موضوع مقاله: بیوپلاستیک | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # بیوپلاستیک | مقدمه: بیوپلاستیک را می‌توان از محصولات جانبی کشاورزی و همچنین از بطری‌های پلاستیکی استفاده شده و سایر ظروف با استفاده از میکروارگانیسم‌ها تهیه کرد. | ## بخش 1: بیوپلاستیک | 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. مثل بسته‌بندی، ظروف سفالی، قاشق، چنگال و چاقوسازی، گلدانها، کاسه و لگن‌های پلاستیکی و نی‌های نوشیدنی.Chen, G. 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. نمونه بارز آن کشور ایتالیا است که از سال ۲۰۱۱ با یک قانون، استفاده از پلاستیک‌ها و نایلکس‌های تجدیدپذیر اجباری شد. ورقه‌های ساده پلاستیک‌های نشاسته ای می‌توانند در خانه، با نشاسته ژلاتینی شده و ریخته‌گری محلول ساخته شود.نشاسته خالص قادر به جذب رطوبت است در نتیجه یک ماده مناسب برای تولید کپسول‌های دارویی توسط بخش داروسازی است. 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. هر چند نشاسته با آمیلوز بالا عمل‌آوری کمتری دارد، به جهت ژلاتینی شدن در درجه حرارت بالا و غلظت مذاب بالاتر مناسب تر است. پلاستیک‌های تجدید پذیر نشاسته ای معمولاً با پلیمرهای زیست تجدید پذیر ترکیب می‌شوند. | ## بخش 2: بیوپلاستیک | 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. این ترکیبات زیست تجزیه پذیر نیستند، اما نسبت به پلاستیک‌های نفتی و پتروشیمی اثر کربنی کمتری دارند و برای کاربردهای مشابه استفاده می‌شوند. 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. 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. یک گروه در دانشگاه شانگهای توانست یک پلاستیک سبز نو ظهور سلولوزی از طریق متد پرس گرم تولید کند. برای مثال گلوتن گندم و کازئین (پروتئین اصلی شیر) ویژگی‌های امید بخشی را به عنوان مواد اولیه، برای تولید پلیمرهای زیستی تجدیدپذیر ارائه می‌دهند. پروتئین سویا به عنوان یک منبع دیگر ساخت پلاستیک تجدید پذیر مورد توجه قرار گرفته است. پروتئین سویا بیش از ۱۰۰ سال است که برای ساخت و تولید پلاستیک مورد استفاده قرار گرفته است. 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. ظاهراً شبیه به پلاستیک‌های رایج مشتق شده از مواد نفتی و پتروشیمی است (مانند PS). 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. | ## بخش 3: بیوپلاستیک | PLA همین‌طور رایج‌ترین نوع از رشته پلاستیکی است که برای مدل‌سازی رسوب مذاب خانگی استفاده می‌شود. برای نمونه صنایع شکر سازی آمریکای جنوبی تصمیم دارد محصولات PHB را در مقیاس صنعتی گسترش دهد. آنها می‌توانند به شکل ورقه شفاف با نقطه ذوب بالاتر از ۱۳۰ درجه سلسیوس که تجدیدپذیر و بدون پسماند و تفاله است، عمل آیند. 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. 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. 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. 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 کرده است 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. 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. 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 شده است که قادر به بازیابی و بازیافت از طریق عکس العمل‌های انتقال دینامیکی کاربامول‌ها 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 گشوده است. | ## جمع‌بندی | 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.