تطوير وتطبيق بلاستيك البوليمر القابل للتحلل الحيوي، البلاستيك القابل للتحلل الحيوي هو نوع جديد من النوع مع وظيفة تحلل مواد البوليمر، في عملية الاستخدام، يتعلق الأمر بنفس النوع من البلاستيك الشائع مع الصحة المقابلة وأداء التطبيق ذي الصلة، و بعد أن تؤدي وظيفتها الكاملة، يمكن أن تتحلل المادة بسرعة في ظروف البيئة الطبيعية ويصبح من السهل إعطاؤها شظايا بيئية أو سحقها، ومع مرور الوقت، يصبح المزيد من التدهور في النهاية منتجات أكسدة (ثاني أكسيد الكربون والماء)، وتعود إلى الطبيعة.
تطوير وتطبيق المواد القابلة للتحللالبلاستيك البوليمر، البلاستيك القابل للتحلل الحيوي هو نوع جديد له وظيفة تحلل مواد البوليمر، أثناء عملية الاستخدام، يتعلق الأمر بنفس النوع من البلاستيك الشائع مع الأداء الصحي المناسب وأداء التطبيق ذي الصلة، وبعد وظيفته الكاملة، فإن المادة يمكن أن يتحلل بسرعة في ظروف البيئة الطبيعية فيصبح من السهل أن تعطى البيئة شظايا أو سحقها، ومع مرور الوقت مزيد من التدهور تصبح في نهاية المطاف منتجات الأكسدة (ثاني أكسيد الكربون والماء)، والعودة إلى الطبيعة.
استنادا إلى التلوث البيئي الناجم عن النفايات البلاستيكية، فضلا عن الطلب على حماية البيئة واحتياجات الإنسان، فمن الملح دراسة مواد البوليمر القابلة للتحلل.في وقت محدد وفي ظل ظروف بيئية معينة، سوف يتغير التركيب الكيميائي للمواد البلاستيكية القابلة للتحلل.وفقا لأسباب التغيرات في تركيبها الكيميائي، يمكن تقسيم المواد البلاستيكية القابلة للتحلل إلى فئتين: البلاستيك القابل للتحلل والمواد البلاستيكية القابلة للتحلل الضوئي.
1. آلية تحلل المواد البلاستيكية القابلة للتحلل
بشكل عام، يشير البلاستيك القابل للتحلل إلى نوع من البلاستيك الذي يمكن أن يتحلل إلى جزيئات صغيرة من خلال عمل الكائنات الحية الدقيقة في التربة أو الإشعاع الشمسي. ويجب أن يفي بمتطلبات استخدام المنتجات وسهل المعالجة على أساس خصائص قابلة للتحلل.إن طبيعة عمل ضوء الشمس على مواد البوليمر هي التأثير الشامل للأشعة فوق البنفسجية في ضوء الشمس والأكسجين في الهواء، لذلك يطلق عليه أيضًا تحلل الأكسدة الضوئية.خذ البولي أوليفين كمثال لشرح آلية تدهور الأكسدة الضوئية.في جوهرها، تؤدي الأكسدة الضوئية إلى كسر سلسلة البوليمرات أو تشابكها، وتتشكل في هذه العملية بعض المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين، مثل الأحماض الكربوكسيلية والبيروكسيدات والكيتونات والكحوليات.تعتبر بقايا المحفزات في البوليمرات وبدء مجموعات البيروكسيد والكربوكسيل التي يتم إدخالها أثناء المعالجة هي المصادر الرئيسية للتحلل.
تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة (أساسا الفطريات والبكتيريا والطحالب، وما إلى ذلك)، يمكن أن تتآكل البوليمرات أو يتم استقلابها لإحداث تغييرات في تركيبها الكيميائي وانخفاض الوزن الجزيئي.يمكن تقسيم آلية العمل بشكل أساسي إلى حالتين:
(1) العمل البيوفيزيائي.أي أنه بعد تآكل المنتجات البلاستيكية بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، فإن نمو الخلايا البيولوجية، يعزز تحلل البوليمرات أو التأين أو البروتون، وقد تسبب هذا الإجراء المادي على البوليمر في حدوث أضرار ميكانيكية، حيث يؤدي الوزن الجزيئي العالي للبوليمر إلى أجزاء قليلة القسيم، وذلك تحقيق الغرض من التدهور الجسدي.
(2) العمل البيوكيميائي – العمل المباشر للإنزيمات.تحدث هذه الحالة بسبب تآكل الإنزيمات التي تفرزها الفطريات أو البكتيريا، مما يؤدي إلى انقسام البلاستيك أو تفككه التأكسدي، ويتسبب في انقسام أو تحلل البوليمرات غير القابلة للذوبان إلى أجزاء قابلة للذوبان في الماء، مما يؤدي إلى توليد مركبات جزيئية صغيرة جديدة (CH4، CO2 وH2O) حتى التحلل النهائي.
بشكل عام هناك فرضيتان حول آلية التحلل الحيوي للمواد البوليمرية التي تؤدي إلى التحلل الحيوي.والآخر عبارة عن قطع غازي من نهاية السلسلة.ولذلك، فإن الخصائص الهيكلية للمواد، مثل التركيب، وهيكل السلسلة الرئيسية والجانبية، وحجم المجموعات النهائية، ووجود أو عدم وجود مقاومة فراغية مكانية، هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على أداء تدهورها.من بينها، خصائص السلسلة الرئيسية لها تأثير أكبر.إذا كانت السلسلة الرئيسية للبوليمر تحتوي على روابط تتحلل بسهولة، فسوف تتحلل حيويًا بسهولة.ثانيًا، إذا كان العمود الفقري مرنًا، فسيكون معدل التحلل سريعًا نسبيًا، بينما إذا كان العمود الفقري صلبًا ومنظمًا، فسيكون معدل التحلل بطيئًا.
يتم تقليل قابلية التحلل الحيوي لمواد البوليمر عن طريق التفرع والتشابك.على سبيل المثال، فإن إدخال مجموعات كارهة للماء في نهاية السلسلة الجزيئية لحمض البوليلاكتيك (PLA) يمكن أن يقلل من معدل التآكل في المرحلة الأولية من التحلل.وذلك لأنه في عملية التحلل الأصلية، يعتمد تآكل PLA بشكل أساسي على بنية نهاية السلسلة الجزيئية، وتؤدي إضافة المجموعات الكارهة للماء إلى انخفاض معدل التآكل.بالإضافة إلى ذلك، قام بعض الباحثين بدراسة التركيب الكيميائي للبوليمرات والوزن الجزيئي النسبي للمواد التي تلعب دورًا مهمًا في تحللها.
2. تطوير المواد البلاستيكية القابلة للتحلل
يمكن أن يكون اتجاه تطوير المواد البلاستيكية القابلة للتحلل في المستقبل على النحو التالي:
(1) تم تحضير المواد البلاستيكية القابلة للتحلل من خلال دراسة آلية التحلل الحيوي للبوليمرات القابلة للتحلل، وتمت دراسة وتطوير البلمرة المشتركة للمواد البلاستيكية القابلة للتحلل مع البوليمرات العادية الموجودة والبوليمرات الميكروبية والبوليمرات الطبيعية.
(2) البحث عن الكائنات الحية الدقيقة التي يمكنها إنتاج البلاستيك البوليمر، واستكشاف البوليمرات الجديدة، وتحليل آلية تركيبها بالتفصيل، وتحسين إنتاجيتها من خلال الطرق الحالية وطرق الهندسة الوراثية، ودراسة الطرق الفعالة لزراعة الكائنات الحية الدقيقة.
(3) الاهتمام بالتحكم في معدل التحلل، وتطوير معززات ومثبتات التحلل الفعالة لتحسين أداء التحلل الحيوي للمواد البلاستيكية القابلة للتحلل، وتقليل تكلفتها، وتوسيع نطاق تطبيق السوق.
(4) البحث ووضع تعريف موحد للمواد البلاستيكية القابلة للتحلل، وإثراء وتحسين طريقة تقييم التحلل البيولوجي، ومواصلة فهم آلية التحلل.
وقت النشر: 13 أغسطس 2019