دنیای پلیمرها (بررسی انواع پلیمرها – بیوپلیمرها – سنتز پلیمرها و …)

بروزرسانی: فایل PDF مقاله در بخش دانلود قرار گرفت.

مقدمه

  • پلیمرها دسته بزرگی از مواد هستند که از اتصال تعداد زیادی مولکول کوچک تکراری (مونومر) تشکیل می شوند.
  • روش اتصال مولکول ها به یکدیگر را پلیمره شدن یا پلیمریزاسیون می نامند.
  • تعداد انی مولکول های کوچک در زنجیره دراز پلیمری را درجه پلیمریزاسیون می نامند.
  • نامگذاری بسیاری از پلیمرها با افزودن پسوند پلی به اول نام مونومر تشکیل دهنده آنها انجام گرفته است؛ به عنوان مثال پلی اتیلن از مونومر اتیلن و پلی پروپیلن از مونومر پروپیلن ساخته شده است.
  • از مزایای اصلی پلیمرها می توان به قیمت نسبی پایین، سادگی و تهیه و تولید، چگالی پایین، خواص فیزیکی مکانیکی و شیمیایی متنوع و قابل تبدیل اشاره کرد.

 

مروری بر واژه پلیمر

پلی (Poly) به معنی چندتا و مِر (Meros) به معنی بخش است و Mer کوچک ترین جزء زنجیره پلیمر است.

تفاوت کلمات پلاستیک و پلیمر در این است که پلاستیک به قطعات نهایی تکمیل شده و پلیمر به مواد خام اولیه اطلاق می گردد.

مروری بر واژه بسپار

در فرهنگستان زبان و ادب فارسی، استفاده از کلمه بسپار به جای پلیمر مصوب شده است. بسپار از ترکیب ۲ بخش «بس» یعنی بسپار و «پار» به معنی پاره یا قطعه، که روی هم معنی پاره ها (قطعات) بسپار را می دهد که دقیقا معادل کلمه پلیمر است، تشکیل شده است. این واژه زیبا و کارآمد را مرحوم دکتر محمد مقدم در سال ۱۳۴۸ پیشنهاد داد و در کتاب فرهنگ مصاحب نوشته مرحوم مصاحب به چاپ رسانید. قدمت کلمه بسپار بیش از ۴۰ سال است اما تا سال ۱۳۶۰ هیچ استفاده ای از آن نشده بود و از آن سال به بعد کم کم استفاده از آن رواج پیدا کرد. شاید بتوان گفت یکی از مهم ترین عوامل گسترش استفاده از کلمه بسپار، مجله بسپار است که سال هاست با این نام در حال چاپ است و اکنون استفاده از این کلمه عمومی شده و در جاهای بسیاری استفاده می شود.

تاریخچه صنعت پلیمر

صنعت پلیمر در سال ۱۳۶۸ میلادی (۱۲۴۷ شمسی) با تولید سلولوئید توسط جان وزلی هیت آغاز شد و از اولین وسایلی که به وسیله آن ساخته شد شانه، برس و توپ بیلیارد بود. اولین پلاستیک طبیعی که در آمریکا مورد استفاده قرار گرفت کراتین بود. اما نخستین پلیمر کاملا سنتزی که در مقیاس تجاری تولید شد و باعث تحول در صنعت پلیمر شد. رزین فنل فرمالدهید بود که در سال ۱۹۰۹ میلادی توسط دانشمند بلژیکی به نام لئو باکند تولید شد و نام تجاری باکلیت روی آنها نهاده شد. از آن سال تاکنون باکلیت در طیف وسیعی از محصولات استفاده می شود. مهم ترین کاربردهای آن هم اکنون ساخت سوئیچ های الکتریکی و پریزهای برق می باشد. از دیگر پلیمرهای اولیه می توان به ملامین فرمالدهید نیز اشاره کرد. موادی که هم از جهت زنجیره و هم از جهات جانبی پیوند های فیزیکی بر قرار نمایند.

انواع پلیمر

  • پلیمر های نرم: نرم از لحاظ ترمودینامیکی و یا سینتیکی
  • پلیمر های سخت: سخت از لحاظ ترمودینامیکی و یا سینتیکی

هدف‌ رشته‌ مهندسی‌ صنایع‌ پلیمر تولید کلیه‌ محصولات‌ پلیمری‌ از قبیل‌ لاستیک‌، پلاستیک‌، الاستومر، رزین‌ و سایر مواد مورد نیاز صنعت‌ است‌. پلیمرها کاربرد پزشکی‌ نیز دارند. مثلاً دندان‌ مصنوعی‌ و لنزهای‌ چشمی‌ همه‌ از مواد پلیمری‌ ساخته‌ می‌شوند. در کل می‌توان گفت که مهندسی صنایع پلیمر شناخت، طراحی،‌ فرمولاسیون، آنالیز و بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی سه ماده عمده لاستیک،‌ پلاستیک و کامپوزیت است.

پلاستیک ها

درگیری‌های فیزیکی همچون گره خوردگی‌های بین زنجیری (Entanglements) باعث عدم شارش زنجیرها می‌شود و نیروهای بین زنجیری مانند پیوندهای هیدروژنی این درگیری‌ها را تشدید می کنند و باعث مستحکم تر شدن ساختار ماده و بهبود خواص آن می شوند. یک چنین ساختاری در ترموپلاستیک ها سبب می‌شود که ماده، توانایی ذوب شدن را داشته باشد و درنتیجه قابل بازیافت تلقی شود. دلیل این امر نیز ضعیف تر بودن نیروهای بین زنجیری نسبت به نیروی کووالانسی درون زنجیری میان مونومرهای تشکیل دهنده زنجیر پلیمر است که با افزایش دما می توانیم براین نیروی بین زنجیری غلبه کرده و پلیمر را ذوب کنیم که این مسئله بیانگر فرآیند پذیری آسان و همچنین وجود صرفه اقتصادی است. پلیمرهای مشهوری چـون PC ،PMMA ،PS، پلی پروپیلن، پلی اتیلن و … جزء این خانواده هستند.

الاستومرها

الاستومرها دارای اتصالات شیمیایی (کووالانسی) بین زنجیره‌های خود هستند؛ چون نیروهای بین زنجیری همچون نیروهای درون زنجیری ازنوع کووالانسی است؛ درنتیجه امکان ذوب شدن از ماده سلب شده و دیگرقابل بازیافت نیست. ازطرفی فرآیند کراسلینکینگ، فرآیندی با هزینه گران است و شکل دهی الاستومرها سخت بوده و همواره با محدودیت هایی همراه می‌باشد؛ ولی با تمام این وجود به دلیل خواص ویژه الاستومرها نیازمند کاربرد آنها می باشیم و ترموپلاستیک‌ها نمی توانند این کاربردها را به خود اختصاص دهند. رابرهای مشهوری چون NBR ،SBR ،BR ،NR جزو این خانواده می باشند. کاربرد الاستومرها منتج از Tg بسیار پایین آنها است که درترموپلاستیک‌ها وجود ندارد و از طرفی الاستومرها بدون وجود اتصالات عرضی خواص کاربردی خود را از دست می دهند و گفتیم که وجود این اتصال عرضی شیمیایی یعنی عدم توانایی در ذوب کردن ماده و در نتیجه عدم توانایی در بازیافت آن ماده.

ترموپلاستیک الاستومرها

با توجه به معایب و مزایای پلاستیک‌ها و الاستومرها این فکر مطرح شد که باید الاستومرها را با اتصالات قابل ذوب با یکدیگر درگیر کرد که در دمای کاربرد خاصیت الاستومری را حفظ کرده و در دماهای بالا بتوان آنها را ذوب کرد که ایجاد یک چنین رفتاری یعنی به وجود آوردن شرایط فرایندی پلاستیک‌ها برای الاستومرها همراه با حفظ خواص الاستومری. این ایجاد اتصال عرضی غیرشیمیایی مبنای به وجود آمدن علم ترموپلاستیک الاستومرها شد. نتیجه ای که این فکر دربرداشت، به وجود آوردن سیستم‌های چند فازی (Multi-Phase Systems) بود که یک فاز آن شامل ماده یا موادی است که دردمای اتاق سخت (Hard) هستند که توانایی جریان پیدا کردن با حرارت دهی را دارند و فاز دیگر شامل ماده یا موادی نرم تر (Softer Material) که در دمای اتاق به صورت رابری (Rubber like) است تشکیل شده است.

این نکته را باید مد نظر داشته باشیم که بخش‌های Soft و Hard باید از نظر ترمودینامیکی ناسازگار باشند به طوریکه در داخل یکدیگر حل نشوند بلکه همچون فازهای جداگانه عمل کنند و مورفولوژی خاصی را بپذیرند.

مهندسی پلیمر

نسبت به رشته‌های مهندسی دیگر تقریبا جوان است و شکوفایی آن از زمان جنگ جهانی دوم آغاز شده است. اما به دلیل کاربرد روزافزون پلیمر در صنایع مختلف، این رشته به سرعت رشد کرده و امروزه جزو یکی از رشته‌های مهم کشورهای صنعتی پیشرفته می‌باشد. هدف رشته مهندسی صنایع پلیمر تولید کلیه محصولات پلیمری از قبیل لاستیک، پلاستیک، الاستومر، چسب‌ها، رزین و سایر مواد مورد نیاز صنعت است. برای مثال طراحی و تولید تایر ماشین در صنایع لاستیک، لوله‌های پلی‌اتیلن در صنایع پلاستیک و انواع الیاف شیشه فایبرگلاس ها در کامپوزیت ها به یاری متخصصان مهندسی صنایع پلیمر انجام می‌گیرد یا حتی در این رشته شکل‌دهی رزین‌ها نیز مطرح است که برای مثال می‌توان به ساخت ملامین اشاره کرد. حتی کیسه‌های پلاستیکی و روکش ظروف نچسب از مواد پلیمری می‌باشند. در واقع در رشته مهندسی صنایع پلیمر هر آنچه که به این مواد بر می‌گردد، مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرد. البته پلیمرها فقط کاربرد صنعتی ندارند بلکه کاربرد پزشکی نیز دارند. مثلا اگر کشکک زانوی یک نفر آسیب ببیند و ترمیم آن امکان‌پذیر نباشد، شبیه به همان کشکک زانو را با مواد پلیمری درست می‌کنند و بر روی زانو قرار می‌دهند و یا داندان مصنوعی و لنزهای چشمی همه از مواد پلیمری ساخته می‌شوند که به این مواد پلیمری «پلیمرهای زیستی» می‌گویند.

زیست سازگاری

زیست سازگاری توانایی یک ماده برای یک کاربرد خاص با یک پاسخ مناسب از طرف میزبان است. در هر کاربرد بیومتریال‌ها به طور مطمئن حداقل یک فصل مشترک بین ماده و سیستم بیولوژیکی وجود دارد و در چنین فصل مشترک هایی، اجزا مولکولی سیستم بیولوژیکی با اجزا مولکولی بیومتریال برخورد کرده و با یکدیگر واکنش می دهند. از آنجایی که فعل و انفعالات اولیه بین بیومتریال و میزبان بیولوژیکی در سطح اتفاق می افتد، خصوصیات سطحی در مقیاس اتمی در مبحث بیومتریال ها اهمیت ویژه ای یافته است. پاسخ های بیولوژیکی بیشتر توسط ساختار و شیمی سطح بیومتریال کنترل می شود.  بنابراین اصلاح سطح بیومتریال با حفظ خواص فیزیکی و مکانیکی توده پلیمر اهمیت  به سزایی یافته است.

یکی از روشهای کارآمد اصلاح سطح بیومتریال ها پرتودهی توسط لیزر است. تغییرات حاصل از پرتو لیزر محدود به سطح بیومتریال ها بوده و خسارات احتمالی به توده بیومتریال ها نسبت به پرتوهای دیگر مثل گاما و الکترونی به حداقل رسیده و خواص مکانیکی آنها حفظ می شود.

با توجه به تحقیقات به عمل آمده در زمینه بهینه سازی فیلم های پلیمری با لیزر مشخص شده است که کندگی حاصل از پرتودهی لیزری با تغییرات شیمیایی و فیزیکی سطح و ایجاد گروه های عاملی جدید همراه است و ساختار منظمی که در نواحی تابش دیده ایجاد می گردد، باعث بهبود زیست سازگاری پلیمر می شود. میرزاده و همکارانش در سال ۱۹۹۲ برای اولین بار از لیزر به عنوان روشی برای اصلاح زیست سازگاری استفاده کردند. آنها با استفاده از لیزر KrF و لیزر CO۲ سطح EPR ‌‍و پس از آن پلی اتیلن ترفتالات و نیز پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) را اصلاح نموده و زیست سازگاری و خون سازگاری آنها را افزایش دادند.

روش دیگری که به طور معمول برای اصلاح سطح پلیمرها به منظور افزایش زیست سازگاری استفاده می شود، اصلاح سطح توسط پلاسما است. پلاسما که می توان از آن به عنوان حالت چهارم ماده نام برد، از اتم‌ها، مولکول‌ها و رادیکال‌های شدیدا تهییج شده، تشکیل شده است. این نام نخستین بار توسط فیزیکدان آمریکایی لانگمیر (Longmuir) در سال ۱۹۲۳ پیشنهاد شد. پلاسما محیطی غیر معمول و از لحاظ شیمیایی شدیدا فعال است و در آن واکنش‌های سطح، پلاسمای بسیاری اتفاق می افتد. دانسیته بالای اجزا یونیزه شده و تهییج شده در پلاسما می‌تواند خصوصیات سطحی موادی که به صورت طبیعی خنثی هستند، مثل سرامیک ها، فلزات و پلیمرها را تغییر دهد.

اصلاح سطح توسط پلاسما می تواند چسبندگی، ترشوندگی سطحی و زیست سازگاری یک پلیمر را افزایش دهد. علاوه بر این از پلاسما می توان برای ایجاد پوشش هایی بدون تخلخل و تثبیت مولکول‌ها و زیست مولکول‌ها استفاده کرد. اصلاح سطح با پلاسما به عنوان یک روش تجاری و موثر فرآیند پرتودهی مواد محبوبیت زیادی در زمینه پزشکی بدست آورده است. میرزاده و همکارانش توانستند با استفاده از این روش زیست سازگاری سطح پلی دی متیل سیلوکسان را افزایش دهند.

کاربردهای روش پلاسما کاملا متفاوت است و مثال‌هایی از کاربرد آن شامل استرلیزه / تمییز کردن، پوشش دهی یا رسوب دهی، اصلاح شیمی سطح زیر لایه توسط کاشت است.

بیوپلیمرها

اطرافمان از پلاستیک انباشته شده است. هر کاری که انجام می دهیم و هر محصولی را که مصرف می کنیم، از غذایی که می خوریم تا لوازم برقی به نحوی با پلاستیک سروکار داشته و حداقل در بسته بندی آن از این مواد استفاده شده است. در کشوری مثل استرالیا سالانه حدود یک میلیون تن پلاستیک تولید می شود که ۴۰ درصد آن صرف مصارف داخلی می شود. در همین کشور هر ساله حدود ۶ میلیون بسته یا کیسه پلاستیکی مصرف می شود. اگر چه بسته بندی پلاستیکی با قیمتی نازل امکان حفاظت عالی از محصولات مختلف خصوصا مواد غذایی را فراهم می کند ولی متاسفانه معضل بزرگ زیست محیطی حاصل از آن گریبان گیر بشر شده است. اکثر پلاستیک های معمول در بازار از فرآورده های نفتی و زغال سنگ تولید شده و غیرقابل بازگشت به محیط هستند و تجزیه آنها و برگشت به محیط چند هزار سال طول می کشد. به منظور رفع این مشکل، محققان علوم زیستی در پی تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر از منابع تجدیدشونده مثل ریزسازواره ها و گیاهان هستند.

واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنی موادی است که به سادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیر واحدهای سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقی نمی مانند. استانداردهای متعددی برای تعیین زیست تخریب پذیری یک محصول وجود دارد که عمدتاً به تجزیه ۶۰ تا ۹۰ درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می شود. این استاندارد در کشورهای مختلف متفاوت است. اما دلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیک های معمولی، طویل بودن طول مولکول پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده که تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه کننده با مشکل مواجه می کند.

با این حال تولید پلاستیک ها با استفاده از منابع طبیعی مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیه کنندگان طبیعی می شود.

برای این منظور و با هدف داشتن صنعتی در خدمت توسعه پایدار و حفظ زیست بوم های طبیعی، تولید نسل جدیدی از مواد اولیه مورد نیاز صنعت بر اساس فرآیندهای طبیعی در دستور کار بسیاری از کشورهای پیشرفته قرار گرفته است. در این بین تولید پلیمرهای زیستی جایگاه خاصی دارند. تولید اینگونه پلیمرها توسط طیف وسیعی از موجودات زنده مثل گیاهان، جانوران و باکتری ها صورت می گیرد. چون این مواد اساس طبیعی دارند، بنابراین توسط سایر موجودات نیز مورد مصرف قرار می گیرند و تجزیه کنندگان از جمله مهم ترین این موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما هستند.

برای بهره برداری از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:

  • دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاک را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.
  • دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و کارایی داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابری یا بهبود کیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند.

در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است.

همانطور که یاد شد، تولید پلیمرهای تجدیدشونده با بهره برداری از کشاورزی، یکی از روش های تولید صنعتی پایدار است. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد؛ نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه است. پلیمرهایی که از این روش تولید می شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربی های گیاهی هستند که به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی کاربرد دارند. دسته دیگر موادی هستند که پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند. مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند که مثال بارز آن پلی هیدروکسی آلکانوات ها هستند. باکتری ها از جمله موجوداتی هستند که این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیکره سلولی خود تولید می کنند. این باکتری به سهولت در محیط کشت رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود.

رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان است که پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باکتریایی تولید PHA به ذرت انجام شده است. نکته ای که نباید از نظر دور داشت این است که به رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار کمتر از پلاستیک های سنتی باشد؛ چرا که بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد. در ادامه مبحث، تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر PHA به طور اختصاصی مورد بررسی قرار می گیرد. تقریباً تمامی پلاستیک های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی که غیرقابل برگشت به محیط هستند، به دست می آیند. راه حل جایگزین برای این منظور، بهره برداری از باکتری های خاکزی مانند Ralstonia Eutrophus است که تا ۸۰ درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیرسمی و تجزیه پذیر پلی هیدروکسی آلکانوات (PHA) هستند. PHAها عموماً از زیرواحد بتاهیدروکسی آلکانوات و به واسطه مسیری ساده با سه آنزیم از استیل-کوآنزیم A ساخته شده و معروف ترین آنها پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) است.

عملیات پلاسمای تخلیه تابش (Glow Discharge Plasma) به صورت گسترده ای به منظور اصلاح سطح پلیمرها مورد استفاده قرار می گیرد. چرا که این فرآیند  بدون حلال و خشک بوده و نیاز به استرلیزه کردن نیز کم می شود. علاوه بر این، این فرآیند  قابل کنترل بوده و به صورت همگن و یکنواخت سطح را اصلاح می کند.

پلاسمای تخلیه تابش شامل ذرات خنثی با انرژی بالا، یون‌ها و الکترون‌هاست که می تواند با سطح واکنش داده و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سطح را تغییر دهد. طبیعت گازهای مورد استفاده و انرژی یون‌ها پارامترهای مهمی است که می تواند بر روی خصوصیات سطح تاثیر بگذارد. پلاسمای تخلیه تابش با استفاده از القا یک پتانسیل الکتریکی یا پرتوهای الکترومغناطیسی (مثل میکروویو یا فرکانس های رادیویی) در فشارهای پائین ایجاد شود.

منابع RF به دلیل توانایی ایجاد مقادیر زیاد پلاسمای پایدار و یکنواخت و نیز دمای نسبتا پائین، برای اصلاح سطوح زیست مواد بسیار مناسب است.

در چند سال اخیر اصلاح سطوح پلیمرهای پزشکی به منظور بهبود زیست سازگاری انجام گرفته است. پلی استایرن اصلاح سطح شده به صورت گسترده ای در کاربردهای پزشکی به عنوان ظروف کشت سلول به خاطر غیر سمّی  بودن، شفافیت بالا در طیف مرئی، قیمت تولید پایین و شکل پذیری آسان، استفاده شده است.

این حقیقت وجود دارد که پلی استایرن خالص آبگریز بوده و نمی تواند محیط مناسبی را جهت رشد سلولی فراهم آورد. بسیاری از محققان روش های گوناگونی را جهت  اصلاح سطح پلی‌استایرن به منظور بهبود زیست سازگاری و نیز دستیابی به خصوصیاتی مثل آنتی باکتریال بودن، چسبندگی انتخابی و جهت گیری سلولی مورد بررسی قرار داده اند. روش‌های شیمیایی اصلاح سطوح، مثل روش‌هایی که در بالا اشاره شده است، معمولا به فرآیندهای پیچیده، مواد پوشش دهی که به راحتی در دسترس قرار ندارند و نیز هزینه بالا نیاز دارند. بنابراین هنوز چالشی وجود دارد که بتوان با استفاده از یک روش ساده و تجاری سطح پلی استایرن را به صورت فیزیکی اصلاح نمود.

کاربرد بیوپلیمرها

هزینه تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر، تقریباً ۱۰ برابر هزینه تولید پلاستیک های معمولی است. با وجود مزایای بی شمار زیست محیطی این پلاستیک ها مثل تجزیه کامل آنها در خاک طی چند ماه، هزینه بالای تولید آنها باعث اقتصادی نبودن تولید تجارتی در مقیاس صنعتی بود. با این وجود بازار کوچک و پر سودی برای این محصولات ایجاد شد و از پلاستیک های زیست تخریب پذیر برای ساخت بافت های مصنوعی بهره برداری شد. با وارد کردن این پلاستیک ها در بدن، آنها به تدریج تجزیه شده و بدن بافت طبیعی را در قالب پلاستیک وارد شده دوباره سازی می کند. در این کاربرد تخصصی پزشکی، قیمت اینگونه محصولات زیستی قابل مقایسه با کاربردهای کم ارزش اقتصادی پلاستیک در صنایع اسباب بازی، تولید خودکار و کیف نیست.

هزینه تولید PHAها با تولید آنها در گیاهان اصلاح ژنتیکی شده و کشت وسیع در زمین های کشاورزی، به نحو قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت. این موضوع باعث شد که شرکت مونسانتو در اواسط دهه ۹۰ میلادی امتیاز تولید PHA را از شرکت ICI کسب کند و به انتقال ژن های باکتری به گیاه منداب بپردازد. مهیا کردن شرایط برای تجمع PHAها در پلاستید به جای سیتوسل، امکان برداشت محصول پلیمری را از برگ و دانه ایجاد کرد. مهم ترین مشکل لاینحل باقی مانده در بخش فنی این پروژه، نحوه استخراج این پلیمر از بافت های گیاهی با روشی کم هزینه و کارآمد است. مشکل دیگر در زمینه PHB این است که در حقیقت مهم ترین گروه از PHAها است ولی متاسفانه شکننده بوده و در نتیجه برای بسیاری از کاربردها مناسب نیست. بهترین پلاستیک های زیست تخریب پذیر، کوپلیمرهای پلی هیدروکسی بوتیرات با سایر PHAها مثل پلی هیدروکسی والرات هستند. تولید اینگونه کوپلیمرها در گیاهان اصلاح ژنتیکی شده بسیار سخت تر از تولید پلیمرهای تک مونومر است.

اگر چه تولید پلیمرها بر پایه سوخت های فسیلی مزایای زیادی برای زندگی بشر داشته است، اما غیر قابل تخریب بودن آنها پس از مصرف، آلودگی های زیست محیطی گسترده ای را به دنبال داشته است. به همین دلیل تلاش برای تهیه پلیمرهای زیست تخریب پذیر روز به روز در حال گسترش است. دراین میان پلیمرهای طبیعی به عنوان مواد قابل تجدید و زیست تخریب پذیر مورد توجه جدی قرار گرفته اند و پلی یورتان ها از طرف دیگر پلیمرهایی هستند که به دلیل ساختار و ویژگی های منحصر به فرد خود در صنایع مختلف از جمله صنایع پزشکی مصرف روز افزون دارند. از آنجا که پلی یورتان به صورت طبیعی با بدن انسان سازگار است، با استفاده از مواد طبیعی برگرفته از طبیعت سازگاری آن با بدن بیش از پیش تقویت شد. به این معنا که اگر از این پلیمر چسب زخم تهیه شود، زخم بدن فرد با سرعت بیشتری بهبود می یابد؛ زیرا بدن کاملاً آنرا می پذیرد و به شکل ساختار بدن در می آید.

افزایش زیست تخریب پذیری، آبدوستی و همچنین عدم ایجاد سمیت و زیست سازگاری پلی پورتان و پلی ساکاریدها نشان دهنده استعداد این پلیمرهای زیست تخریب پذیر برای کاربردهای مختلف از جمله ایمپلنت ها، بیوسنسورها، بخیه های قابل جذب، پوشش زخم ها، تصفیه فاضلاب های صنعتی، لنزهای چشمی، عدسی و شیشه عینک است. در واقع می توان از پلیمرهایی که به صورت طبیعی در طبیعت وجود دارند، استفاده کرد و آن را در زنجیره پلیمر مصنوعی وارد کرد، که این عمل باعث سازگار شدن آن با محیط زیست خواهد شد.

دراین کار از پلی ساکاریدهایی مانند نشاسته، کیتین (برگرفته از پوست خرچنگ و میگو) و کیتوسان (برگرفته از کیتین) استفاده کرده ایم. بیشترین کاربرد این محصول در بخش پزشکی است.

سنتز پلیمرها

پلیمرها را می توان هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی تولید کرد؛ عملیات سنتز پلیمری را می توان به سه دسته ی: آزمایشگاهی، بیولوژیکی و سنتز پلیمرهای طبیعی اصلاح شده دسته بندی کرد.

سنتز آزمایشگاهی

سنتز آزمایشگاهی پلیمر می تواند به دو صورت پلیمریزاسیون (همان سنتز پلیمر) افزایشی یا (پلیمریزاسیون زنجیره ای) و پلیمریزاسیون تراکمی (یا پلیمریزاسیون مرحله ای) دسته بندی کرد.

پلیمریزاسیون افزایشی: در این واکنش، منومرها یکی یکی به هم متصل شده و مولکول درشت تری را تولید می کنند. این عمل تا جایی ادامه دارد که تمام منومرها مصرف شوند، پس هیچ یک از اتم ها یا مولکول ها هدر نمی رود و همگی به پلیمر تبدیل می شوند. (یعنی محصول جانبی نداریم وتنها پلیمر تولید می شود). مثال هایی از پلیمرهایی که به این روش تولید می شوند: پلی اتن، نئوپان، پلی ونیل کراید (PVC) و … .

پلیمریزاسیون تراکمی: در این روش منومرهای مختلفی با هم واکنش می دهند تا به فرم پلیمر برسد. یعنی در ابتدا منومر ما مشخص نیست پس از انجام واکنش منومر ما تولید می شود. این واکنش می تواند میان دو یا چند منومر یا یک دیمر و یک منومر یا یک منومر و یک اولیگومر (مولکول های درشتی که تعداد منومرهای آن ها آن قدر نیست که که آن ها را پلیمر نامید). مثال هایی از پلیمرهایی که از این روش تولید می شوند: نایلون (پلی آمید)، داکرون، کولار و … .

سنتز بیولوژیکی

سنتزهای بیولوژیکی در حضور آنزیم ها ایجاد می شوند، مثل تولید DNA که از آنزیم ها سنتز شده است. بیوپلیمرها به سه دسته اصلی تقسیم می شوند: پلی ساکاریدها، پلی پپتیدها و پلی نوکلئوتیدها. عملیات پلیمریزاسیون بیولوژیکی به صورت طبیعی با حضور آنزیم های طبیعی انجام می گیرد. برای مثال: گلوکز یک قند ساده است که منومر پایه ی پلیمرهای نشاسته، سلولوز و گلیکوژن است.

سنتز اصلاح شده

سنتز پلیمرهای طبیعی اصلاح شده پلیمرهای زیادی به صورت طبیعی وجود دارد که کاربرد بسیار زیادی در زندگی روزمره ی ما دارند. این پلیمرهای طبیعی در آزمایشگاه ها تولید می شوند؛ برای مثال: حرارت دادن لاستیک در حضور سولفور باعث تبدیل آن به لاستیک جوش خورده که دارای ویژگی جالبی است، می شود. یا واکنش نیتریک اسید با سلولوز (پنبه) وتولید نیتروسلولوز که به عنوان باروت بدون دود می شناسیم.

ویرایش شده و اصلاح شده در سایت Just Education

منابع: سایت تکنولوژی پلیمرسایت رشدسایت ویکی­ پدیا

بخش دانلود

بخش دانلودتوضیحات

شامل موارد زیر:

  • فایل PDF مقاله

مشترک شوید
اطلاع از
guest
0 دیدگاه
Inline Feedbacks
View all comments

این وبسایت جهت تقویت در خدمات، از کوکی های مرورگر شما استفاده می کند. قبول کردن

0
همین حالا دیدگاه خود را به اشتراک بگذارید!x
()
x