چگونه می توان پلاستیک ها را طوری طراحی کرد که خواص مفید خود را حفظ کنند و در عین حال راحت تر بازیافت شوند؟
به گزارش تکناک، استفان مکینگ و گروه تحقیقاتی او در دانشگاه Konstanz بر روی مطالعه راه حل های سازگار با محیط زیست برای بازیافت پلاستیک متمرکز شده اند. آنها در مقاله اخیر خود در نسخه بین المللی Angewandte Chemie، پلی استر جدیدی را معرفی می کند که خواص مناسبی برای مصارف صنعتی دارد و سازگار با محیط زیست است.
پلاستیک ها از زنجیره های بلند یک یا چند ماژول اساسی شیمیایی، که به اصطلاح مونومر نامیده می شوند ساخته شده اند. پلاستیک‌هایی که با کریستالی بودن و آب‌گریزی بالا متمایز می‌شوند، از نظر مکانیکی بسیار انعطاف‌پذیر و پایدار هستند و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک مثال شناخته شده پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) است که ماژول های اصلی آن از مولکول های هیدروکربن غیر قطبی تشکیل شده است. آنچه از یک طرف ممکن است خواص مفیدی برای کاربردها باشد، می‌تواند اثرات نامطلوبی نیز داشته باشد: بازیافت این گونه پلاستیک ها و بازیابی ماژول های اولیه بسیار انرژی بر و ناکارآمد است. همچنین، اگر چنین پلاستیک‌هایی به محیط نشت کنند، فرآیند تخریب بسیار طولانی است.
برای غلبه بر این ناسازگاری بین پایداری و زیست تخریب پذیری پلاستیک ها، مکینگ و تیمش “نقاط شکست” شیمیایی را در مواد خود وارد می کنند. آنها قبلاً نشان دادند که این امر قابلیت بازیافت پلاستیک های پلی اتیلن مانند را تا حد زیادی بهبود می بخشد. با این حال، زیست تخریب پذیری خوب به طور خودکار تضمین نمی شود. مکینگ توضیح می‌دهد: پلاستیک‌ها اغلب انعطاف‌پذیری بالایی پیدا می‌کنند، زیرا در ساختارهای کریستالی متراکم مرتب شده‌اند. کریستالی بودن در ترکیب با خاصیت دفع آب معمولاً به شدت فرآیند تجزیه زیستی را کاهش می دهد، زیرا دسترسی میکروارگانیسم ها به نقاط شکست را مختل می کند. با این حال، این در مورد پلاستیک جدید محققان صدق نمی کند.
کریستالی و در عین حال تجزیه پذیر
پلاستیک جدید، پلی استر-2،18، از دو ماژول اصلی تشکیل شده است. یک واحد دیول کوتاه با دو اتم کربن و یک اسید دی کربوکسیلیک با 18 اتم کربن. هر دو ماژول را می توان به راحتی از منابع پایدار به دست آورد. به عنوان مثال، ماده اولیه اسید دی کربوکسیلیک، که جزء اصلی پلاستیک است، از یک منبع تجدید پذیر می آید. خواص پلی استر شبیه HDPE (پلی اتیلن با دانسیته بالا) است. به عنوان مثال، به دلیل ساختار کریستالی آن، هم پایداری مکانیکی و هم مقاومت در برابر دما را نشان می دهد. در همان زمان، اولین آزمایش‌ها برای قابلیت بازیافت نشان داد که در شرایط نسبتاً ملایم، ماژول‌های اصلی این ماده قابل بازیابی هستند.
پلاستیک جدید همچنین دارای خاصیت کاملا غیرمنتظره دیگری است. همانطور که آزمون های آزمایشگاهی با آنزیم‌های طبیعی و آزمایش‌ها در یک کارخانه کمپوست صنعتی نشان داد، علی‌رغم کریستالی بودن بالا، زیست تخریب‌پذیر است. میکروارگانیسم های کارخانه کمپوست حدود دو ماه زمان نیاز داشتند، بنابراین این پلاستیک حتی استانداردهای کمپوست ISO را نیز رعایت می کند. مکینگ می گوید: ما نیز از این تخریب سریع شگفت زده شدیم. اما آنها تأیید می‌کنند که این ماده واقعاً زیست تخریب‌پذیر است و نشان می‌دهد که در صورت انتشار ناخواسته در محیط، مقاومت بسیار کمتری نسبت به پلاستیک‌هایی مانند HDPE دارد.
هم قابلیت بازیافت این پلی استر و هم زیست تخریب پذیری آن در شرایط محیطی متغیر در حال حاضر باید بیشتر مورد مطالعه قرار گیرد. مکینگ کاربردهای احتمالی این ماده جدید را می بیند، به عنوان مثال در پرینت سه بعدی یا در تولید فویل های بسته بندی.
