پلیمر طبیعی چیست؟

پلیمرهای طبیعی

محققان به دنبال کاهش استفاده از پلیمرهای پایه فسیلی مثل پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، پلی اتیلن ترفتالات و ... می‌باشند. به علت مشکلات محیط زیستی بوجود آمده توسط این منابع ازجمله گرم شدن و فرسایش زمین، آلوده کردن محیط زیست(به دلیل سرعت تخریب بسیارپایین) و آزاد شدن کربن دی اکسید به هنگام تولید، استفاده از این مواد با چالش بزرگی روبه‌رو می‌باشد. از این رو  محققین به دنبال جایگزینی این مواد با پلیمرهای پایه طبیعی هستند. این مواد به دلیل منشاء گرفتن از طبیعت، دارای سرعت تخریب مناسب هستند و هم‌چنین به علت کاهش مصرف نفت، میزان گرم شدن زمین نیز از این طریق کاهش می‌دهند. از طرفی تقاضا برای تولید محصولات غذایی تازه ، ایمن و با حداقل فرآورش، از جمله مهم‌ترین چالش‌هایی است که امروزه صنعت بسته بندی و مواد غذایی با آن مواجه است. انتخاب صحیح مواد و روش مناسب بسته بندی، به حفظ کیفیت محصول کمک شایانی می‌کند. امروزه به دلیل کاهش فرآورده‌های نفتی و پتروشیمی، افزایش گرمای جهانی، آلودگی‌های زیست محیطی، استفاده از پلیمرهایی که تحت عنوان بسته‌بندی‌های زیست فعال (تخریب پذیر) شناخته می‌شوند، گسترش یافته است.

پلیمرهای طبیعی بر اساس منبع و روش تهیه به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• پلیمرهایی که در بدن موجودات زنده ساخته می‌شوند و انسان‌ها نقشی در تهیه آن‌ها ندارند، اما برای استفاده در فرآیندهای صنعتی باید اصلاحاتی برروی این پلیمرها انجام شود. ازجمله این پلیمرها می‌توان به نشاسته، سلولز، پروتئین و . . . اشاره کرد.
• پلیمرهای مصنوعی که پایه طبیعی دارند، یعنی این نوع پلیمر از مونومرهای طبیعی ساخته می‌شوند که پلی‌لاکتیک اسید که از پلیمریزاسیون لاکتیک اسید به روش بازشدن حلقه تهیه می‌شود از آن جمله است.
• دسته دیگر پلیمرهای طبیعی، اصطلاحاً به پلیمرهای میکروبی معروف هستند. علت این نام‌گذاری، تهیه این پلیمرها به کمک باکتری یا میکروب‌ها می‌باشد. از جمله این پلیمرهای میکروبی می‌توان به پلی‌هیدروکسی بوتیرات اشاره کرد.

یکی از پلیمرهای پایه طبیعی پرکاربرد پلی‌لاکتیک اسید می‌باشد. این پلیمر به دلیل قیمت مناسب‌تر نسبت به سایر پلیمرهای طبیعی و خواص مناسب بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌است. پلی‌لاکتیک اسید به دلیل ساختار خطی ضعف‌هایی دارد که از جمله آن می توان به عبور پذیری بالا؛ شکنندگی، ازدیاد طول کم و پایداری حرارتی پایین اشاره کرد. بنابراین بیشتر محققین به دنبال اصلاح خواص این نوع پلیمر با توجه به کاربرد مورد نظر می‌باشند.

پلی‌لاکتیک اسید از جمله پلی‌استرهای گرمانرم آلیفاتیک خطی می‌باشد که می‌تواند از منابع تجدیدپذیر مثل ذرت تهیه شود. در گذشته کاربرد آن به تولید نخ بخیه محدود می‌شد، اما امروزه در بسیاری از صنایع مثل نساجی و تولید ظروف پلاستیکی کاربرد دارد. پلی‌لاکتیک اسید از مواد ایمن در صنایع غذایی است که می‌توان بدون نیاز به کاتالیزور آن را تجزیه کرد.

از مزایای پلی‌لاکتیک اسید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. جلوگیری از آلودگی محیط زیست: زباله‌های ناشی از مصرف کالاهای ساخته شده از پلی‌لاکتیک اسید با قرار گرفتن در مجاورت خاک تجزیه شده و متلاشی می‌شوند.
2. جلوگیری از افزایش گازهای گلخانه‌ای: تولید صنعتی پلی‌لاکتیک اسید مستلزم کشت گیاهان مورد استفاده به عنوان ماده اولیه در مقیاس انبوه است.
3. سازگاری با بافت موجود زنده: از آن‌جایی که مواد اولیه تولید پلی‌لاکتیک اسید گیاهی هستند، در کاربردهای بسته‌بندی، به کالاهای بسته‌بندی شده به ویژه مواد غذایی، مواد شیمیایی و غیر طبیعی منتقل نمی‌کنند.
4. کاهش استفاده از منابع نفتی در تولید پلی‌لاکتیک اسید: نه تنها از نفت به عنوان ماده اولیه استفاده نمی‌شود، بلکه فرآیند تولید آن نیز به منابع سوختی کمتری نیاز دارد.
5. استفاده از منابع تجدید‌‌پذیر برای تهیه آن: گیاهان به عنوان مواد اولیه تولید پلی‌‌لاکتیک اسید منابعی قابل تولید و بازیافتند.

 هر یک از این ویژگی‌ها فوق به تنهایی می‌تواند دلیلی محکم بر گسترش تولید و کاربرد پلی‌لاکتیک اسید در مقایسه با پلاستیک‌های امروزی(پایه فسیلی) باشد.
پلی‌لاکتیک اسید به دلیل حضورگروه جانبی متیلی در ساختار خود، از جمله پلیمرهای آب گریز می‌باشد، اما با این وجود، دارای سرعت تخریب مناسب می‌باشد. به دلیل داشتن دمای انتقال شیشه‌ای بالا(حدود 50 درجه سانتی‌گراد) این پلیمر در دمای اتاق شکننده است و متناسب با کاربری آن باید اصلاحاتی روی آن صورت گیرد.
پلی‌لاکتیک اسید براساس نحوه آرایش اجزاء آن در زنجیر (تاکتیسیته) به سه دسته تقسیم می‌شود: پلی‌لاکتیک اسید چپ گرد (PLLA)، راست گرد (PDLA)، و یا ترکیبی از این دو (PDLLA).
 در این میان پلی‌لاکتیک اسید چپ گرد(PLLA) به دلیل درصد بلور بالاتر، خواص بهتری از خود نشان می‌دهد. از این رو در کاربری‌های صنعتی بیشتر از این نوع پلی‌لاکتیک اسید استفاده می‌شود. از طرفی به دلیل خالص سازی ویژه‌ای که در تهیه پلی‌لاکتیک اسید چپ گرد باید انجام شود، دارای قیمت تهیه بالاتری نیز می‌باشد.
الیگومر لاکتیک اسید با جرم مولکولی پایین و ساختار  مشابه با پلی‌لاکتیک اسید می‌تواند انعطاف پذیری این پلیمر را افزایش دهد اما در کنار این افزایش موجب کاهش خواص استحکامی خواهد شد.
روش آلیاژسازی یکی از روش‌های مهم برای بهبود خواص پلی‌لاکتیک‌اسید می‌باشد. پلی‌لاکتیک اسید به دلیل ساختار خاصی که دارد با بسیاری از مواد سازگاری خیلی کمی دارد که علت آن را اختلاف کشش سطحی زیاد و چگالی گره‌خوردگی کم این ماده با سایر مواد می‌دانند.