بیو پلاستیک و کاربرد آن در بسته بندی
ایده ساخت بیوپلاستیک ها یا پلاستیک هایی که به مرور زمان فاسد شده و به چرخه طبیعت بر میگردند به دنبال افزایش بحران پراکنده شدن پلاستیک ها حتی در ارتفاعات کوهستانی یا پهنه وسیع دریاها شکل گرفت. همواره میتوان رد پای عبور انسانی را که با بی مبالاتی یک بطری پلاستیکی به ظاهر ساده را در مسیر خود انداخته مشاهده کرد.
زباله ای که بیش از صدها سال در جنگل ها یا سواحل دریا ها می ماند. از این رو دانشمندان برای نجات از این بحران تحقیقاتی گسترده ای رابه منظور استفاده از طبیعت برای نجات طبیعت انجام داده و تلاش کرده اند با ساخت پلاستیک های گیاهی پنجره جدیدی را رو به دنیای علم به منظور پاکسازی زمین باز کنند.
مقدمه
مدت زمان 500 تا هزار سال تجزیه ی این مواد به طول می انجامد.
بازیافت آن هم دارای مشکلات و هزینه هایی است.
مسائل زیست محیطی
انتقال مواد مضر (مونمرها) به زنجیره غذایی انسان و ایجاد بیماری
کم شدن ذخایر نفتی و به دنبال آن افزایش قیمت فراورده های نفتی
چرا پلاستیک هیدروکربنی خوب نیست؟
بیو پلاستیک یا پلاستیک های ارگانیک دسته ای از پلاستیک ها هستند که از مواد تجزیه پذیر طبیعی و از بیومس یا زیست توده ساخته می شوند
پلی استر هایی که توسط گونه هایی از میکروارگانیسم ها تولید شده و اثرات سمی روی میزبان ندارند.
بیو پلاستیک ها بر دو دسته اند:
1- بیو پلاستیک تجزیه پذیر
2- بیو پلاستیک تجزیه ناپذیر
بیو پلاستیک
زیست تخریب پذیر (Biodegrable) بودن توانایی این نوع پلاستیک هاست که کربن موجود در آنها توسط میکروارگانیسم استفاده شده وآن را به مواد بی خطری مانند دی اکسید کربن و آب و توده های زنده بر می گرداند.
دلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیک های معمولی , طویل بودن طول مولکول های پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده.
در استفاده از بیو پلاستیک ها هیچ محدودیتی وجود ندارد.پلیمر گیاهی از انعطاف بیشتری برخوردارند به عنوان نمونه در مایکروویو قابل استفاده اند.
پلاستیک با پایه ی نشاسته ای
پلاستیک اسید پلی لاکتیک PLA))
پلی استر های آیفاتیک (PHA،PHB ، PHV)
پلی آمید 11
بیو پلی اتیلن
بیو پلاستیک حاصل از دستکاری ژنتیکی گیاهان GM
انواع بیو پلاستیک ها
بیو پلاستیک نشاسته ای
نشاسته به عنوان یک پلیمر طبیعی در دسترس که از گندم، سیب زمینی، ذرت به راحتی تهیه می شود. یک پلیمر ضعیف است که خاصیت هیدروفیلی دارد. بنابراین نخستین مرحله تولید یک پلیمر قوی از میان بردن این ویژگی است، افزودن اسید های چرب گیاهی چون استایریک اسید و اولئیک اسید باعث می شود تغییراتی در ترکیب اولیه پدید آید و با تشکیل گروه استری با زنجیره طویل کربنی خاصیت آب گریزی ایجاد گردد.
پلیمرهای باکتریایی سازگار با طبیعت که به شکل گرانول هایی داخل سلول
ذخیره می شوند.اندازه و نوع این گرانول ها در سلول متفاوت بوده و به نوع
میکروارگانیسم وابسته است.
پلی مرهایی مه از مونومرهای حاوی 3 تا 5 کربن پلیمریزه می شوند
Scl-PHA و پلیمرهای حاوی 6 تا 14 کربن پلیمریزه می شوند
Mcl-PHA نامیده می شوند.
یکی از مهم ترین ترکیبات گروه PHAs پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)
است.
پلی هیدروکسی آلکانوات ها (PHAs)
گونه های مختلف تولید کننده PHA
تولید کننده پلی هیدروکسی آلکانوات ها باید مزایایی از قبیل رشد سریع ،تولید بالای محصول و استفاده از منابع کم هزینه کربن داشته باشد.
باکتری های تولید کننده PHA را به دو دسته تقسیم می شوند:
گروه اول باکتری هایی هستند که برای سنتز نیاز به محدودیت داشته ( کمبود ماده غذایی مثل نیتروژن ) مانند Ralstonia eutropha
گروه دوم که به محدودیت غذایی برای تولید نیاز ندارند ، مانند latus Alcaligenes
کاربرد های PHA
اولین کاربرد های بیو پلاستیک استفاده در تولید بطری، فیبر و بسته های تجاری بود اما امروزه در پزشکی کاربرد وسیعی دارد.
مهم ترین ماده تشکیل دهنده PLA اسید لاکتیک است معمولا این ماده از تخمیر قند موجود در نیشکر و نشاسته ذرت تولید می شود.برای تولید ابتدا اسید لاکتیک به راکتور تزریق می شود و بر اثر دمای بالا و خلا به یک ماده پیش پلاستیک تبدیل می شود.این فرایند بسیار پر هزینه است.
برای حل این مشکل از یک کاتالیزور به نام زئولیت استفاده کردند که مراحل ساده تر و هزینه ها را کاهش می دهد.
پلاستیک اسید پلی لاکتیک (PLA)
نخست استخراج مستقیم پلیمر از توده زیستی گیاه می باشد.
پلیمر هایی که از این روش تولید می شوند عمدتا شامل سلولز، نشاسته، انواع
پروتئین، فیبرها و چربی های گیاهی
می باشند. دسته دیگر موادی هستند که پس از انجام فرایند هایی مانند تخمیر و
هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده
شوند.
مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل
شوند. راه دیگر جداسازی ژن های در گیر در این فرایند و انتقال آن به
گیاهان می باشد.
روش های اصلی تولید صنعتی پلیمر در ساخت بیو پلاستیک
بیو پلاستیک ها تنها از مواد دورریختنی به دست نمی آیند.
جلبک ها به عنوان منبعی برای تولید این بیو پلیمر ها می باشند.
گونه ای از این جلبک ها به میزان فراوانی شکر و هیدروکربن تولید می کنند.
پاکیزه نگه داشتن محیط زیست
سلامت و بهداشت محیط
وابسته نبودن به صنعت نفت
توسعه بخش کشاورزی
ساده تر شدن بازیافت
مزایا بیو پلاستیک ها
بسپار گیاهی علاوه بر تولید ظروف یک بار مصرف گیاهی (برای بسته بندی ) برای تولید گلدان ، فیلم های کشاورزی، البسه یک بار مصرف بیماران ، تولید اسباب بازی برای بچه ها و…
مثلا در تولید البسه یک بار مصرف بیماران نیز می بینیم که لباس آلوده بیمار را دفن می کنند و نیازی به بازیافت آن نخواهد بود. در حال حاضر در بعضی کشور ها کیسه های گیاهی تولید شده که لباس آلوده بیماران را درون آن قرار می دهند و بدون اینکه نیاز به تماس با دست و انتقال بیماری باشد مستقیما به ماشین لباسشویی بیمارستان منتقل میشود و پس از چند دقیقه کیسه حل شده و سپس لباس شسته می شود.
استفاده از آب پنیر و خمیر سیب زمینی در تولید پلاستیک های تجزیه پذیر برای ساخت مقواهای لایه لایه یا جعبه بسته بندی یا کیف پلاستیکی مواد غذایی استفاده کرد.
این مواد از زباله، پروتئین و محصولات جانبی کشاورزی است.
پلاستیک پروتئینی
پلاستیک هایی که از نشاسته ذرت ، آب پنیر، پوست میگو تهیه میشود
پلاستیک های پروتئینی هستند که به عنوان مکمل غذایی قابل خوردن هستند به عنوان مثال پوشش روی بعضی قرص ها و کپسول های خوراکی که پس از مصرف در بدن تجزیه میشوند و از بین می روند.
از پروتئین آب پنیر و زئین موجود در گلوتین ( ضایعات به جا مانده از ذرت پس از استخراج نشاسته) ورقه بسته بندی خوراکی و زیست تخریب پذیر ساخت. به عنوان پوشش بر روی شکلات ها، کیک ها، میوه جات و ورقه زیر پیتزا و شیرینی استفاده کرد.
از تمام پروتئین های حیوانی و گیاهی می توان فیلم ها و ورقه های خوراکی تهیه کرد، تکنولوژی ساخت آنها مشابه ولی فرایند تولیدشان متفاوت است. به عنوان مثال فیلم تهیه شده از آب پنیر آب دوست است یعنی در صورت جذب آب در آن حل میشود و از بین میرود در صورتی که فیلم تهیه شده از زئین ذرت آب گریز است برای بهره برداری از ویژگی های این دو نوع فیلم انها را به هم پرس میکنند و به این ترتیب به پوششی دست پیدا میکنند که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است.
پلاستیک های خوراکی
چند کاربرد و مثال بیو پلاستیک در بسته بندی
تفاله چغندر قند منبع بالقوه برای بسته بندی تجزیه پذیر ترمو پلاستیک است.برای ساخت تفاله را با اسید پلی لاکتیکPLA با استفاده از یک دستگاه اکسترودر مخلوط می کنند با کمک آب و یا گلیسیرول این نتایج حاصل شده که خواص شبیه پلی استایرن و پلی پروپلین دارد و برای بسته بندی مواد غذایی استفاده می شوند.
بازیافت یکی از مهم ترین زباله های خانگی صنعتی و غذایی یعنی پوست تخم مرغ وتولید پلاستیک دوستدار محیط زیست که در عرصه کیسه پلاستیکی شامل خرید تا مواد مورد نیاز در ساختمان سازی کاربرد دارد.
پروتئین مرتبط با قند ها در پوست تخم مرغ بسیار فراوان است.
در زنجیره تامین مواد غذایی آفریقای جنوبی دو وعده غذایی آماده دریایی در کیسه های قابل پخت و پز در مایکروویو و روی اجاق معمولی ارائه شده.این کیسه دارای دو محفظه می باشد که یکی حاوی فیله ماهی و محفظه دیگری حاوی سس مخصوص ماهی میباشد. زمانی که این بسته بندی حرارت می بیند مهر و موم این محفظه ها از بین می رود و ماهی و سس با هم مخلوط می شوند.
منابع :
www. Polymer technology. blogfa . Com
http:// daneshnameh.ir
www. Enviromental health
شبکه خبری صنایع غذایی ایران ( Iran food pack.com)
مجله فناوری و توسعه بسته بندی
انجمن کامپوزیت ایران( ماهنامه صنایع پلاستیک )
www.ircomas.org