کامپوزیت های زیست تخریب پذیر امروزه با توجه به حفظ محیط زیست از اهمیت فراوانی برخوردار است. یکی از مواد تولیدی کامپوزیت های زیست تخریب پذیر، پلاستیک می باشد، که در مقاله منظور از پلاستیک زیست تخریب پذیر چیست؟ به فواید زیست تخریب پذیر بودن پلاستیک ها پرداخته شد.
امروزه با پيشرفت تكنولوژي و ساخت مواد مصنوعي و آلياژهاي فلزي، استفاده از مواد طبيعي در كامپوزيت‌ها كاهش يافته و مواد ديگري مثل الياف شيشه و نايلون جايگزين آن شده است. كامپوزيتهاي زمينه پليمري گسترش قابل ملاحظهاي در صنايع، خصوصا صنعت خودرو يافتهاند. اما يكي از مشكلاتي كه ممكن است آنها را تهديد كند، بحث عدم سازگاري آنها با محيط زيست است. البته پليمرهاي گرمانرم مشكل كمتري دارند، چون قابل بازيافت ميباشند؛ ولي اين پليمرها نيز بعد از چند بار بازيافت دچار افت خواص ميگردند. ميزان پلاستيكهاي تجاري مصرف شده همچون PE، PVC، PS، PP و غيره در كشور ايران، در سال 1365 حدود 220 هزار تن بوده و هم اكنون اين رقم از مرز 1 ميليون تن فراتر رفته است. از اين ميزان هر ساله حدود 50-30 درصد ضايعات وارد پسماندها و زباله‌ها ميشود كه از نظر زيست‌محيطي و اقتصادي بسيار حائز اهميت است.
میزان تولید پلاستیک در جهان و راه حل های آن
در سال ٢٠١٠ ميلادي ميزان توليد سالانه پلاستيک در جهان ۸٠ ميليون تن برآورد شد که اين ميزان بيانگر بيش از ۵٠٠ % رشد در طول ٣٠ سال گذشته ميباشد. در تلاش براي غلبه بر اين گونه مشکلات زيست محيطي، محققين و مهندسين بر روي توليد پلاستيک، از منابع تجديد پذيري همچون گياهان کار کردهاند. زيست تخريب ناپذير بودن پلاستيکهاي سنتي به دليل بزرگ و طويل بودن بيش از حد مولکولهاي پليمري و وجود اتصالات محکم بين آنهاست که در نهايت شکسته شدنشان توسط ميکرواورگانيسمها(microorganisms) را بسيار مشکل و حتي غيرممکن ميسازد اما پلاستيكهاي زيستتخريبپذير(Biodegradable plastics) به سادگي توسط فعاليت موجودات زنده به واحدهاي سازنده خود تجزيه شده و در محيط باقي نمي ماند.
مشکلات پلاستیک ها در طبیعت
مواد پلاستيكي داراي ارزش حرارتي بالايي بوده و از نظر بيولوژيكي تجزيه آنها به سختي انجام مي‌گيرد، باكتريها به ندرت آنها را مورد حمله قرار مي‌دهند به طوري كه اين مواد مدت بسيار طولاني بدون تغيير در كمپوست برجاي مانده و به آساني از بين نمي روند. استفاده از اين مواد در سالهاي اخير جهت ساخت ظروف يك‌بار مصرف و همچنين مصالح ساختماني همچون كفپوش، لوله و اتصالات، ايزولاسيون، ماشين و ابزارآلات، چسب‌ها و غيره افزايش يافته است. به كارگيري اين مواد در بسته‌بندي به جاي كاغذ يا كارتن يا كاربرد آن به جاي شيشه و چوب نيز از ديگر علل ازدياد توليد پلاستيك در عصر حاضر است.
در بسياري موارد نيز مواد پلاستيكي با ساير مواد مخلوط شده و مورد استفاده قرار مي‌گيرند. به منظور رفع اين مشكل محققان در پي توليد پلاستيكهاي زيست تخريب‌پذير و محيط دوست(environmentally) از منابع تجديد شونده و جايگزين كردن آنها هستند. هر چند كه ممكن است سالهاي زيادي زمان لازم باشد كه بشر بتواند تمام محصولات فعلي خود را جايگزين با محصولات محيط دوست كند.
زیست تخریب پذیر (Biodegradable) به چه معناست؟
واژه زيست تخريب پذير بدين معناست که ساختار يک ماده مي تواند توسط ميکرواورگانيسمهاي موجود در طبيعت شکسته شده، به ريز واحدهاي سازنده خود تجزيه شده و به مواد سادهتري تبديل گردد و در نتيجه براي هميشه در طبيعت باقي نماند. ايده توليد پلاستيکهاي زيست تخريب پذير از اواخر دهه ۸٠ ميلادي مطرح شد. در آن زمان شک و ترديدها در مورد کاربرد واقعي اين گونه پلاستيک ها وجود داشت چرا که هنوز معيارهاي اندازهگيري و استاندارهاي ويژهاي در اين رابطه تهيه و تدوين نگرديده بود، اما امروزه با توسعه مطالعات، دانش بشر در اين زمينه پيشرفت محسوسي داشته و حتي استاندارهاي ويژه اي تدوين گرديده که در زير چند مورد از آنها معرفي مي شود.
استاندارد های مواد زیست تخریب پذیر (برای همه مواد و کامپوزیت های زیست تخریب پذیر)
- استاندارد قابليت تبديل شدن به کمپوست در مراکز شهري و صنعتي توليد کمپوست ASTM D6400
- استاندارد مربوط به قابليت تخريب پذير بودن ليبل (برچسب) مورد استفاده در بسته بندي محصولات ASTM D6868
- استاندارد مربوط به قابليت زيست تخريب پذيري پلاستيک هاي غيرشناور در محيط درياييASTM D7081
- و غيره.
به طور کلي، تجزيه ۶٠ الي ۹٠ درصد يک محصول در مدت ۶٠ تا ١۸٠ روز و در يک محيط توليد کمپوست استاندارد، از الزامات زيست تخريب پذير بودن پلاستيک است. چون اين مواد اساس طبيعي دارند، بنابراين توسط ساير موجودات نيز مورد مصرف قرار مي‌گيرند. اگرچه فرآيند زيست تخريب‌پذيري به آرامي درمحيط‌هاي خاكي و آبي انجام مي‌گيرد ولي به دليل آن كه ديگر لازم نيست هزينه چنداني صرف تصفيه مواد زائد ورودي به طبيعت شده و طبيعت طي چرخه ذاتي خود اين مواد را به طور كامل تخريب مي‌كند حائز اهميت است.
دو ديدگاه كلي براي توليد هرچه بيشتر پليمرهای زیست تخریب پذیر
- ديد زيست محيطي: در واقع اين مواد بايد به گونه‌اي باشند كه سريعا مورد تجزيه قرار گرفته و به راحتي با برنامه‌هاي مديريت پسماندها و بازيافت از محيط خارج شوند.
- ديد صنعتي: اين مواد بايد داراي دوام و كارايي كافي و مناسب بوده و قيمت تمام شده آنها نيز مناسب و در مجموع استفاده از آنها مقرون به صرفه و اقتصادي باشد.
تقویت کننده های طبیعی برای کامپوزیت ها
به تازگي استفاده از الياف طبيعي به عنوان تقويت کننده پلاستيکها، درکاربردهايي مانند مصالح ساختماني و اجزاي اتومبيل مطرح شده است. ترکيب پلاستيكها و الياف يا ذرات طبيعي با افزودنيهاي مختلف، کامپوزيتي توليد ميکند که در اکثر شرايط محيطي داراي پايداري مناسبي بوده و به دليل برخورداري از خواص مناسب در عين شباهت ظاهري به محصولات چوبي به عنوان جايگزيني بسيار مناسب از آنها استفاده ميگردد. استفاده از ذرات چوب در پلاستيکها علاوه بر اينکه باعث کاهش مصرف پلاستيك در اين محصولات شده است از نقطه نظر زيست محيطي و اقتصادي مزاياي بسياري را براي اين کامپوزيت ها فراهم ميآورد.
استفاده از الياف چوب علاوه بر کاهش مصرف پليمر باعث افزايش استحکام اين کامپوزيتها نيز ميگردد. استفاده از اين الياف طبيعي مزيتهاي فراواني دارد که برخي از آنها عبارتند از: تجديد پذيري، هزينه کم، وزن سبک ودستيابي به خواص مکانيکي و فيزيکي نسبتا بهتر. به عنوان الياف طبيعي مورد استفاده در تقويت پلاستيکها مي توان از چوب، کتان، کنف و ضايعات محصولات کشاورزي نام برد. پژوهش هاي نسبتا زيادي دراين زمينه انجام شده اما تمرکز آنها بيشتر روي خواص مکانيکي وخاصيت آبدوستي چوب وخاصيت آبگريزي ماتريس پلاستيک و ايجاد سازگاري بهتر بين اين دو ماده در کامپوزيت هاي توليد شده از پليمر هاي نفتي يا مصنوعي بوده است و کمتر روي چوب پلاست هاي با پليمر گياهي يا پلاستیک هاي زيست تخريب پذير تحقيق شده است.
استفاده از ضایعات طبیعی در کامپوزیت ها
با قطع يك درخت و تبديل آن به الوار، تير يا كُنده براي كاربرد در ساخت محصولات و سازههاي چوبي، تنها حدود 50 % از اين درخت قابل استفاده مفيد بوده و مابقي آن به صورت ضايعات به هدر خواهد رفت. اين موضوع در حالي است كه از تركيب اين ضايعات با مواد پلاستيكي، ميتوان كامپوزيتي توليد نمود كه در فضاي باز بدون هيچگونه محافظت و نگهداري خاص، عمر مفيدي بيش از 20 سال داشته و با توجه به قابل بازيافت بودن اين كامپوزيت، آسيبي نيز به محيط زيست وارد نمي شود.
در توليد محصولات چوبي ساليانه مقدار زيادي ضايعات چوبي ايجاد مي شود ( آمريکادرحدود 63 ميليون تن درسال 2002) که استفاده از اين ضايعات در توليد ، باعث پايين آمدن قيمت تمام شده محصول ميشود. بنابراين از ضايعات چوب درمقايسه با ساير الياف طبيعي بيشتر استفاده ميشود. علاوه بر اين، کامپوزيت های چوب پلاستيك به دليل استفاده از ترموپلاستيكها به عنوان ماده پايه داراي ويژگي قابل توجه بازيافتپذيري ميباشند. بدين صورت که استفاده از اين محصولات اين امکان را فراهم ميکند که در صورت عدم استفاده از آنها، ميتوان آنها را مانند مواد پلاستيکي پرنشده دوباره مورد فرايند قرار داد و قطعات جديدي از آنها توليد نمود.
مجموعه خواص فيزيکي و مکانيکي اين کامپوزيت ها علاوه بر عدم استفاده از مواد سمي و شيميايي و نقش پررنگ آنها در حفاظت از منابع طبيعي مانند جنگلها، باعث گرديده که در سالهاي اخير اين مواد به عنوان کامپوزيتهاي سبز(Green composites) شناخته شوند.
شرایط از بین رفتن پلاستیک های زیست تخریب پذیر
پلاستيک هاي زيست تخريب پذير، با دفن شدن، يا در صورتي که نور، اکسيژن و رطوبت مورد نياز براي تخريب پذيري وجود داشته باشد از بين مي روند، در غير اين صورت اين پلاستيکها ساليان سال باقي ميمانند. البته لازم به ذکر است چوب پلاستيکهاي توليد شده از پليمرهاي گياهي بصورت %١٠٠ تجزيه پذير، زيست تخريب پذير يا قابليت تبديل شدن به کمپوست را ندارند، اين گونه چوب پلاستيکها از طريق افزودن برخي افزودنيها به پلاستيک هاي سنتي به دست مي آيند. افزودنيهاي مربوطه باعث ميشوند که پلاستيک به دست آمده پس از مدتي به تکههاي کوچکتر تبديل شود که البته اين تکه هاي کوچک مانند پلاستيک هاي سنتي، ممکن است تا مدتها در طبيعت باقي بمانند. در شکل 1 سرعت های تجزيه مواد مختلف درطبيعت نشان داده شده است.
شکل 1: سرعت هاي تجزيه مواد مختلف درطبيعت
خواص مکانیکی کامپوزیت های سبز (کامپوزیت های زیست تخریب پذیر)
خواص مکانيکي اين کامپوزيتها به اجزاي تشکيل دهندهي آن، الياف و ماتريس و نحوهي اتصال بين آنها بستگي دارد. مروري برمدل هاي موجود براي کامپوزيت ها با الياف کوتاه نشان ميدهد در اين مدلها فرض بر آن است که شکست در الياف اتفاق ميافتد يا اينکه کشيده شدن الياف همراه با شکست در ماتريس مي باشد. اگرچه الياف طبيعي از قبيل چوب استحکام و مدول پايينتري در مقايسه با برخي الياف مصنوعي موجود دارد، اما اين الياف نسبت استحکام به وزن مطلوبي دارند. به همين دليل با تاکيد بر اين نکته، الياف مصنوعي با الياف طبيعي جايگزين مي شود. مشکل اصلي الياف طبيعي با پلاستيکها ناسازگاري بين آب دوستي الياف وآبگريزي پليمرها مي باشد که اين ناسازگاريها منجر شده تا سبب چسبندگي ضعيف و کاهش توانايي ماتريس در انتقال تنش به الياف شود.
اندازه ذرات، چگونگي چسبندگي سطح مشترک ماتريس و ذرات، درصد حجمي ذرات و شکل ذره از جمله عوامل تاثيرگذار بر خواص مکانيکي کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف ميباشد. عوامل زيادي بر روي عملکرد کامپوزيت هاي تقويت شده با الياف طبيعي تاثير دارند، ليکن در اصل، تماس بهتر بين الياف با ماتريس سبب افزايش استحکام کامپوزيت تقويت شده خواهد شد. چسبندگي با افزودن عامل سازگاردهنده بهبود مييابد زيرا عامل سازگاردهنده مادهاي شيميايي بوده که با گروه قطبي وغيرقطبي خود به ترتيب در ساختار الياف طبيعي و پليمر سازگاري ايجاد ميکند.
به این مقاله امتیاز بده
مقاله قبلی سایت تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید
همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ تخصص، محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. البته به شرطی که مقاله کپی از سایت های دیگر و حتی خودتون نباشد. مقالات تا همیشه در سایت خواهند ماند.
اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.
برای تبلیغ خدمات و محصولات تخفیفدار خود در صفحه اول سایت با حداقل هزینه اقدام نمایید(از اینجا بیشتر مطالعه کنید).
در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.
