آلودگی محیط زیست و راه های مقابله با آن یکی از مسائلی است که توجه بسیاری از محققان را به خود جلب نموده است و گرایش به سمت طبیعت امروزه در اکثر کشورهای پیشرفته و صنعتی به چشم میخورد. اگر چه طبیعت توانایی خودپالایی آب و هوا را دارد ولی با افزایش جمعیت، بالا رفتن سطح زندگی و رشد صنایع، سرعت آلوده سازی اغلب بیشتر از خودپالایی طبیعت میباشد. (نوشیروانی 1389)
تا قبل سال 1960 در کشورهای صنعتی توجه زیادی به آلودگی محیط زیست به عمل نمیآمد. در سال 1960 اولین زنگ خطر آلودگی هوا در لسآنجلس آمریکا زده شد. مه دود فتوشیمیایی در این مناطق باعث آبریزش چشم، سوزش گلو و خفگی گردید. از آن زمان به بعد با بررسی تغییرات به وقوع پیوسته در ترکیب اتمسفر و مسائلی همچون؛ نابودی لایه ازن، بارانهای اسید،محلول فتوشیمیایی و اثر گلخانهای تلاشهای فراوانی برای درک بهتر شیمی محیط زیست صورت گرفت و کمکم نیاز مبرم به کنترل آلودگی محیط زیست برای حفظ یک توسعه پایدار در جهان احساس گردید. (الماسی 1388)
پلاستیکهای مورد استفاده یکی از عوامل آلاینده محیطزیست یه شمار میآیند. این ترکیبات به دلیل دارا بودن ماهیت غیر زیست تخریب پذیر در محیط زیست باقی مانده و آلودگیهای زیست محیطی را موجب میشوند.
برای حل این مشکل، پژوهشگران به فکر استفاده از ترکییبات زیست تخریب پذیر افتادهاند. ترکیباتی که به سادگی در محیطزیست تخریب شده و به چرخه کربن وارد شوند. بایوپلیمرها جایگزین مناسبی برای ترکیبات سنتزی به شمار میروند، آنها از منابع تجدید پذیر بدست میآیند و به وفور در طبیعت یافت میشوند.
1-1 پلیمرها و انواع آن
پلیمرها بزرگ مولکولهایی هستند که از تعداد زیادی واحدهای همسان تکراری به نام مونومر تشکیل شده اند. پلیمرها به طور کلی دارای وزن مولکولی بیشتر از 5000 هستند. از دیر باز پلیمرها کارایی زیادی در زندگی انسان ها داشتند و امروزبه مهم ترین موضوع تحقیقات تبدیل گشتند.
پلیمرها را میتوان از نظر منشا تولید آن به دو دسته مصنوعی و طبیعی تقسیم کرد. پلیمرهای مصنوعی به طور عمده از منابع نفتی تهیه میشوند. تولید و مصرف پلیمرهای نفتی به طور تقریبی از اواسط قرن بیستم شروع شده و به طور فزایندهای پیشرفت کرده است. در شکل 1-1 روند افزایش مصرف این نوع پلیمرها طی دهههای مختلف نشان داده شده است(David teegarden، 2004).
شکل1-1-نمودار مصرف پلیمرهای پتروشیمیایی از سال 1950 تا 2010 (David teegarden، 2004).
این افزایش مصرف پلیمرهای مصنوعی (بر پایه نفت) به دلیل محدود بودن منابع نفتی ، تخریب پذیر نبودن در محیط زیست و آلودگی آن نگرانی های زیادی را بوجود آورده و باعث جلب نظر دانشمندان به سمت بررسی پلیمرهای طبیعی ( زیست تخریب پذیر) شده است.
پلیمرهای طبیعی در طبیعت توسط فعالیت طیف وسیعی از موجودات زنده مثل گیاهان ، جانوران و باکتری ها تولید می شوند. این مواد به سادگی توسط فعالیت موجودات زنده به ریز واحد های سازنده خود تجزیه شده و در محیط زیست باقی نمیمانند. تولید و استفاده این پلیمرها در صنعت برای این منظور و با هدف داشتن صنعتی در خدمت توسعه پایدار و حفظ زیست بوم های طبیعی در دستور کار بسیاری از کشورهای پیشرفته قرار گرفته است. چند نوع عمده از پلیمر های طبیعی را در جدول زیر می توانید ملاحظه کنید(David teegarden، 2004).
پلیمرهای زیست تخریب پذیر براساس اجزای تشکیل دهنده آن از نظر خاستگاه به دو دسته طبیعی و غیر طبیعی تقسیم میگردد.
1-1-1-پلیمرهای زیست تخریب پذیر با خاستگاه طبیعی
پلیمرهای زیست تخریب پذیر با خاستگاه طبیعی به شش گروه تقسیم میشوند؛ پلیساکاریدها، مانند: نشاسته سلولز و پروتئینها، پلیاترهای تولید شده از میکروارگانیسمها یا گیاهان، مانند: پلیهیدروکسیالکانوآتها یا
پلیهیدروکسیبوتیرات، پلیاسترهای ساخته شده بر پایه منومر طبیعی نظیر پلیلاکتیکاسید.
1-1-2-پلیمرهای زیست تخریب پذیر سنتزی
پلیمرهای زیست تخریب پذیر زیادی وجود دارد که از مواد اولیه پتروشیمی تولید میشوند که میتوان از جمله آنها به پلیاسترهای آلیفاتیک زیر را نام برد:
پلیگلایکولیکاسید
پلیاسترهایآروماتیک یا ترکیب با پلیاسترهایآلیفاتیک
پلیوینیلالکلها
پلیالفینهای اصلاح شده
خرید اینترنتی فایل کامل :
| جدول 1- 1-لیست چند نوع عمده پلیمرهای طبیعی(David teegarden، 2004). | ||
| نوع | مثال | منشا |
| پلی ساکارید | سلولز ، آمیلوز، نشاسته | گیاهی |
| پروتیئن | کلاژن، الاستین، ژلاتین | حیوانی |
| پلینکلویتید | DNA, RNA | حیوانی |
| پلیاستر | پلیهیدروکسیآلکانوات | میکروارگانیسم |
| لیگنین | – | گیاهی |
| پلیایزوپرنس | – | |
1-1-3- پلی وینیل الکل
خصوصیت شیمیایی این پلیمرها، یعنی واکنش پذیری گروه های هیدروکسیل فراوان آنها به شدت به مقدار
1-2-نانو کامپوزیت
جامد چند فازی است که یک یا چند فاز آن ابعادی در اندازه نانو متر دارد. این امر موجب به منجر به خواص منحصر به فردی در مقایسه به کامپوزیت های مرسوم می شود. خواص بهبود یافته نانو کامپوزیت ها شامل خواص مکانیکی بهتر ، مقاومت شیمیایی بالاتر، کاهش نفوذ گازی، هدایت الکتریکی بالا در میزان کمتری از پر کننده ها در مقایسه با پر کننده های مرسوم و همچنین فرایند پذیری بهتر است. خواص نانوکامپوزیتها به طور قابل ملاحظهای به پرکنندهها بستگی دارد. امروزه نانو کامپوزیتها کاربردهای زیادی مانند کاربرد در مواد الکتریکی، صنعت خودرو، هواپیمایی، بسته بندی، حسگرها، محرکها، رهایی دارو و پوششها و رنگریزهها دارند. برخی نانو کامپوزیت ها که تخریب بیولوژیکی نمیشوند تهدیدی برای طبیعت به شمار میروند. در سالهای اخیر تحقیقات بر روی نانوکامپوزیتهای پلیمری بیولوژیکی که در محیط تجزیه میشوند گسترش یافته است، زیرا آنها ما را از سوختهای فسیلی بینیاز می کنند. در مقابل خواص منحصر به فرد نانوکامپوزیتها ، در ساخت آنها مشکلات فرایندی قابل توجهی وجود دارد که نقش تعیین کننده ای دارند. مهمترین مشکل فرایندی تهیه نانو کامپوزیتها عدم توزیع یکنواخت ذرات نانو در فاز زمینهای و کاهش خواص مکانیکی آن است. یکی از مهمترین روشهای پراکنش ذرات نانو در ماتریس پلیمری قالب ریزی محلول با بهره گرفتن از تبخیر حلال آلی یا آبی که به شرح زیر میباشد( Gilberto Siqueiraو همکاران، 2010).
تولید نانوکامپوزیت ها راه کار دیگری برای بهبود خواص کاربردی فیلم های زیست پلیمری است. نانوکامپوزیت ها به کامپوزیت های حاوی پرکننده های تقویت کننده گفته می شود که یکی از ذرات پرکننده آن دارای ابعاد نانومتر باشد. بر اساس شکل هندسی نانوپرکننده، نانوکامپوزیت ها را می توان به سه گروه زیر دسته بندی کرد :
1- کامپوزیت های تقویت شده با ورقه هایی با ضخامت در حد نانومتر مانند نانوخاک های رس
2- کامپوزیت های تقویت شده با لوله ها یا رشته ها ( Whiskers) با قطری در ابعاد نانومتر مانند نانولوله های کربنی، نانوبلور های سلولز و نانوبلور کیتین .
3- نانوکامپوزیت های تقویت شده با ذرات کروی در ابعاد نانومتر که در این گروه به اکسیدهای فلزات در اندازه نانومتر، سیلیکا و کربن می توان اشاره کرد.
1-2-1 قالب ریزی محلول با بهره گرفتن از تبخیر حلال آلی یا آبی
این روش متداولتر است و تشکیل شبکه بین ذرات نانو و پلیمر بهتر صورت میگیرد.
بر اساس پلیمر و حلال سه فرایند مختلف در این روش وجود دارد :
