اختصاصی بسپار/ زی‌‌مایه‌‌ها چیستند و چه خواص چندگانه‌‌ای به پلاستیک‌‌ها می‌‌بخشند؟

بسپار/ایران پلیمر زی‌‌مایه‌‌هایی (enzymes) که واکنش‌‌های شیمیایی در بدن را تسریع و تحریک می‌‌کنند، اگر بتوانند در برابر دما‌‌های بالای فراورش محافظت شوند، می‌‌توانند به کارآمدی (functionality) پلاستیک‌‌ها بیافزایند.

زی‌‌مایه‌‌ها یاریگرهای (catalysts) زیستی هستند. آن‌‌ها نیرو‌‌ محرکه‌‌ی واکنش‌‌های شیمیایی در بدن هستند، همانند زی‌‌مایه‌‌هایی که برای گوارش در بدن فعالیت می‌‌کنند و اگر نبودند زمان طولانی‌‌تر یا دماهای بیشتری برای گوارش لازم بود.
هم‌‌چنین زی‌‌مایه‌‌ها می‌‌توانند به پلاستیک‌‌ها، کارآمدی هم‌‌چون خودتمیز‌‌‌‌شوندگی، مقاومت در مقابل قارچ یا باکتری یا حتی خودتخریب‌‌شوندگی (زیست‌‌تخریب‌‌پذیری) ببخشند. با این حال، زی‌‌مایه‌‌ها بسیار حساس به گرما نیستند و پلاستیک‌‌ها معمولا در دماهای زیاد فراورش می‌‌شوند. این امر ترکیب زی‌‌مایه‌‌ها در پلاستیک‌‌ها را دشوار می‌‌سازد.
در حال حاضر، دانشمندان در موسسه‌‌ی Fraunhofer برای Applied Polymer Research (IAP) در آلمان راهی برای انجام این ‌‌کار بدون تخریب فعالیت زی‌‌مایه پیدا کردند. هدف آن‌‌ها این است که این‌‌کار را در فرایند‌‌های صنعتی انجام دهند.
موسسه‌‌ی Fraunhofer IAP اعلام کرده است که به دنبال تولید پلاستیک‌‌های زیست‌‌عامل‌‌دار شده‌‌ی در مقیاس آزمایشگاهی نیست و می‌‌خواهند نشان دهند که تولید فنی امکان‌‌پذیر است.
این سازمان، نیمی از راه را در این پروژه که از سال 2018 آغاز شده، طی کرده است. محققان از حامل‌‌های غیرآلی بسیار متخلخل برای پایداری و محافظت از زی‌‌مایه‌‌ها استفاده کرده‌‌اند. این زی‌‌مایه‌‌ها با انباشته شدن و جای گرفتن در خلل و فرج‌‌ها به حامل‌‌ها متصل می‌‌شوند.
اگرچه این کار، تحرک زی‌‌مایه‌‌ها را محدود می‌‌کند، اما هم‌‌چنان آن‌‌ها را فعال نگه می‌‌دارد و آن‌‌ها می‌‌توانند در دماهای بیشتر مقاومت کنند. اگرچه فقط یک فرایند برای همه‌‌ موارد کارساز نیست، چون حامل باید مخصوص هر زی‌‌مایه انتخاب شود و هر دو زی‌‌مایه مشابه یکدیگر نیستند.
اعمال زی‌‌مایه‌‌های پایدارکننده به توده‌‌‌‌ی پلاستیک (نه فقط در سطح) بسیار سخت است، اما دوام بیشتری دارد و از رفتگی روی سطح جلوگیری می‌‌کند. برای دستیابی به بهترین نتایج در فرایند‌‌های بعدی، زی‌‌مایه‌‌های پایدار شده باید سریعا در مذاب‌‌های داغ پلاستیک توزیع شوند تا در معرض نیروی اضافی یا دماهای بالاتر قرار نگیرد. محققان، فرایندی توسعه دادند که می‌‌تواند برای هر دو پلاستیک‌‌های زیستی و پلاستیک‌‌های مرسوم پایه نفتی هم‌‌چون پلی‌‌اتیلن استفاده شود.
به گفته‌‌ی Fraunhofer IAP، زی‌‌مایه‌‌های پایدار شده پس از بارگذاری در پلاستیک، می‌‌توانند در برابر دماهای بالاتری نسبت به قبل مقاومت کنند. این کار استفاده از زی‌‌مایه‌‌ها و همه‌‌ی مراحل فرایند را بسیار آسان‌‌تر می‌‌کند.
علاوه بر این‌‌ها، محققان روی زی‌‌مایه‌‌هایی به نام پروتئاز (proteases) توجه دارند که می‌‌تواند پروتئین‌‌ها را تجزیه کند. پلاستیک‌‌های غنی شده با پروتئاز می‌‌توانند خاصیت خودتمیزشوندگی داشته باشند. هم‌‌چون لوله‌‌هایی که در مقابل گرفتگی مقاوم هستند.
اگرچه محققان Fraunhofer IAP زی‌‌مایه‌‌های دیگری نیز مورد آزمایش قرار دادند. همکاران این پروژه در BTU Cottbus-Senftenberg روی زی‌‌مایه‌‌هایی تمرکز دارند که پلاستیک‌‌ها و اجزای سمی را تخریب می‌‌کنند.
اولین دانه‌‌ها و فیلم‌‌های عامل‌‌دار شده در حال حاضر تولید شدند و محققان منتشر کرده بودند که این زی‌‌مایه‌‌هایی که در این محصولات بارگذاری شدند فعال هستند. آن‌‌ها اختراعی برای این تحقیق ثبت کردند.

تحقیقات سبز
در همین زمان، تحقیقات درباره‌‌ی پلاستیک‌‌های سبز در حال شکوفایی است. هم‌‌چنین مواد پایه زیستی هم‌‌چون پلی‌‌اتیلن سبز از شرکت Braskem از نیشکر به جای نفت خام ساخته شده است و در بین پلاستیک‌‌های زیست‌‌تخریب‌‌پذیر و پوسیدنی (compostable) مورد توجه قرار گرفته است. این مواد معمولا از منابع زیست‌‌پایدار (sustainable) ساخته شدند.
اگرچه پلاستیک‌‌های زیست‌‌تخریب‌‌پذیر و پوسیدنی معمولا فقط تحت شرایط خاصی هم‌‌چون پوساندن صنعتی تجزیه می‌‌شوند. این به این معناست که اگر این مواد به محیط‌‌ زیست یا خاکچال‌‌ها (مکان‌‌های دفن زباله) راه یابند، پوسیده نخواهند شد.
این یک علت برای تحقیق درباره‌‌ی این‌‌که چطور پلاستیک‌‌ها بتوانند مهندسی شوند تا به طور موثرتری تجزیه شوند، می‌‌باشد. یکی از رویکردها و فرضیه‌‌‌‌های مطرح شده، استفاده از زی‌‌مایه‌‌هایی است که مولکول‌‌های پلاستیک را هضم می‌‌کنند.

رویکرد جای‌‌گیری و بارگذاری
محققان در دانشگاه کالیفرنیا در Berkeley راهی برای جای‌‌گیری زی‌‌مایه‌‌ها در پلاستیک‌‌ها ابداع کردند که می‌‌تواند آن‌‌ها را سریع‌‌تر تجزیه کند. در شکل 1 نمونه‌‌ای از پلاستیکی که توسط زی‌‌مایه‌‌ها اصلاح شده و طی 3 روز به شکل پوسال (compost) استاندارد، تجزیه شده است را نشان می‌‌دهد.

برگردان: مهندس مهسا امیرشاهرخی
[email protected]

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 242 ماهنامه بسپار که در نیمه آذرماه 1401 منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.