers.  Environmental Silicate Nano-Biocomposites: Springer; 2012. p. 13-39.
۲۱. Abed RMM, Dobretsov S, Sudesh K. Applications of cyanobacteria in biotechnology. Journal of Applied Microbiology. 2009;106(1):1-12.
۲۲. Nylon 11 [Internet]. 2018.
۲۳. Meier MA, Metzger JO, Schubert US. Plant oil renewable resources as green alternatives in polymer science. Chemical Society Reviews. 2007;36(11):1788-802.
۲۴. Can E, Küsefoğlu S, Wool R. Rigid, thermosetting liquid molding resins from renewable resources. I. Synthesis and polymerization of soy oil monoglyceride maleates. Journal of applied polymer science. 2001;81(1):69-77.
۲۵. Stemmelen M, Pessel F, Lapinte V, Caillol S, Habas JP, Robin JJ. A fully biobased epoxy resin from vegetable oils: From the synthesis of the precursors by thiol‐ene reaction to the study of the final material. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 2011;49(11):2434-44.
۲۶. Floros M, Hojabri L, Abraham E, Jose J, Thomas S, Pothan L, et al. Enhancement of thermal stability, strength and extensibility of lipid-based polyurethanes with cellulose-based nanofibers. Polymer degradation and stability. 2012;97(10):1970-8.
۲۷. Pillai PK, Floros MC, Narine SS. Elastomers from renewable metathesized palm oil polyols. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017;5(7):5793-9.
۲۸. Arboleda GA, Montilla CE, Villada HS. Efecto de la concentración de anhídrido maléico en películas de almidón termoplástico y ácido poliláctico. Agronomía Colombiana. 2016;34(1Supl):S118-S20.
۲۹. Javadi A, Pilla S, Gong S, Turng LS. Biobased and Biodegradable PHBV Based Polymer Blends and Biocomposites: Properties and Applications. Handbook of Bioplastics and Biocomposites Engineering Applications. 2011:372-96.
۳۰. Bastioli C. Handbook of biodegradable polymers: iSmithers Rapra Publishing; 2005.
۳۱. Porta R, Di Pierro P, Sorrentino A, Mariniello L. Promising perspectives for transglutaminase in “bioplastics” production. J Biotechnol Biomaterial. 2011;1:1-4.
۳۲. Witt U, Einig T, Yamamoto M, Kleeberg I, Deckwer W-D, Müller R-J. Biodegradation of aliphatic–aromatic copolyesters: evaluation of the final biodegradability and ecotoxicological impact of degradation intermediates. Chemosphere. 2001;44(2):289-99.
۳۳. Bioplastics E. Bioplastics market data 2017. 2017.
۳۴. Van den Oever M, Molenveld K, van der Zee M, Bos H. Bio-based and biodegradable plastics: facts and figures: focus on food packaging in the Netherlands: Wageningen Food & Biobased Research; 2017.

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دیدگاه

نام *

ایمیل *

وب‌ سایت

var answerPool = “822192982”;
for ( var i = 0; i = 2 && i < 5 ) {
document.write( answerPool.charAt( i ) );
}
}

Your browser does not support JavaScript!

حساب کاربری ندارید؟

var answerPool = “153301136”;
for ( var i = 0; i = 2 && i < 5 ) {
document.write( answerPool.charAt( i ) );
}
}

Your browser does not support JavaScript!

حساب کاربری ندارید؟


به طور
کلی بیوپلاستیک ها از پلیمر های زیست تخریب پذیری که از منابع تجدید پذیر مانند
پلی ساکارید ها (مثلا سلولز، نشاسته و کیتین)، چربی ها،
روغن ها، پروتئین ها (مانند ژلاتین و گلوتن)، پلی استرهای گیاهی / میکروبی (پلی
هیدروکسی آلکانیاها، مثلا پلی هیدروکسی بوتنوات ها) حاصل شدند، تولید می شوند و در طی فرایند تجزیه زیستی ،
پلیمرها به اجزای ساده آنها شکسته شده و از طریق چرخه های عنصری مانند چرخه های
کربن و نیتروژن به دی اکسید کربن، آب و زیست توده تحت شرایط هوازی و هیدروکربن ها،
متان و زیست توده در شرایط بی هوازی
تبدیل می شوند

بیو پلاستیک

 

 

اولین پلاستیک های زیست تخریب پذیر با منشا زیستی در سال
1862، توسط یک شیمیدان و مخترع، به نام Alexander Parkensine کشف شد.  این ماده از نیترات
سلولز ساخته شده بود و به علت خاصیت انطباق پذیری زیادی که داشت مورد توجه عموم
قرار گرفت اما به علت هزینه بالای تولید، تجاری نشد. پس از آن تا اواخر قرن نوزدهم
و اوایل قرن بیستم تلاش های زیادی در زمینه تولید پلیمر های زیستی مختلف صورت گرفت
از جمله  در سال های 1930- 1920PLA  و PHB دوتا از مهمترین ترکیباتی که امروزه در این صنعت بسیار
پرکاربرد هستند توسط دو شیمیدان به نام های 
Wallace Carothers و Maurice Lemoigne کشف شدند.

در این سال ها به علت فراوانی و ارزانی قیمت نفت، تولید
بیوپلاستیک ها به طور جدی مورد توجه قرار نگرفت اما از دهه ی 50 ، به علت بحران
نفتی و جنبش های محیط زیستی تولید بیوپلاستیک ها گسترش یافت و امروزه شرکت های Cargill و
Dow Chemicals به عنوان تولید کنندگان پیشرو در صنعت تولید
بیوپلاستیک PLA در ایالت متحده ی آمریکا معرفی می شوند و سالانه
حدود 140000000 تن PLA تولید میکنند.

 

 

 

 

با توجه
به انجمن بیوپلاستیک اروپا ، پلاستیک های قابل تجزیه شامل دو نوع هستند گروه اول
پلاستیک هایی هستند که به
طور ذاتی خاصیت تخریب پذیری دارند و به دلیل ساختمان شیمیایی خاصی که دارند به
وسیله باکتری ها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند، مانند پلی لاکتیک اسید
هایی که از اسید لاکتیک تولید می شوند. پیش بینی میشود این نوع پلاستیک ها، به علت
برتری هایی که دارند ، در آینده به رقیب بسیار جدی برای پلاستیک های متداول امروزی
بدل شوند .

گروه
دیگر از این پلاستیک های قابل تجزیه آمیزه هایی هستند که در آن­ها یک ماده تخریب
پذیر(مانند نشاسته) به یک پلاستیک متداول (مثل پلی اتیلن) اضافه شده و سرعت تخریب
پلاستیک را افزایش میدهد. البته
این نوع پلاستیک ها با اینکه کمک زیادی
به کاهش زباله های پلاستیکی کرده اند، جایگاه چندان محکمی ندارند زیرا در انها  همچنان از پلاستیک های متداول تخریب ناپذیر
استفاده شده و استفاده ی بیش از اندازه از مواد تخریب پذیر باعث تضعیف ویژگی های
پلاستیک میشود.

پلیمرهای
بیوسنتیک لازم برای ساخت پلاستیک های زیست تخریب پذیر می تواند از روش های گوناگون
با و ترکیبات مونومری متفاوت تولید شود. برخی از آن ها به طور مستقیم از توده ی
زیستی گیاه می شوند و عمدتا شامل سلولز ، نشاسته،انواع پروتئین ها فیبر و چربی های
گیاهی هستند و به عنوان شالوده ی مواد پلیمری و محصولات طبیعی کاربرد دارند

دسته ی
دیگر موادی هستند که پس از انجام فرآیند هایی مانند تخمیر و هیدرولیز میتوانند به
عنوان مونومر های مورد نیاز صنعت استفاده شوند. مهم ترین مثال این نوع از پلاستیک
ها PLA و PGA ها هستند که به ترتیب از مونومر های اسید لاکتیک و ، آیدیر اسید گلیکولیک
حاصل از تخمیر نشاسته حاصل شده اند . سالانه تولید PLA رو به افزایش
است و آمریکا و ژاپن بزرگترین تولید کنندگان PLA در جهان هستند
.

پلیمر
های زیستی همچنین می توانند از مونومرهای پتروشیمی سنتز شوند این گروه از پلی استرهای
آلیفاتیک، مانند پلی وینیل (PVOH) پلیمرهای خاصی هستند که اتصالات ضعیفی
دارند و نسبت به آنزیم هایی که سبب تجزیه زنجیره های پلیمری میشوند آسیب پذیرند .
این ترکیبات بسیار گران تر از پلاستیک های پتروشیمی معمول هستند بنابراین استفاده
ی محدودی در صنعت دارند و و اغلب به صورت ترکیبی در کنار نشاسته، سلولز و یا کوپلیمرها
استفاده می شوند.

اما مهم ترین ترکیبات زیستی که امروزه بسیار مورد توجه قرار
گرفته اند، مونومر های زیستی هستند که توسط موجودات زنده به پلیمر تبدیل می شوند؛
باکتری ها از جمله موجوداتی هستند که این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در
پیکره ی سلولی خود تولید میکنند

PHA
ها از
جمله مهم ترین ترکیباتی هستند که توسط برخی میکروب ها مانند Alcaligenes، Eutrophus و Cyanobacteria تولید می شوند که تا 80% از توده ی زیستی
خود قادر به انباشتن پلیمر های غیر سمی و تجزیه پذیر پلی هیدروکسی آلکانوآت(PHA) هستند. .  PHA  ها
عموما از زیرواحد های بتا هیدروکسی آلکان.آت و به واسطه ی مسیری ساده با 3 آنزیم
از استیل کوآنزیم آ ساخته شده و معروف ترین آنها پلی هیدروکسی بوتیرات PHB   میباشد.

 در خلال دهه ی 80
میلادی شرکت انگلیسی ICI 
فرایند تخمیری را طراحی و اجرا کرد که از آن طریق PHB   و سایر 
PHA  هارا با استفاده از کشت
تراریخته ی  E.coli   که ژن های تولید PHA   را از باکتری های تولید کننده این پلیمر ها
دریافت کرده بود تولید میکرد متاسفانه هزینه ی تولید این پلاستیک های زیست تخریب
پذیر تقریبا 10 برابر هزینه تولید پلاستیک های معمولی بود با وجود مزایای بی شمار
زیست محیطی این پلاستیک ها مثل تجزیه کامل آنها در خاک طی چندماه، هزینه ی بالای
تولید آن ها از لحاظ اقتصادی اصلا به صرفه نبود بنابراین از ان ها اغلب در صنعت
پزشکی برای تولید بافت مصنوعی بهره براداری گردید به این صورت که با وارد کردن این
پلاستیک ها در بدن آن ها به تدریج تجزیه شده و بدن بافت طبیعی را در قالب پلاستیک
وارد شده دوباره بازسازی می کند.

هزینه تولید PHA   ها
با تولید آنها در گیاهان تراریخته و کشت وسیع در زمین های کشاورزی به نحو قابل
ملاحظه ای کاهش خواهد یافت این موضوع باعث شد که شرکت مونستانتو در اواسط دهه ی 90
میلادی امتیاز تولید PHA  را
از شرکت ICI کسب نماید و به انتقال ژن های باکتری به گیاهان بپردازد. مهمترین
مشکل لاینحل باقی مانده در بخش فنی این پروژه ، نحوه استخراج این پلیمر از بافت
های گیاهی با روشی کم هزینه و کارآمد میباشد. مشکل دیگر در زمینه PHB می باشد
که در حقیقت مهمترین گروه از PHA  ها
بوده ولی متاسفانه شکننده است و در نتیجه برای بسیاری از کاربرد ها مناسب نیست .

اولین
شرکت ایرانی فعالیت خود را در زمینه تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر بر پایه گیاهی
(نشاسته ذرت) و کیسه های زیست تخریب پذیر پایه گیاهی از سال 1390 آغاز نمود و در
حال حاضر با به کارگیری آخرین تکنولوژی های صنعت پلیمر و ماشین آلات مدرن روز،
تامین کننده کیسه های خرید زیست تخریب پذیر تمامی میادین میوه و تره بار شهر
تهران، فروشگاه‌های زنجیره ای و کیسه های زباله تجزیه پذیر مناطق شهرداری می باشد.

امروزه پلاستیک ها در تولید انواع فراورده های صنعتی، از
صنعت خودرو سازی گرفته تا دنیای پزشکی ، بسیار کاربردی هستند و تنها در ایران به
طور متوسط سالانه قریب به 000/600 تن پلاستیک مصرف می شود . اما این مواد به عنوان زباله های
مقاوم به تجزیه میکروبی ، چالش های زیست محیطی پیچیده ای به وجود آورده اند .
استفاده از پلیمر های صنعتی باعث به وجود آمدن مشکلاتی از قبیل دفن پسماند های
جامد و همچنین گرم شدن کره ی زمین می شود . تا کنون تعداد زیادی از پلاستیک های
میکروبی نیز در جهان تولید گردیده اما تولید آنها به علت عواملی چون بالا بودن
قیمت سوبسترا و محصول دهی کم به صورت محدود انجام گرفته و باعث شده تا این گروه از
پلیمر ها نتوانند با سایر پلاستیک ها رقابت داشته باشند.

بر اساس یکی از مطالعات انجام گرفته هزینه قابل توجه مواد
اولیه علت اصلی بالا بودن قیمت پلاستیک های قابل تجزیه در مقایسه با پلاستیک های
معمولی عنوان گردیده است . با توجه به قابلیت بازیابی اکثر پلیمرها، میتوان مواد
پلاستیکی را پس از مصرف و دور انداختن مجددا طی فرایند بازیافت مورد استفاده قرار
داد .

بیو پلاستیک

 

 


نام کاربری یا نشانی ایمیل


رمز عبور

مرا به خاطر بسپار

عبارت «بیوپلاستیک» به ماده‌‌‌ی پلاستیکی اشاره دارد که به جای پایه‌‌‌ی پتروشیمی (petroleum) بر پایه‌‌‌ی زیست توده (biomass) است (همه یا بخشی از آن). بیوپلاستیک‌های زیادی زیست تخریب پذیر هستند، که در تئوری، این یکی از بزرگترین مزیت‌های آن‌ها محسوب می‌شود.

بیو پلاستیک

عبارت «بیوپلاستیک» به ماده‌‌‌ی پلاستیکی اشاره دارد که به جای پایه‌‌‌ی پتروشیمی (petroleum) بر پایه‌‌‌ی زیست توده (biomass) است (همه یا بخشی از آن). بیوپلاستیک‌های زیادی زیست تخریب پذیر هستند، که در تئوری، این یکی از بزرگترین مزیت‌های آن‌ها محسوب می‌شود. با این حال، ممکن است برخی اصطلاحات رایج را اشتباه به کار ببریم: علاوه بر اینکه این اطلاحات شبیه هم هستند، بسیاری از آن‌هایی هم که بیو پلاستیک نامیده می‌شوند، قابل بازیافت نیستند. در اینجا سه توصیف مجزا آورده شده است:

امروزه ذرت و نیشکر دوتا از مواد اولیه محبوب برای ساخت مواد بیوپلاستیک هستند؛ اما گزینه‌های زیاد دیگری نیز برای انتخاب وجود دارند. برای مثال، Elif Bilgin مخترع ۱۶ ساله‌‌‌ی اهل ترکیه، جایزه‌‌‌ی علم در عمل سال ۲۰۱۳ را برای ساخت یک ماده‌‌‌ی بیوپلاستیک از پوست موز برد. سایر منابع تجدید پذیر که استفاده شده اند، شامل پوست مانگو و باقی مانده‌های حاصل از برش‌های سیب زمینی، مانند آنچه در توسعه بسته بندی جدید برای شکلات Snickers در اروپا استفاده شده است.

آیا می‌دانستید که مواد بیوپلاستیک حدود ۱۰۰ سال است که وجود دارند؟ روغن ذرت و روغن سویا،  هر دو برای ساخت قطعات خودرو برای Ford مدل T مورد استفاده قرار گرفتند. در سال‌های اخیر، مواد بیوپلاستیک در طیف وسیعی از محصولات مصرفی به کار رفته‌اند، مثل ظروف غذا، کیسه‌های مواد غذایی، ظروف زیست تخریب پذیر و بسته بندی مواد غذایی. این‌ها پلاستیک‌های کالایی (commodity plastics) می‌نامند. بیوپلاستیک‌ها همچنین می‌توانند برای کاربردهای مهندسی، مثل خانه‌ها و محفظه‌های الکتریکی و الکترونیکی، مورد استفاده قرار گیرند.

در کل، مواد بیوپلاستیک راه خود را بین تقریبا تمامی صنایع باز کرده اند: خودرو، الکترونیک، بسته بندی مواد غذایی و آشامیدنی، کشاورزی، منسوجات، مراقبت‌های بهداشتی و … .

در کل، بزرگترین مزیت توسعه‌‌‌ی صنعت بیوپلاستیک، مصرف کمتر انرژی و آلودگی کمتر اکوسیستم است. مشکل طغیان محل دفن زباله و جزایرشناور زباله – در تئوری – با استفاده از مواد بیوپلاستیک حل خواهد شد. همانطور که در بالا اشاره شد، همه مواد بیوپلاستیک در واقع در یک بازه زمانی معنی دار تخریب نمی شوند. کاملا روشن است که بعضی مواد بیوپلاستیک ممکن است برای دهه‌ها دست نخورده باقی بمانند، مخصوصا اگر به درستی دفع نشوند.

همچنین محبوبیت مواد بیوپلاستیک در حال افزایش است، چون حاوی بیس فنول A (BPA) نیستند. ممکن است بازاریابی زیادی برای محصولات فاقد BPA دیده باشید، مخصوصا در نگهداری مواد غذایی و صنایع غذایی/ لوازم کودک. برای مثال اتحادیه‌‌‌ی اروپا، استفاده از BPA را در بطری‌های کودک را منع کرده است، اگرچه هنوز مشخص نیست که تأثیرات احتمالی BPA در کالاهای مصرفی چیست. در حال حاضر ، به نظر می‌رسد بیشتر نگرانی‌ها مربوط به توانایی احتمالی BPA در ایجاد اختلال در فعالیت‌های هورمونی باشد. بیوپلاستیک‌ها جایگزین بالقوه‌ای برای این مسئله ارائه می‌دهند (گرچه هیچ تضمینی وجود ندارد که BPA در آینده به مواد بیوپلاستیک افزوده نشود).

بسته به نوع خاص ماده، فرآیند تولید برخی از مواد بیوپلاستیک منجر به تولید گازهای گلخانه‌ای کمتر نسبت به پلاستیک با پایه‌‌‌ی پتروشیمی می‌شود. برای مثال، پلی لاکتیک اسید (PLA) یکی از مواد بیوپلاستیکی است که می‌تواند از تجهیزات تولیدی که در حال حاضر وجود دارد تولید شود ، بنابراین ساخت آن از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌‌تر است. با این حال ، این اتفاق لزوماً کل چرخه عمر یک پلاستیک را شامل نمی شود. در بسیاری از موارد، روشهای مورد استفاده برای پرورش مواد اولیه تجدید پذیر آثار ناسالم بزرگی دارند و آنچه بعد از استفاده از یک محصول بیوپلاستیک اتفاق می‌افتد، می‌تواند بسیار متفاوت باشد.

برای مصرف کنندگان تشخیص اینکه کدام مواد بیوپلاستیک مورد استفاده، قابل تجزیه یا کمپوست شدن هستند یا کدامیک از پلاستیک‌های معمولی مورد استفاده  قابل تجزیه، کمپوست شدن یا بازیافت هستند، دشوار است. به همین دلیل ، بسیاری از پلاستیک‌های بیوپلاستی به درستی دفع نمی شوند و برخی از شهرداری‌ها حتی امکانات جداسازی، کمپوست یا بازیافت مواد بیوپلاستیک را ندارند؛ بنابراین در آخر همه‌‌‌ی آن‌ها به محل دفن زباله منتقل می‌شوند. به عنوان مثال ، یک فنجان ساخته شده از پلی لاکتیک اسید (PLA) مانند پلاستیک معمولی به نظر می‌رسد، بنابراین ممکن است مصرف کننده آن را در سطل آشغال بیندازد، در حالی که می‌تواند کمپوست شود. اما طبق نظر EarthIsland به جای این اتفاق، می‌تواند همچین فرایندی روی دهد:

“در تاسیسات بازیافت ، یک لیوان PLA را می‌توان با استفاده از یک سنسور مادون قرمز از محصولات PET جدا کرد. اما بازیافت‌کنندگان معمولاً زحمت انجام چنین جداسازی را به دوش نمی کشند. این یک فرآیند گران قیمت است و هیچ کس هزینه کافی برای توجیه انجام چنین کاری پرداخت نمی کند. در جریان PET ، PLA تمایل به خراب کردن مسائل دارد. اگر مقدار کافی PLA (یا سایر مواد غیر PET) به یک بسته PET ختم شود ، یک بازیافت پلاستیک قصد دارد آن را دور کند و بسته به احتمال زیاد در یک محل دفن زباله قرار گیرد. بنابراین ناگهان آن مواد بسته بندی دوستدار زمین این احتمال را که PET موجود در آن بسته قبل از پایان یافتن در محل دفن زباله پیدا کند ، کوتاه کرده اند. “

جدا از اثر بالقوه در قابلیت استفاده مجدد از پلاستیک‌های معمولی، بسیاری از مواد بیوپلاستیک باید به درستی دفع شوند تا بتوانند تجزیه بیولوژیکی یا کمپوست شوند. به عنوان مثال، اگر یک چنگال زیست تخریب پذیر در یک محل دفن زباله ضد هوا قار گیرد، ممکن است به هیچ وجه تخریب نشود. برعکس، در صورت وجود رطوبت ، تجزیه بی‌هوازی (تجزیه در غیاب اکسیژن) ممکن است اتفاق بیفتد؛ در نتیجه مواد بیوپلاستیک قابل تجزیه با ایجاد متان موجب آلودگی می‌شوند.

یکی از معایب جالب استفاده از مواد بیوپلاستیک برای ذخیره مواد غذایی در اوایل سال جاری در سفر به کاستاریکا برای ما آشکار شد. یک سازنده‌‌‌ی شکلات برای کاهش اثرات محیطی خود، شروع به استفاده از کیسه‌های بیوپلاستیک برای ذخیره شکلات‌های پایه اش کرد. متأسفانه ، حشرات موجود در جنگل جذب کیسه‌ها شدند و شروع به تغذیه از آن‌ها کردند. در نتیجه این اتفاق آنها را به گزینه‌ای غیرقابل استفاده برای ذخیره مواد غذایی در آن کاربرد خاص تبدیل کرد.

پلی لاکتیک اسید قابل تجزیه است و خصوصیاتی شبیه پلی پروپیلن (PP) ، پلی اتیلن (PE) یا پلی استایرن (PS) دارد. می‌توان آن را از تجهیزات تولیدی موجود (آنهایی که برای پلاستیک‌های صنایع پتروشیمی طراحی و استفاده می‌شوند) تولید کرد. این امر باعث می‌شود تا تولید نسبتاً مقرون به صرفه باشد. بر این اساس ، PLA از نظر تولید بیوپلاستیک ، دومین حجم تولید را دارد (متداول ترین آن به عنوان نشاسته ترموپلاستیک شناخته می‌شود، که معمولاً در کیسه‌های ذخیره مواد غذایی و ظروف غذا استفاده می‌شود).

کاربردهای گسترده‌ای برای اسید پلی لاکتیک وجود دارد. برخی از متداول ترین کاربردها، شامل فیلم‌های پلاستیکی ، بطری‌ها و دستگاه‌های پزشکی زیست تخریب پذیر (مانند پیچ ​​، سنجاق ، میله و صفحه است که انتظار می‌رود طی ۶-۱۲ ماه تجزیه بیولوژیکی شوند). PLA در اثر گرما منقبض می‌شود و در نتیجه برای استفاده به عنوان ماده‌‌‌ی بسته بندی جمع کننده مناسب است. علاوه بر این، سهولت در ذوب شدن  پلی لاکتیک اسید، چاپ سه بعدی را به یکی از کاربردهای جالب در آن، تبدیل کرده است. از طرف دیگر ، دمای انتقال شیشه‌ای پایین آن باعث می‌شود، بسیاری از انواع PLA (به عنوان مثال لیوان‌های پلاستیکی) برای نگهداری مایع گرم نامناسب باشند.

Creative Mechanisms یک شرکت طراحی و مهندسی برتر با تخصص منحصر به فرد در پلاستیک است. تیم طراحی ما در ایجاد راه حل‌های سفارشی برای مشکلات پیچیده و طراحی برای هر تعداد از اهداف مانند ساخت ، مونتاژ ، زیبایی و موارد دیگر مهارت دارند. ما تجربه کار با بسیاری از مواد را داریم و با قالب تزریق ، ماشینکاری CNC و چاپ سه بعدی کاملاً آشنا هستیم. لطفاً برای بررسی آنچه مشتریان قبلی و فعلی در مورد کار ما گفته اند ، به صفحه توصیف مشتری مراجعه کنید – ما فکر می‌کنیم تحت تأثیر قرار بگیرید.

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دیدگاه

نام *

ایمیل *

وب‌ سایت

ذخیره نام، ایمیل و وبسایت من در مرورگر برای زمانی که دوباره دیدگاهی می‌نویسم.

زندگی روزمره پر از داستان‌ها و اتفاقات عجیب است. داستان‌هایی که با «دانستن» شاید بتوان پایان شیرین‌تری برایشان رقم زد. دکتر مجازی مفتخر است که به‌عنوان یکی از معتبر‌ترین رسانه‌های علمی کشور، زندگی خوانندگان خود را با دانش روز بشریت پیوند می‌دهد. این وب‌سایت فعالیت خود را در تابستان ۱۳۹۵ آغاز نموده است.

Medical Mask Male Enhancement Formula Reviews long term side effects Strengthen Penis walgreens caffeine pills Testosterone Booster

Biobased polymer derived from the biomass or issued from monomers derivedfrom the biomass and which, at some stage in its processing into finishedproducts, can be shaped by flow.

Bioplastics are plastic materials produced from renewable biomass sources, such as vegetable fats and oils, corn starch, straw, woodchips, sawdust, recycled food waste, etc. Some bioplastics are obtained by processing directly from natural biopolymers including polysaccharides (e.g. starch, cellulose, chitosan and alginate) and proteins (e.g. soy protein, gluten and gelatin), while others are chemically synthesised from sugar derivatives (e.g. lactic acid) and lipids (oils and fats) from either plants or animals, or biologically generated by fermentation of sugars or lipids. In contrast, common plastics, such as fossil-fuel plastics (also called petro-based polymers) are derived from petroleum or natural gas.

As of 2014, bioplastics represented approximately 0.2% of the global polymer market (300 million tons).[2] Although bioplastics are not commercially significant, research continues on this topic.[3]

One advantage to many bioplastics is their biodegradability. Not all bioplastics are biodegradable nor biodegrade more readily than commodity fossil-fuel derived plastics.[4][1]

Few commercial applications exist for bioplastics. Cost and performance remain problematic. Typical is the example of Italy, where biodegradable plastic bags are compulsory for shoppers since 2011 with the introduction of a specific law.[5] Beyond structural materials, electroactive bioplastics are being developed that promise to carry electric current.[6]

بیو پلاستیک

Bioplastics are used for disposable items, such as packaging, crockery, cutlery, pots, bowls, and straws.[7]

Biodegradable plastic utensils.

Plastics packaging made from bioplastics and other biodegradable plastics.

Flower wrapping made of PLA-blend bio-flex.

Biopolymers are available as coatings for paper rather than the more common petrochemical coatings.[8]

Bioplastics called drop-in bioplastics are chemically identical to their fossil-fuel counterparts but made from renewable resources. Examples include bio-PE, bio-PET, bio-propylene, bio-PP,[9] and biobased nylons.[10][11][12] Drop-in bioplastics are easy to implement technically, as existing infrastructure can be used.[13] A dedicated bio-based pathway allows to produce products that can not be obtained through traditional chemical reactions and can create products which have unique and superior properties, compared to fossil-based alternatives.[12]

Thermoplastic starch represents the most widely used bioplastic, constituting about 50 percent of the bioplastics market.[15] Simple starch bioplastic film can be made at home by gelatinizing starch and solution casting.[16] Pure starch is able to absorb humidity, and is thus a suitable material for the production of drug capsules by the pharmaceutical sector. However, pure starch-based bioplastic is brittle. Plasticizer such as glycerol, glycol, and sorbitol and can also be added so that the starch can also be processed thermo-plastically.[17] The characteristics of the resulting bioplastic (also called “thermoplastic starch”) can be tailored to specific needs by adjusting the amounts of these additives. Conventional polymer processing techniques can be used to process starch into bioplastic, such as extrusion, injection molding, compression molding and solution casting.[17] The properties of starch bioplastic is largely influenced by amylose/amylopectin ratio. Generally, high-amylose starch results in superior mechanical properties.[18] However, high-amylose starch has less processiblity because of its higher gelatinization temperature[19] and higher melt viscosity.[20]

Starch-based bioplastics are often blended with biodegradable polyesters to produce starch/polylactic acid,[21] starch/polycaprolactone[22] or starch/Ecoflex[23] (polybutylene adipate-co-terephthalate produced by BASF[24]) blends. These blends are used for industrial applications and are also compostable. Other producers, such as Roquette, have developed other starch/polyolefin blends. These blends are not biodegradable, but have a lower carbon footprint than petroleum-based plastics used for the same applications.[25]

Starch is cheap, abundant, and renewable.[26]

Starch-based films (mostly used for packaging purposes) are made mainly from starch blended with thermoplastic polyesters to form biodegradable and compostable products. These films are seen specifically in consumer goods packaging of magazine wrappings and bubble films. In food packaging, these films are seen as bakery or fruit and vegetable bags. Composting bags with this films are used in selective collecting of organic waste.[26] Further, starch-based films can be used as a paper.[27][28]

Starch-based nanocomposites have been widely studied, showing improved mechanical properties, thermal stability, moisture resistance, and gas barrier properties.[29]

Cellulose bioplastics are mainly the cellulose esters, (including cellulose acetate and nitrocellulose) and their derivatives, including celluloid.

Cellulose can become thermoplastic when extensively modified. An example of this is cellulose acetate, which is expensive and therefore rarely used for packaging. However, cellulosic fibers added to starches can improve mechanical properties, permeability to gas, and water resistance due to being less hydrophilic than starch.[26]

A group at Shanghai University was able to construct a novel green plastic based on cellulose through a method called hot pressing.[30]

Other polysaccharides such as chitosan and alginate can also be processed into plastic forms. Chitosan is dissolvable in mild acidic conditions and thus can be easily processed into films by solution casting. Chitosan has an excellent film forming ability. Besides, chitosan, mixed with a limited amount of acid, can also be thermomechanically processed into a plasticised form using an internal batch mixer and compression molder.[31] This high-viscosity condition during thermomechanical processing allows chitosan to be easily blended with plasticizers,[32] nanoparticles,[33] or other biopolymers.[34][35][36] Under solution conditions, the production of blended materials based on chitosan, which is positively charged, with other negatively charged biopolymers such as carboxymethyl cellulose, alginate and proteins is challenging as the electrostatic interaction between the two biopolymers will usually lead to coacervates. However, bulk chitosan blends can be produced by high-viscosity thermomechanical processing, which may also display much better mechanical properties and hydrolytic stability.[34][35][36] Alginate (usually sodium alginate or calcium alginate) is dissolvable in water so alginate solutions can be cast into films. Blended with limited amounts of water and plasticizers, alginate can also be thermomechanically processed into plasticised films.[37][38] Plasticisers typically as glycerol can make the processed chitosan or alginate films flexible.

Chitosan is a studied biopolymer that can be used as a packaging alternative that increases shelf life and reduces the use of synthetic plastics. Chitosan is a polysaccharide that is obtained through the deacetylation of chitin, the second most abundant polysaccharide on Earth derived from the non-edible portions of marine invertebrates. The increased use of chitosan has the possibility to reduce food waste and the waste from food packaging. Chitosan is compiled of antimicrobial activities and film forming properties which make it biodegradable and deter growth of spoilage. In comparison to degrading synthetic plastics, that may take years, biopolymers such as chitosan can degrade in weeks. Antimicrobial packaging includes techniques such as modified atmospheric packaging that reduce activities of microbes and bacterial growth. Chitosan as an alternative promotes less food waste and less reliance on non-degradable plastic materials.[39]

Bioplastics can be made from proteins from different sources. For example, wheat gluten and casein show promising properties as a raw material for different biodegradable polymers.[40]

Additionally, soy protein is being considered as another source of bioplastic. Soy proteins have been used in plastic production for over one hundred years. For example, body panels of an original Ford automobile were made of soy-based plastic.[41]

There are difficulties with using soy protein-based plastics due to their water sensitivity and relatively high cost. Therefore, producing blends of soy protein with some already-available biodegradable polyesters improves the water sensitivity and cost.[42]

The aliphatic biopolyesters are mainly polyhydroxyalkanoates (PHAs) like the poly-3-hydroxybutyrate (PHB), polyhydroxyvalerate (PHV) and polyhydroxyhexanoate (PHH).

Polylactic acid (PLA) is a transparent plastic produced from maize[43] or dextrose. Superficially, it is similar to conventional petrochemical-based mass plastics like PS. Its advantages are that it is deriived from plants and it biodegrades readily. Unfortunately it exhibits inferior impact strength, thermal robustness, and barrier properties (blocking air transport across the membrane).[2] PLA and PLA blends generally come in the form of granulates PLA iiis used on a limited scale for the production of films, fibers, plastic containers, cups, and bottles.
PLA is also the most common type of plastic filament used for home fused deposition modeling.

The biopolymer poly-3-hydroxybutyrate (PHB) is a polyester produced by certain bacteria processing glucose, corn starch[44] or wastewater.[45] Its characteristics are similar to those of the petroplastic polypropylene. PHB production is increasing. The South American sugar industry, for example, has decided to expand PHB production to an industrial scale. PHB is distinguished primarily by its physical characteristics. It can be processed into a transparent film with a melting point higher than 130 degrees Celsius, and is biodegradable without residue.

Polyhydroxyalkanoates are linear polyesters produced in nature by bacterial fermentation of sugar or lipids. They are produced by the bacteria to store carbon and energy. In industrial production, the polyester is extracted and purified from the bacteria by optimizing the conditions for the fermentation of sugar. More than 150 different monomers can be combined within this family to give materials with extremely different properties. PHA is more ductile and less elastic than other plastics, and it is also biodegradable. These plastics are being widely used in the medical industry.

PA 11 is a biopolymer derived from natural oil. It is also known under the tradename Rilsan B, commercialized by Arkema. PA 11 belongs to the technical polymers family and is not biodegradable. Its properties are similar to those of PA 12, although emissions of greenhouse gases and consumption of nonrenewable resources are reduced during its production. Its thermal resistance is also superior to that of PA 12. It is used in high-performance applications like automotive fuel lines, pneumatic airbrake tubing, electrical cable antitermite sheathing, flexible oil and gas pipes, control fluid umbilicals, sports shoes, electronic device components, and catheters.

A similar plastic is Polyamide 410 (PA 410), derived 70% from castor oil, under the trade name EcoPaXX, commercialized by DSM.[46]
PA 410 is a high-performance polyamide that combines the benefits of a high melting point (approx. 250 °C), low moisture absorption and excellent resistance to various chemical substances.

The basic building block (monomer) of polyethylene is ethylene. Ethylene is chemically similar to, and can be derived from ethanol, which can be produced by fermentation of agricultural feedstocks such as sugar cane or corn. Bio-derived polyethylene is chemically and physically identical to traditional polyethylene – it does not biodegrade but can be recycled. The Brazilian chemicals group Braskem claims that using its method of producing polyethylene from sugar cane ethanol captures (removes from the environment) 2.15 tonnes of .mw-parser-output .template-chem2-su{display:inline-block;font-size:80%;line-height:1;vertical-align:-0.35em}.mw-parser-output .template-chem2-su>span{display:block}.mw-parser-output sub.template-chem2-sub{font-size:80%;vertical-align:-0.35em}.mw-parser-output sup.template-chem2-sup{font-size:80%;vertical-align:0.65em}CO2 per tonne of Green Polyethylene produced.

With GM corn being a common feedstock, it is unsurprising that some bioplastics are made from this.

Under the bioplastics manufacturing technologies there is the “plant factory” model, which uses genetically modified crops or genetically modified bacteria to optimise efficiency.

The condensation of polyamines and cyclic carbonates produces polyhydroxurethanes.[47] Unlike traditional cross-linked polyurethanes, cross-linked polyhydroxyurethanes are in principle amenable to recycling and reprocessing through dynamic transcarbamoylation reactions.[48]

A number bioplastic classes have been synthesized from plant and animal derived fats and oils.[49] Polyurethanes,[50][51] polyesters,[52] epoxy resins[53] and a number of other types of polymers have been developed with comparable properties to crude oil based materials. The recent development of olefin metathesis has opened a wide variety of feedstocks to economical conversion into biomonomers and polymers.[54] With the growing production of traditional vegetable oils as well as low cost microalgae derived oils,[55] there is huge potential for growth in this area.

Materials such as starch, cellulose, wood, sugar and biomass are used as a substitute for fossil fuel resources to produce bioplastics; this makes the production of bioplastics a more sustainable activity compared to conventional plastic production.[56] The environmental impact of bioplastics is often debated, as there are many different metrics for “greenness” (e.g., water use, energy use, deforestation, biodegradation, etc.).[57][58][59] Hence bioplastic environmental impacts are categorized into nonrenewable energy use, climate change, eutrophication and acidification.[60] Bioplastic production significantly reduces greenhouse gas emissions and decreases non-renewable energy consumption.[56] Firms worldwide would also be able to increase the environmental sustainability of their products by using bioplastics [61]

Although bioplastics save more nonrenewable energy than conventional plastics and emit less green house gasses compared to conventional plastics, bioplastics also have negative environmental impacts such as eutrophication and acidification.[60] Bioplastics induce higher eutrophication potentials than conventional plastics.[60] Biomass production during industrial farming practices causes nitrate and phosphate to filtrate into water bodies; this causes eutrophication, the process in which a body of water gains excessive richness of nutrients.[60] Eutrophication is a threat to water resources around the world since it causes harmful algal blooms that create oxygen dead zones, killing aquatic animals.[62] Bioplastics also increase acidification.[60] The high increase in eutrophication and acidification caused by bioplastics is also caused by using chemical fertilizer in the cultivation of renewable raw materials to produce bioplastics.[56]

Other environmental impacts of bioplastics include exerting lower human and terrestrial ecotoxicity and carcinogenic potentials compared to conventional plastics.[60] However, bioplastics exert higher aquatic ecotoxicity than conventional materials.[60] Bioplastics and other bio-based materials increase stratospheric ozone depletion compared to conventional plastics; this is a result of nitrous oxide emissions during fertilizer application during industrial farming for biomass production.[60] Artificial fertilizer increase nitrous oxide emissions especially when the crop does not need all the nitrogen.[63] Minor environmental impacts of bioplastics include toxicity through using pesticides on the crops used to make bioplastics.[56] Bioplastics also cause carbon dioxide emissions from harvesting vehicles.[56] Other minor environmental impacts include high water consumption for biomass cultivation, soil erosion, soil carbon losses and loss of biodiversity, and they are mainly are a result of land use associated with bioplastics.[60] Land use for bioplastics production leads to lost carbon sequestration and increases the carbon costs while diverting land from its existing uses [64]

Although bioplastics are extremely advantageous because they reduce non-renewable consumption and GHG emissions, they also negatively affect the environment through land and water consumption, using pesticide and fertilizer, eutrophication and acidification; hence one’s preference for either bioplastics or conventional plastics depends on what one considers the most important environmental impact.[56]

بیو پلاستیک

Another issue with bioplastics, is that some bioplastics are made from the edible parts of crops.
This makes the bioplastics compete with food production because the crops that produce bioplastics can also be used to feed people.[65] These bioplastics are called “1st generation feedstock bioplastics”.
2nd generation feedstock bioplastics use non-food crops (cellulosic feedstock) or waste materials from 1st generation feedstock (e.g. waste vegetable oil).
3rd generation feedstock bioplastics use algae as the feedstock.[66]

Biodegradation of any plastic is a process that happens at solid/liquid interface whereby the enzymes in the liquid phase depolymerize the solid phase [67] Certain types of bioplastics as well as conventional plastics containing additives are able to biodegrade.[68] Bioplastics are able to biodegrade in different environments hence they are more acceptable than conventional plastics.[69] Biodegradability of bioplastics occurs under various environmental conditions including soil, aquatic environments and compost.[69] Both the structure and composition of biopolymer or bio-composite have an effect on the biodegradation process, hence changing the composition and structure might increase biodegradability.[69] Soil and compost as environment conditions are more efficient in biodegradation due to their high microbial diversity.[69] Composting not only biodegrades bioplastics efficiently but it also significantly reduces the emission of greenhouse gases.[69] Biodegradability of bioplastics in compost environments can be upgraded by adding more soluble sugar and increasing temperature.[69] Soil environments on the other hand have high diversity of microorganisms making it easier for biodegradation of bioplastics to occur.[69] However, bioplastics in soil environments need higher temperatures and a longer time to biodegrade.[69] Some bioplastics biodegrade more efficiently in water bodies and marine systems; however, this causes danger to marine ecosystems and freshwater.[69] Hence it is accurate to conclude that biodegradation of bioplastics in water bodies which leads to the death of aquatic organisms and unhealthy water can be noted as one of the negative environmental impacts of bioplastics.

While plastics based on organic materials were manufactured by chemical companies throughout the 20th century, the first company solely focused on bioplastics- Marlborough Biopolymers- was founded in 1983. However, Marlborough and other ventures that followed failed to find commercial success, with the first such company to secure long-term financial success being the Italian company Novamont, founded in 1989.[70]

Bioplastics remain less than one percent of all plastics manufactured worldwide,[71][72] Most bioplastics do not yet save more carbon emissions than are required to manufacture them.[73] It is estimated that replacing 250 million tons of the plastic manufactured each year with bio-based plastics would require 100 million hectares of land, or 7 percent of the arable land on Earth. And when bioplastics reach the end of their life cycle, those designed to be compostable and marketed as biodegradable are often sent to landfills due to the lack of proper composting facilities or waste sorting, where they then release methane as they break down anaerobically.[74]

COPA (Committee of Agricultural Organisation in the European Union) and COGEGA (General Committee for the Agricultural Cooperation in the European Union) have made an assessment of the potential of bioplastics in different sectors of the European economy:

*This is not a comprehensive list. These inventions were by the author to show versatility of bioplastics and important breakthroughs. New applications and inventions of bioplastics happen every year.

The EN 13432 industrial standard must be met in order to claim that a plastic product is compostable in the European marketplace. In summary, it requires multiple tests and sets pass/fail criteria, including disintegration (physical and visual break down) of the finished item within 12 weeks, biodegradation (conversion of organic carbon into CO2) of polymeric ingredients within 180 days, plant toxicity and heavy metals. The ASTM 6400 standard is the regulatory framework for the United States and has similar requirements.

Many starch-based plastics, PLA-based plastics and certain aliphatic-aromatic co-polyester compounds, such as succinates and adipates, have obtained these certificates. Additive-based bioplastics sold as photodegradable or Oxo Biodegradable do not comply with these standards in their current form.

The ASTM D 6002 method for determining the compostability of a plastic defined the word compostable as follows:

that which is capable of undergoing biological decomposition in a compost site such that the material is not visually distinguishable and breaks down into carbon dioxide, water, inorganic compounds and biomass at a rate consistent with known compostable materials.[96]

This definition drew much criticism because, contrary to the way the word is traditionally defined, it completely divorces the process of “composting” from the necessity of it leading to humus/compost as the end product. The only criterion this standard does describe is that a compostable plastic must look to be going away as fast as something else one has already established to be compostable under the traditional definition.

In January 2011, the ASTM withdrew standard ASTM D 6002, which had provided plastic manufacturers with the legal credibility to label a plastic as compostable. Its description is as follows:

This guide covered suggested criteria, procedures, and a general approach to establish the compostability of environmentally degradable plastics.[97]

The ASTM has yet to replace this standard.

The ASTM D6866 method has been developed to certify the biologically derived content of bioplastics. Cosmic rays colliding with the atmosphere mean that some of the carbon is the radioactive isotope carbon-14. CO2 from the atmosphere is used by plants in photosynthesis, so new plant material will contain both carbon-14 and carbon-12. Under the right conditions, and over geological timescales, the remains of living organisms can be transformed into fossil fuels. After ~100,000 years all the carbon-14 present in the original organic material will have undergone radioactive decay leaving only carbon-12. A product made from biomass will have a relatively high level of carbon-14, while a product made from petrochemicals will have no carbon-14. The percentage of renewable carbon in a material (solid or liquid) can be measured with an accelerator mass spectrometer.[98][99]

There is an important difference between biodegradability and biobased content. A bioplastic such as high-density polyethylene (HDPE)[100] can be 100% biobased (i.e. contain 100% renewable carbon), yet be non-biodegradable. These bioplastics such as HDPE nonetheless play an important role in greenhouse gas abatement, particularly when they are combusted for energy production. The biobased component of these bioplastics is considered carbon-neutral since their origin is from biomass.

The ASTM D5511-12 and ASTM D5526-12 are testing methods that comply with international standards such as the ISO DIS 15985 for the biodegradability of plastic.


“Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012)”Downloads-icon


“Bio-based drop-in, smart drop-in and dedicated chemicals”Downloads-icon


the originalDownloads-icon


“Bio-based drop-in, smart drop-in and dedicated chemicals”Downloads-icon


the originalDownloads-icon


“From Petrochemical Polyurethanes to Biobased Polyhydroxyurethanes”Downloads-icon


“A fully biobased epoxy resin from vegetable oils: From the synthesis of the precursors by thiol-ene reaction to the study of the final material”Downloads-icon


https://compostingcouncil.org/admin/wp-content/uploads/2012/01/Dolfen.pdfDownloads-icon


ArchivedDownloads-icon

تولید پلاستیک سبز توسط فرایند بیولوژیکی

پلاستیک‌ها، پلیمرهایی هستند که از سنتز مواد اولیه‌ای به نام مونومر تهیه می‌شوند. مونومرها موادی سمی و برای سلامت انسان مضر هستند؛ در حالی که پلیمرها خنثی هستند و مشکلی ندارند. اما اشکال کار اینجاست که معمولاً در فرایند تهیه پلیمرها مقداری مونومر باقی می‌ماند. اگر این فرآیند اصولی و مطابق استانداردهای لازم صورت گرفته باشد، مشکلی برای سلامت افراد به وجود نمی‌آورد. برای همین در استفاده از پلاستیک‌ها به عنوان ظروف غذا باید بسیار محتاط بود و در ضمن به هرنوع پلاستِیکی نباید مجوز بسته بندی مواد غذایی داده شود.

در حال حاضر به دلیل استفاده غیرمجاز از پلیمرهاى بدون پایه food grade در بسته بندى و نگهدارى مواد غذایى، شناسایى صحیح این محصولات توسط مردم تا حدودى با مشکل رو به رو شده است. وزارت بهداشت در این راستا سعى کرده است کارخانه هاى تولیدکننده ظروف یک بار مصرف را از کارخانجات تولیدکننده قطعات پلاستیکى در مصارف صنعتى تفکیک کند. ضمن اینکه کارخانه هاى تولیدکننده ظروف پلاستیکى براى مواد غذایى باید پروانه ساخت داشته باشند.

  مزایا :  

1- دارای مقاومت به مواد الکلی
۲-  صرف انرژی کمتر برای تولید
۳- قابلیت شکل پذیری بالا با گستردگی متفاوت خواص فیزیکی
۴- طرح پذیری
۵- شفاف بودن

بیو پلاستیک

مهمترین معایب:

۱ – اشکال در بازیافت آنها و مخاطرات محیط زیست
۲ – انتقال مواد مضر ( مونومر ها) به غذا در شرایط خاص
۳ – قابل استفاده در ماکروویو نمی باشد.

 

مناسب بودن پلاستیک ها در کاربردهاى غذایى:

تمامى پلیمرها از نوع دست اول تا آنهایى که بازیافتى بوده و همچنین ظروف پلاستیکى حتماً باید قبل از استفاده در صنعت غذایى تحت آزمون Food grade قرار بگیرند. این آزمون تحت استانداردهاى اتحادیه اروپا (EEC) و آمریکایى (FDA) انجام مى شود. با انجام آزمون هایى که در اداره کل آزمایشگاه هاى کنترل غذا و دارو نیز قابل اجرا هستند میزان مهاجرت مواد سازنده پلیمرها به سمت مواد غذایى مشابه سنجیده مى شود. در واقع وزارت بهداشت مقاومت و میزان مهاجرت مواد سازنده پلیمرها را در حلال ها یا محلول هاى مشابه مواد غذایى مى سنجد.

دلیل اصلی تولید این مواد در کشور به‌رغم زیان‌بار بودن مصرف آنها:

متاسفانه استاندارد ظروف یک‌بار مصرف اجباری نیست، واحدهای تولیدی می‌توانند بدون مجوز به تولید اقدام کنند. در این زمینه باید تقاضای اجباری شدن استاندارد ظروف یک‌بار مصرف به مؤسسه ارایه شود تا در این مورد تصمیم‌گیری شود، اما متأسفانه تاکنون هیچ تقاضایی نشده است.

هم اکنون پنج هزار کارخانه و کارگاه تولید ظروف یک‌بار مصرف در کشور وجود دارد، این در حالی است که تنها 300 کارخانه از این تعداد مجوز تولید این ظروف را دارند و مشخص نیست، مابقی این کارخانه‌ها از چه موادی و چگونه نسبت به تولید این ظروف اقدام می‌کنند.

غریبگی ظروف یکبار مصرف با طبیعت:

 انباشته شدن این مواد در طبیعت به خصوص در پارک های جنگلی و سواحل، از نظر دیداری باعث نازیبایی مناظر و در نتیجه ناراحتی  و کاهش بازدید کننده ها و کم شدن درآمد اقتصادی مناطق می شود.

در حال حاضر بسیاری از کشورها به ویژه کشورهای اروپایی با به کار بستن روش های جانشین سعی کرده اند استفاده از ظروف یکبار مصرف را به حداقل برسانند. کاربرد پلیمرهای گیاهی جهت تولید ظروف یکبار مصرف و به کارگیری کیسه های پارچه ای به جای کیسه های نایلونی در هنگام خرید نمونه ای از این روش ها است.

بیو پلاستیک (پلاستیک سبز )

پلاستیک اغلب از نفت حاصل می شود، که به سوخت های فسیلی و انتشارگازهای گلخانه ای مضر مرتبط می شود. دانشمندان در تلاش هستند تا روش های جدید و تجدید پذیر برای ایجاد پلاستیک از بیوماس بکار ببرند که قابل انعطاف و تجزیه در طبیعت را داشته باشد.

وقتی John Wesley Hyatt در سال 1869 نخستین پلاستیک صنعتی را به ثبت رساند، قصدش این بود که جایگزینی برای عاج فیل که برای ساخت کلید پیانو استفاده می شد، ایجاد کند. اما نحوه ی ساختن اولیه این پلاستیک موجب انقلابی در تفکرات مردم در مورد ساخت و ساز شد: اگر ما محدود به مواد طبیعت نباشیم، چه چیزی برای ماده اولیه ی تولید پلاستیک پیشنهاد می شد؟

بیش از یک قرن بعد، پلاستیک ها بخشی فراوانی از زندگی روزمره شدند. اما این پلاستیک ها اغلب از نفت حاصل می شود، که باعث وابستگی به سوخت های فسیلی و راندن گازهای گلخانه ای مضر اند. برای تغییر این، دانشمندان مرکز تحقیقات بیوانرژی دریاچه های بزرگ (GLBRC) تلاش می کنند و در حال توسعه روش های جدید برای تولید پلاستیک از زیست توده و ایجاد پلاستیک قابل انعطاف و تجدید پذیر در طبیعت هستند.

با استفاده از یک حلال مشتق شده از گیاه به نام GVL (گاما-والرولاکتون)،در دانشگاه ویسکانسین- مدیسون،توسط استاد مهندسی شیمی و زیست شناسی جیمز دومیسیک و تیم او یک روش اقتصادی و پر سود برای تولید furandicarboxylic acid یا FDCA ایجاد کرده اند. که یکی از 12 ماده شیمیایی وزارت انرژی ایالات متحده برای ساختن یک صنعت شیمیایی «سبز» ضروری است؛ FDCA  ماده اولیه لازم برای پلاستیک تجدیدپذیر به نام PEF (یا پلی اتیلن فوراناته) و همچنین تعدادی از پلی استر و پلی اورتان ها است.

محققان یافته های خود را در 19 ژانویه 2018 در مجله Science Advances منتشر کردند.

به عنوان جایگزین زیستی برای PET (پلی اتیلن ترفتالات) – که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، پتروشیمی مشتق شده از نفت – PEF غنی از پتانسیل است. در حال حاضر تقاضای بازار PET تقریبا به 1.5 میلیارد تن در سال می رسد و کوکا کولا، فورد موتورز، هجی هاینز، نایک و پروکارت و گمبل همگی متعهد به ایجاد یک پت با مواد اولیه ی 100٪ گیاهی  که شامل بطری ها، بسته بندی، پوشاک و کفش است، می باشند. با این وجود، پتانسیل PEF برای رقابت قابل ملاحظه  در بازار ، با هزینه بالای تولید FDCA (ماده اولیه ی تولید)مواجه شده است.

Ali Hassain Motagamwala، دانشجوی فارغ التحصیل UW-Madison در مهندسی شیمی و بیولوژیکی و همکارانش، میگوید، تا کنون، تقریبا FDCA دارای حلالیت بسیار کمی در هر حلال ساخته شده ای است. “شما باید مقدار زیادی از حلال را برای دریافت مقدار کمی از FDCA استفاده کنید، و این فرآیند تولید با هزینه های جداسازی بالا و مواد زائد نامطلوب پایان می یابد.”

توسط Mutagamwala و همکاران، فرایند جدید با فروکتوز شروع می شود، که آنها در فرآیند دو مرحله ای به FDCA در یک سیستم حلال متشکل از یک بخش GVL و یک بخشی در آب تبدیل می شود. نتیجه نهایی مقدار زیادی از محصول FDCA است که به راحتی به عنوان یک پودر سفید از حلال در هنگام خنک سازی جدا می شود.

طبق گفته ی Mutagamwala: ” بسیاری از مشکلات تولید FDCA با استفاده از حلال GVL حل می شود. “شکر ها و FDCA هر دو حلالیت بالایی در این حلال دارند، شما مقدار زیادی محصول بدست می آورید، و به راحتی عمل جداسازی و بازیافت حلال انجام می شود.”

سایر ویژگی های این فرآیند اقتصادی بودن آن است و در این سیستم نیازمند اسیدهای معدنی پر هزینه برای کاتالیزور نیست، نمکهای زائد تولید نمیکند و شما می توانید به سادگی کریستالهای FDCA را با خنک کردن سیستم واکنش از حلال جدا کنید.

 تجزیه و تحلیل تکنولوژیکی این تیم نشان می دهد که این روند در حال حاضر می تواند FDCA را با حداقل قیمت فروش 1490 دلار در هر تن تولید کند. با بهبودی، از جمله کاهش هزینه مواد اولیه و کاهش زمان واکنش، قیمت می تواند 1310 دلار به ازای هر تن برسد که این امر باعث می شود که FDCA ظرفیت رقابت با برخی از پیش سازهای پلاستیکی حاصل از سوخت فسیلی   را داشته باشد.

Dumesic می گوید: “ما فکر می کنیم این روش رویکرد ساده و ارزان برای ساخت FDCA است که بسیاری از مردم در صنعت پلاستیک انتظار آن را دارند.” “امید ما این است که این تحقیق باعث شود درهای رقابتی بیشتری برای تولید پلاستیک های تجدید پذیر کم هزینه تر باز شود.”

بنیاد تحقیقات فارغ التحصیلان ویسکانسین در حال تلاش برای گرفتن مجوز تکنولوژی GVL برای استفاده در تولید بیوپلاستیک است.

یک کریستال فورادیکاربوکیلیک اسید، یا FDCA، یک پیش ماده پلاستیکی که به جای نفت، با زیست توده تولید شده است.

اعتبار: تصویر UW-Madison توسط علی حسین متقامولا و جیمز راند

 

Source:

Materials provided by University of Wisconsin-Madison. Original written by Krista Eastman. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

 

بیو پلاستیک

برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.

اگر حساب کاربری ندارید، برای ثبت نام، اینجا کلیک کنید.

ایمیل خود را وارد نمایید:

پس از ثبت ایمیل لینک فعال سازی به ایمیل شما ارسال خواهد شد لطفا تائید نمایید.

اگر حساب کاربری ندارید، برای ثبت نام، اینجا کلیک کنید.

خلاصه اطلاعات مفید:

بیو پلاستیک‌ ها نوعی پلاستیک هستند که از منابع طبیعی مانند روغن‌های گیاهی و نشاسته ساخته می‌شوند. بیوپلاستیک‌ها خانواده بزرگی از مواد مختلف هستند. بیوپلاستیک‌ها تنها یک ماده واحد نیستند، بلکه از یک خانواده کامل از مواد با خواص و کاربردهای متفاوت تشکیل شده اند. بر اساس بيوپلاستيک اروپا، ماده پلاستيکي به عنوان يک پلاستيک زيستي تعريف مي شود که يا بر پايه زيستي (bio-based) باشد، زیست تجزیه پذیر (biodegradable) باشد، يا هر دو ويژگي را داشته باشد.

پایه زیستی (bio-based): اصطلاح “بیولوژیکی” به این معنی است که ماده یا محصول (تا حدی) از زیست توده (گیاهان) مشتق شده است. زیست توده مورد استفاده برای پلاستیک‌های زیستی ناشی از ذرت، نیشکر، یا سلولز.

زیست تخریب پذیر (biodegradable): تجزیه زیستی فرآیندی شیمیایی است که طی آن میکروارگانیسم‌های موجود در محیط، مواد را به مواد طبیعی مانند آب، دی اکسید خودرو و کمپوست تبدیل می کنند (افزودنی‌های مصنوعی مورد نیاز نیست). فرآیند تجزیه زیستی به شرایط محیطی اطراف (مانند مکان یا دما)، به ماده و کاربرد بستگی دارد.

اصل استفاده از بیوپلاستیک ها به دلیل استفاده از منابع تجدیدپذیر است. همچنین به بیو پلاستیک ها مزایای زیر را نیز دارند:

بیو پلاستیک

به طور خلاصه، برخلاف پلاستیک‌های متداول مبتنی بر فسیل، بیوپلاستیک ها (تا حدی) پایه زیستی، زیست تخریب‌پذیر یا هر دو هستند.

خانواده بیوپلاستیک ها به سه گروه اصلی تقسیم می شوند:

۱- پلاستیک های زیست تخریب ناپذیر مبتنی بر زیستی یا تا حدی زیستی مانند PE، PP، یا PET (به اصطلاح drop-ins) و پلیمرهای عملکرد فنی مبتنی بر زیستی مانند PTT یا TPC-ET.

۲- پلاستیک هایی که هم پایه زیستی و هم زیست تخریب پذیر هستند، مانند PLA و PHA یا PBS.

۳- پلاستیک هایی که بر اساس منابع فسیلی و زیست تخریب پذیر هستند، مانند PBAT.

کاربردهای متنوع بیوپلاستیک ها، آینده صنعت پلاستیک را شکل خواهد داد.

نمودار زیر «سیستم مختصات انواع گروه بیو پلاستیک ها» و نحوه طبقه‌بندی آن‌ها را بر اساس زیست تجزیه پذیری و محتوای زیستی آن‌ها نشان می‌دهد.

اجناس پلاستیکی از جنس پلی اتیلن، پلی اتیلن و پی وی سی را نیز می توان از منابع تجدیدپذیر – معمولاً از اتانول زیستی – تهیه کرد. Bio-PE در حال حاضر در مقیاس بزرگ (۲۰۰ هزار تن در روز توسط Braskem، برزیل) تولید می شود. Bio-PP و Bio-PVC به زودی این روند را دنبال خواهند کرد.  پلی استر نیمه زیستی PET هم برای کاربردهای فنی و هم برای بسته بندی استفاده می شود.این نوع عمدتاً برای بطری های نوشیدنی، به عنوان مثال “بطری گیاهی” توسط کوکاکولا مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجایی که زنجیره ارزش افزوده فقط در ابتدا نیاز به انطباق دارد، در حالی که خواص محصولات مشابه تولیدی همانند نسخه های فسیلی آنها است، از آنها به عنوان پلاستیک‌های زیستی «افتاده‌ای» نیز یاد می‌شود. بر این اساس، دوره معرفی آنها در بازار از توسعه تا تجاری سازی این مواد به طور قابل توجهی کوتاهتر است.

این گروه بزرگ شامل بسیاری از پلیمرهای خاص مانند پلی آمیدهای زیستی (PA)، پلی استرها (مانند PTT، PBT)، پلی اورتان ها (PUR) و پلی اپوکسیدها است. تنوع در استفاده از آنها بسیار گسترده است. برخی از کاربردهای فنی معمولی عبارتند از الیاف نساجی (روکش صندلی، فرش)  و در صنایع خودرویی مانند فوم برای نشیمنگاه، روکش ها، کابل ها، شیلنگ ها و روکش ها از آنها استفاده می شود. معمولا طول عمر استفاده آنها چندین سال به طول می انجامد. بنابراین، آنها به عنوان مواد بادوام شناخته می شوند و زیست تخریب پذیری یک ویژگی مورد توجه نیست.

این گروه شامل ترکیبات نشاسته ای ساخته شده از نشاسته اصلاح شده با ترموپلاستیک و سایر پلیمرهای زیست تخریب پذیر و همچنین پلی استرهایی مانند پلی لاکتیک اسید (PLA) یا پلی هیدروکسی کانوات (PHA) می باشد. بر خلاف مواد سلولزی (سلولز احیا یا سلولز استات)، تنها در چند سال گذشته در مقیاس صنعتی در دسترس بوده اند. تاکنون، آنها عمدتاً برای محصولات کوتاه‌مدت مصرفی مانند بسته‌بندی مواد غذایی ( ظروف یکبار مصرف گیاهی ) استفاده شده‌اند. اما این حوزه نوآورانه بزرگ صنعت پلاستیک به دلیل معرفی مونومرهای جدید زیستی مانند اسید سوکسینیک، بوتاندیول، پروپان دیول رو به رشد است. انتظار می رود که پلیمرهای زیستی در طی ۱۰ سال آینده بیش از نیمی از نیاز های بازار پلاستیک در جهان را تحت پوشش قرار دهد.

از مواد اولیه زیست سازگار برای تولید بیوپلاستیک های این گروه می‌توان به آگاو، سیب، آووکادو ، بامبو، موز، کاکتوس، کانولا، کاساوا ، روغن کرچک، سلولز، پر مرغ، کیتین و کیتوزان، نارگیل، ذرت، پنبه، تخم مرغ، اوکالیپتوس، فلس ماهی، مواد زائد غذایی، قارچ، مو، کنف، حشرات، لیگنین، انبه، پوست خربزه، متان، شیر، پوسته صدف، هسته زیتون، پوست پرتقال، صدف، روغن نخل، پوست آناناس، برگ کاج، ضایعات سیب زمینی، میوه‌های قرمز، پوسته برنج، خاک اره، جلبک دریایی، سورگوم، تار عنکبوت، چغندر قند، نیشکر، آفتابگردان، زردچوبه، پسماند، آب، علف وحشی و تراشه چوب اشاره نمود. ظروف گیاهی موجود در بازار ایران (که دارای پروانه بهره برداری و ساخت از سازمان غذا و دارو ایران میباشند مانند برند به زیست) همگی‌ بر پایه نشاسته ذرت هستند. همچنین نشاسته ذرت به دلیل فراوانی‌ و دسترسی‌ آسان در اروپا مورد استفاده بسیار زیاد در صنعت بسته بندی غذایی قرار گرفته است.

از مهمترین پلیمر‌های تجاری زیست تجزیه پذیر پلی لاکتیک اسید (PLA) و پلیمرهای پایه نشاسته‌ای هستند که به ترتیب حدود ۴۷٪ و ۴۱٪ از کل پلیمرهای مصرفی قابل تجزیه در محیط زیست را تشکیل میدهند. بیو پلاستیک‌های بر پایه نشاسته در سطح جهان از تنوع بیشماری برخوردار میباشند. از این میان ذرت، سیب زمینی، کاساوا و چغندر قند بیشترین استفاده را در صنعت بیو پلاستیک‌ها دارند. در اروپا، پلیمرهای زیست تجزیه پذیر نشاسته‌ای عمده‌ترین نوع بیو پلاستیک‌های مصرفی هستند که ۶۲٪ از بازار را تشکیل می دهند. دلیل این امر ظرفیت بزرگ منابع نشاسته  در اروپا است. پس از آن PLA، با ۲۴٪ و سایر انواع پلیمرهای قابل تجزیه در محیط زیست با ۱۴٪ بیشترین حجم بیو پلاستیک‌ ها را تشکیل میدهند.

تحقیقات گسترده‌ای بر روی برخی از بیوپلاستیک های ساخته شده بر این جنس به ویژه PLA و بیوپلاستیک های نشاسته ای در حال انجام است تا این محصولات بازیافت نیز شوند. به دلیل استفاده از منابع تجدید پذیر در این نوع پلاستیک ها، آنها در کانون توجه و توسعه فنی قرار گرفته است. هدف پروژه های آزمایشی جدید ایجاد فرآیندها و جریان های بازیافت است. این پیشرفت پویا ثابت می‌کند که بیوپلاستیک ها پتانسیل شکل‌دهی به صنعت پلاستیک و تولید مواد جدید و نوآورانه و رقابتی را دارند.

آنها یک گروه نسبتاً کوچک هستند و عمدتاً در ترکیب با نشاسته یا سایر پلاستیک‌های زیستی استفاده می‌شوند. زیرا عملکرد آنها با قابلیت زیست تجزیه پذیری و خواص مکانیکی که دارند بهبود می بخشد. این پلاستیک های زیست تخریب پذیر در حال حاضر هنوز در فرآیندهای تولید پتروشیمی ساخته می شوند. با این حال، نسخه های نیمه زیستی این مواد در حال حاضر در حال توسعه هستند و در آینده نزدیک در دسترس خواهند بود.

از آنجایی که بیوپلاستیک‌ها محصولات گیاهی هستند، انتظار می رود مصرف نفت برای تولید پلاستیک تا سال ۲۰۲۵ بین ۱۵ تا ۲۰ درصد کاهش یابد. همچنین تخمین زده شده است که تا سال ۲۰۲۵، آسیا و اروپا بیشترین سهم را در بازار بیوپلاستیک‌ها خواهند داشت. آسیا ۳۲ درصد و اروپا ۳۱ درصد از کل بازار را به خود اختصاص خواهد داد و پس از آن ایالات متحده با ۲۸ درصد قرار دارد. در حال حاضر، رشد بازار بیوپلاستیک‌ها سالانه ۱۰ درصد است که تقریباً ۱۰ تا ۱۵ درصد از کل بازار پلاستیک را پوشش می‌دهد. پیش بینی‌ها نشان می دهد که این عدد تا سال ۲۰۲۰ به ۲۵ تا ۳۰ درصد افزایش خواهد یافت.

موسسه Nova یک نظرسنجی جهانی از ۲۴۷ شرکت انجام داده است که تقریباً همه نوع بیوپلاستیک را پوشش می‌دهند. بر اساس بررسی‌ها، آنها تخمین می‌زنند که ظرفیت تولید بیوپلاستیک تا سال ۲۰۲۰ به نزدیک به ۱۲ میلیون تن افزایش خواهد یافت. این امر باعث می‌شود که سهم زیست‌پایه از ۱/۵ درصد در سال ۲۰۱۱ به ۳ درصد در سال ۲۰۲۰ افزایش یابد. ظرفیت‌ها در آسیا و آمریکای جنوبی به دلیل دسترسی بهتر به منبع تغذیه انجام خواهد شد. شکل زیر نمای کلی از تغییر در تولیدات جهانی پلاستیک‌های زیستی را بر اساس مناطق نشان می دهد. سهم اروپا از ۲۰ درصد به ۱۴ درصد و آمریکای شمالی از ۱۵ درصد به ۱۳ درصد کاهش خواهد یافت. سهم تولید بیوپلاستیک‌های آسیا از ۵۲ درصد به ۵۵ درصد افزایش خواهد یافت. در حالی که سهم آمریکای جنوبی از ۱۳ درصد به ۱۸ درصد افزایش خواهد یافت.

همچنین انتظار می‌رود که ترکیب ظرفیت تولید بیوپلاستیک ها یا همان پلاستیک های زیستی از ۵۸ درصد پلاستیک های زیست تخریب ناپذیر در سال ۲۰۱۲ به ۸۷ درصد در سال ۲۰۱۶ تغییر قابل‌توجهی داشته است. از این رو تخمین زده می شود که بازار بیوپلاستیک‌ها به دلیل تقاضای بالای مصرف‌کننده، قیمت بالای سوخت‌های فسیلی، افزایش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و نیاز به محصولات دوستدار و سازگار با محیط زیست در آینده نه چندان نزدیک رو به رشد خواهد بود. طبق مطالعه ای که توسط موسسه مشاوره هلموت کایزر انجام شد، کمتر از ۳ درصد از کل زباله های پلاستیکی در سراسر جهان بازیافت می شوند. در حالی که نرخ بازیافت ۳۰ درصد برای کاغذ، ۳۵ درصد برای فلزات و ۱۸ درصد برای شیشه است. در حال حاضر، تقاضا برای بیوپلاستیک ها به دلیل تجدیدپذیری و در دسترس بودن مواد خام، عملکرد پیشرفته و ویژگی‌های فنی، و گزینه بازیافتی که ارائه می‌دهند، در حال افزایش است.

بیوپلاستیک ها در صنایع بیشماری مورد استفاده قرار می‌گیرند. از صنایع بسته بندی و ظروف پذیرایی، لوازم الکترونیکی مصرفی، خودروسازی، کشاورزی/باغبانی و اسباب‌بازی  گرفته تا منسوجات و در صنایع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. صنعت بسته بندی با بیش از ۵۳ درصد (۱/۱۴ میلیون تن) بزرگترین بخش بازار بیوپلاستیک ها در سال ۲۰۱۹ را به خود اختصاص داده است. پس از آن، صنایعی مانند خودرو و حمل و نقل یا ساختمان و ساخت و ساز به طور قابل توجهی سهم خود را در استفاده از بیو پلاستیک ها افزایش دادند. پلاستیک‌های زیستی نه تنها به سبک‌تر کردن خودروها به منظور صرفه‌جویی در مصرف سوخت کمک می‌کنند، بلکه ابزار اضافی برای کاهش انتشار کربن و تأثیر آن بر محیط‌زیست را فراهم می‌کنند. از مصارف دیگر در حال توسعه برای بیوپلاستیک ها در صنعت گاز شیل است. از این بیوپلاستیک ها در حین هیدروفراکینگ به عنوان محافظ سازگار با محیط زیست برای ایجاد شکستگی در لایه‌های سنگ برای آزاد سازی روغن و گاز استفاده می شود. نمودار زیر کاربرد انواع پلاستیک‌ها را به تفکیک در بازار در سال ۲۰۱۹ نمایش میدهد.

 

 

افزایش استفاده از بیوپلاستیک ها در تمام بخش های بازار ناشی از افزایش تقاضا برای محصولات پایدار و سازگار محیط زیست توسط مصرف کنندگان و برندهای سبز است. همچنین رشد بازار بیو پلاستیک ‌ها به عواملی چون اولویت مصرف کننده به استفاده از محصولات دوستدار محیط زیست، استفاده از مواد اولیه تجدید پذیر، زیست تجزیه پذیری و سیاست‌های دولت در قبال خریدهای سبز مرتبط است. این امر به دلیل آگاهی روزافزون از تأثیرات منفی پلاستیک ها و آلودگی های ناشی از آنها بر محیط زیست و همچنین پیشرفت‌ها و نوآوری‌های مداوم صنعت بیوپلاستیک در  یافتن مواد جدید با خواص بهبود یافته و عملکردهای جدید است. 

از معتبر‌ترین شرکت های صنعت بیوپلاستیک در جهان می‌توان به  Metabolix Inc (ایالات متحده)، BASF SE (آلمان)، Corbion N.V (هلند)، NatureWorks LLC (ایالات متحده)، Biome Technology Plc (انگلستان) و در ایران به برند به زیست اشاره نمود.

 

———————————————————————————————————————————-

بیو پلاستیک | مزایا و معایب پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر | خط تولید بیوپلاستیک | قیمت دستگاه تولید بیوپلاستیک | پلاستیک سلولزی | پلاستیک گیاهی چیست | پلاستیک تجزیه پذیر | پلاستیک سبز | ساختار پلاستیک سبز | تولید پلاستیک از نشاسته | روش تولید بیوپلاستیک | خط تولید بیوپلاستیک | ظروف گیاهی | قیمت ظروف گیاهی | نمایندگی‌ ظروف گیاهی | کارخانه تولید ظروف یکبار مصرف گیاهی در تهران | ظروف گياهي تهران | تولیدی ظروف گیاهی | بزرگترین تولید کننده ظروف یکبار مصرف گیاهی | کاتالوگ ظروف یکبار مصرف | خرید اینترنتی ظروف یکبار مصرف گیاهی | خرید ظروف یکبار مصرف گیاهی | لیوان گیاهی | به زیست | محصولات دوستدار محیط زیست | محصولات گیاهی

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دیدگاه

نام *

ایمیل *

وب‌ سایت

بیو پلاستیک

Δdocument.getElementById( “ak_js” ).setAttribute( “value”, ( new Date() ).getTime() );

چشم انداز اکو کلیکی کمک که حفظ محیط زیست پاک در این سیاره شگفت انگیز است تا نسل آینده نیز از آن به خوبی‌ استفاده کنند. تجربه ما در جستجوی راهکار برای حل مشکلات زیست محیطی و بررسی دقیق محصولات دوستدار محیط زیست به ما این ایده را داد تا این وبسایت راه‌اندازی شده و مشتریان با اطمینان از اینکه این محصولات ارائه شده به محیطی‌ زیست ضرر رسان نبوده، استفاده نمایند.


نام کاربری یا آدرس ایمیل *


رمز عبور *

ورود

حساب کاربری ندارید؟


سیستم مختصات انواع گروه بیو پلاستیک هاDownloads-icon

ورود
/
عضویت

بیوپلاستیک‌ ها، مواد پلاستیکی هستند که از ترکیبات شیمیایی میکروب‌ ها، باکتری‌ ها یا گیاهان حاصل می‌ شوند. بیوپلاستیک‌ ها در مقایسه با پلاستیک‌ های سنتی تولید شده از مواد نفتی، زیست‌تخریب‌ پذیر بوده و از منابع تجدیدپذیر به دست می‌ آیند.

همانطور که می‌ دانید، پلاستیک‌ ها کاربرد های فراوانی در صنایع مختلف دارند و نقش مهمی در زندگی مدرن امروزی ایفا می‌ کنند. از آن جا که بیشتر پلاستیک‌ های فعلی از نفت حاصل می‌ شوند و در نتیجه تجزیه‌ پذیر نیستند، از بین بردن آن به یک مسئله جدی زیست‌ محیطی تبدیل شده است. بعلاوه، به دلیل محدود بودن و غیر قابل احیا بودن ذخایر منابع نفت، تولید پلاستیک حاصل از آن، این روزها مقرون به‌ صرفه نیست، بنابراین بیوپلاستیک‌ ها جایگزینی مناسب و حامی محیط زیست برای پلاستیک‌ های معمولی و سنتی خواهند بود.

پلی هیدروکسی بوتیرات یا PHB اولین بیوپلاستیک تولید شده است که در سال 1926 توسط موریس لمونی فرانسوی کشف شد. به دلیل این که در زمان کشف نخستین بیوپلاستیک، نفت ارزان و فراوان یافت می‌ شد، توجه چندانی به آن نشد. اما در نیمه دهه 1970 بحران نفت موجب شد تا علاقه مندی برای یافتن جایگزین مناسبی برای محصولات نفتی، افزایش یابد. در اواخر قرن بیستم، محققان توانستند با استفاده از فناوری DNA و ژنتیک مولکولی، انواع بیوپلاستیک‌ ها را برای کاربردهای مختلف تولید کنند.

امروزه بیوپلاستیک‌ ها مصرف چندانی در تولید جهانی پلاستیک ندارند. پیشرفت‌های مهندسی در آینده ممکن است قابلیت تولید این ماده را افزایش دهد و موجب کاهش هزینه‌ های تولید آن شود. در عصری که با کاهش منابع و افزایش قیمت نفت مواجهیم و از طرفی دیگر آگاهی‌ افراد راجع به محیط زیست در حال افزایش است، احتمال رشد و توسعه بازار بیوپلاستیک‌ ها در آینده نزدیک وجود دارد.

بیو پلاستیک

• کاهش مصرف کربن• صرفه‌ جویی در انرژی تولید• عدم استفاده از مواد غیر قابل تجدید در فرایند تولید• کاهش ضایعات و آلودگی‌های زیست‌محیطی• عدم وجود مواد افزودنی مضر برای سلامتی در آن‌ها• عدم تغییر عطر و طعم مواد غذایی توسط آن‌ها

بیوپلاستیک‌ ها در بخش‌های مختلف صنعت به کار می‌ روند از جمله:

• صنایع پزشکی و دارویی• صنایع غذایی • صنایع نساجی• صنایع بسته‌ بندی• تولید اسباب‌ بازی• دنیای مد و فشن (الیاف طبیعی)• تولید کیسه‌های خرید حامی محیط زیست

در برخی کشورها مانند بنگلادش، استفاده از کیسه‌ های یک بار مصرف به دلیل این که لوله‌ های فاضلاب را می‌ گیرند و باعث وقوع سیل می‌ شوند، ممنوع شده است. همچنین، در اروپا روی کیسه‌ های یک بار مصرف مالیات اعمال شده است. بعلاوه، زباله‌ های پلاستیکی هر ساله موجب مرگ و میر گونه‌های مختلف جانوران آبزی از جمله نهنگ‌ ها و لاک‌ پشت‌ های دریایی می‌ شود. امروزه موضوع جزیره‌های مملو از زباله‌ های پلاستیکی به یک مسئله زیست‌ محیطی جدی تبدیل شده است.

برای حل این مسئله، استفاده از بیوپلاستیک‌ ها بعنوان جایگزینی مناسب برای پلاستیک‌ های سنتی و یک‌ بار مصرف توصیه می‌ شود. برخی بیوپلاستیک‌ ها پلیمرهایی هستند که از محصولات کشاورزی، سلولز، سیب‌ زمینی و ذرت به دست می‌ آیند.

از آخرین خبر ‌های ما مطلع باشید :

مارا دنبال کنید:

تمامی حقوق برای پلیمرمال محفوظ می باشد

طراحی توسط طراحی سایت ودیانا

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

بیو پلاستیک

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

فرم تعارض منافع

فرم کپی رایت

فلوچارت پذیرش مقاله

راهنمای نگارش مقاله

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1
گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، واحد قائمشهر، دانشگاه ازاد اسلامی، قائم شهر، ایران

2
گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، واحد قائمشهر، دانشگاه ازاد اسلامی، قائم شهر،

3
گروه زیست شناسی ، دانشکده علوم پایه ، واحد گرگان، دانشگاه آزاد اسلامی، گرگان، ایران

چکیده

در دنیا سالانه میلیون ها تن پلاستیک تولید می شود که بسیار بادوام هستند و صدها سال طول می کشد تا به خودی خود تجزیه شوند. بیو پلاستیک ها نوع خاصی از پلاستیک هستند که از منابع روغن های گیاهی، نشاسته، سلولز یا مشتقات باکتریایی تولید شده و از این نظر با پلاستیک های عادی بسیار متفاوت است، که در آینده جایگزین خوبی برای انواع پلاستیک ها خواهد بود. 70 نمونه از محل بازیافت زباله ها جمع آوری شد ، کشت و خالص سازی روی نوترینت آگار انجام شد و این نمونه ها با روش رنگ امیزی نیل آبی جهت تشخیص ایزوله های مولد پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)رنگ امیزی شدند و به مدت ۲روز در دمای 37 درجه سلسیوس در محیط کشت Minimal Broth Davis کشت داده شد. پس از قرار دادن نمونه ها بر روی لام و رنگ آمیزی با توجه به شدت رنگی که ایجاد شده است برای تولید بیو پلاستیک استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که میکروارگانیسم باسیلوس سرئوس، پلی- ۳ هیدروکسی بوتیرات فراوانی در هر دو محیط (فاضلاب و خاک) تولید می کند که برای تولید بیوپلاستیک، هم در مقیاس آزمایشگاهی هم در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. طبق نتایج بدست آمده ،تولید بیوپلاستیک ها از طریق باسیلوس های جداشده از ایزوله های باکتریایی، امکان پذیر است.

کلیدواژه‌ها

لطف ورزی, امین, حسینی, سید طالب, باقری هاشم آباد, علی, پردلی, حمید رضا, یلمه, فرهاد, آهنی آذری, آنیا. (1400). تولید بیو پلاستیک توسط باسیلوس های ایزوله شده از خاک محل دفن زباله و فاضلاب استان گلستان. دانش زیستی ایران, 16(1), 41-48.

امین لطف ورزی; سید طالب حسینی; علی باقری هاشم آباد; حمید رضا پردلی; فرهاد یلمه; آنیا آهنی آذری. “تولید بیو پلاستیک توسط باسیلوس های ایزوله شده از خاک محل دفن زباله و فاضلاب استان گلستان”. دانش زیستی ایران, 16, 1, 1400, 41-48.

لطف ورزی, امین, حسینی, سید طالب, باقری هاشم آباد, علی, پردلی, حمید رضا, یلمه, فرهاد, آهنی آذری, آنیا. (1400). ‘تولید بیو پلاستیک توسط باسیلوس های ایزوله شده از خاک محل دفن زباله و فاضلاب استان گلستان’, دانش زیستی ایران, 16(1), pp. 41-48.

لطف ورزی, امین, حسینی, سید طالب, باقری هاشم آباد, علی, پردلی, حمید رضا, یلمه, فرهاد, آهنی آذری, آنیا. تولید بیو پلاستیک توسط باسیلوس های ایزوله شده از خاک محل دفن زباله و فاضلاب استان گلستان. دانش زیستی ایران, 1400; 16(1): 41-48.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

برای دریافت اخبار و اطلاعیه های مهم نشریه در خبرنامه نشریه مشترک شوید.


اصل مقاله 365.48 KDownloads-icon
نی نی سایت

بیو پلاستیک
بیو پلاستیک


دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

با تبلیغات در سایت ما و اینترنت بیشتر دیده شوید.