معرفی بسپارهای زیست تخریب پذیر: پلی استرآمیدها

 

مقدمه

امروزه استفاده از بسپارهای زیست تخریب­پذیر برای کاربردهای متنوع گسترش یافته است اما تولید این بسپارهای پرکاربرد با چالش­­هایی نیز همراه است. به عنوان مثال: مقاومت گرمایی پایین، در بعضی موارد خواص مکانیکی ضعیف و همچنین قیمت بیشتر در مقایسه با انواع پایه نفتی و متداول از جمله چالش­های تولید انواع زیست­ بسپارهاست. از جمله مهم­ترین راهبردهای مقابله با چالش­های یاد شده، اصلاح شیمیایی بسپار و همچنین استفاده از روش­های مختلف برساخت (سنتز) با هدف تولید زیست­ بسپارهای جدید و یا ارتقای خواص بسپارهای موجود است.

 

معرفی پلی ­استرآمیدها

پلی ­استرهای آلیفاتیک، زیست­ تخریب ­پذیر هستند اما اغلب خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیفی دارند در حالی که پلی­ آمیدهای آلیفاتیک خواص مکانیکی خوبی دارند اما زیست ­تخریب ­پذیر نیستند. به منظور همپوشانی خواص یاد شده (ایجاد همزمان خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب و خاصیت زیست ­تخریب ­­پذیری)، تولید پلی­ استرآمیدها اهمیت یافت. پلی ­استرآمیدها را به اختصار PEA نیز می­نامند. به سبب ایجاد پیوندهای هیدروژنی در پلی ­استرآمیدها تغییراتی در ساختار آنها ایجاد شده و بدین ترتیب به صورت همزمان از یک سو خواص فیزیکی و مکانیکی این بسپار (PEA) تقویت شده و از سوی دیگر تاثیر مثبتی نیز بر خاصیت تخریب ­پذیری این بسپار داشته است.

در فرآیندهای تولید نسل جدید پلی­ استرآمیدها، هر یک از دو بسپار پلی ­آمید و پلی­استر از نظر ساختار اصلاح می­شوند تا خواص PEA نهایی نسبت به نسل اولیه آن بهبود یابد. در فرآیندهای تولید متداول PEA از آمیدهای اسیدچرب اتیل­ هیدروکسی (HEFA) استفاده می­شود. در حالی که در فرآیند تولید نسل جدید (اصلاح­شده) PEA استفاده از انواع پلی ­اتیلن­ گلیکول به جای HEFA مدنظر قرار گرفته است.

اولین و مهم­ترین تولیدکننده ­ی پلی­ استرآمیدها شرکت سوئدی Polymer factory است که از سال 2005 با هدف تحقیق­ و­توسعه و تولید انواع بسپارهای جدید شروع به فعالیت کرده است. این شرکت انواع پلی ­استرآمیدها را با جرم مولکولی و خواص متفاوت (ساختار و انحلال ­پذیری مختلف) با نام تجاری Hybrane به فروش می­رساند. در وبگاه این شرکت، آمادگی برای عقد قرارداد و انجام مطالعات تحقیق ­وتوسعه و همچنین تولید انواع مختلف گونه ­های پلی ­استرآمیدی برای کاربردهای مختلف اعلام شده است.

 

برساخت (سنتز) پلی ­استرآمیدها

پلی­استرآمیدها طی بسپارش تراکمی پلی­ استرها و پلی ­آمیدها تولید می­شوند. نحو­ه­ی قرار گرفتن گروه­های استری و آمیدی در زنجیره­ ی بسپار پلی ­استرآمید، می­تواند به صورت متناوب، تصادفی و یا حتی قطعه­ ای باشد که هر یک از این آرایش­ها خواص متفاوتی را برای بسپار نهایی ایجاد می­کنند. شکل 1 تصویری از فرآیند بسپارش تراکمی پلی­استرآمیدهای قطعه­ای و تصادفی را نشان می­دهد.

[EasyDNNGallery|21864|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل1. تصویری از فرآیند بسپارش تراکمی پلی­استرآمیدهای قطعه­ای و تصادفی

تکپارهایی (مونومر) که برای تولید پلی­استرآمید استفاده می­شوند عبارتنداز : دی­استر –  دی­آمین­ها، دی­­آمید – دی­ال­ها، دی­آمید –  دی­استرها و یا چنداسترها (الیگواسترها). به عنوان مثال شکل 2 تولید پلی­استرآمید را طی سنتز دی­آمید – دی­ال و دی­استر نشان می­دهد.

[EasyDNNGallery|21865|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل2. تولید پلی­استرآمید طی سنتز دی­آمید – دی­ال و دی­استر یا دی­اسید کلریدها

 

 دی ­استر- دی­آمین­ ها از واکنش آمینواسید با یک دی­ال آلیفاتیک و یا یک آمینوالکل با سوکسینیک ­اسید و یا تارتاریک ­اسید تهیه می­شوند. واکنش­ جانبی که حین تولید دی­استر- دی­آمین­ها رخ می­دهد، واکنش حلقه­ گشا است که طی آن یک لاکتون حاوی گروه انتهایی هیدروکسیلی تولید می­شود. عمدتا دی­استردی­آمین­ها به روش محلولی و یا بسپارش بین­سطحی تولید می­شوند.

دی­آمید- دی­استرها نیز از واکنش گلیسین­ استر یا ɛآمینوکاپروئیک استر و یک دی­اسیدکلرید در حضور تری­اتیل ­آمین تولید می­شوند.

از ­نظر ریخت­ شناسی: اکثر پلی­ استرآمیدها اریخت (آمورف) هستند مگر اینکه طی فرآیند بسپارش آنها از واحدهای سباسیک ­اسید و گلیسین یا گلیسیل ­گلیسین استفاده شده باشد؛ در این صورت ریخت­شناسی پلی­استرآمید نیمه­بلورین خواهد بود.

از روش­های دیگر تولید پلی­استرآمیدها، فرآیند بسپارش مذاب است که طی آن از دی­آمید – دی­ال و دی­متیل – آدیپات با نسبت استوکیومتری یک به  یک استفاده می­شود. لازم به یادآوری است که با افزایش گروه ­های متیلن­دی­ال دمای ذوب واکنش کاهش می­یابد.

پلی­ استرهای تصادفی از واکنش دی­ آمید – دی­اسید، 1-4 بوتان دی­ال و سباسیک اسید (حاوی 10-30 درصد مولی آمید) تولید می­شوند. با افزایش درصد مولی ­آمید موجود، دمای گذار شیشه­ای به دماهای بالاتری انتقال می­یابد. یکی دیگر از روش­های مهم تولید پلی­ استرآمیدهای تصادفی با استفاده از بسپارش حلقه ­گشا لاکتون­ ها و لاکتام­ هاست. این روش به عنوان تجاری­ترین فرآیند تولید پلی ­استرآمیدهای تصادفی معرفی می­شود.

به طور کلی می­توان نتیجه گرفت که خواص پلی ­استرآمیدهای تولید شده به طور مستقیم وابسته به نوع فرآیند بسپارش (محلولی، بین­ سطحی و یا مذاب) و همچنین نوع تکپارهای مصرفی طی فرآیند بسپارش و ساختار آنهاست.

 

 

تخریب